DE2637726A1 - Stuetzstruktur fuer den tunnelausbau - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. dr. HARALD STACH

PATENTANWALT

2 HAMBURG 1 · ADENAUERALLEE 30 · TELEFON JOXAjXJt* 45 23 fcOv / / £, Q

Aktenzeichen: Neuanmeldung
Anmelder; 1) Minoru Yamamoto

2) Kubota Ltd.

Stützstruktur für den Tunnelausbau

Beim Tunnelbau ist es erforderlich, daß Gestein oder Erdreich während der Zeit zwischen dem Ausbruch des Tunnels und dem Beginn der Auskleidung gegen Verformung und Einsturz abzustützen. Hierzu wurden bisher verschiedene Stützstrukturen, beispielsweise Stützbögen aus Stahl, Gesteinsbolzen und Spritzbetonierung einzeln oder in Kombination verwendet.

Eine bekannte Stützstruktur der eingangs genannten Art besteht aus einer Kombination von bogenförmigen Stützteilen aus Stahl und Gesteinsbolzen. Diese in den Fig. 10a, 10b und 10c dargestellte, bekannte Stützstruktur weist ein bogenförmiges Stlitzteil 23 aus Profilstahl mit üblicherweise trapezförmigem oder V-förmigem Querschnitt und seitlichen Randflanschen, so-wie Gesteinsbolzen 25 auf, die an mehreren in Längsabständen des Stützteils 23 angeordneten Stellen radial in das Gestein oder Erdreich 1 hineinragen und mit diesem in Eingriff treten. Dabei nimmt das bogenförmige Stützteil 23 direkt den Erddruck auf, während die Gesteinsbolzen 25 das Erdreich 21 verstärken und mit dem Stützteil 23 integrierend verbinden, wodurch die Festigkeit des Erdreiches zu seiner eigenen Abstützung ausgenutzt wird. Das Stiitzteil 23 und die Gesteinsbolzen 25 sind jeweils durch Tragplatten 29 miteinander verbunden. Bei der in den Fig. 10a und 10b dargestellten, konkreten Ausführungs«- form der Verbindung ist die Tragplatte 29 an den beiden freien Seitenflanschen des im Querschnitt V-förmigen Stützteiles 23 angebracht, während das rückwärtige Ende des sich durch das im Querschnitt V-förmige Stützteil 23

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senkrecht in das Erdreich, hineinerstreckenden und mit diesem in Eingriff stehenden Gesteinsbolzens 25 mittels einer Mutter oder dergleichen an der Tragplatte 29 festgelegt ist. Diese Ausführungsform,' bei welcher der Gesteinsbolzen 25 durch das im Querschnitt V-förmige Stützteil 23 hindurchgeführt ist, hat den Vorteil einer zuverlässigen Integrierung des Gesteinsbolzens 25» andererseits jedoch den Nachteil, daß in dem im Querschnitt V-förmigen Stützteil 23 Löcher gebohrt werden müssen und die Tragplatte in ihren Abmessungen vergrößert wird und zu einer unzureichenden Biegefestigkeit neigt. Beim Bohren der die Gesteinsbolzen aufnehmenden Bohrungen in das Erdreich ist weiterhin die Tatsache der als Führungsöffnungen dienenden Löcher in den V-förmigen Stützteilen aus Stahl nur so lang, wie die Wandstärke der V-förmigen Stahlteile Probleme macht, einschließlich der Schwierigkeit des Bohrens .

Eine andere Kupplungsweise ist in Fig. 10c dargestellt, wobei die Tragplatte 29 unter einem Winkel zwischen dem Erdreich und der vom Vortriebsende abgewandten freien Kante des V-förmigen Stützteiles angeordnet und anschliessend der Gesteinsbolzen 25 unter einem dem Vortriebsende zugewandten Winkel in das Erdreich eingeführt ist und an seinem rückwärtigen Ende mittels einer Mutter oder dergleichen an der Tragplatte festgelegt ist. In diesem Falle ist die Verbindung zwischen dem V-förmigen Stützteil aus Stahl und dem Erdreich nicht zuverlässig und darüber hinaus ist das Fehlen einer Führung beim Bohren von Nachteil. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Bohrstellen nicht bestimmt sind, was sich nachteilig auf eine gleichmäßige Bolzenverteilung auswirkt. Schließlich konnten bisher Stützteile mit H-förmigem oder I-förmigem Querschnitt nicht eingesetzt werden, da das Verbinden derselben mit den Gesteinsbolzen Schwierigkeiten macht.

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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Stützstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln die bisherigen Schwierigkeiten ausschaltet oder weitgehend verringert, aus vorgefertigten Teilen rasch und einfach errichtet und demontiert werden kann und die Erstellung der Bohrungen für die Gesteinsbolzen sowie deren Halterung erleichtert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Stützstruktur der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das bogenartige Stützteil aus mehreren jeweils an ihren Enden miteinander lösbar verbundenen Stützelementen zusammengefügt ist, jedes Stützelement an mindestens einem Ende eine beim Zusammenfügen eine Bolzenöffnung bildende Nut und/oder mindestens eine zwischen den Enden angeordnete Bolzenöffnung aufweist, die Gesteinsbolzen jeweils durch die Bolzenöffnungen hindurchgesteckt sind und an ihren inneren Enden an der inneren Umfangsfläche des Stützteils festgelegt sind.

Da bei der erfindungsgemäßen Stützstruktur die Gesteinsbolzen durch Bolzenöffnungen der Stützelemente hindurchgeführt sind, werden sie mit diesen integral verbunden und können jeweils ihre entsprechende Festigkeit voll zur Geltung bringen und ihre jeweiligen Stützwirkungen zur Verstärkung der Stützstruktur miteinander verbinden. Da das Stützteil aus einer Anzahl von Stützelementen besteht können seine Herstellungskosten durch Massenproduktion von Stützelementen verringert werden. Da die Stützelemente nur eine geringe Länge besitzen, gestaltet sich der Transport, die Materialhandhabung und die Lagerung einfach. Da die Bolzenöffnungen schon bei der Herstellung der Stützelemente mitgeformt werden, entfällt jedes Durchbohren derselben nach dem Einbau, so daß die Bearbeitung erleichtert wird. Da die Bolzenöffnungen sowohl die Stel-

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le für die Anbringung der Gesteinsbohrungen bestimmen, als auch als Führung für das Bohrwerkzeug dienen, kann die Bohrarbeit leicht durchgeführt werden. Da das Stützteil während der Bohrarbeit das Gestein oder Erdreich abstützt, wird dessen Einsturz ausgeschaltet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Stützstruktur sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Insbesondere werden vorteilhaft Stützelemente von im wesentlichen gleicher Form und Länge benutzt, so daß die Bolzenöffnungen gleiche Abstände voneinander haben und zum Markieren zur Sicherstellung der Anbringung der Gesteinsbolzen in genau ausgerichteten Abständen dienen. Bei Verwendung von Stützelementen gleicher Form und Größe wird die Produktivität durch Gußherstellung verbessert. Die Bolzenöffnungen erstrecken sich im wesentlichen durch die ganze Höhe der Stützelemente, so daß sich eine besonders zuverlässige Zusammenfügung der Stützteile und der Gesteinsbolzen ergibt. Die zylindrische Ausbildung der Bolzenöffnungen ergibt eine wirksame Halterung des Bohrwerkzeuges während des Bohrens des Gesteins und erleichtert dadurch die Bohrarbeit.

Gegenstand der Erfindung sind schließlich auch zur Herstellung der Stützstruktur dienende Stützelemente, die an mindestens einem Ende eine beim Zusammenfügen eine Bolzenöffnung bildende Nut und/oder mindestens eine zwischen den Enden angeordnete Bolzenöffnung aufweisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Stützelemente sind in den Unteransprüchen 8 bis 14 beschrieben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Stützstruktur und der Stützelemente anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Tunnel mit eingebauter Stützstruktur,

Fig. 2 eine teilweise perspektivische Ansicht der Stützstruktur gemäß Fig. 1,

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht eines Stützelements,

Fig. Jh eine teilweise weggebrochene Ansicht des Stützelements gemäß Fig. 3a,

Fig. h eine perspektivische Ansicht eines abgewandelten Stützelements,

Fig. 5a eine perspektivische Ansicht eines weiteren abgewandelten Stützelements,

Fig. 5t> eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht des Stützelements gemäß Fig. 5a,

Fig. 6 eine weitere perspektivische Ansicht eines abgewandelten Stützelements,

Fig. 7 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines weiteren abgewandelten Stützelements,

Fig. 8 eine perspektivxsche Ansicht eines, weiteren abgewandelten Stützelementes mit trapezförmigem Querschnitt ,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Stützelements,

Fig.10a eine teilweise perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Stützstruktur,

Fig.10b einen Querschnitt durch die Stützstruktur gemäß Fig. 10a und

Fig.10c einen Querschnitt durch eine abgewandelte, bekannte Stützstruktur.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Stützstruktur ist in einem Tunnel 2 angeordnet und weist ein den Erddruck aufnehmendes, bogenförmiges Stützteil 3>auf, das aus mehreren jeweils an ihren Enden durch Bolzen und Muttern oder entsprechende Vorrichtungen verbundenen Stützelementen h besteht, die unabhängig von der Querschnittsform des Tun-

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nels 2 im wesentlichen die gleiche Form und Länge besitzen. In Umfangsabständen sind mehrere, sich jeweils durch das Stützteil 3 hindurch radial in das Erdreich 1 erstreckende und in diesem verankerte Gesteinsbolzen 5 vorgesehen, welche das Erdreich 1 verstärken und dessen Festigkeit zu seiner Abstützung benutzen. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Stützelement h die in Fig. "}a. dargestellte Form mit H-förmigem Querschnitt, an den Endflächen 6a und 6b angeordneten, mit Bolzenlöchern 15 versehenen Kupplungsplatten lh sowie jeweils einer die Kupplungsplatten ik mit dem Mittelsteg verbindenden, halbzylindrischen Wand, die eine zwischen den Außenflächen
der Kupplungsplatten lh liegende, halbzylindrische Nut
8 bildet. Beim Zusammenfügen benachbarter Stützelemente k bilden die gegeneinander anliegenden Nuten 8 eine zylindrische Bolzenöffnung 7 zur Aufnahme der Gesteinsbolzen 5. Nach dem Zusammenfügen der Stützelemente h zu dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stützteil 3 werden durch Einführen eines Bohrwerkzeugs durch die Bolzenöffnungen 7 Bohrungen 13 in das Erdreich 1 eingetrieben und dann
die Gesteinsbolzen 5 durch die Bolzenöffnungen 7 in das Erdreich eingeführt und in diesem verankert, wobei die
inneren Enden der Gesteinsbolzen 5 mittels Tragplaten 9 und Muttern 10 auf der inneren Umfangsflache des Stützteiles 3 festgelegt werden. Zwischen das Stützteil 3 und das Erdreich 1 werden Spundbohlen 11 angeordnet. Die Verbindung der Stützelemente k untereinander erfolgt durch Muttern und Bolzen 12.

Das in Fig. k dargestellte, abgewandelte Stützelement entspricht im wesentlichen der vorstehend gegebenen Beschreibung, wobei jedoch zusätzlich in einem mittleren Bereich eine Bolzenöffnung 16 vorgesehen ist, die durch eine im Mittelsteg angeordnete, zylindrische Wand gebildet wird. Je nach den Anforderungen können auch mehrere derartige Bolzenöffnungen 16 mit oder ohne gleichzeitige Anwendung

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der Nuten 8 vorgesehen werden.

Während bei den in den Fig. 3a und h dargestellten Stützelementen die Bolzenöffnungen 8 bzw. 16 und damit auch die Gesteinsbolzen 5 jeweils radial senkrecht zu den Außenflächen der Stützstruktur verlaufen, sind bei den in den Fig. 5a, 5b, 6 und 7 dargestellten, abgewandelten Stützelementen jeweils die Nuten 8 bzw. die Bolzenöffnungen 16 unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Außenflächen des Stützelementes geneigt* Bei der in den Fig. 5a und $h dargestellten Ausführungsform sind wiederum lediglich an den Endflächen 6a und 6b angeordnete, geneigt verlaufende, halbzylindrische Nuten 8 vorgesehen, während bei den Ausführungsformen gemäß der Fig. 6 und 7 zusätzlich auch eine in einem mittleren Abschnitt angeordnete, geneigte Bolzenöffnung 16 vorgesehen ist. Bei den in den Fig. 5a, 5b und 6 dargestellten Stützelementen münden die Bolzenöffnungen jeweils auf den äußeren bzw. inneren Umfangsflachen , während bei- der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform die Mündungen der durch die Nuten 8 gebildeten Bolzenöffnungen 7 und der Bolzenöffnungen 16 jeweils an den gegenüberliegenden Seiten des Stützelementes liegen und die in einem mittleren Bereich des Stützelements k angeordnete, die Bolzenöffnung 16 umschließende Zylinderwand in einem zum Mittelsteg senkrechten Quersteg angeordnet ist.

Der Neigungswinkel der Bolzenöffnungen 7 bzw. 16 kann je

nach den Anforderungen zweckentsprechend gewählt werden

und liegt gewöhnlich in einem Bereich bis zu 45 relativ zur Fläche des Stützteils 3.

Das in Fig. 8 dargestellte Stützelement 17 besitzt einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt und das in Fig. 9 dargestellte Stützelement 18 eine rohrförmige Gestalt mit kreisförmigem Querschnitt und jeweils an den Enden angeordneten, als Ringflansch ausgebildeten Kupplungsplatten

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14. Wie diese Beispiele zeigen, ist die Querschnittsform der Stützelemente 4 nicht auf H-förmige oder I-förmige Querschnitte beschränkt, sondern kann den jeweiligen Anforderungen zweckentsprechend angepaßt werden. Bei den Stützelementen und insbesondere denjenigen mit H-förmigem oder I-förmigem Querschnitt, ist es möglich, die gewün« sehten Eigenschaften der Querschnittsform voll zur Auswirkung zu bringen und dabei die Gesteinsbolzen und die Stützteile durch die Bolzenöffnungen zuverlässig zu vereinigen, so daß ihre Festigkeit und ihre sonstigen Eigenschaften voll ausgenutzt werden können. Obgleich die Stützelemente k auch durch Zusammenbau herstellbar sind, können sie als Gußteile mit geringen Kosten unter voller Ausnutzung ihrer Eigenschaften gefertigt werden. Da die an den Enden angeordneten Nuten 8 zur Bildung der BoI-zenoffnungen 7 beim Gießen keine Schwierigkeiten machen, werden die Fertigungskosten durch die Einformung der Bolzenöffnungen nicht erhöht .

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Claims (1)

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   PATENTANS PRÜCHE

   1) Stützstruktur für den Tunnelausbau mit einem bogenartigen Stützteil und an diesem gehaiterten, in das Gestein hineinragenden Gesteinsbolzen, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenartige Stutζteil (3) aus mehreren jeweils an ihren Enden miteinander lösbar verbundenen Stützeleraenten (4) zusammengefügt ist, jedes Stützelement (4) an mindestens einem Ende eine beim Zusammenfügen eine Bolzenöffnung (7) bildende Nut (8) und/oder mindestens eine zwischen den Enden angeordnete Bolzenöffnung (7) aufweist, die Gesteinsbolzen (5) jeweils durch die Bolzenöffnungen (7) hindurchgesteckt sind und an ihren inneren Enden an der inneren Umfangsflache des Stützteils (3) festgelegt sind.

   2) Stiitzstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiitzelemente (h) im wesentlichen die gleiche Form und Länge besitzen.

   3) Stützstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn« zeichnet, daß sich die Bolzenöffnungen (7) durch im wesentlichen die ganze Höhe der Stützelemente (4) erstrecken.

   h) Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzenöffnungen (7) zylindrisch ausgebildet sind.

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   5) Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinsbolzen (5) senkrecht zur Wandfläche in das Gestein (i) hineinragen.

   6) Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinzbolzen (5) unter einem Winkel zur Wandfläche in das Gestein (i) hineinragen.

   7) Stützelement für eine Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es an mindestens einem Ende eine beim Zusammenfügen eine Bolzenöffnung (7) bildende Nut (8) und/oder mindestens eine zwischen den Enden angeordnete Bolzenöffnung (7) aufweist.

   8) Stützelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß es als Gußteil aus Stahl oder duktilem Gußeisen ausgebildet ist.

   9) Stützelement nach Anspruch R, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist.

   10) Stützelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es einen H-förmigen oder I-förmigen Querschnitt mit einem Mittelsteg und an diesen rechtwinklig anschließenden Außenstegen besitzt.

   11) Stützelement nach einem der Ansprüche 7 bis 7f gekennzeichnet.durch an dessen Enden angeordnete Kupplungsplatten (i4) mit Bolzenlöchern (15) zum Einführen von die Stützelemente (k) verbindenden Gewindebolzen (12).

   12) Stützelemente nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsplatten (i4) mit dem Mittel-

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   steg durch eine die Nut (8) bildende halbzylindrische Wand verbunden sind.

   13) Stützelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede zwischen den Enden angeordnete Bolzenöffnung (7) als durch eine zylindrische Wandung umschlossener Kanal ausgebildet ist.

   14) Stützelement nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wandung in Mittelsteg angeordnet ist.

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