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Bewegliche Tunnelröhre und Herfahren zu ihrer Herstellung Plir die
Ausführung von Tunnelbauwerken in Bergeenkungsgebieten oder in entsprechenden geologiach
unruhigen Bereichen können die sonst üblichen langgestreckten starren Baukörper,
die zumeist in Beton ausgeführt sind, nicht eingesetzt werden. Vieler sind Konstruktionen
mit ausreichender
Verformungswilligkeit erforderlich.
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Für derartige Zwecke sind bereits verschiedene Konstruktionen von
Tunnelbauwerken bekannt, denen gemeinsam ist, daß sie nach dem Zieharmonikaprinzip
als flexible Röhre in Stahl ausgeführt sind. Sie sind zumeist aus handelsüblichen
Stahlspundwänden, gefalteten Deckblechen, besonders geformten Stahl-Guß-Elementen,
gußeisernen Tüblinge o. dgl. erstellt und können aufgrund ihrer elastischen und
plastischen Verformbarkeit in Einflußbereichen bergbauhoher Einwirkung sowohl bei
Ausführung in offener als auch in geschlossener Bauweise, d.h. bei der Ausführung
in offener Baugrube bzw. im Vortrieb unter Tage angewendet werden.
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Derartige nach dem Zieharmonikaprinzip hergestellte Tunnelbauwerke
sind jedoch ausführungstechnisch sehr aufwendig, da bei der Herstellung ein hoher
Genauigkeitsgrad eingehalten werden muß. Außerdem ist häufig bei der Montage ein
großer Aufwand für das Schweißen sämtlicher Einzelteile zum Teil unter erschwerten
baustellenartigen Bedingungen erforderlich. Dies alles fUhrt,in Verbindung mit den
relativ hohen Materialkosten für Stahl, zu einem hohen Kostenniveau für das fertige
Bauwerk. Weiterhin ist aber auch die räumliche Beweglichkeit der nach dem Zieharmonikaprinzip
hergeetellten Tunnelbauwerke sehr begrenzt und deehalb unter Umständen unzureichend.
Ein anderer Nachteil der Tunnelbauwerke nach dem Zieharmonikaprinzip ist schließlich
darin ZU
sehen, daß ihre Verformbarkeit zu Gestaltsänderungen fuhren
kann, die die Nutzung des Bauwerks beeinträchtigen können, Andere Verfahren zur
Herstellung von Tunnelröhren in Bergsenkungsgebieten o. dgl. sind nicht bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bewegliche Tunnelröhre
zu schaffen, die den Anforderungen in Bergsenkungsgebieten oder geologischen Bereichen
mit ähnlichen Anforderungen voll gerecht wird und dabei ausfthrungetechnisch einfacher
und preiswerter herzustellen ist als eine Tunnelröhre nach dem Zieharmonikaprinzip.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Röhrenabschnitte in der Gestalt
von Kegelstumpfschalen ineinandergesetzt und im Bereich ihrer gegenseitigen Überlappung
durch eine elatische, die Beweglichkeit der einzelnen Röhrenabsohnitte fördernde
Zwischenschicht abgedichtet sind.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Tunnelröhre sind mithin kurze
Röhrenabschnitte gelenkig miteinander verbunden. Sie weist damit eine gewisse Analogie
zur Wirbelsäule auf, bei der Je zwei Wirbelknochen über eite verformbare Bandacheibe
gelenkig miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau gewährleistet eine außerordentliche
hohe räumliche Beweglichkeit, so daß die im, die Tunnelröhre umgebenden, Baugrund
auftretenden Verformungen durch beanapruebungegerechte Bewegungen mit vollzogen
werden und Zwängungskräfte im Bauwerk vermieden werden. Dies ist eine
Folge
vor allem des gelenkigen Anschlusses aller Röhrenabschnitte, der stets eine hinreichende
dreidimensionale Beweglichkeit des langgestreckten Tunnelauebaus gewährleistet.
Die Tunnelröhre kann den Bewegungen aus bergbaulicher Einwirkung wie Längungen,
Verkürzungen, Verdrehungen etc. weitgehend folgen und dadurch größeren Kräften ausweichen.
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Wichtig ist es bei der erfindungsgemäß auagebildeten Tunnelröhre,
daß die einzelnen Röhrenabschnitte als massive, formtreue Bauteile ausgebildet werden
können, die lediglich eine begrenzte elastische Verformbarkeit aufzuweisen brauchen.
Das macht es möglich, die einzelnen Röhrenabschnitte aus bewehrtem, ggfs. sogar
aus unbewehrtem Beton auszuführen, ohne die kineomatischen Bedingungen für einen
beweglichen Ausbau zu verletzen. Beton bietet gegenüber Stahl neben einer größeren
Eigensteifigkeit den Vorteil geringerer Materialkosten und ggfs. auch geringerer
torrosionsanfälligkeit, d.h. geringerer Unterhaltungskoeten während der Nutzungezeit
des Tunnelbauwerke. Im Falle der Bewehrung des Betons können übliche Materialien
wie Stahl, Stahlfasern oder Kunststoffe Verwendung finden.
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Neben Beton als bevprzugtem Material können die einzelnen Röhrenabschnitte
aber auch aus anderen Baumaterialien, wie z.B. glattem Stahlblech, profilierten
oder gefalteten Stahlbauteilen, Kunststoffen o. dgl, hergeetellt werden, bzw. auch
mehrschalig ale Nisobkonstruktion aus Beton und Stahl o,dgl. Zwar kammes bei Verwendung
von Stahl
gegenüber der gleichen Ausführung in Beton die höheren
Materialkosten und ggfs. die höhere Korrosionsanfälligkeit zur Auswirkung, aber
andererseits ist die erfindungagemäße Ausbildung der Tunnelröhre selbst bei Ausführung
in Stahl immer noch erheblich einfacher und billiger in der Heretellung als die
bisher bekannten Stahlbaulösungen nach dem Zieharmonikaprinzip, ganz abgesehen von
der in jedem Fall vorhandenen besseren Beweglichkeit bei der erfindungegemäßen Ausbildung.
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Im übrigen läßt die erfindungsgemäße Tunnelröhre bei unerwarteten
örtlichen Uberbeanspruchungen, wie sie infolge bergbaulicber Einwirkungen vorkommen,
eine Reparaturmöglichkeit durch Auswechseln einzelner Röhrenabschnitte oder Teilen
davon ohne besondere Schwierigkeiten zu. Bei örtlich begrensten Undichtigkeiten
ist dazu bei Beton eX Verpressen mit Kunstharz bzw. bei Stahl ein Verschweißen hinreichend
wirkungsvoll.
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Für die elastisohe Zwisohenschicht zwischen zwei Röhrenabsohnitten
wird als Material vorzugsweise ein synthetischer Kautschuk wie der unter dem Namen
Neoprene bekannte Chlorbutadienkautsohuk oder ein Kunststoff mit gleichartigen Eigenschaften
verwendet. Die elastische Zwieohenachioht kann je nach den Erfordernissen in üblicher
Weise bewehrt sein.
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In einer für eine Anzahl von Einsatzfällen zweck-.
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mäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Röhrenabschnitte
auf ihrer Außenseite von einem geschlossenen Ringkörper aus in Umfangariohtung gefaltetem,
gewelltem oder profiliertem Stahl umgeben sind. Durch diese Maßnahme bilden sich
auf der Außeneeite der Röhrenabschnitte definierte Hohlräume aus, die zusammendrückbar
sind und infolge'dessen eine Polsterwirkung in Querrichtung ergeben. Mit dieser
Polsterung lassen sich Querdrücke infolge Verkürzungen des Baugrundes bei geologischen
Einwirkungen abbauen.
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Die erfindungsgemäße Tunnelröhre läßt sich sowohl bei offener als
auch bei geschlossener Bauweise herstellen. Bei offener Bauweise werden vorzugsweise
vorgefertigte, in Umfangsrichtung geschlossene Röhrenabschnitte in der Baugrube
zur Tunnelröhre zusammengefügt.
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Falls Jedoch bei Röhrenabschnitten großen Durchmessers der Transport
oder die Handhabung vollständiger Röhrenabschnitte Schwierigkeiten mit sich bringt,
können bei offener Bauweise die Röhrenabschnitte auch in situ aus vorgefertigten
Elementen, z.B. aus Beton zusammengefügt werden.
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Bei geschlossener Bauweise hingegen ist es zwe¢kmäßig, die Röhrenabsohnitte
segmentweise vor Ort zu erstellen, Diese kann bei Ausführung in glattem Stahl s.B,
so geschehen daß die Einselbleohe durch Vorpfändung eingebracht werden.
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Bei Betonbauweise kann eo vorgegangen werden, daß zunächst
im
Bereich des als nächstes zu fertigenden Röhrenabschnittes schrittweise das Gebirge
abgeräumt, die Röhreninnenflächen eingeschalt und der Röhrenabschnitt segmentweise
betoniert wird, wobei die Aufgabe der äußeren Schalung von dem umgebenden Gebirge
übernommen wird.
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Eine Abwandlung des Herstellungsverfahrens bei geschl'ossener Bauweise
in Beton bietet den besonderen Vorteil, daß überhaupt keine Schalung benötigt wird.
Man geht dabei so vor, daß zunächst an der Ortsbrust im bergmännischen Vortrieb
ein einem Segment der späteren Tunnelwandung entsprechender Spalt in das Gebirge
vorgetrieben, ggfs. mit Stahl bewehrt und mit Beton ausgegossen wird, sodann in
gleicher Weise weitere Segmente bis zur Vollendung eines Röhrenabschniits betoniert
werden, worauf anschließend der noch in der Tunnelröhre stehengebliebene Kern des
Gebirges abgeräumt wird.
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Bedingt durch den direkten Kontakt mit dem umgebenden Gebirge entfällt
dabei der sonst im allgemeinen übliche Ringspalt zwischen der Tunnelröhre und dem
umgebenden Gebirge, so daß auch eine Ringspaltverpressung nicht mehr nötig ist.
Dies hat außerördentlich vorteilhafte Auswirkungen, indem die Gefahr möglicher Setzungen
an der Geländeoberfläche stark verringert wird.
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Als weiterer Vorteil des direkten Kontakts der Tunnelröhre mit dem
umgebenden Gebirge ist zu nennen, daß dies im Zusammenspiel mit der hohen Tragwirkung
der einzelnen Kegelschalenstümpfe eine optimale, wirklichkeitsnahe Kraftabtragung
bei minimalem Stoffaufwand gewährleistet. Dem kommt auch das rheologische Verhalten
des Betons, nämlich unter bestimmten Bedingungen zu kriechen und zu schwinden, entgegen,
da es eine Kraftumlagerung in dem den Tunnel umgebenden Gebirge begünstigt.
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Es sind auch andere Formen für die Röhrenabsohnitte möglich, z.B.
Körper, die auch in Achsrichtung gekrümmt sind,die in Ringrichtung gefaltet sind
oder die abgestufte Zylindermantelflächen besitzen. Diese Varianten sollen mit erfaßt
sein, wenn hier von Kegelatumpfachalen die Rede ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine nach der Erfindung hergestellte Tunnelröhre im Längsechnitt,
Fig. 2 die gleiche Tunnelröhre im Querschnitt, Fig. 3 die gleiche Tunnelröhre inisometrischer
Darstellung, und Fig. 4 einen Teil einer mit Pufferwirkung ausge- J rüsteten Tunnelröhre
im Querschnitt.
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Bei dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
kommt deutlich zum Ausdruck, wie die einzelnen Röhrenabschnitte 1 in der Gestalt
von Eegelstumpfschalen ineinander greifen und im Bereich ihrer gegenseitigen Überlappung
durch eine elastische Zwischenschicht 3 gelenkig miteinander verbunden werden. Die
elastische Zwischenschicht 2 übernimmt dabei gleichzeitig die Aufgabe, das Innere
der Tunnelröhre gegen eindringende Feuchtigkeit abzudichten.
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Die Röhrenabschnitte 1 sind in dem Ausführungsbeiepiel der Fig. 1
bis 3 aus Beton hergestellt. Ein Material das den Anforderungen an die elastische
Zwischenschicht 2 gerecht wird, ist ein handelsüblicher synthetischer Kautschuk,
z.B. Chlorbutadienkautschuk. Es können aber stattdessen such Kunststoffe mit vergleichbaren
Eigenschaften für die elastische Zwischenschicht verwendet werden.
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Im dargestellten Beispiel geschieht die Herstellung der Tunnelröhre
in geschlossener Bauweise, d.h. unter Tage.
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Aus der Sioht der Fig. 1 wird der Tunnel von rechts nach linke vorgetrieben.
Wenn die Festigkeit des die Tunnelröhre umgebenden Gebirges 3 dies zuläßt, können
die einzelnen Röhrenabsohnitte 1 vor Ort praktisch ohne Verwendung von Schalung
betoniert werden. Dazu geht man so vor, daß man an der Ortsbrust 4 zunächst im bergmännischen
Vortrieb einen Spalt 5 in das Gebirge 3 vortreibt, dessen Abmessung einem Segment
6 der späteren Tunnelwandung entspricht. Dieser Spalt wird dann mit Baustahl, Stahlfaeern
oder dergleichen bewehrt 8 und mit Beton ausgegossen. Auf diese Weise stellt man
fortlaufend einzelne Segmente 6 der Tunnelwandung ] her, bis ein
Röhrenabschnitt
1 vollendet ist. Anschließend wird der nooh in der Tunnelröhre stehengebliebene
Kern des Gebirges 3 abgeräumt, wobei wegen des bereits fertiggeetellten Röhrenabschnitts
1 die Gefahr des Hereinbrechens des umgebenden Gebirges nicht gegeben ist. Die Standsicherheit
der Ortsbrust muß ggfs. durch besondere Maßnahmen gewährleistet werden.
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Bei dieser Bauweise erzielt man einen direkten und unmittelbaren
Kontakt zwischen den Abschnitten der Tunnelröhre und dem umgebenden Gebirge, waa
eine optimale und wirklichkeitanahe Abtragung von Kräften infolge bergbaulioher
Einwirkung gewährleistet. Besonders günstig macht sich in dieser Beziehung auch
das rheologische Verhalten des Betons, der unter bestimmten Bedingungen kriechen
und schwinden kann, bemerkbar. da es eine Kräfteumlagerung in dem den Tunnel umgebenden
Gebirge 3 begünstigt. Da bei dieser Bauweise keine großen Kräfte auf das Tunnelbauwerk
übertragen werden, ist es auch möglich, auf eine Bewehrung des Betons weitgehend
zu verzichten.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Röhrenabschnitte
1, die im übrigen in der in Fig. 1 bis) 3 gezeigten Weise zu einer Tunnelröhre zusammengesetzt
werden, auf ihrer Außenseite noch mit einem Ringkörper 7 umgeben, der aus einem
in Umfangsrichtung der Röhrenabeehnitte gefalteten, gewellten oder profilierten
Stahl besteht, Dieser Ringkörper 7 iet mit dem zugehörigen Röhrenabsohnitt 1 nicht
fest
verbunden, sondern gegenüber diesem beweglich. Er bildet definierte Hohlräume 8,
die infolge ihrer Zusammendrückbarkeit eine Polsterwirkung in Querrichtung ergeben,
durch die der Röhrenabschnitt Querdrücken infolge von Verkürzungen des Baugrundes,
d.h. von Verminderungen des Röhrenquerschnittes bei geologischen Einwirkungen ausweichen
kann, - Patentansprüche -