DE2417542C2 - Auskleidung für einen in Bergsenkungsgebieten in geschlossener Bauweise aufgefahrenen Verkehrstunnel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auskleidung (Ausbau) für einen in Bergsenkungsgebieten in geschlossener Bauweise aufgefahrenen Verkehrstunnel, insbesondere für den schienengebundenen Verkehr. Die Auskleidung besteht aus mehreren, in Längsrichtung des Tunnels angeordneten, miteinander wasserdicht verbundenen Tragringen mit kreis- oder maulförmrgem Querschnitt. Die Tragringe haben in Tunnellängsrichtung einen wellenförmigen Profilquerschnitt.

Es ist bekannt, derartige Tunnel je nach der Beanspruchung, dem Auffahrverfahren und den wirtschaftlichen Gegebenheiten entweder als Stahlbetonrohr auszubilden oder aber durch Ringe'.emente (Tübbinge) aus Stahlbeton oder metallischen Werkstoffen, z. B. Stahl, Sphäroguß oder Gußeisen, in ein- oder zweischaliger Bauweise auszukleiden.

Die bekannten Auskleidungen haben den Nachteil, daß sie den besonderen Beanspruchungen, wie sie in Bergsenkungsgebieten infolge Abbaueinwirkung des Bergbaus in Form von stetigen und unstetigen Längenänderungen auftreten, nicht oder nur unvollkommen gewachsen sind. Sie sind im Regelfall nach dem Widerstandsprinzip konstruiert. Bei Zwangsverformungen durch Bergbaueinwirkung werden diese Art von Tunnelauskleidung überbeansprucht, was sowohl zu einer Beeinträchtigung der Standsicherheit als auch zur Wasserundichtigkeit des Tunnels führen kann. Insbesondere bei Extrembeanspruchung wird der Tunnel für den Betrieb unbrauchbar.

Weiterhin ist die Konstruktion einer Tunneiauskleidung nach dem orthotropen Ausweich-Widerstand-Prinzip für die offene Bauweise bekannt (Heft 15. Konstruktiver Ingenierbau 1973, Verkehrstunnel in Bergsenkungsgebietcn). Diese besteht aus einem umgekehrten, U-förmigen Tragrahmen, der in der Senkrechten aus Spundwänden und im Dachquerschnitt aus einer Abdeckung in Korbbogenform mit in Tunnellängsrichlung wellen- oder bogenförmigen Profilen nach vorgenanntem Prinzip ausgebildet wird. Die infolge bergbaulicher Einwirkung auftretenden Verkürzungen oder Dehnungen quer zur Tunnelachsc werden über die freien Schenkel des nicht geschlossenen Rahmens in Zusammenhang mit einem bogenförmig ausgebildeten Eckstück aufgenommen. Die offene Bauweise beschränkt sich auf Gebiete mit freier Erdoberfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Auskleidung so zu verbessern, daß im Bergsenkungsge biet ein Verkehrstunnel auch in geschlossener Bauweise gebaut werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß jedci Tragring wenigstens ein Dehnungselement aufweist das als Ausbuchtung des Tragringes ausgebildet ist unt den Querschnitt des Tragringes überragt. Dieses Deh nungselemcnt besteht /.. B. aus einem Stahlformguß stück, welches beidseitig an das wellenförmige Profi lcs Tragringes anschhe ii und aiii Grund seinci Form iicbun^snioj.'lii.'hkei! dci Tragringquerschnitt auf he

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.-'immter Umfangslänge mil einer den Querschnitt überragenden Profilausbuchiuiig kombiniert.

Die Ausbuchtung weist einen U- bis V-förmigen Querschnitt auf und besitzt eine siäikere Krümmung als der Umfang des Tunnelquerschnittes, wobei der Bereich der stärkeren Krümmung über Bereiche mit entgegengesetzter Krümmung in den Umfang des Tui.nelquerschnittes übergeht. Die Ausbuchtung ist im Bereich des oder der Momentennullpunkte des Tragringes eines vorzugsweise unter Normalbelastung stehenden _!0 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 Umfangsiinie des Tragringes schließt.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Das wellen- oder bogenförmige Profil der Tragringe erlaubt in Zu- x> sammenwirken 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 is stählernen Werkstoffen miteinander verschweißt und bleiben auch bei großen Längenänderungen wasserdicht. Dehnungen und Verkürzungen folgt die Ti.nnelauskleidung durch die Wellenform unter Vermeidung von Zwängungskräftcn.

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.

Bei Verkürzung quer zur Tunnelachse verhindert das Dehnungselcment eine unerwünschte Zunahme der Ringkraft in Umfangsriehtung des Tragringes durch Verringerung des Tragringunifangs.

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.

Bei einer Dehnung quer zur Tunnelachse bewirkt das Dehnungselcment unter Mitwirkung der hydraulischen oder mechanischen Feder eine Erhöhung der Ringkrafi oder eine Spreizung unter Gleichhaltung der Ringkraft, wobei dem Dehnungsclement örtliche Überbeanspruchungen bis zur Plastifizierung des Werkstoffes zugemutet werden können.

Die Anordnung eines Dehnungsclementcs erfolgt vorzugsweise in Firstmitte. Die Anordnung zweiter Dehnungselcmcnte erfolgt vorteilhaft im Bereich der Momcntennullpunkte des Tragringes eines erdgebetteten Tunnels links oder rechts von der Tunnelsohle. Daraus ergibt sich eine gute Zugänglichkeit zu den Dehnungselemcnten 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.

Bei zwei nebeneinanderliegenden kreis- oder maul- '¹S förmigen Tunnelquerschnitten werden jeweils zwei Tragringe brillenförmig durch ein zweiteiliges DehniinnM>lt>mcnt miteinander verbunden. Dieses zweiteilige Dehnungselement 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.

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.

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.

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 S-B nach F i g. 1,

F i g, 4 einen Tragring für einen Tunnel mit kreisförmigem Querschnitt mit zwei link·- 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.

1 bezeichnet einen Tragring aus einem wellenförmigen Profil, das bei Verformung eine günstige Spannungsverteilung besitzt.

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 (Fig.!) U-Form.

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 Dehnungselcment 2 abzustützen bzw. die Abstützung des zweiteiligen Dehnungsclements 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.

Das Dehnungselement 2 schließt den statisch belasteten, erdgebetteten, kreisförmigen Tunnelquerschnitt und nimmt in Zusammenwirken mit der Feder 4 die bei Übcrbelasuing eintretenden Formänderungen auf.

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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Auskleidung für einen, in Bergsenkungsgebieten in geschlossener Bauweise aufgefahrenen Verkehrstunnel, insbeonsere für den schienengebundenen Verkehr, die aus mehreren in Längsrichtung des Tunnels miteinander wasserundurchlässig verbundenen, die Längsverformbarkeit unter bergbaulicher Einwirkung nicht oder nur im Rahmen des orthotropen Ausweich-Widerstands-Prinzips behindernden Tragringen mit wellenförmigem Profil gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragring (1) wenigstens ein Dehr.ungselement (2) aufweist, das als Ausbuchtung des Tragringes (1) ausgebildet ist und den Querschnitt des Tragringes (1) überragt.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennteichnet, daß jeder Tragring (t) im Bereich der Ausbuchtung (2) eine stärkere Krümmung besitzt als der Umfang des Tunnelquerschnittes und das der Bereich der stärkeren Krümmung über Bereiche mit entgegengesetzter Krümmung in den Umfang des Tunnelquerschnittes übergeht.

3. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (2) im Bereich des oder der Momentennullpunkte des Tragringes (1) eines vorzugsweise unter Normalbelastung stehenden Tunnels angeordnet ist.

4. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über der zum Innei n des Tunnelquerschnittes weisenden öffnung der Ausbuchtung (2) in jedem Tragring (1) eine Feder (4) ©der ein Reibelement angeordnet sind, die sicii auf die zueinanderweisenden Teile der wellenförmigen Profile der Tragringe (1) abstützen und so die durch die Ausbuchtung sich ergebende Abweichung der Umfangslinie des Tragringes (1) schließen.

5. Auskleidung nach Anspruch 1 für einen Tunnel mit zwei nebeneinanderliegenden Tunnelröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tragringe (1) ein zweiteiliges Dc-hnungselement (5, b) besitzen, wobei ein unteres Verbindungsstück mit bezogen auf die Umfangskrümmung entgegengesetzter Krümmung in der Nähe der Tunnelsohle und ein oberes Verbindungsstück mit ebenfalls zur Umfangskrümmung entgegengesetzter Krümmung unterhalb der Verbindungslinie der Schwerpunkte der beiden Tunnelquerschnitte angeordnet ist.

6. Nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungsstücken des zweiteiligen Dehnungselementes (5, 6) eine Feder (4) oder ein Reibelement angeordnet sind.

7. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 und 6, dai.litrch gekennzeichnet, daß diese Elemente auf Konsolen (3) abgestützt sind, die an den zueinanderweisenden Teilen der wellenförmigen Profile der Dehnungselemente (2 bzw. 5,6) angebracht sind.

8. Auskleidung nach den Ansprüchen 4, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) oder das Reibelement vorgespannt sind und ihre Verspannung nachträglich regulierbar ist.

9. Auskleidung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) als Reibungsfeder ausgebildet ist.

10. Auskleidung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch <^ gekennzeichnet, daß die Feder (4) aus einem Hy draulikzylinder besteht, der an einen Druckspeicher angeschlossen ist.

11 Auskleidung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung durch ein Reibelement erfolgt.

12. Auskleidung nach den Anspriicncn 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (4) oder das Reibelement in Tunnellängsrichtung auf den Konsolsen (3) verschieblich sind.