DE2417542B1

DE2417542B1 - Railway tunnel lining for subsidence areas - bearer rings with rim bulge locked watertightly together

Info

Publication number: DE2417542B1
Application number: DE2417542A
Authority: DE
Inventors: Karl-H. Dr.-Ing. 4330 Muelheim Westhaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1975-05-28
Also published as: BE859737Q

Abstract

Lining for fully enclosed railway tunnels in areas exposed to the effects of mining subsidence consists of corrugated bearer rings which are connected water tightly to one another lengthways along the tunnel so as to allow longitudinal deformation only within limits imposed by orthotropic yield and resistance principles. Each ring is fitted with an expansion member in the form of a bulged area projecting beyond the section of the ring. In the bulge vicinity each ring should curve more steeply than the circumference of the tunnel section, and this area should go over into the circumference through a region of opposed curvature.

Description

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß jeder Tragring wenigstens ein Dehnungselement aufweist, das als Ausbuchtung des Tragringes ausgebildet ist und den Querschnitt des Tragringes überragt. Dieses Dehnungselement besteht z. B. aus einem Stahlformgußstück, welches beidseitig an das wellenförmige Profil des Tragringes anschließt und auf Grund seiner Formgebungsmöglichkeit den Tragringquerschnitt auf be- The solution to this problem is that each support ring at least has an expansion element which is designed as a bulge of the support ring and protrudes beyond the cross section of the support ring. This expansion element consists, for. B. from a cast steel piece, which is attached to the undulating profile of the Support ring connects and due to its shaping option, the support ring cross-section on loading

stimmter Umfangslänge mit einer den Querschnitt überragenden Profilausbuchtung kombiniert.correct circumferential length with a profile bulge protruding from the cross-section combined.

Die Ausbuchtung weist einen U- bis V-förmigen Querschnitt auf und besitzt eine stärkere Krümmung als der Umfang des Tunnelquerschnittes, wobei der Bereich der stärkeren Krümmung über Bereiche mit entgegengesetzter Krümmung in den Umfang des Tunnelquerschnittes übergeht. Die Ausbuchtung ist im Bereich des oder der Momentennullpunkte des Tragringes eines vorzugsweise unter Normalbelastung stehenden Tunnels angeordnet In der zum Inneren des Tunnelquerschnittes weisenden Öffnung der Ausbuchtung kann jeweils zwischen zwei Konsolen eine Feder angeordnet sein, die sich auf die zueinander weisenden Teile des wellenförmigen Profils abstützt und so die durch die Ausbuchtung sich ergebende Abweichung von der kreis- oder maulförmigen Umfangslinie des Tragringes schließt. The bulge has a U- to V-shaped cross section and has a greater curvature than the circumference of the tunnel cross-section, the Area of greater curvature across areas of opposite curvature in the The circumference of the tunnel cross-section passes over. The bulge is in the area of the or the zero point of the moment of the support ring of a preferably under normal load Tunnels arranged in the opening facing the inside of the tunnel cross-section the bulge can be arranged between two consoles a spring, which is supported on the mutually facing parts of the wave-shaped profile and so the deviation from the circular or mouth-shaped one resulting from the bulge The circumference of the support ring closes.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Das wellen-oder bogenförmige Profil der Tragringe erlaubt in Zusammenwirken mit einem Werkstoff großer Verformbarkeit im elastischen und plastischen Bereich in Tunnellängsrichtung eine große Längenänderung in beiden Richtungen nach dem orthotropen Ausweich-Widerstand-Prinzip. Die einzelnen Tragringe werden bei stählernen Werkstoffen miteinander verschweißt und bleiben auch bei großen Längenänderungen wasserdicht. Dehnungen und Verkürzungen folgt die Tunnelauskleidung durch die Wellenform unter Vermeidung von Zwängungskräften. This results in the following advantages: The wave-shaped or curved shape The profile of the support rings allows great deformability in conjunction with a material a large change in length in the elastic and plastic area in the longitudinal direction of the tunnel in both directions according to the orthotropic evasive resistance principle. The single ones With steel materials, support rings are welded together and remain waterproof even with large changes in length. Stretching and shortening follows the Tunnel lining through the wave shape while avoiding restraint forces.

Durch stetige oder unstetige Formänderungen auftretende Verkürzungen oder Dehnungen in Tunnelquerrichtung führen bei einem geschlossenen kreis-oder maulförmigen Querschnitt ohne Dehnungselement zur Erhöhung der Normalkräfte und Biegemomente in Ringrichtung mit frühzeitiger Plastifizierung des Ausbaus in dem Tunnelfirst unter wesentlicher Beeinträchtigung der Standsicherheit. Shortenings caused by constant or discontinuous changes in shape or expansions in the transverse direction of the tunnel result in a closed circular or mouth-shaped Cross-section without expansion element to increase normal forces and bending moments in the direction of the ring with early plasticization of the expansion in the tunnel ridge with significant impairment of the stability.

Bei Verkürzung quer zur Tunnelachse verhindert das Dehnungselement eine unerwünschte Zunahme der Ringkraft in Umfangsrichtung des Tragringes durch Verringerung des Tragringumfangs. The expansion element prevents the shortening transversely to the tunnel axis an undesirable increase in the ring force in the circumferential direction of the support ring Reduction of the support ring circumference.

Die in das Dehnungselement eingepaßte, mechanische oder hydraulische Feder dient zur statischen Abstützung und ist so ausgebildet, daß sie der Verkürzung ohne wesentliche Erhöhung des vorgegebenen Drucks nachkommt. The mechanical or hydraulic one fitted into the expansion element The spring is used for static support and is designed so that it can shorten complies without a significant increase in the specified pressure.

Bei einer Dehnung quer zur Tunnelachse bewirkt das Dehnungselement unter Mitwirkung der hydraulischen oder mechanischen Feder eine Erhöhung der Ringkraft oder eine Spreizung unter Gleichhaltung der Ringkraft, wobei dem Dehnungselement örtliche Überbeanspruchungen bis zur Plastifizierung des Werkstoffes zugemutet werden können. The expansion element causes a stretch transversely to the tunnel axis with the assistance of the hydraulic or mechanical spring, an increase in the ring force or spreading while keeping the ring force equal, with the expansion element local overstressing up to the plasticization of the material can be accepted can.

Die Anordnung eines Dehnungselementes erfolgt vorzugsweise in Firstmitte. Die Anordnung zweiter Dehnungselemente erfolgt vorteilhaft im Bereich der Momentennullpunkte des Tragringes eines erdgebetteten Tunnels links oder rechts von der Tunnelsohle. Daraus ergibt sich eine gute Zugänglichkeit zu den Dehnungselementen und den Federn. Es ist zweckmäßig, die Konsolen der Federn so auszuführen, daß bei Längenänderungen der Profile in Tunnellängsrichtung die Verformbarkeit der Auskleidung nicht behindert wird. An expansion element is preferably arranged in the middle of the ridge. The arrangement of the second expansion elements takes place advantageously in the area of the zero point of the moments of the support ring of an underground tunnel to the left or right of the tunnel floor. This results in good accessibility to the expansion elements and the springs. It is advisable to design the consoles of the springs so that changes in length the profile in the longitudinal direction of the tunnel does not hinder the deformability of the lining will.

Bei zwei nebeneinanderliegenden kreis- oder maulförmigen Tunnelquerschnitten werden jeweils zwei Tragringe brillenförmig durch ein zweiteiliges Dehnungselement miteinander verbunden. Dieses zweiteili- ge Dehnungseiement ist als unteres Verbindungsstück mit bezogen auf die Umfangskrümmung entgegengesetzter Krümmung in der Nähe der Tunnelsohle und als oberes Verbindungsstück mit ebenfalls zur Umfangskrümmung entgegengesetzter Krümmung unterhalb der Verbindungslinie der Schwerpunkte der beiden Tunnelquerschnitte ausgebildet. Beide Verbindungsstücke besitzen gegenüberliegende Konsolen, zwischen die eine der vorstehend beschriebenen Federn eingepaßt sein kann. With two adjacent circular or mouth-shaped tunnel cross-sections two support rings are made spectacle-shaped by a two-part expansion element connected with each other. This two-part ge expansion element is used as a lower connector with opposite curvature in relation to the circumferential curvature in the vicinity of the tunnel bottom and as an upper connection piece with a curve that is also opposite to the circumferential curvature Curvature below the line connecting the centers of gravity of the two tunnel cross-sections educated. Both connectors have opposite brackets, between which can be fitted with any of the springs described above.

Die so beschriebene Anordnung der Tragringverbindung hat dabei den Vorteil, daß die infolge bergbaulicher Einwirkung eintretenden Formänderungen im wesentlichen im Dehnungselement und seiner mechanischen oder hydraulischen Feder aufgefangen werden. The arrangement of the support ring connection thus described has the Advantage that the changes in shape occurring as a result of mining influence essentially in the expansion element and its mechanical or hydraulic spring be caught.

Insbesondere wird durch die vorstehend beschriebene Bauweise das orthotrope Ausweich-Widerstand-Prinzip dadurch verfeinert, das dem Ausweichen unter Höchstlast mehr Raum gegeben wird. Die Verformungsreserve der Auskleidung, die durch das elastische und plastische Verhalten des Werkstoffes und die Formgebung der einzelnen Tragringe gegeben ist, wird wesentlich erhöht. In particular, the construction described above is the The orthotropic evasive resistance principle is refined by using the evasive method Maximum load is given more space. The deformation reserve of the lining, which by the elastic and plastic behavior of the material and the shape of the individual Support rings is given is increased significantly.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Tragring für einen Tunnel mit kreisförmigem Querschnitt mit einem am Tunnelfirst angebrachten Dehnungselement in Seitenansicht, F i g. 2 einen Teilschnitt A-A nach F i g. 1, F i g. 3 einen Teilschnitt B-B nach F i g. 1, F i g. 4 einen Tragring für einen Tunnel mit kreisförmigem Querschnitt mit zwei links und rechts der Sohle angeordneten Dehnungselementen in Seitenansicht, F i g. 5 zwei brillenförmig angeordnete Tragringe für einen Tunnel mit unterhalb der Verbindungslinie der Schwerpunkte der beiden Tunnelquerschnitte angeordneten Verbindungsstücken in Seitenansicht, F i g. 6 einen Teilschnitt C-Cnach F i g. 5. In the following, the invention is based on a merely exemplary embodiment Illustrative drawing explained with further details. It shows F i g. 1 one Support ring for a tunnel with a circular cross-section with one on the tunnel ridge attached expansion element in side view, F i g. 2 shows a partial section A-A F i g. 1, Fig. 3 shows a partial section B-B according to FIG. 1, Fig. 4 a support ring for a tunnel with a circular cross-section with two left and right of the sole arranged expansion elements in side view, F i g. 5 two glasses arranged in the shape of glasses Support rings for a tunnel with below the connecting line of the focal points of the two tunnel cross-sections arranged connecting pieces in side view, F i G. 6 shows a partial section C-C according to FIG. 5.

1 bezeichnet einen Tragring aus einem wellenförmigen Profil, das bei Verformung eine günstige Spannungsverteilung besitzt. 1 denotes a support ring made of a wave-shaped profile that has a favorable stress distribution in the event of deformation.

2 bezeichnet ein Dehnungselement aus einem Stahlformgußstück mit wellenförmigem Profil und ausgegossenen oder angeschweißten, gegebenenfalls mechanisch bearbeiteten Konsolen 3. Das Dehnungselement 2 besitzt am Verbindungsstoß zum Profil des Tragringes 1 den gleichen wellenförmigen Querschnitt wie das Profil und in der dargestellten Projektion (F i g. 1) U-Form. 2 denotes an expansion element made from a cast steel piece wave-shaped profile and cast or welded, possibly mechanical machined consoles 3. The expansion element 2 has at the connection joint to the profile of the support ring 1 has the same undulating cross-section as the profile and in the projection shown (F i g. 1) U-shape.

4 bezeichnet eine zwischen den Konsolen 3 angeordnete Feder. Diese Feder 4 besteht aus einer Reibungsfeder, einer hydraulischen Feder oder einem Reibelement, die in Zug- und Druckrichtung wirksam sind. Sie haben die Aufgabe, das Dehnungselement 2 abzustützen bzw. die Abstützung des zweiteiligen Dehnungselements 5 und 6 herzustellen. Dazu können sie vorgespannt sein. Die Kennlinie dieser Elemente 4 ist so eingerichtet, daß sowohl bei einer positiven als auch einer negativen Wegänderung sich die vorgespannte Kraft nur geringfügig ändern kann. Die Feder- oder Reibkraft kann nachträglich reguliert werden. 4 denotes a spring arranged between the consoles 3. These Spring 4 consists of a friction spring, a hydraulic spring or a friction element, which are effective in pulling and pushing directions. Your job is the expansion element 2 to support or to produce the support of the two-part expansion element 5 and 6. To do this, they can be prestressed. The characteristic of these elements 4 is set up so that both a positive and a negative path change the preloaded Force can only change slightly. The spring or frictional force can be adjusted later will.

Das Dehnungselement 2 schließt den statisch belasteten, erdgebetteten, kreisförmigen Tunnelquerschnitt und nimmt in Zusammenwirken mit der Feder 4 die bei Überbelastung eintretenden Formänderungen auf. The expansion element 2 closes the statically loaded, earth-bedded, circular tunnel cross-section and takes in cooperation with the spring 4 the changes in shape when overloaded.

Die Eigenschaften des zweiteiligen Dehnungselementes 5 und 6 entsprechen denen der Ausführung nach F i g. 1 bis 4. Durch die Anordnung des Dehnungselementes unterhalb der Verbindungslinie der Schwerpunkte der Kreisquerschnitte werden bei Zwangsverformung der Tunnelquerschnitte die Verbindungsstükke aufeinander zu bewegt. The properties of the two-part expansion element 5 and 6 correspond those of execution according to FIG. 1 to 4. The arrangement of the Expansion element below the line connecting the centers of gravity of the circular cross-sections If the tunnel cross-sections are forced to deform, the connecting pieces are placed on top of each other too moved.

Claims

Claims: 1. Lining for one in subsidence areas Closed traffic tunnel, especially for the rail-bound one Traffic consisting of several in the longitudinal direction of the tunnel with each other impermeable to water associated, the longitudinal deformability under mining influence not or only support rings that hinder the orthotropic evasive resistance principle are formed with a wave-shaped profile, characterized in that each support ring (1) has at least one expansion element (2), which acts as a bulge of the support ring (1) is formed and protrudes beyond the cross section of the support ring (1).

2. Lining according to claim 1, characterized in that each Support ring (1) in the area of the bulge (2) has a greater curvature than that Perimeter of the tunnel cross-section and that of the area of greater curvature over areas merges with the opposite curvature into the circumference of the tunnel cross-section.

3. Lining according to claims 1 and 2, characterized in that that the bulge (2) is in the area of the zero point or zero points of the support ring (1) a tunnel which is preferably under normal load is arranged

4th Lining according to claims 1 to 3, characterized in that over the to Inside the tunnel cross-section pointing opening of the bulge (2) in each support ring (1) a spring (4) or a friction element are arranged, which relate to the mutually facing Support parts of the wave-shaped profiles of the support rings (1) and so the through the Close the bulge resulting from the deviation of the circumference of the support ring (1).

5. Lining according to claim 1 for a tunnel with two adjacent Tunnel tubes, characterized in that the two support rings (1) are a two-part Have expansion element (5, 6), with a primary connecting piece related on the circumferential curvature of opposite curvature near the tunnel floor and an upper connection piece with also opposite to the circumferential curvature Curvature below the line connecting the centers of gravity of the two tunnel cross-sections is arranged

6. According to claim 5, characterized in that between the connecting pieces of the two-part expansion element (5, 6), a spring (4) or a friction element is arranged are.

7. Lining according to claims 1 and 6, characterized in that that these elements are supported on brackets (3) attached to the facing Parts of the wave-shaped profiles of the expansion elements (2 or 5, 6) attached are.

8. Lining according to claims 4, 6, 7, characterized in that that the spring (4) or the friction element are pre-tensioned and their tensioning afterwards is adjustable.

9. Lining according to claim 7 or 8, characterized in that the spring (4) is designed as a friction spring.

10. Lining according to claim 7 or 8, characterized in that the spring (4) consists of a hydraulic cylinder connected to a pressure accumulator is.

11. Lining according to claim 7 or 8, characterized in that the support is provided by a friction element.

12. Lining according to claims 7 to 11, characterized in that that the springs (4) or the friction element in the longitudinal direction of the tunnel on the consoles (3) are movable.

The invention relates to a lining (expansion) for one in mining areas Closed traffic tunnels, especially for rail-bound tunnels Traffic. The lining consists of several, arranged in the longitudinal direction of the tunnel, support rings with a circular or mouth-shaped cross-section that are connected to each other in a watertight manner.

The support rings have an undulating profile cross-section in the longitudinal direction of the tunnel.

It is known, such tunnels depending on the stress, the drive-up method and the economic conditions either as a reinforced concrete tube or by means of ring elements (segments) made of reinforced concrete or metallic materials, e.g.

Steel, nodular cast iron or cast iron, in single or double shell construction to undress.

The known linings have the disadvantage that they are special Stresses such as those in subsidence areas as a result of the effects of mining occur in the form of continuous and discontinuous changes in length, not or only imperfectly have grown. As a rule, they are constructed according to the resistance principle. at Forced deformations from mining action are this type of tunnel lining overstrained, which leads to an impairment of the stability as well can lead to water leaks in the tunnel. Especially with extreme stress the tunnel becomes unusable for operation.

Furthermore, the construction of a tunnel lining is after the orthotropic Evasion resistance principle known for the open construction (Issue 15, Konstruktiver Engineering 1973, traffic tunnel in mining areas). This consists of one inverted, U-shaped support frame, which is made of sheet pile walls in the vertical and in the Roof cross-section from a cover in the shape of a basket arch with in the longitudinal direction of the tunnel wave-shaped or curved profiles is formed according to the aforementioned principle. The transverse shortening or stretching that occurs as a result of mining impact become the tunnel axis via the free legs of the non-closed frame added in connection with an arcuate corner piece. The open one Construction is limited to areas with a free earth surface.

The invention is based on the object of this lining improve that in the subsidence area a traffic tunnel also in closed construction can be built.