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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
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eines unnelrohres mit Mantelreibungsminderung Die Erfindung betrifft
ein Schildvortriebverfahren zur Hertellung eines Tunnels oder Stollens im Erdreich,
bei dem der Abbau des Erdreichs mittels eines Schildes vorgenommenwird, der stirnseitig
an einem Tunnelrohrabschnitt angeordnet ist und in Achsrichtung des Tunnelrohrabschnittes
unter ständigem Hinzufügen weiterer Tunnelrohrabschnitte in den stirnseitig durch
den Schild geschaffenen Gunnelhohlraum bis zu einer Streckenlänge nachgeschoben
wird, bei der die zwischen der Mantelfläche des gunnelrohres und dem Erdreich auftretende
Reibkraft so groß wird, daß die zum Nachschieben des Tunnelrohres auf den letzteingesetzten
Tunnelrohrabschnitt aufzuwendende Kraft dessen Festigkeit überschreitet, wobei zur
Reibungsminderung zwischen dem Erdreich und dem Schild parallel zur Tunnelachse
verlaufende Blechstreifen eingebracht
werden.
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Es ist seit langem bekannt, Tunnel oder Stollen dadurch herzustellen,
daß einzelne Tunnelrohrabschnitte, die entweder als Tübbinge oder als Schüsse bezeichnet
werden, hintereinander im wesentlichen waagerecht durch das Erdreich mit Hilfe von
Pressen gedruckt werden, wobei am vorderen Ende der Tunnelstrecke mit einem sog.
Schild der Abbau des stirnseitig vorhandenen Erdreichs vorgenommen wird. Üblicherweise
wird eine neu zu errichtende Tunnelstrecke von einer offenen Baugrube aus begonnen,
deren eine Seitenwand dann das Widerlager für die hydraulischen Fressen bildet,
deren Hub gerade die Länge eines Tunnelrohrabschnittes übersteigt. Zwischen den
zusammengefahrenen Pressen und der dem Drucklager gegenüberliegenden Seite wird
dann der Schild mit einem ersten Tunnelrohrabschnitt eingebracht, womit der Vortrieb
beginnen kann Haben die hydraulischen Pressen ihre maximale Länge erreicht, werden
sie zurückgezogen, ein neuer Tunnelrohrabschnltt zwischen dem letztgepreßten Abschnitt
und die zusammengefahrenen Pressen eingesetzt und dann der Vortrieb in der gleichen
Weise fortgesetzt, in der der Tunnel begonnen wurde.
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Ein nach diesem Verfahren hergestellter Tunnel weist immer nur eine
begrenzte Länge auf. Der Grund dafür liegt darin, daß bei länger werdenden Tunnelstrecken
die Reibkraft zwischen dem Erdreich und Tunnelrohr stetig zunimmt, wodurch hauptsächlich
die gerade eingesetzten Tunnelrohrabschnitte zunehmenden Druckkräften ausgesetzt
sind. Übersteigen diese die Festigkeit der Tunnelrohrabschnitte, so zerbrechen sie
unter der last der Pressen.
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Um dennoch eine längere 'Punnelstrecke erstellen zu können, als dieses
Verfahren normalerweise zuläßt, ist auch schon das Einsetzen sog. Zwischenstationen
in die Tunneistrecke oekannt.
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Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine ähnliche Preßstation
wie sie sich am Eunnelstreckenanfang befindet, nur ist sie innerhalb des Tunnelrohres
zwischen dem Schild und dem Tunnelstrecenafang angeordnet. Übersteigt die Preßlänge
das durch die Festigkeit der Dunnelrohrabschnitte bestimmte ttaß, werden diese Zwischenstationen
aktiviert, die sich dann ihrerseits auf dem dem Schild abgewandten Ende des Tunnelrohres
abstützen und den von der Zwischenstation bis zum Schild verbleibenden Streckenabschnitt
voranpressen.
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Nach dem vollen Ausfahren des maximalen Hubes einer solchen Zwischenstation,
der wiederum geringfügig die Tiefe eines Tunnelrohrabschnittes übersteigt, wird
an dieser Stelle nach dem Zurückziehen der Presse ein neuer Dunnelrohrabschnitt
eingesetzt.
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Im Unterschied zu den an der offenen Baugrube eingesetzten Tunnelrohrabschnitten
müssen die an dieser Stelle eingesetzten in Segmente zerlegbar sein, we l sie in
geschlossener Ringform nicht in das Tunnelrohr gleichen Durchmessers eingebracht
werden können. Bei der praktischen Anwendung solcher zerlegbaren Tunnelrohrabschnitte
ergeben si.ch immer wieder Probleme beim Zusammenbau oder durch die herabgesetzte
Formstabilität beim weiteren Voranpressen. Zum einen muß der Zusammenbau in nicht
gestütztes Erdreich erfolgen, zum anderen ist zur Erhöhung der Formstabilität beim
Einbau eine kurzfristige Durchmesserüberschreitung notwendig, die oft nur sehr schwer
zu erreichen ist. Deformationen und schlechter Sitz sind oft die Folge dieser Schwierigkeiten.
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Auch sind die Kosten einer solchen Arbeitsweise wesentlich höher als
bei der Anwendung von in sich geschlossenen Tunnelrohrabschnitten, weil das Einsetzen
länger dauert und dazu Montageärbeiten anfallen.
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Des weiteren ist eine Kombination der beschriebenen Verfahren in der
Weise üblich, daß zwar Zwischenstationen vorgesehen
sind, an dieser
Stelle jedoch keine Tunnelrohrabschnitte neu eingesetzt werden. Vielmehr wird nach
dem vollen Ausfahren einer Zwischenstation diese unter Nachrücken des zwischen der
Zwischenstation und der offenen Baugrube befindlichen Streckenabschnittes zusammengefahren.
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Dadurch wird der Vorteil, vorgefertigte, geschlossene Tunnelrohrabschnitte
verwenden zu können, beibehalten, die einer Zwischenstation vorgelagerten Tunnelrohrabschnitte
werden jedoch stets maximal belastet.
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Es ist schon versucht worden, die Reibung zwischen dem Erdreich und
der Tunnelrohrwand durch Einspritzen einer thixotropen Flüssigkeit herabzusetzen.
Ihre spezielle Eigenschaft, nämlich im normalen Zustand dickflüssig bzw. gallertartig
zu sein und nur durch innere Bewegung in einen dünnflüssigen Zustand überzugehen,
soll dabei durch die Dickflüssigkeit das Eindringen in das Erdreich verhindern,
gleichzeitig aber einen durch Dünnflüssigkeit unterstützten Gleiteffekt zwischen
Erdreich und Tunnelrohrwand erzeugen.
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Um wirklich eine spürbare Reibungsminderung zu erreichen, muß ständig
eine sehr große Menge zwischen die Reibflächen gedrückt werden, weil die Verluste
durch Vermengen mit dem Erdreich und durch Versickern erheblich sind, so daß ziemlich
hohe Kosten entstehen. Die durch dieses Verfahren zusätzlich preßbaren Tunnelstreckenlängen
sind zwar größer als bisher, sie sind jedoch nicht so beträchtlich, daß die Venfendung
von Zwischenstationen entfallen kann.
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Weiterhin ist schon versucht worden, im Bereich des Schildes einzelne,
zwischen Erdreich und Schildmantel im Erdreich verbleibende Blechbänder einzulegen,
auf denen dann der Schild vorwärts gleitet (DT-PS 1 182 282).
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All diese Bemühungen haben jedoch nicht zu einer derartigen Verminderung
der Reibung zwischen Erdreich und Tunnelrohr geführt, daß Tunnelstrecken über eine
beträchtliche Länge
allein von einer offenen Baugrube aus vorangetrieben
werden, sondern es sind weiterhin Zwischenstationen nötig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das durch Reibungsminderung zwischen Erdreich und unnelrohr Tunnelstrecken bisher
nicht gekannter Länge von einer offenen Baugrube aus und damit unter ausschließlicher
Verwendung geschlossener Tunnelrohrabschnitte voranzutreiben gestattet.
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Dieses Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß die Blechstreifen
im Schildbereich durch gegenseitige Berührung oder Uberlappung zu einem endlosen,
den Schildschwanz und das Tunnelrohr lückenlos umgebenden Mantel geformt und miteinander
befestigt werden und daß eine reibungsinindernde Flüssigkeit zwischen Tunnelrohr
einschl. Schildschwanz und dem Mantel eingebracht wird.
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Auf diese Weise wird unmittelbar hinter der abzubauenden Stirnwand
noch im Bereich des Schildes ein in sich geschlossener Blechmantel als Auskleidung
des Erdreiches um das Tunnelrohr gelegt, der eine Art Hilfsausbau für das darin
fortschreitende Tunnelrohr darstellt.
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Es ist allgemein üblich, den Schildschwanz im Durchmesser etwas größer
zu wählen, als das nachfolgende Tunnelrohr, wodurch unmittelbar hinter dem Schildschwanz
bei nicht allzu lockerem Erdreich die Reibung zwischen Erdreich und Tunnelrohrwand
herabgesetzt wird. Die erfindungsgemäße Auskleidung des Erdreiches mit Blechstreifen
weist ebenfalls einen gegenüber dem Tunnelrohr größeren Durchmesser auf, so daß
das Tunnelrohr nun aber über seine ganze Länge frei von irgendwelchen Zwängen durch
den durch die Blechsbreifen gebildeten Mantel hindurchgleiten kann, da dieser Mantel
das itachsacken von Erdreich unterbindet.
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Bine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zu einem
Tunnelrohr zusammengesetzten Tunnelrohrabschnitte flüssigkeitsdicht aneinanderliegen,
so daß das Tunnelrohr als flüssigkeitsdicht bezeichnet werden kann, und daß ebenso
der aus Blechstreifen geformte Mantel flüssigkeitsdicht zusammengefügt wird, beispielsweise
durch Verschweißen. Unter Zuhilfenahme zweier Dichtungen zwischen dem durch die
Blechstreifen gebildeten Mantel und dem Tunnelrohr am Schildschwanz und in der Nähe
der Preßstation wird so ein flüssigkeitsdichter Ringraum gebildet. Dieser wird anschließend
mit einer Flüss-igkeit gefüllt, die entsprechend dem Vortrieb des unnelrohres und
des sich damit vergrößernden Raumes nachgefördert wird, und beispielsweise unter
einen Druck gesetzt wird, der in etwa dem mittleren; spezifischen Erddruck (Gebirgsdruck)
entspricht. Dies hat zur Bolge, daß evtl. inhomogene Stellen 3teaD des Erdreiches
die durch den Mantel gebildete Form nicht zu ändern vermögen, wodurch die kreisförmige
Gestalt erhalten bleibt.
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Bei sehr stabilem, homogenen Erdreich, bei dem eine ungleichmäßige
Druckbelastung auf den Mantel und damit eine Deformation nicht zu befürchten ist,
ist es besonders vorteilhaft, den Ringraum nicht in voller Höhe mit Flüssigkeit
aufzufüllen, sondern gezielt nur so weit, daß das Tunnelrohr durch den eigenen Auftrieb
gerade aufschwimmt. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn das Tunnelrohr einen
sein Gewicht f;ibersteigenden Auftrieb bekommt, bevor oder gerade wenn der Ringraun
vollständig gefüllt ist. Dies ist ;jedoch in den meisten Fällen als wahrscheinlich
anzunehmen. Die auf diese Weise erreichte Reibungsminderung ist, zumindestens theoretisch,
durch keine I;hßnahme zu verbessern, da neben der Flüssigkeitsreibung die bei den
hier auftretenden Geschwindigkeiten zu vernachlässigen ist keinerlei weitere Reibungskräfte
auftreten.
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Selbst wenn jedoch derartig ideale Bedingungen nicht vorliegen sollten,
sondern durch großflächige unterschiedliche Erddrücke der aus Blechstreifen geformte
Mantel einer Deformation unterliegt, so daß sich der Mantel auf dem Tunnelrohr abstützt,
ist dennoch gegenüber bisher üblichen Verfahren die Reibung erheblich reduziert,
da zwischen Tunnelrohrwand und Mantel eine die Gleitreibung herabsetzende Flüssigkeit,
z.3;?Hixotrope, eingegeben wird. Die dann zwischen Tunnelrohrwand und mantel auftretenden
Reibwerte sind immer noch erheblich günstiger als zwischen Erdreich und Tunnelrohrwand.
Auch ist die Berührung im allgemeinen auf einige Stellen beschränkt, so daß insgesamt
eine wesentliche Reibungsminderung gegenüber dem Pressen eines Tunnelrohres im reinen
Erdreich erreicht wird.
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Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
sieht vor, daß die Blechstreifen von Goils ablaufen, deren Achsen in tangentialer
Richtung zum Tunnelrohr, parallel zur Stirnseite polygonartig nahe der inneren Mantelfläche
des Schildes abwechselnd in Tunnelrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind,
daß Führungen vorhanden sind, die die ablaufenden Blechstreifen gegen die Vorschubrichtung
schräg nach außen auf einen Durchmesser, der größer als der Außendurchmesser des
Schildschwanzes bzw. des Tunnelrohres ist, in der Weise führen, daß sie sich wechselseitig
überlappen und daß auf dem größeren Durchmesser, auf dem sich die Blechstreifen
befinden, Mittel zur Befestigung benachbarter Blechstreifen untereinander vorhanden
sind.
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Während des Vortriebes des Tunnelrohres bewegen sich die Blechstreifen
in Tunnelvorschubrichtung gegenüber dem Srdreich nicht, wohl aber natürlich gegenüber
dem Tunnelrohr, wodurch sie selbsttätig durch die Führungen in den Raum zwischen
Erdreich und Tunnelrohrwand von den Coils ablaufen,
so daß keinerlei
Antrieb zur Bewegung der Blechstreifen notwendig ist.
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Selbstverständlich können die Blechstreifen auch auf andere Weise
aneinandergefügt werden, z.B. Rollschweißen, Nieten oder Bördeln, jedoch ist eine
Punktschweißeinrichtung auBerordentlich vorteilhaft, da keinerlei Vorbereitung an
den Blechstreifen erforderlich ist und die Verbindung, abgesehen von der Überlappung,
keine erhabenen Vorsprünge erzeugt.
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Weiter ist dabei vorteilhaft, daß das Punktschweißen intermittierend
betrieben wird, was ja bedeutet, daß der Fügevorgang auf natürliche Weise ständig
unterbrochen wird, nämlich in den Punktschweißpausen. Damit ist der Schweißvorgang
nicht von einer gleichmäßigen Vorschubgeschwindigkait abhängig, die natürlich häufig,
sei es durch unterschiedlich schnell abzubauendes Erdreich, sei es durch das Einsetzen
eines neuen unnelrohrabschnittes, wechselt bzw. vorübergehend ganz zu Null wird.
Um dennoch eine gleichmäßige Punktschweißnaht zu bekommen, wählt man die Punktschweißstellen
in Abhangigkeit vom zurückgelegten Weg, wodurch das Zusammenfügen der Blechstreifen
vollkommen selbsttätig ablaufen kann.
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Selbst bei maximaler Vorschubgeschwindigkeit des Tunnelrohres vermag
eine Punktschweißeinrichtung eine Schweißung auszuführen, weil'die dafür benötigte
Zeit nur weniger als eine Sekunde. beträgt, in der der zurückgelegte Weg vernachlässigbar
ist.
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Die Anordnung der Coils in zwei Reihen hintereinander weist den Vorteil
auf, daß die Blechstreifen in gerader Abwicklung von den Coils lediglich in der
bevorzugten Richtung gebogen werden, wobei eine Führung sie auf den Durchmesser
des polygonförmigen Mantels bringt, wo sie dann noch in der oben beschriebenen Weise
aneinandergefügt werden. Eine solche
Anordnung stellt auch für
die am Schild notwendige Bewegungsfreiheit zum Abbau und Transport des Erdreiches
eine sehr geringe Belastung dar. Die Coils können sehr leicht durch Abdeckbleche
vor Verschmutzung geschützt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Blechstreifen aus
einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt. Dadurch ist auch nach langer Feuchtigkeitseinwirkung
durch das berührende Erdreich nicht mit einer Zerstörung zu rechnen, wodurch der
das Tunnelrohr umgebende Mantel schützender Bestandteil des Tunnelausbaus wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in
der Zeichnung erläutert. Darin bedeuten: Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine
Dunnelrohrstrecke, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Ins Erdreich gedrückt
wird Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des Schildbereiches aus Fig. 1 Fig. 3 eine
vergrößerte Ansicht des Details A aus .Fig. 2 Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang
der Linie I-I in Fig. 2.
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In einer offenen Baugrube 1 in Fig. 1 befindet sich eine Preßstation
2, die im wesentlichen aus einem Widerlager 4 und kreisförmig auf dem Durchmesser
des Tunnelrohres angeordneten Pressen 6 besteht. Diese pressen Tunnelrohrabschnitte
8, die zu einem Tunnelrohr 9 zusammengesetzt sind, ins Erdreich 10. Das vordere
Ende dieses Tunnelrohres 9 wird durch einen Schild 12 gebildet, der an seiner Stirnseite
eine Erdfräse 14 trägt. Eine derartige Anordnung ist für
die Erstellung
kurzer Tunnelstrecken durchaus üblich, so daß hier auf eine weitere Beschreibung
der Funktionsweise verzichtet werden kann.
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Das Tunnelrohr 9 ist erfindungsgemäß mit einem Mantel 20, (Fig. 4)
umgeben, der aus einzelnen Blechstreifen 16 zusammengesetzt ist. Er wird gleich
zu Beginn, wenn das Schild von der offenen Baugrube 1 aus erstmalig in das Erdreich
gedrückt wird, in einem geringen Abstand um den Schildschwanz geformt und im Erdreich
10 verankert. Fortlaufend mit dem langsam länger werdenden Tunnelrohr 9 wird dieser
Mantel 20 stetig aus dem Schildbereich heraus um das Tunnelrohr herum gebildet,
wodurch eine Art Hilfsausbau für das Tunnelrohr 9 entsteht.
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Schon bei herkömmlicher Erstellung eines Tunnels durch Vorwärtspressen
eines Tunnelrohres ist es üblich, den Durchmesser des Schildschwanzes 18 geringfügig
größer zu wählen, als den des Tunnelrohres. In der dem Schildschwanz 18 folgenden
'tSchIeppe" im Erdreich gleitet dann üblicherweise das Tunnelrohr vorwärts. In einem
gewissen Abstand von dem Schildschwanz 18, der manchmal nur wenige cm beträgt, fällt
das Erdreich 10 mangels Stützung auf den Durchmesser des Tunnelrohres zusammen,
wobei letzteres fest umschlossen wird.
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Das führ bldann mit zunehmender länge des Tunnelrohres zu den bereits
erwähnten, hohen Reibkräften, die letztlich das begrenzende Kriterium für ein herkömmliches
Verfahren darstellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt,
in diese Schleppe unmittelbar im Anschluß an die die Schleppe bildende Kante der
Mantel 20 in Form von aneinandergefügten Blechstreifen 16 eingegeben. Wie in Fig.
2 und 3 zu erkennen ist, bleibt dabei zwischen Schildschwanz 18 und den Tunnelrohrabschnitten
8 ein Ringraum 22 frei, der sich über die gesamte Länge des Tunnelrohres 9 erstreckt
und damit das Zusammenfallen des Erdreiches 10 auf das
Tunnelrohr
9 verhindert.
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Bei idealen Verhältnissen im Erdreich 10, was gleichbedeutend ist
mit völliger Homogenität und überall gleichen Drücken, behält der Mantel 20 seine
kreisrunde Form durch den überall gleichmäßig angreifenden Druck des Erdreiches
10 bei, so daß das Tunnelrohr 9 frei auf dem Grund des Mantels 20 aufliegend vorwärts
geschoben wird. Damit wird die Reibung zwischen Tunnelrohr 9 und Mantel 20 einer
Berechnung zugänglich, da beide Materialien und so ihre Reibwerte bekannt sind bzw.
im Experiment bestimmt werden können. Unter Zuhilfenahme des Eigengewichtes des
Tunnelrohres 9 kann auf diese Weise im voraus diejenige Tunnelrohrlänge bestimmt
werden, bei der die Reibkräfte gerade so weit ansteigen,daß zum Vorwärtspressen
der gesamten Tunnelrohrstrecke die Festigkeit des zuletzt eingesetzten Tunnelrohrabschnittes
8 erreicht wird.
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Werden dabei übliche Methoden zur Reibungsminderung, die bisher zwischen
Tunnelrohr und Erdreich angewendet wurden, auch bei der Erfindung zwischen den Reibpartnern
angewendet, so lassen sich durch die dadurch bewirkte drastische Reibungsminderung
bisher nicht verwirklichbare Längen von Tunnelrohren mit Hilfe einer Preßstation
in einer offenen Baugrube erzielen. Das trifft auch dann zu, wenn die Erdreichbedingungen
nicht ideal sind, so daß es aufgrund inhomogener Druck verteilungen innerhalb des
Erdreiches 10 zu von der Kreisform abweichenden Deformationen des Mantels 20 kommt.
In diesem Fall legt sich der Mantel 20 partiell an das Tunnelrohr 9 an.
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Zwar erhöht sich dadurch die Reibkraft, jedoch treten derartige Unregelmäßigkeiten
nur stellenweise auf, so daß die Beeinträchtigung gering ist, verglichen mit einem
überall an dem Tunnelrohr 9 anliegenden Erdreich 10. Selbstverständlich bleibt auch
an solchen Stellen als Vorteil der kalkulierbare geringe Reibwert zwischen Tunnelrohr
9 und Mantel 20 erhalten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ringraun 22 entlang
dem Tunnelrohr 9 durch eine vordere Dichtung 24 zwischen Schildschwanz 18 und Mantel
20 und durch eine hintere Dichtung 26 in unmittelbarer Nachbarschaft zu der offenen
Baugrube 1 zwischen lunnelrohr 9 und Mantel 20 vorgesehen.
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Sie besteht vorzugsweise aus mehreren, zu einem Paket zusammengefaßten
endlosen Schläuchen, die mit einer unter regelbarem Druck stehenden Flüssigkeit
gefüllt ist. Die Dichtungen 24 und 26 schließen den Ringraum 22 flüssigkeitsdicht
ab; ebenso werden untereinander flüssigkeitsdichte Tunnelrohrabschnitte 8 verwendet,
und die Verbindung der Blechstreifen 16 untereinander zu dem Mantel 20 wird flüssigkeitsdicht
ausgeführt. Dadurch kann der Ringraum 22 mit Flüssigkeit gefüllt werden, ohne daß
diese im Erdreich versickert oder ins Tunnelinnere gelangt. Unter dieser Voraussetzung
sind mehrere, unterschiedliche Betriebsbedingungen möglich, und zwar kann der Ringraum
22 teilweise oder ganz gefüllt werden, wobei im letzteren Fall die Flüssigkeit unter
einem Druck gehalten werden kann, der entweder unterhalb des mittleren Erddrucks
oder aber darüber liegt.
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Der Sinn, den Ringraum 22 nur teilweise mit Fliissigkeit aufzufüllen,
liegt darin, daß man bei einem großen Verhältnis von Volumen zu Eigengewicht des
Tunnelrohres - was im allgemeinen vorhanden ist - das Tunnelrohr 9 aufschwimmen
läßt, bzw. einen erheblichen Anteil des Gewichts durch Auftrieb kompensiert. Wird
die Kreisformbeständigkeit des Mantels 20 vorausgesetzt, dann stellt dieses Aufschwimmen
des lunnelrohres die maximal mögliche Reibungsminderung eines im Erdreich vorangetriebenen
Tunnels dar. Denn abgesehen von besonders schweren Stellen des Tunnelrohres, die
durch eine innerhalb des Tunnelrohres 9 installierte Maschine o. dgl.
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vorhanden ist, wird das Tunnelrohr im wesentlichen durch Flüssigkeitsreibung
gehemmt, die an einigen Stellen durch eine Gleit-Flüss igke its-Mischre ibung unterbrochen
sein kann.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß derartig ideale Bedingungen
in einem sehr homogenen Erdreich möglich sind, die Vorteile des homogenen Erdreiches
jedoch nur in Verbindung mit der Erfindung genutzt werden können, denn bei herkömmlichen
Verfahren führen sie lediglich zu einer besonders gleichmäßigen Reibkraftbildung,
nicht jedoch zu ihrer Beseitigung.
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Wird der Ringraum 22 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt, kann es
sinnvoll sein, die Flüssigkeit unter einem Druck zu halten, der in etwa dem mittleren
Erddruck des Erdreiches 10 entspricht. Dadurch wird der Mantel 20 annähernd kräftefrei,
wodurch eventuell auftretenden Deformationen außerordentlich gut vorgebeugt wird.
Denn nur ein extrem inhomogenes Erdreich könnte dann noch Deformationen bewirken,
was bei größeren Beträgen wieder zu Nachteilen hinsichtlich der Reibungsverhältnisse
führt. Sollten jedoch die Bodenverhältnisse so außerordentlich schlecht sein, daß
der Mantel 20 sich auf weiten Bereichen auf dem Tunnelrohr 9 abstützt, so kann dem
dadurch begegnet werden, daß die Flüssigkeit in dem Ringraum 22 unter einem wesentlich
höheren Druck als dem mittleren Erddruck gehalten wird.
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In diesem Fall kommt es zu einer natürlichen Ausrichtung des Mantels
zu einer Kreisform, da nur sie der Flüssigkeit innerhalb des zur Verfügung stehenden
Raumes ein Volumenmaximum bietet. Das gilt immer dann, wenn der Flüssigkeitsdruck
grundsätzlich höher ist als der maximal an irgendeiner Stelle durch Inhomogenität
hervorgerufene Erddruck. Selbst wenn das Aufrechterhalten besonders hoher Drücke
technologisch schwierig ist und deshalb nicht bis zur Höhe der Spitzendrücke im
Erdreich heranreicht, bleibt eine stabilisierende Wirkung für die Bereiche, deren
Erddruck niedriger als der Flüssigkeitsdruck ist, erhalten' so daß ihre Reibungswirkung
nicht besonders stark ist.
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Sollte bei den Betriebsbedingungen, bei denen der Ringraum 22 gänzlich
gefüllt ist, der Auftrieb einen unerwünscht hohen Wert erreichen, was bei leichten,
voluminösen Tunnelrohren durchaus möglich ist, so kann durch festen oder flüssigen
Ballast eine genügend ausgeglichene Gleichgewichtslage hergestellt werden.
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Bei unnelverläufen, die von der Horizontalen abweichen, ist ein definiertes
Aufschwimmen des Tunnelrohres (9) nicht möglich, da in dem Ringraum kein einheitlicher
Flüssigkeitsstand verifizierbar ist. In diesem Fall kann statt einer Newtonschen
Flüssigkeit eine Paste oder ein dünnflüssiger Brei verwendet werden, die denselben,weiter
oben beschriebenen Druckmaßnahnen unterworfen werden können, d5e jedoch keinen Auftrieb
erzeugen. Ebenso kann die Anwendung derartiger Medien deshalb bei sehr großen und
dadurch nachteiligen Auftriebskräten von Vorteil sein.
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Zur Bildung des Mantels 20 aus den Blechstreifen 16 innerhalb des
Schildbereiches ist es notwendig, daß sie fortwährend auf den den Mantel bildenden
Durchmesser geführt und dort zusammengefügt werden. Als Ausgangsmaterial werden
dafür zweckmäßigerweise zu Coils 28 aufgewickelte Blechstreifen 16 verwendet, die
in zwei Reihen hintereinander an der inneren Peripherie des Schildes angeordnet
sind. Die Mittellinien zweier benachbarter, zu je einer Reihe gehöriger Blechstreifen
schließen in einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung einen so engen
Winkel ein, daß sich die Blechstreifen 16, wenn sie einmal auf den den Mantel bildenden
Durchmesser gebracht sind, immer noch überlappen. In Fig. 4 sind die Kanten a und
b zweier derartig angeordneter Blechstreifen 16 dargestellt.
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Sie überlappen sich im Bereich des fiiantels 20 um den Betrag c.
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Auf diese Weise ist es nämlich möglich, das Aneinanderfügen
der
Blechstreifen 16 durch Punktschweißgeräte 30 auszuführen, die in der Anzahl der
Überlappung am Umfang des Schildes angeordnet sind.
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Eine Punktschweißeinrichtung muß zwar die zu verbindendenden Elemente,
in diesem Fall also zwei Blechstreifen 16, hintergreifen, sie bietet jedoch den
Vorteil, daß sie intermittierend betrieben wird. Damit ergeben sich zwischen den
einzelnen Schweißvorgängen Pausen, deren Länge sjch nach der Vorschubgeschwindigkeit
richtet. Diese sind, verglichen mit den technologischen Möglichkeiten beim Punktschweißen,
außerordentlich lang, weil die Vorschubgeschwindigkeit des Tunnelrohres nicht besonders
hoch ist. Da in diesen Paussn keine Energie verbraucht wird, sind sie nicht schädlich.
Jedes andere Schweißverfahren, sei es Autogen- oder Lichtbogenschweissen, ist für
einen kontinuierlichen Betrieb wegen der geringen Vorschubgeschwindigkeit nicht
geeignet, oder aber der Schweißvorgang müßte jeweils unterbrochen und anschließend
wieder aktiviert werden. Neben einem Schweißverfahren ist selbstverständlich auch
das Verbinden der Blechstreifen 16 durch Nieten, Bördeln oder durch ein anderes
Verfahren möglich.
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Die von den Coils 28 ablaufenden Blechstreifen 16 werden durch Führungen
32 auf einen Durchmesser geleitet, der dem des daraus gefertigten Mantels 20 entspricht.
Das Zusammenfügen der Blechstreifen 16 muß annähernd auf diesem Durchmesser durchgeführt
werden, da nach dem Zusammenfügen der Mantel 20 einen geschlossenen Ring bildet,
der nur noch durch plastische Verformung im Durchmesser wesentlich vergrößert werden
kann.
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Es ist deshalb darauf zu achten, daß die Punktschweißgeräte 30; ihre
Bearbeitungsstelle annähernd auf dem Durchmesser des Mantels 20 haben. Die bei diesem
Schweißverfahren notwendige Hintergreifung 33 dient gleichzeitig als Schleppe bildendes
Schildteil,
das dem Mantel 20 ein müheloses Austreten aus dem Schildbereich ermöglicht.
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Zur Vermeidung einer sehr langen elektrischen leitung zur Hintergreifung
33 um die Coils 28 herum kann es zweckmäßig sein, die jeweils mit ihren Randzonen
vom Inneren des Tunnelrohres (9) aus gesehen auf zwei benachbarten Blechstreifen
aufliegenden Blechstreifen vor der Punktschweistelle in einer zum Tunnelinneren
gerichteten Delle 34 zu führen, unter de dann von beiden Seiten die elektrische
leitung 35 zu der Hintergreifung 33 geführt wird.
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Die Blechstreifen 16 brauchen nicht durch einen eigenen ßntrieb zum
Ablaufen von den Coils 29 gebracht zu werden. Dies geschieht vollkommen selbsttätig
durch die Vorschubbewegung des Tunnelrohres 9. Dadurch nämlich, daß der Mantel 20
überall am Erdreich 10 fest anliegt, ist bis auf den Moment beim unmittelbaren Ansetzen
des Tunnelrohrvortriebs, bei dem der Mantel im Erdreich verankert wird, keine Bewegung
des Mantels gegenüber dem Erdreich zu befürchten.
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Es kann, besonders bei chemisch aggressivem Erdreich, vorteilhaft
serin, den Mantel 20 als schützenden Teil der Tunnelanlage in den Ausbau mit einzubeziehen.
In einem solchen Fall werden die Blechstreifen 16 aus korrosionsbeständigem Material
gewählt, insbesondere aus nichtrostendem Stahl. Damit bleibt über einen sehr langen
Zeitraum ein feuchtigkeitsdichter Isntel 20 um das Tunnelrohr 9 erhalten, der irgendwelche
schädlichen Korrosionen wirksam verhindert. Im übrigen sollte das Material der Blechstreifen
16 so billig wie möglich gewählt werden, da sie im Erdreich verbleiben und demnach
nicht wiedergewonnen werden können. Auch die Blechstärke sollte aus demselben Grunde
möglichst gering gehalten werden; hier sind natürlich durch die notwendige Festigkeit
Grenzen gesetzt.
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Jedoch sollte eine Blechstärke von 1 bis 2 mm ausreichen.
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Statt einer solchen Maßnahme kann es von Vorteil sein, nach Fertigstellung
des Tunnels die Flüssigkeit bzw. Paste aus dem Ringraum 22 zu entfernen, also wiederzugewinnen,
und stattdessen z.B. Bitumen oder ein anderes Isoliermittel einzufüllen.
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Unabhängig vom Zustand des Mantels 20 bleibt dann inner ene wasserdichte
Hut um das Tunnelrohr erhalten.
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Auch kann es vorteilhaft sein, hier ein Tiefziehblech zu verwenden,
so daß bei Vorhandesein irgendwelcher Hohlräume in Erdreich 10 und bei Anwendung
einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in dem Ringraum 22 der Mantel 20 sich diesen
Unebenheiten anpaßt und nicht der erdreichseitig fehlende Gegendruck zum Platzen
des Mantels 20 führt. Ebenso ist bei entsprechenden Eigenschaften die Verwendung
von Kunststoffbahnen anstelle der Blechstreifen 16 möglich.
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-Patentansprüche-
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