DE2217459A1 - Verfahren und einrichtung zum unterfangen von bauwerken und verkehrswegen - Google Patents

Description

• 1. Joachim-Friedrich Lysson, 4100 Duisburg, Albertus-Magnus-Straße 17 2. Paul Weise, 4200 Oberhausen-Sterkrade, Dorstener Straße 193 Verfahren und Einrichtung zum Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen -Die Erfindung betrifft das Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen, unter denen in geschlossener Bauweise Verkehrstunnel oder andere Bauwerke errichtet werden sollen durch Herstellung eines an den Enden abgestützten Trägers oder einer Trägerdecke in geschlossener Bauweise, und hat ein besonders zwecKmäßiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Unterfangung einschließlich der zugehörigen Enrichtungen zum Gegenstand, durch welches die Herstellungsweise wesentlich verbessert wird.
• Bei dem Bau von Untergrundbahnen, Untertunnelungen und anderen Bauwerken des Tiefbau ist es häufig erforderlich, Bauwerke oaer Verkehrswege von unten abzufangen, um unter der Unterfangung ohne Beeinträchtigung des unterfangenen Bauwerkes oder des darüber befindlichen Verkehrsweges das vorgesehene Tiefbauwerk zu erstellen. Eine offene Bauweise ist aus diesen Gründen in der Regel nicht möglich. Bei einer bergmännischen Bauweise hingegen sind bei großen Tunnelarbeiten, hohen Erdüberdeekungen und Gebäudeauflasten starke Versteifungen zur Aufnahme der Erd- und Wasserdruckkräfte erforderlich. Eine solche Bauweise ist nicht nur teuer, sondern birgt auch ein hohes Baurisiko in sich, da beispielsweise Auflockerungszonen in Gründungsbereiche bestehender Bauwerke hineinreichen können und unerwünschte Setzungen dann unvermeidbar sind0 Die bergmännische Bauweise wird deshalb nur in seltenen Fällen angewendet.
• Für die Bestellung eines Untergrundbahntunnels ist bereits vorgeschlagen worden, zum Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen Stahlrohre quer über die Tunneltrasse in geschlossener Schildbauweise vorzutreiben. Die einzelnen Stahlrohrabschnitte sollen nach diesem bekannten Vorschlag durch einen sich über die gesamte Str-anglänge erstreckenden biegesteifen DoppelR-Eisenträger zu einem einheitlichen, statischen Träger verbunden werden, wobei zur Verbindung der gesamte Hohlraum des Rohrstranges mit Beton ausgefüllt werden soll. Eine solche Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß die Stahlrohre, deren Durchmesser etwa 2,5 m betragen soll, durch eine Sonderanfewtigun-g sehr teuer sind. Diese Rohre dienen nicht als Träger, sondern nur als Verbau- bzwO Arbeitsraum für den nachträglich einzubringenden Doppel-T-Stützträger. Nachdem der freie Rohrquerschnitt mit Beton ausbetoniert ist, stellen die einzelnen Stahlrohrabschnitte nur eine zusätzliche Belastung für das eigentliche tragende Element, den eingebauten Stahlträger, dar. Da der eingebrachte Beton einen Kreisquerschnitt hat, ist dieser für eine Biegebeanspruchung nur wenig wirksam.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen ein Verfahren zu entwickeln, durch welches eine schnelle und wirtschaftliche Arbeitsweise sowie ein weiter Anwendungsbereich möglich ist, der auch das Unterfangen über größere Strecken möglich macht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Arbeitsschacht aus Stahlbeton-Fertigrohre ir-, zeren Absclmitte-s in geschlossener Schildbauweise horizontal in das Erdreich vorgepreßt, die Enden des gesamten Rohrstranges abgestützt und die einzelnen Rohre durch kraftschlüssige Verbindung oder durch Einbau von biegesteifen Trägern zu einem statischen Träger verbunden werden.
• Dieses neuartige Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß die einzelnen Stahlbeton-Bertigrohre nach ihrer kraftschlüssigen Verbindung oder dem Einbau von biege steifen Trägern einen einheitlichen'statischen Träger darstellen. Sie sind also nicht nur Elemente für den Schildbauvortrieb, sondern sind nach ihrer unmittelbaren oder mittelbaren Verbindung selbst Bestandteil des einheitlichen statischen Trägers. Hierdurch wird mit einem relativ niedrigen Aufwand an Baumaterialien und Arbeitsschritten ein biegesteifer Träger zum Unterfangen gebildet.
• Bei der neuartigen Bauweise wird die an sich bekannte Schildbau-Vortriebsweise von Stahlbeton-Fertigrohren ausgenutzt. Diese werden in bekannter Weise von einem Arbeitsschacht aus aufeinanderfolgend mittels hydraulischer Pressen in das Erdreich vorgetrieben, wobei das Erdreich im Bereich des lichten Rohrquerschnittes jeweils entsprechend dem Vortrieb vor Ort ausgehoben und durch den Arbeitsschacht entfernt wird. Diese Schildbau-Vortriebsweise wird erfindungegemäß angewendet.
• Das neuartige Verfahren kann für zahlreiche Bâuvorhahen nutzbar gemacht werden. So besteht beispielsweise zum Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen die Möglichkeit, eine größere Anzahl Rohrstrånge nebeneinander vorzutreiben und hierdurch eine Rohrschirmdecke zu bilden, wobei die Rohrstränge quer über den Bereich eines nachfolgend zu errichtenden Verkehrstunnels o.dgl. verlaufen. Durch solche Rohrschirmdecken können ganze Bauwerke oder auch Verkehrswege unterfangen werden, unter denen eine geplante Tunneltrasse verläuft. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den neuartigen, rohrförmigen Biege träger als Einzelträger über eine geplante Verkehrstrasse zu errichten, welche später in offener Bauweise ausgebaut werden soll. In diesem Fall kann der die Trasse überbrückende Träger zur Durchführung von Versorgungsleitungen als geschlossene Fußgängerbrücke oder als Unterführung für Verkehrswege genutzt werden.
• Weiterhin ist es auch möglich, daß zur Abstutzung der Rohrstränge vorgefertigte Stahlbeton-Fertigrohre kürzeren Abschnittes aufeinanderfolgend durch Aushub lotrecht in das Erdreich abgesenkt und die Enden des gesamten Rohrstranges durch kraftschlüssige Verbindung oder durch nachträgliches Ausbetonieren zu einer einheitlichen statischen Stütze verbunden werden. Eine solche Ausführung hat den Vorteil, daß die Stützen selbst seitliche Biegebeanspruchungen in günstiger Weise aufnehmen können, wenn das benachbarte Erdreich auf einer Seite für den später zu errichtenden Tunnel o.dgl.
• ausgeräumt wird. Ein weiterer Vorteil besteht aber auch darin, daß die lotrechten Stützrohre als Arbeitsschacht zum Schildvortrieb der horizontalen Rohrstränge Verwendung finden können. Weiterhin ist es möglich, die lotrechten Stutzen nebeneinander abzusenken und hierdurch seitliche Stutzwände zu bilden, zwischen denen später der Tunnel o.dgi.
• errichtet werden soll. Die Stützwände können verschiedenartig ausgeführt sein. So besteht einmal die Möglichkeit, SEEtzwände zu errichten, wobei in an sich bekannter Weise ein Graben ausgehoben und mit Hilfe einer Betonitabstützung nach der Bewehrung ausbetoniert wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die lotrechten Stützrohre nebeneinander abzusenken und hierdurch seitliche Stützwände zu bilden.
• In vorteilhafter Weise können schließlich auch Tunneltrassen an ihrer Sohle, ihrer Decke una ihren Seiten von Rohrsträngen begrenzt werden, so dals nach der Errichtung des Bauwerkes lediglich noch das Erdreich ausgebracht zu werden braucht.
• Hierfür werden zur Bildung einer RohrsoBle und einer Rohrschirmdecke für einen nachfolgend zu errichtenden Verkehrstunnel o.dgl. für den unteren Bereich sowie einem darüber liegenden Bereich de lotrechten Stützwandrohre aus nebeneinanderliegenden Rohrsträngen horizontal vorgetrieben.
• Die einzelnen Stahlbeton-Fertigrohre können auf verschiedene Art und Weise zu einem einheitlichen statischen Träger verbunden werden. So besteht einmal die Möglichkeit, die einzelnen Stahlbeton-Fertigrohre an ihren Stoßrändern mit vorstehenden Bewehrungsstäben zu versehen, die durch Verschrauben, Verschweißen oder Verösen starr miteinander verbunden werden, wobei der zwischen den Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre verbleibende Raum mittels eines Betonklebers oder durch Beton selbst gefüllt und hierdurch die Rohre miteinander verbunden sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Mantel der Stahlbe ton-Fert igrohr e mit Leerrohren kleineren Durchmessers versehen ist, in denen über die Gesamtlänge des Rohrstreges Betonstahldrähte angeordnet werden, unidaß der verbleibende Hohlraum der Leerrohre mit Beton gefüllt und die Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre mittels eines Betonklebers miteinander verbunden sind. Anstelle einer solchen unmittelbaren Verbindung der Stahlbeton-Fertigrohre besteht aber auch die Möglichkeit einer mittelbaren Verbindung-dadurch, daß diese mit ein oder mehreren sich über die Gesamtlänge des Rohrstranges erstreckenden, biegesteifen Trägern aus Stahlbeton oder aus Stahl versehen sind. Bei dieser Ausführung besteht beispielsweise die Möglichkeit, an den Seitenwänden oder im mittleren Querschnittsbereich nach dem Vortrieb des gesamten Rohrstranges eine Stahlbetonwand einzubauen, wobei eine entsprechende Schalung mit Beton hinterfüllt wird.
• Auch die Abstützung des einheitlichen statischen Trägers kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So besteht einmal die Möglichkeit, an den Enden des Rohrstranges Stützen anzubringen oder dem Rohrstrang eine solche Länge zu geben, daß er sich auf einem geeignet festen Bodenbereich unmittelbar abstützt. Bei der Auflagerung auf Pfeilern oder Stützen können auch Auflagerbalken vorgesehen sein. Die Querschnitte der StahlDeton-Fertigrohre können verschieden sein und den Bauerfordernissen angepaßt werden. Insbesondere läßt sich der Rohrquerschnitt hinsichtlich Form und Größe auch den auftretenden Belastungen anpassen. 5011 beispielsweine eine Verkehrstrasse über einen längeren Bereich mit einer Rohrschirmdecke versehen werden, so können in Bereichen größerer Belastung, z.B. durch Bauwerke, biegesteifere Trägerprofile Verwendung finden als in Bereichen geringerer Belastung, z.B. bei Verkehrswegen.
• Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, und zwar zeigen Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Unterfangung eines vorhandenen Bauwerkes zur UberbrücKung einer geplanten Tunneltrasse, Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 in einem mittleren Querschnitt nach Linie Figur 3 ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Rohrsohle für eine geplante Tunneltrasse, und Figuren 4 bis 9 verschiedene Querschnittsformen für Stahlbeton-Fertigrohre.
• Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein vorhandenes Bauwerk 1 für eine später darunte-r zu errichtende geplante Tunnel trasse 2 unterfangen werden. Hierfür werden seitlich neben der geplanten Tunneltrasse 2 Arbeitsschächte 3 errichtet, von denen aus Stahlbeton bestehende Fertigrohre 4 Kürzeren Abschnittes aufeinanderfolgend in der Schildbauweise vorgetrieben werden. Beim Ausführungsbeispiel sind vorher Stützen 6 in das Erdreich gesetzt, auf denen sich die Enden des Rohrstranges 5 nach Fertigstellung abstützen sollen. Der Vortrieb der Stahlbeton-Fertigrohre 4 geschieht in bekannter Weise mittels hydraulischer Zylinder (in der Zeichnung nicht dargestellt). Am Kopfende befindet sich in der Regel noch ein Schneidrohr, welches in das Erdreich eindringt. Das angeschnittene Erdreich wird absatzweise vor Ort abgebaut und durch den Arbeitsschacht 3 entfernt. Nachdem der erste Rohrabschnitt die gegenüberliegende Stütze 6 erreicht hat, ist der Vortrieb beendet.
• Daraufhin werden die einzelnen Rohrabschnitte kraftschlüssig miteinander verbunden. Das kann auf verschiedene Art und Weise gesohehen und wird weiter unten näher beschrieben.
• Anschließend wird unmittelbar neben dem bereits errichteten Rohrstrang 5 ein weiterer erricntet. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis das vorhandene Bauwerk 1 voll unterfangen ist. Der Figur 1 ist zu entnehmen, daß der Arbeitsschacht 3 sowohl von der einen als auch von der anderen Seite her angeordnet sein kann; seine Anordnung läßt sich also den baulichen oder verkehrstechnischen Verhältnissen in günstiger Weise anpassen. Die Stahlbeton-Fertigrohre können beispielsweise bei einem rechteckigen Querschnitt eine Breite von 2,70 m und eine Höhe von 2,50 m haben; die Wandstärken betragen 30 bis 50 cm.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wird die geplante Tunneltrasse 2 seitlich sowie an ihrer Sohle und an ihrer Decke allseitig von nebeneinanderliegenden Rohrsträngen eingefaßt. Der Arbeitsschacht wird hierbei durch Absenken von Stalilbeton-Fertigrohren 11 gebildet, wobei in an sich bekannter Weise das eingefaßte Erdreich ausgehoben wird.
• Auch hier werden die einzelnen Rohrabschnitte kraftschlüssig oder durch nachträgliches Ausbetonieren zu einer einheitlichen statischen Stütze verbunden. Im unteren Bereich der Betonrohrstützen werden seitlich Stahlbeton-Fertigrohre bis zur gegenüberliegenden Stützwand in geschlossener Schildbauwese vorgetrieben. Diese bilden dann die Sohle für den zu errichtenden Tunnel. In entsprechender Weise wird auch die Rohrschirmdecke von einer höheren Stelle aus vorgetrieben, nachdem das betreffende Stützrohr vorher entsprechend mit Beton oder mit Erdreich aufgefüllt worden ist. Die unteren, horizontal verlaufenden Rohrabschnitte sind mit 5' bezeichnet. Durch Aneinanderreihen einer größeren Anzahl Betonrohrstützen 6, Ruhrschirmdecken und Rohrsohlen wird der Bereich der Tunneltrasse o.dgl. kastenförmig eingefaßt, so daß von den Enden des Kastens her lediglich noch das Erdreich ausgebracht und eine einfache Ausmauerung o.dgl. vorgesehen wird, wobei diese jedoch keinen Belastungen des Erdreiches mehr ausgesetzt ist.
• Die Verbindung der einzelnen Stahlbeton-Fertigrohre zu einem einheitlichen statischen Träger kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die Figuren 4 bis 6 zeigen Yerschiedene Rohrquerschnitte, wobei die Stahlbeton-Fertigrohre bei der Ausführung nach den Figuren 4 und 6 Bewehrungsstäbe 7 aufweisen, die an den Stirnenden vorstehen. Zweckmäßig sind im Bereich der Stoßstellen, wo die Bewehrungsstäbe austreten, Ausnehmungen angebracht, die vom Rohrinneren her zugänglich sind. Diese Ausnehmungen stellen einen Arbeitsraum dar, um die Bewehrungsstäbe durch Verschrauben, Verschweißen oder Verösen starr miteinander zu verbinden. Außerdem werden die Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre mittels eines Betonklebers miteinander verbunden, Die Ausnehmungen in denen sich die Verbindungsstellen befinden, werden anschließend mit Beton 00 dgl. vergossen.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind in den Mantel des Stahlbeton-Fertigrohres Lerrohre 8 kleineren Durchmessers eingebaut. Durch diese Lerrohre, die sich über den ganzen Querschnittsbereich erstrecken, werden nach dem Vortrieb des Rohrstranges 5 Betonstahldrähte oder Bewehrungsstäbe encsprechender Länge durchgeführt und der verbleibende Hohlraum der Leerrohre mit Beton gefüllt. Auch hier werden die Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre 4 mittels eines Betonklebers miteinander verbunden.
• Anstelle der vorstehend beschriebenen unmittelbaren Verbindung der Stahlbeton-Fertigrohre 4 besteht auch die Möglichkeit, diese mittelbar dadurch zu verbinden, daß, wie die Figuren 7 bis 9 zeigen, biegesteife Träger lo eingebaut werden, die sich über die Gesamtlänge des Rohrstranges 5 erstrecken. Die Herstellung dieser biegesteifen Träger lo kann verschieden sein. So besteht einmal die Xöglichkeit, eine entsprechende Schalung anzuordnen und den vorgesehenen Raum mit Beton zu füllen, wobei auch Bewehrungsstäbe vorgesehen sein können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, biegesteife Träger aus Stahl einzuführen und diese starr mit den einzelnen Rohrabschnitten zu verbinden. Eine solche Ausführung würde jedoch eine ausreichende Länge des Arbeitsschachtes voraussetzen, weshalb das Ausbetonieren vorzuzienen ist.
• Bei der Ausführung nach Figur 8 ist der biegesteife Träge lo als Mittelsteg, bei Figur 7 in der Form zweier seitlicher Stege ausgeführt und Figur 9 zeigt eine Kombination der Ausfuhrungen gemäß Figuren 7 und 8.
• Es besteht auch die Möglichkeit, bei einer kastenförmigen Bauweise entsprechend Figur 3 die Seitenwände durch Schlitzwände zu bilden. Hierfür wird ein Schlitzgraben ausgefräst, der in an sich bekannter iVeis + mit einer Bewehrung sowie mit Beton ausgefüllt wird, wobei gegebenenfalls eine BFonithilfsabstützung Verwendung finden kann. Weiterhin ist es auch möglich, anstelle von Stützrohren Bohrpfähle vorzusehen, die nach der Art der Pfahlgründung errichtet werden.
• In allen Fällen werden die Stahlbeton-Fertigrohre nach dem Einbringen in das Erdreich auf diese Art und Weise kraftschlüssig miteinander verbunden, so daß sie am Ende ein einziges tragendes Bauteil darstellen. Die Querschnittsform der Einzelelemente läßt sich entsprechend den statischen Erfordernissen und nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten auswählen. Eine verlorene Verschalung entfällt, so daß der Baustoff optimal ausgenutzt werden kann0 Die freie Querschnittswahl erlaubt die Ausgestaltung der Kammern zur Unterbringung von Versorgungsleitungen oder bei entsprechender Isolierung den ganzen lichten Querschnitt oder einen Teilbereich davon als Kanal auszunutzen. Versorgungsleitungen jeglicher Art lassen sich bereits bei der Erstellung der Unterfangungen einplanen und einbauen.
• Die Herstellungsweise ermöglicht eine geschlossene Bauweise, bei der der Verkehr praktisch überhaupt nicht behindert wird, da nur relativ kleine Arbeitsgruben benötigt werden, welche außerdem noch an einer geeigneten Stelle angeordnet sein können. Die Unterfangungen lassen sich daher zu jeder Zeit ausführen.

Claims (8)

1. Joachim-Friedrich Lysson, Duisburg,

2. PauL eises, Oberhausen-Sterkrade PatentansprücheR: 1. Verfahren zum Unterfangen von Bauwerken und Verkehrswegen, unter denen in geschlossener Bauweise Verkehrstunnel oder andere Bauwerke errichtet werden sollen, durch Herstellen eines an den Enden abgestützten Trägers oder einer Trägerdecke in geschlossener Bauweise, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Arbeitsschacht aus Stahlbeton-Fertigrohre kürzeren Abschnittes in geschlossener Schildbauweise horizontal in das Erdreich vorgepreßt, die Enden des gesamten Rohrstranges abgestützt und die einzelnen Rohre durcn kraftschlüssige Verbindung oder durch Einbau von biegesteifen Trägern zu einem einheitlichen statischen Träger verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Anzahl Rohrstränge nebeneinander vorgetrieben werden und eine Rohrschirmdecke gebildet wird, wobei die Rohrstränge quer über den Bereich eines nachfolgend zu errichtenden Verkehrstunnels o.dgl. verlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der Rohrstränge (5) vorgefertigte Stahlbeton-Fertigrohre lçürzeren Abschnittes aufeinanderfolgend durch Aushub lotrecht in das Erdreich abgesenkt und die Enden des gesamten Rohrstranges durch kraftscnlüssige Verbindung oder durch nachträgliches Ausbetonieren zu einer einheitlichen statischen Stütze verbunden werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g&Kennzeichnet, daß die lotrechten Stützen nebeneinander abgesenkt werden und seitliche ;Dtü-tzwante bilden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Rohrsohle und einer Rohrschirmdecke für einen nachfolgend zu errichtenden Verkehrstunnel o.dgl. vom unteren Bereich sowie einem darüber liegenden Bereich die lotrechten Stützwandrohre aus nebeneinanderliegenden Rohrsträngen horizontal vorgetrieben werden.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlbeton-Fertigrohre (4, 11) an ihren Stoßrändern vorstehende Bewehrungsstäbe (7) haben, die durch Verschrauben, Verschweißen oder Verösen starr miteinander verbunden werden und daß die Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre mittels eines Betonklebers miteinander verbunden sind.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Stahlbeton-Fertigrohre (4, 11) mit Leerrohren (8) kleineren Durchmessers versehen ist, in denen über die Gesamtlänge des Rohrstranges (5) Betonstahldrähte angeordnet sind und daß der verbleibende Hohlraum der Leerrohre mit Beton gefüllt und die Stoßflächen der Stahlbeton-Fertigrohre mittels eines Betonklebers miteinander verbunden sind.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbeton-Pertigrohre ( 4, 11) mit ein oder mehreren sich über die Gesamtlänge des Rohrstranges (j5) erstreckenden biegesteifen Trägern (lo) aus Stahlbeton oder aus Stahl versehen sind.

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