DE2428936A1

DE2428936A1 - Tunnelauskleidung

Info

Publication number: DE2428936A1
Application number: DE2428936A
Authority: DE
Inventors: James B Platner; Charles M Baltimore Schaefer
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1974-06-15
Publication date: 1975-01-23
Also published as: JPS5052827A; US3859802A; FR2234452A1; CA1005654A

Description

Dr.-Ing. Wilhelm Reiche! DipL-lng. Wbligang Esichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parkstraße 13

79ko

BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania 18016,VStA

Tunnelauskleidung

Die Erfindung bezieht sich auf Tunnelauskleidungen aus einzelnen Segmenten und betrifft insbesondere eine vorgefertigte wasserdichte Tunnelauskleidung, deren Segmente miteinander durch . Bolzen verschraubt sind, unter Verwendung einer Dichtung um Leckstellen zu vermeiden.

Vorgefertigte Tunnelauskleidungen sind bisher aus bogenförmigen Segmenten hergestellt worden, die aus gewalzten Kanal- bzw. U-Profilen geformt sind, bei denen die Plansche sich zum Innern des Tunnels erstrecken und zwischen den Flanschen Stirnplatten bzw.'-bleche angeschweißt sind. Ein ringförmiger Tunnelabschnitt bzw. -schuß wird erhalten, indem die Stirnplatten in den Längsfugen aneinander stoßender Segmente mittels Bolzen verbunden werden. Die Längsausdehnung des Tunnels ergibt sich, indem die Flansche in Umfangsfugen aneinander grenzender Segmente durch Bolzen verbunden bzw. verschraubt werden.

Damit für die Lastaufnähme geeignete Eigenschaften, als Steifigkeit bezeichnet, erhalten werden, sollen die durch Bolzenverbindungen hergestellten Längsstöße und Umfangsstöße eine

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metallische Berührung zwischen den Stirnplatten und den Flanschen der verbundenen Segmente aufweisen. Diese Formgebung schließt jedoch Leckagen von Wasser und Luft nicht aus. Außerdem schwanken die Abmessungen der gewalzten Kanalprofile gewöhnlich infolge Abnutzung der Walzen des Walzwerks. Diese maßlichen Unterschiede können Fluchtfehler der benachbarten Segmente hervorrufen und vergrößern die Möglichkeit des Auftretens von Undichtigkeiten.

Um Leckstellen möglichst auszuschließen, sind die Längs- und Umfangsstöße bisher mit einer Dichtung zwischen verbundenen Stirnplatten und Flanschen versehen worden. Die elastische Dichtung kann Fluchtfehler von Segmenten infolge von Abweichungen in den Abmessungen kompensieren und kann als Abschluß zwischen den verbundenen Flanschen und Stirnplatten dienen. Doch ergibt sich bei der bisherigen Abdichtung die' Schwierigkeit, daß die im Bereich der Bolzen befindliche Dichtung ein Lockern der Bolzen zulassen kann, wenn die Dichtung unter der Belastung kriecht bzw. nachläßt, so daß dann die Steifigkeit beeinträchtigt wird. Das Nachgeben der Dichtung verschlimmert sich mit zunehmender Belastung durch Ummantelungskräfte, die mit einem Schildvortrieb an der Tunnelfront verbunden sind.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wasserdichte Schraubenverbindung für die Segmente einer Tunnelauskleidung zu schaffen, die auch beim Kriechen bzw. Nachlassen der Dichtung nicht locker werden kann und ein ausreichendes Maß an Steifheit besitzt.

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Dies wird nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch erreicht, daß an den in Längsrichtung und in Umfangsrichtung verlaufenden Stoßen die Segmente bzw* die Flanschen und Stirnplatten im Bereich der Verbindungsbolzen oder -schrauben in metallischer Berührung miteinander stehen und eine elastische Dichtung in den Stoßen außerhalb der Schraubenbolzen angeordnet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Tunnelauskleidung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen ringförmigen Tunnelabschnitt bzw. -schuß aus vier bogenförmigen Segmenten und einem Keil- bzw. Schlußsegment;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt der Auskleidung mit den Schraubverbindungen;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 besteht der ringförmige Tunnelabschnitt 1 aus vier bogenförmigen Segmenten 3 sowie einem Keil- oder Schlußsegment 5, die in an sich bekannter V/eise durch Schraubenbolzen verbunden sind.

Gemäß Fig. 2 sind die Segmente 3 aus gewalzten Kanal- bzw. U-Profilen gebildet. Das Kanalprofil 7 besitzt einen Steg 9 und Flansche 11 und 11', die sich nach der Innenseite des Tunnels erstrecken. Vorzugsweise hat jedes Segment 3 ein Doppelkanalprofil, indem zwei gewalzte Profile an den Flanschen 11 und 11· miteinander verschweißt sind. Durch diese Ausbildung des Segments 3 sind weniger Bolzen beim Bau des Tunnels erforderlich.

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Statt des Doppelkanalsegments kann jedoch ebenso gut ein einfaches Kanalsegment verwendet werden. Quer zu den Kanal-» oder U-Profilen 7 sind Stirnplatten 15 und 15' vor die Flansche 11 und 11 ♦ geschweißt, wie es an sich bekannt ist. Ferner sind Versteifungsrippen 17 zwischen die Flansche 11 und 11' in geeigneten Abständen eingeschweißt, was ebenfalls bekannt ist.

Im Längsstoß 19 sind die entsprechenden Stirnplatten 15 und 15' der benachbarten Segmente durch Bolzen 21 und Muttern 21· von hoher Festigkeit miteinander verbunden. Im Umfangsstoß 23 sind die entsprechenden Flansche 11 und 11· der benachbarten Segmente durch hochfeste Bolzen 25 und Muttern 25' miteinander verschraubt.

Einen umfangsstoß 23 zeigt Fig. 3. Die-Flansche 11 und 11· sind durch die hochfesten Bolzen 2.^ und Muttern 25' aneinander gepreßt. Zwischen den gegenüberstehenden ebenen Flächen 26 und 27 der Flansche 11 und 11' und in Berührung mit diesen ist eine elastische Dichtung 29 eingelegt. Die Dichtung 29 ist außerhalb der Schraube am äußeren Ende der Flansche 11 und 11^f angeordnet. Auch in Fig. 1 ist die Lage der Dichtung 29 auf dem Flansch 11' angegeben. Die Dichtung 29 vermag fcinen geringen Fluchtfehler der Segmente 3 zu kompensieren und trägt dazu bei, die Stoßfuge 23 wasserdicht zu machen. Weil die Dichtung 29 hohen Druckbelastungen unterworfen ist, und zwar aufgrund der Schraubenverbindung und der anschließend auf die Auskleidung wirkenden Ümmantelungskräfte, ist die richtige Auswahl des Dichtungsmaterials von Bedeutung. Vorzuziehen ist Neopren, das im Durometer eine Härtezahl von kleiner als 39 und eine Zugfestigkeit von mehr als 2000 engl. Pfund je Quadratzoll (etwa = 1i+0 kg/cm²) besitzt.

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Ferner ist erwünscht, daß das Dichtungsmaterial geringes Kriechen bzw. Setzen aufweist, was auch als bleibende Verformung oder Zusammendrücken bezeichnet wird. Bekanntlich wird dieses Kriechen oder Setzen durch Zusammendrücken einer elastischen Probe um 23% ihrer ursprünglichen Dicke gemessen. Nachdem die Probe wieder freigegeben ist, stellt der Betrag, um den dieselbe nicht zu ihrer ursprünglichen Abmessung zurückkehrt, in Prozent ausgedrückt, ein Maß für die. Kriecheigenschaften dar.

Zur Bewertung des Dichtungsmaterials der Erfindung wurde ein schärferer Test angewendet, bei dem die Probe um 75% anstelle der üblichen 23% zusammengedrückt wurde. Unter diesem Test mit 75% Kompression zeigte das bevorzugte Dichtungsmaterial weniger als 10% Nachlassen oder Setzen.

Im Besitz dieser bevorzugten Eigenschaften erwies sich ein Neopren gemäß den von der National Association of Architectural Metal Manufacturing aufgestellten Richtlinien für "Dichte gummiartig zusammendrückbare Dichtungsmaterialien", die als Norm die Bezeichnung NAAMM-Standard SG-1-70 tragen.

Die Dichtung 29 kann mit geeignetem Haft- bzw. Klebstoff an dem Flansch 11' vor dem Versand angebracht werden, so daß sich die Dichtung bereits in der richtigen Lage befindet.

Der Schraubenbolzen 25 ist von der bekannten hochfesten Ausführung und wird fest genug angezogen, damit der Stoß 25 eine Reibungsverbindung ergibt. Bei einer Reibungsverbindung wird die Steifheit im Stoß 23 begünstigt durch die Reibung zwischen den gegenüberliegenden ebenen Flächen 26 und 27.

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Infolge des dichten Anziehens der Schraubenbolzen 25 verformen sich die Flansche 11 und 11' und der Umfangsstoß 23 erhält seine Steifheit aus der metallischen Berührung zwischen den gegenüberstehenden Planflächen 26 und 27 der Flansche 11 und 11' in dem Bereich der Bolzen 25 an der Innenseite dieser Flächen.

Fig. k zeigt einen Längsstoß 19. Hier sind die Stirnplatten 15 und 15' an die Stege 9 angeschweißt und durch hochfeste Bolzen 21 und Muttern 21 * verbunden. Zwischen den gegenüberstehenden ebenen Flächen 31 und J>Z der Stirnplatten 15 und 15' und in Berührung mit diesen ist eine Dichtung 33 aus demselben Material wie die Dichtung 29 eingelegt. Die Dichtung 33 ist außerhalb der Bolzen 21 am äußeren Ende der Stirnplatten 15 und 15¹ angeordnet. Die Dichtung 33 ist an der Stirnplatte in der gleichen Weise befestigt wie die Dichtung 29 an dem Flansch 11».

Die Stirnplatten 15 und 15' werden durch die hochfesten Bolzen 21 und Muttern 21· verformt, und der Stoß 19 leitet seine Steifheit ab aus der metallischen Berührung zwischen den gegenüberstehenden ebenen Flächen 31 und 32 in dem Bereich der Bolzen 2\ am inneren Ende der Stirnplatten \^ und 15'. *

Im praktischen Betrieb ist ein Abschnitt einer Tunnelauskleidung nach der Erfindung von 10 Fuß (etwa = 3m) Durchmesser zusammengesetzt und einem Wassertest unterzogen worden. Drei ringförmige Tunnelschüsse 1 wurden aus Segmenten 3 mittels Bolzen zusammengesetzt. Jedes Segment 3 war ein Doppelkanalsegment, das durch Verschweißen von zwei einzelnen Kanalsegmenten an den entsprechenden Flanschen 11 und 11·, wie oben beschrieben, hergestellt war. Das gewalzte Kanalprofil 7 war aus Stahl A.S.T.M. A-36 gefertigt und hatte in diesem Fall eine U-Form von 18 Zoll

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(etwa = 46 cm) Breite mit 4 Zoll (etwa =10 cm) hohen Flanschen Π und 11', im Gewicht von 42,7 engl. Pfund je Fuß (etwa = 63,5 kg/m). Die" aus dem Kanalprofil 7 zugeschnittenen Segmente 3 wurden in einem Radius von 60 Zoll (etwa =150 cm) gebogen. Die Stirnplatten 15 und 15' waren aus 3/4 Zoll (etwa = 19 mm) dickem Stahlblech A.S.T.M. A-36. Die Bolzen 21 und 25 waren aus Stahl A.S.T.M. A-325 von 7/8 Zoll (etwa = 22 mm) Durchmesser und saßen in Bohrungen von 1 Zoll (= 25,4 nun) Durchmesser mit einem Mittenabstand von etwa 12 Zoll (= 30 cm) und einem Abstand von der Außenseite von etwa 2 1/4 Zoll (=5,7 cm).

Die Dichtungen waren aus 1/2 Zoll (= 12,7 mm) breitem und 1/4 Zoll (s 6,3 mm) dickem Neopren, den Richtlinien der NAAMM-Norm "Standard SG-1-70" entsprechend mit einer Durometer-Härtezahl von kleiner als 39 und einer Zugfestigkeit von größer als 2000 psi (= 140 kg/cm²).

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Claims

Patentansprüche

Tunnelauskleidung, die aus ringförmigen Abschnitten bzw. Schüssen zusammengesetzt ist, die an den in Umfangsrichtung verlaufenden Stoßstellen einwärts gerichtete Flansche aufweisen, die sich mit ebenen Flächen gegenüberstehen und mittels Schraubenbolzen verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (29) zwischen den ebenen Flächen (26, 27) der Flansche (11, IT) in Berührung mit diesen an den äußeren Enden derselben angeordnet ist, während eine rein metallische Berührung zwischen den ebenen Flächen (26, 27) der Flansche (11, 11») in dem Bereich der verbindenden Schraubenbolzen (25, 25^f) besteht.
2. Tunnelauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) aus einem Neopren mit einer Härtezahl von kleiner als 39 und einer Zugfestigkeit von größer als 2000 psi (= 12j.O kg/cm ) besteht.
3. Tunnelauskleidung aus einzelnen Schüssen, die aus bogenförmigen Segmenten zusammengesetzt sind, die an den in Längsrichtung verlaufenden Stoßstellen mit einwärts gerichteten Stirnplatten versehen sind, die sich mit ebenen Flächen gegenüberstehen und mittels Schraubenbolzen verbunden sind,

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dadurch gekennzeichnet,

daß eine Dichtung (33) zwischen den ebenen Flächen (31, 32) der Stirnplatten (15, 15') in Berührung mit diesen an den äußeren Enden derselben angeordnet ist, während eine rein metallische Berührung zwischen den ebenen Flächen (31, 32) der Flansche (15, 15») in dem Bereich der verbindenden Schraubenbolzen (21, 21^f) besteht.

Tunnelauskleidung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

daß die Dichtung (33) aus einem Neopren mit einer Härtezahl von kleiner als 39 und einer Zugfestigkeit von größer als 2000 psi (= HfO kg/cm) besteht.

ReNeu/Pi.

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