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Verfahren zur Verminderung von Bodensetzungen beim Ausbau mehrteiliger
unterirdischer Hohlräume Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung
von Bodensetzungen beim Ausbau von unterirdischen Hohlräumen, die wegen großer Querschnittsbreite
durch Stützenreihen oder Zwischenwände unterteilt sind, wobei die natürliche Tragfähigkeit
des Gebirges weitgehend erhalten wird und die Abstützung des Gebirgsdruckes durch
eine dünnwandige Auskleidung unter Verwendung von Stahlbögen in Verbindung mit Stahlstützen
erfolgt.
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Alle bekansten Verfahren, nach denen unterirdische Hohlräume großer
Querschnittsbreito bergmännisch ausgebaut werden, verursachen einen großen Kosten-
und Zeitaufwand, wenn dabei Setzungen begrenzt werden müssen, beispielsweise im
Einflußbereich von Bauwerksfundamenten.
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Es ist bekannt, in der Schildbauweise a.brere Tunnels nebeneinander
zu legen, nacheinander mit Stahltübbingen auszubauen und nachträglich mittels Querschlägen
zu verbinden, wozu der Tunnelausbau mit Abfangkonstruktionen versehen wird.
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In anderen bekannten Verfahren werden die Zwischentragwerke im voraus
hergestellt, wozu kleinere Stollen ausgebrochen und verbaut werden müssen. Die Decke
des Hohlraumes und nancheal auch die Sohle bilden dicht an dicht nebeneinander liegende
Balken, die gleichfalls in kleineren Stollen oder vorgepreßten Rohren eingebaut
werden.
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Erst wenn diese Balken eingebaut sind, kann der nutzbare Hohlraum
ausgebrochen werden.
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Es ist verstandlich, daß seither bei geringer Tiefenlage der Sohle
bis etwa 20 m unter Gelände derartige Hohlräume zumeist in offener Bauweise erstellt
wurden, wenn sie nicht gerade unter Gebäuden lagen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für mehrteilige Hohlräume
großer Querschnittsbreite ein bergmännisches Verfahren vorzuschlagen, das auch mit
offenen Bauweisen wirtschaftlich konkurrieren kann, wo diese technisch möglich wären,
und das zugleich das Maß dar zulässigen Deformationen des umgebenden Gebirges so
eng begrenzt, daß es auch unter oder unmittelbar neben einer Bebauung anwendbar
ist.
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Die Lösung nach der Erfindung benutzt die Prinzipien eines an sich
bekannten Verfahrens, das unter der Bezeichnung MN-ue Österreichische Bauweise"
in Tunnelbau Eingang gefunden hat. Diese Prinzipien sind: 1. Ausbruch und Sicherung
des Hohlraumes sollen die natürliche Tragfähigkeit des Gebirges so weitgreifend
wie nötig und möglich erhalten und verbessern 2. Die Auskleidung des Tunnels soll
möglichst diinnwandig und in geschlossenem Profil ausgebildet werden, wobei ein
inniger und vollflächiger Verbund
mit dem Gebirge herzustellen ist.
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Der "Neuen Österreichischen Bauweise" (vgl. Zeitschrift Der Bauingenieur
47, Heft 10, S. 3-14) liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Gebirge das eigentlich
tragende Material ist, während die Hohlraumauskleidung nur die Aufgabe übernimmt,
die Gebirgßoberfläche tragfähig zu machen. Die Bewegungen des Gebirges werden dabei
durch ein schnelles Schließen der relativ dünnen, das Profil umfassenden Auskleidung
gebremst und hören im Bereich der Auskleidung bereits nach kurzer Zeit ganz auf.
Hierdurch verliert das die Auskleidung umgebende Gebirge nur wenig an Festigkeit.
Die so erzielte geringe Entfestigung des Gebirges in Kombination mit einer innigen
und vollflächigen Verbindung mit der Auskleidung gestattet es, daß das Gebirge ein
Teil der Verbundkonstruktion wird. Als Bauelemente für die Hohlraumauskleidung sind
Frischbeton, Baustahlmatten und Stahlbögen bekannt. Der Frischbeton macht in innigem,
vollflächigem Verbund mit dem Gebirge dessen Oberflächen tragfähig.
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Die in den Beton eingebetteten Baustahlmatten erhöhen die Frühfestigkeit
der Betonauskleidung. Die gleichfalls in Beton eingebetteten Stahlbögen bilden gemeinsam
mit den Baustahlmatten ein tragendes Gerippe solange, bis der Beton nach seiner
Erhärtung voll tragfähig geworden ist. Danach erhöhen sie die Stands sicherheit
der Verbundkonstruktion.
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Durch die Anwendung dieser Bauelemente nach den Prinzipien der neuen
Österreichischen Bauweise" gelingt es, im richtigen Zeitpunkt die erforderlichen
Rückstellkräfte
zu aktivieren sowie Aktions- und Reaktionskräfte statisch optimal einzuregeln, wobei
unnötige Biegebeanspruchungen in der Auskleidung vermieden werden. Anhand bereits
durchgeführter Bauvorhanden konnte erfolgreich nachgewiesen werden, daß sich dieses
bergmännische Verfahren auch zur Herstellung von röhrenförmigen Hohlräumen unter
bebautem Gelände eignet, selbst dann, wenn bis zu den Bauwerksfundamenten nur eine
geringe Überdeckung vorhanden ist.
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Bisher wurde es jedoch nicht für möglich gehalten, die Bauweise bei
wesentlich mehr als lo m Querschnittsbreite unter bebautem Gelände anzuwenden.
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Die eingangs erläuterte Aufgabe bezieht sich insbesondere darauf,
für mehrteilige Hohlräume großer Querschnittsbreite ein bergmännisches Verfahren
vorzuschlagen, das den Prinzipien der nNeuen Österreichischen Bauweise" entspricht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verminderung von Bodensetzungen
beim bergmännischen Ausbruch und Ausbau unterirdischer röhrenförmiger Hohlräume
nach der neuen österreichischen Tunnelbauweise, bei der das Oberflächenprofil der
Hohlräume direkt nach das Ausbruch mit Frischbeton oder einer anderen erhartenden
Tasse unter Einbettung von Stahlgerippen derart verbaut wird, daß ein vollflächiger
Verbund mit dem Gebirge entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung
von mehrteiligen Hohlräumen großer Querschnittsbreite der Yortrieb des Ausbruches
in Teilquerschnitten über die gesamte tuerschnittsbreite nahezu gleichzeitig derart
erfolgt, daß Teilausbrüche in Richtung
des Vortriebs zeitlich und
räumlich mit geringem Abstand nacheinander gestaffelt sind, und für jeden Teilquerschnitt
ein rascher Ringschluß mit Hilfe eines ihn umschließenden Stahlgerippes unter Einbezug
von Stahlstützen als Zwischentragwerke im Betonverbau vorgenommen wird, so daß Decke
und gegebenenfalls Sohle des Hohlraums aus aneinander gereihten Gewölben bestehen.
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Wenn die Gebirgsfestigkeit unter der Sohle des Hohlraumes es nicht
zuläßt, daß dort die Stützen setzungsarm gegründet werden, schreibt die Maßnahme
nach der Erfindung vor, auch die Sohle mit aneinander gereihten Gewölben wie die
Decke auszubilden. Das wird in den meisten Fällen erforderlich sein. Nur in Ausnahmefällen
kann darauf verzichtet werden, auch die Sohle gewölbeartig auszubilden.
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Dadurch, daß die Teilquerschnitte des Hohlraumes von einem tragenden
Gerippe umschlossen sind, das teilweise aus den Stahlstützen besteht, werden die
Vorteile eines kleinen Ausbruchquerschnittes und die Prinzipien der Neuen Österreichischen
Bauweise" wirkoam Die natirlicheTragfXXigkeit des Gebirges zu den Zwischenstützen
hin wird erhalten, indiz durch raschen Ringschluß für jeden Teilquerschnitt die
Bewegungen des Gebirges gebremst werden. In Verbindung mit den Stahlbögen und dem
erhärtenden Beton aktivieren die Stahlstützen frühzeitig die erforderlichen Rückstellkräfte
und regeln gemeinsam mit der dünnwandigen Auskleidung die Aktions- und Reaktionokräfte
in optimaler Veise.
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Die Teilquerschnitte werden in üblicher Veise abschnittsweise ausgebrochen
und auf Angriffstiefe sofort mit Spritzbeton, Baugtahlsatten und Stahlbögen in der
Neuen Österreichischen Bauweise verbaut. Somit bietet die erfinderische Maßnahme
ein wirtschaftliches Verfahren, beim Ausbau mehrt eiliger unterirdischer Hohlräume
die Setzungen zu vermindern, das im Gegensatz zu den seither bekannten Verfahren
auch ggfs. mit einer offenen Bauweise konkurrieren kann.
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Ein Nachteil des raschen Ringschlusses um die Teilquerschnitte besteht
darin, daß jeweils durch den Kalottenausbruch für ein Gewölbe das Widerlager des
zuvor hergestellten anschließenden Gewölbes zeitweilig entlastet wird. Erst wenn
der Auskleidungsbeton des nachfolgend hergestellten Betons erhärtet ist, tritt über
der Zwischenstütze sowohl im mittragenden Gebirge als auch in den benachbarten bewehrten
Betongewölben ein nach beiden Seiten hin wirksamer Kämpferdruck auf.
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Die Lösung der Erfindung sieht deshalb vorzugsweise zur Verminderung
der Setzungen vor, daß die Stahlbögen der Gewölbe zeitweilig in Kämpferhöhe mit
spannbaren und leicht lösbaren Zugstangen aus Stahl versehen werden, bis der Beton
des nachfolgend verbauten benachbarten Gewölbes ausreichend erhärtet ist. Die Zugstangen
werden zum Fortgang des Ausbruches im Teilquerschnitt jeweils entfernt und an den
neu versetzten Stahlbögen der Gewölbe wieder eingebaut, so daß insgesamt nur wenige
Zugstangen erforderlich sind und diese den Vortrieb des Ausbruches nicht behindern.
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Dadurch, daß es die Lösung der Erfindung zuläßt, den unterteilten
Hohlraum gemäß seinen Teilquerschnitten auszubrechen und zu verbauen, können im
Gegensatz zu allen seither bekannten Verfahren auch die Vorteile eines Vollausbruches
auf der gesamten Querschnittsbreite wirksam gemacht werden.
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Die Lösung der Erfindung sieht nämlich als weitere Maßnahme zur Verminderung
von Setzungen und zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens vor, daß
der unterteilte Hohlraum auf gesamter Querschnittsbreite nahezu gleichzeitig ausgebrochen
und verbaut wird, wobei die Teilausbrüche des Hohlraumes in Richtung ihres Vortriebes
zeitlich und räumlich mit geringem Abstand nacheinander gestaffelt sind.
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Als Ergebnis dieser Maßnahme der Erfindung sind die Störung und die
Auflockerung des Gebirges im Ausbruchsbereich der Ortsbrust auf der gesamten Querschnittsbreite
ein einziger, zusammenhängender Vorgang. Durch das Verfahren der Erfindung wird
jeder Teilausbruch des unterteilten uerschnittes in einem Zeitraum ausgeführt, in
dem die Bewegungen des Gebirges infolge des benachbarten Teilausbruches noch nicht
abgeklungen sind. Hierdurch entstehen glinstige Bedingungen für eine Verminderung
der Bodensetzungen.
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Dieser Vorteil wird auch im Gegensatz zu den seither bekannten Verfahren
deutlich. Venn nebeneinander liegende Tunnels nacheinander ausgebrochen und verbaut
werden wie beim Schildvortrieb, müssen die nachfolgenden Tunnelausbrüche jeweils
in einem
bereits gestörten und aufgelockerten Gebirge erfolgen,
wodurch sich die Bodensetzungen vergrößern. Ähnlich nachteilig wirkt sich aus, wenn
die Zwischentragwerke des unterteilten Hohlraumes in vorauseilenden Stollen hergestellt
werden.
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Der weitere wirtschaftliche Vorteil dieser Maßnahme der Erfindung
gegenüber den seither bekannten Verfahren besteht darin, daß die Maschinen und das
Personal unter Tage in sehr rationeller Weise umschichtig in den verschiedenen Teilquerschnitten
eingesetzt werden können.
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In Abwandlung des Verfahrens ist es möglich, die Stahlstützen in Verbindung
mit anderen tragenden Stahlgerippen der Auskleidung zu verwenden, die zur rechtzeitigen
Aktivierung der erforderlichen Rückstellkräfte geeignet sind, bis der sie einbettende
Frisclbeton nach seiner Erhärtung voll tragfähig geworden ist, wodurch die Bewegungen
des Gebirges gebremst werden. So können beispielsweise auch Baustahlmatten verwendet
werden, die im Frischbeton mittig eingelagert sind.
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In weiterer Abwandlung des Verfahrens ist es möglicl.i, daß an Stelle
der Stahlstützen als Zwischentragwerke Stahlbetonstützen aus Fertigteilen in Verbindung
mit dem tragenden Stahlgerippe der Gewölbe verwendet werden.
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Eine weitere Variante des Verfahrens besteht darin, daß die Zwischentragwerke
anstelle der Stahlstützen
aus anderen tragenden Stahlgerippen,
z.B. Baustahlmatten, gebildet werden, die in Frischbeton wandartig eingebettet sind.
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Die Maßnahmen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels
erläutert.
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Dabei zeigen Fig. 1 Querschnitt eines zweiteiligen Tunnels Fig. 2
Horizontalschnitt dieser Tunnels Es bedeuten: i Deckengewölbe 2 Stahlstützen 3 Stahlbögen
der Decke 4 Sohlgewölbe 5 Stahlbögen der Sohle 6 Gebirgsanker 7 Beton der Zwischenwand
8 Ulmengewölbe 9 Stahlbögen der Ulmen 10 Zugstangen 11 Spannschluß der Zugstangen
12 Verbindungslaschen der Zugstangen 13 Verlängerte Stoßlaschen der Stahlstützen
i4 Verlängerte Stoßlaschen der Ulmenbögen i5 Ausbruch des linken Teilquerschnittes
16 Nächster Ausbruch des rechten Teilquerschnittes Das Beispiel zeigt einen zweiteiligen
Tunnel, der mit Spritzbeten ausgekleidet ist, bestehend aus zwei Deckengewölben
1, zwei Schlgewölben 4 und zwei Ulmengewölbe@ 8.
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Im Spritzbeton sind Stahlbögen 3, 5 und 9 eingebettet sowie leichte
Baustahlmatten. (Letztere sind nicht dargestellt). Die Stahlbögen der Deckengewölbe
und der Sohlgewölbe 5 ruhen auf den mittigen Stahlstützen 2 und den Stahlbögen der
Ulmen 9.
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Der Ausbruch des rechten Teilquerschnittes eilt dem des linken Teilquerschnittes
um die Angriffstiefe eines Bogenabstandes voraus. In Fig. 2 ist gerade der linke
Teilquerschnitt nachfolgend auf Angriffstiefe 15 ausgebrochen worden. Dabei werden
die zuletzt im rechten Teilquerschnitt eingebauten und in Spritzbeton eingebetteten
Stahlbögen der Decke und der Sohle durch Zugstangen 10 dagegen gesichert, daß sie
sich in den frisch ausgebrochenen, noch unverbauten Hohlraum des linken Teilquerschnittes
bewegen. Die Zugstangen sind zweiteilig und werden durch ein Spannschloß 11 gespannt.
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Sie besitzen an beiden Enden Verbindungslaschen 12, die gelocht sind.
Die in den rechten Teilquerschnitt hinein verlängerten Stoßlaschen der Stahl stützen
13 und der Ulmeubögen i4 sind gleichfalls gelocht, so daß dort die Verbindungslaschen
der Zugstangen mittels Bolzen leicht lösbar verbunden werden können.
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Gebirgsanker 6 in den Kämpferbereichen der Gewölbe begrenzen in üblicher
Weise die seitliche Bewegung des Gebirges in den Hohlraum. Die Stahlstützen 2 sind
in Spritzbeton 7 bandartig eingebettet und erhalten damit eine Aussteifung in Langsrichtung
des Tunnels.
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Sobald der linke Teilquerschnitt auf AngriffBtiefe verbaut ist, können
im rechten Teilquerschnitt die Zugstangen gelöst werden und dort der nächste Ausbruch
16 erfolgen.