DE2637737B2 - Tunnel-Auskleidung aus Stahlelementen für Straßen, U-Bahn-Tunnels u.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine stählerne Auskleidung von Tunneln für Straßen-, U-Bahnen u. dgl., bestehend aus aneinander angeordneten und miteinander verbundenen Profilen oder Profilabschnitten mit trapezprofilähnlicher Querschnitts-Formgebung mit offenen Seiten im Wechsel nach innen und außen.

Tunnel aus Stahlsegmenten, die vornehmlich im Wirkungsbereich des Bergbaues errichtet werden und daher jederzeit an nicht vorausschätzbare Gebirgseinflüsse belastungsmäßig anpassungsfähig sein müssen, bestehen im allgemeinen aus nebeneinander angeordneten und untereinander verbundenen Profilen oder Profilabschnitten, die einen dem Tunnelquerschnitt gemäßen und geschlossenen Hüllkörper bilden.

Wenn Tunnelbauten in Gebieten ausgeführt werden, die im weitesten Sinne im Wirkungsbereich des Bergbaues liegen, zu dem alle Gebiete, in denen Bodenschätze abgebaut wurden oder abgebaut werden oder deren Abbau langfristig zu erwarten ist, zählen, müssen bei der Ausbildung der Tunnel-Auskleidungskonstruktion insbesondere die nach Größe und Art nicht vorausschätzbaren Gebirgseinflüsse bedacht werden. Eine solche Konstruktion muß daher so hinreichend elastisch-plastisch ausgebildet sein, daß sie einerseits den auftretenden Gebirgseinflüssen durch Formänderung so weit folgen kann, wie dies zur Wahrung des Lichtraumprofils und der vorgegebenen Lage der Tunnelröhre sowie Erhaltung der erforderlichen Wasser- und Staubdichtigkeit allenfalls zulässig ist. Andererseits muß die Gesamtkonstruktion diesen Einflüssen so weit widerstehen, daß die Gesamtstabilität und die äußersten Formänderungsgrenzen gewahrt werden. Alle diese Umstände bedingen eine Auskleidungskonstruktion, die sowohl von Anfang an wie auch zu jedem späteren Zeitpunkt durch entsprechende Dimensionierung und vor allem durch geeignete Verstärkungselemente an die differenzierbaren Belastungen angepaßt werden kann.

Die allseits bekannten, in bewehrtem Beton oder in Mischbauweise hergestellten Tunnel-Auskleidungen sind schon infolge ihres weitgehend starren Verhaltens ungeeignet.

Weiterhin sind auch vom Bergbau her Streb- und Stollenausbauten mit Streckenbogen und von Bogen zu Bogen reichenden, aneinandergelegten Bohlen aus Holz, Beton oder Stahlprofilen bekannt. Solche offenen Konstruktionen sind zwar auch gut an den auftretenden Gebirgsdruck anpaßbar, obgleich auch dann durch Versetzungen und Verschiebungen mit größeren, im Bergbau allerdings zulässigen Veränderungen des Stollenquerschnitts zu rechnen ist. Daneben sind derartige Konstruktionen für Tunnelbauten mit den geschilderten Ansprüchen deswegen unbrauchbar, weil neben der fehlenden Nachgiebigkeit in Tunnelachsrichtung die erforderliche Wasser- und Staubdichtheit nicht erreicht wird.

In der Zeitschrift Glückauf, 110 (1974), S. 508, sind Profile für Tunnel- und Gewölbetragwerke beschrieben, die ein S-Profil aufweisen, stabil, druckstark, anpassungsfähig und toleranzempfindlich sind. Aus den DE-AS 16 58 733 und 15 34 629 sind Profilstahlsegmente für den Bogen- oder Ringausbau sowie für die wasserdichte Auskleidung von unterirdischen Strecken, wie Tunneln, Stollen, Schächten u. dgl. beschrieben, die eine trapezprofilähnliche Querschnittsformgebung auf-

weisen, wobei untereinander gleiche, in Streckenrichtung gleichsinnig aneinandergereihte und an den Längsund Querbogen dicht miteinander verlaschte Profilstahlsegmente rinnenförmigen Querschnitts verwendet werden. Ferner sind aus den GB-PS 8 81 096 und 3 99 515 ebenfalls Stahlprofilsegmente von Trapezform, insbesondere für den bergmännischen Strebausbau, beschrieben. Bei den bekannten Stahlprofilsegmenten trapez- oder rinnenförmigen Querschnitts sind die

Profilschenkel gestreckt verlaufend und ununterbrochen vorgesehen. Da die Verbindung der Profilsegmente untereinander zum Teil im Profilschenkel, d. h. im Bereich der neutralen Zone, vorgesehen ist, ergibt sich, daß die Belastung durch das Gebirge weitgehend von den Verbindungen mit aufgenommen werden muß.

Für sogenannte Durchlaßbauwerke an Brücken, zur Bach- oder Flußverrohrung, für Fußgängerunterführungen u. dgl, wie z. B. als gewölbte Flächentragwerke, insbesondere Wellblechrohre, nach der AT-PS 3 00 883 werden bekanntlich Stahltübbings verwendet, die aus gewellten, bombierten Stahlplatten bestehen und an der Baustelle zu Hohlquerschnitten von kreisförmiger, elliptischer oder ähnlicher Gestalt mittels überlappter Schraubverbindung zusammengesetzt werden. Diese Konstruktionen sind zwar auch in gewissen Grenzen elastisch. Ihre Anwendung beschränkt sich jedoch auf Durchlaßbauwerke mit geringen Weiten und die Errichtung in offener Bauweise mit weitgehend bekannten Belastungen. Die Anbringung von Verstärkungsefementen ist bei solchen Konstruktionen nicht erforderlich und auch nicht möglich.

Wenn dagegen ein Tunnel nicht in offener Bauweise errichtet, sondern nur unterirdisch aufgefahren werden kann, so sind auch andere stählernde Auskleidungskonstruktionen, die z. B. auf dem Einbringen von Spundwänden und einem diese überspannenden, die Decke des Tunnels bildenden elastischen Faltwerk beruhen, nicht anwendbar. Darüber hinaus kann diese, im Prinzip einer Ziehharmonika wirkende Auskleidung kaum oder nur mit größerem Aufwand mit örtlich begrenzten Verstärkungselementen ausgestattet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tunnelauskleidung aus Stahlsegmenten zu schaffen, die spezifisch den besonderen Anforderungen genügt, die sich bei Errichtung von Tunnelbauwerken im Wirkungsbertich des Berbaues ergeben. Zu diesen Anforderungen gehört insbesondere ein elastisch-plastisches Verhalten der einzelnen Bauelemente mit ihren Verbindungen in Richtung der Tunnellängsachse und quer dazu bei Erhaltung der Gesamtstabilität und eine leichte Anbringungsmöglichkeit von Verstärkungselementen zu jedem beliebigen Zeitpunkt, wenn sich dies aus erkennbaren Veränderungen der Gebirgseinflüsse als notwendig erweist. Darüber hinaus soll die Gesamtkonstruktion staub- und wasserdicht sein und jede Art der Verbauung erlauben, gleichgültig, ob dies in offener Bauweise oder im unterirdischen Vortriebsverfahren erfolgt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Profilschenkeln der trapezförmigen Auskleidungsschale parallel zur Schalenlängsachse verlaufende Stufen vorgesehen sind, die annähernd im Bereich der neutralen Schalenzone angeordnet sind.

Durch eine solche Ausbildung der trapezförmigen Auskleidungsschale ergeben sich in mehrfacher Hinsicht wesentliche Vorteile. Die Tunnelschale zeigt nicht nur ein vorzügliches elastisch-plastisches Verhalten in jeder Richtung, sondern gestattet durch die vorgesehenen Stufen auch eine einfache und sichere Anbringung von Verstärkungselementen. Hierbei besteht die Wirkung der parallel zur Tunnellängsachse verlaufenden Stufen im wesentlichen darin, daß der Hauptteil des Gebirgsdrucks von den Grund- und Verstärkungselementen und nicht von deren Verbindungen aufgenommen wird. Die Auskleidungsschale gemäß der Erfindung kann den auftretenden Gebirgseinflüssen durch Formänderungen so weit folgen, wie dies zur Wahrung des Lichtraumprofils und der vorgegebenen Lage der Tunneiröhre allenfalls zulässig ist und widersteht dennoch diesen Einflüssen so weit, daß die Gesamtstabilität und die äußerst zulässigen Formänderungsgrenzen des M&terials gewahrt bleiben. Darüber hinaus sind mit der erfindungsgemäßen Konstruktion auch die Voraussetzungen zur Ausbildung von Fließgelenken erfüllt, ohne letztlich das elastische Gesamtsystem zu gefährden. Die erfindungsgemäße Tunnelauskleidung gestattet es ferner, die Ausbauprofile innerhalb eines Tunnels an die vorher differenzierbare Belastung auf der Grundlage einer Mindestbelastungsbasis durch unterschiedliche Dimensionierung oder zusätzliche Verstärkungselemente anzupassen, ohne daß hierdurch die Gesamtfunktion beeinträchtigt wird. Ein besonderer Vorteil des Systems besteht weiter darin, daß solche Verstärkungsmaßmahnen, z. B. in Anpassung an den fortschreitenden Abbau der Bodenschätze, auch nachträglich zu jedem beliebigen Zeitpunkt und in verschiedenen Stufen ohne großen Arbeitsaufwand vorgenommen werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die trapezprofilähnliche Schale aus hutförmigen Profilen zusammengesetzt, die wechselseitig zueinander angeordnet und verbunden sind, wobei ihre freien Krempen die Stufen bilden. Eine solche Ausführung erleichtert bei Wahrung der genannten Vorzüge sowohl die Herstellung der schweren, bogenförmigen Elemente als auch in ganz besonderem Maße deren Montage, was insbesondere bei den im unterirdischen Vortriebsverfahren erschwerten Montagebedingungen wichtig ist. Die hutförmigen Profile können an ihren freien Krempen durch Überlappung fest miteinander verbunden sein. Die Verbindungen liegen in der neutralen Zone, in der die geringsten Beanspruchungen auftreten. Es können die Trapezprofile an ihren Krempen mit aufgestellten Krempen versehen sein, die zur gegenseitigen Schweißverbindung der Profile dienen. Zur Verbesserung des elastisch-plastischen Verhaltens der Profile kann der Boden der hutförmigen Profile eine von den Kanten abgehende, nach innen oder außen weisende Neigung aufweisen.

Die trapezprofilähnliche Schale kann durch profilierte, in jeder Achse elastisch wirkende Elemente ganz oder stellenweise verstärkt sein. Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht hierbei darin, daß als Verstärkungselemente die gleichen hutförmigen Profile vorgesehen sein können, die an den Stufen gegebenenfalls unter Benutzung derselben Befestigungsmittel befestigt sind. Auf diese Weise ergibt sich eine homogene, auch optisch gefällige Gesamtkonstruktion. Die Verstärkungselemente können im Querschnitt durch einwärts und/oder auswärts geneigte Flächen aufweisende profilierte Bleche bestehen.

Zur Erzielung eines im Verhältnis zum eingesetzten Materialgewicht hohen Widerstandsmomentes senkrecht zur Tunnellängsachse ist weiterhin vorgesehen, die Stufung innerhalb des Gesamtquerschnittes allenfalls auf die für die Verbindung der Profile untereinander oder die Anbringung von Verstärkungselementen erforderliche Breite zu beschränken. Die trapezförmigen Hutprofile können gegebenenfalls mehr als eine Stufe aufweisen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 1' schaubildliche Ansichten von verschiedenartigen Tunnelquerschnitten,

F i g. 2 Längsschnitt durch eine unverstärkte Tunnel-

Auskleidungsschale in prinzipieller Darstellung,

Fig.3 Längsschnitt durch eine unverstärkte Tunnel-Auskleidungsschale, die aus miteinander verschraubten hutförmigen Einzelprofilen zusammengesetzt ist,

F i g. 4 und 4' Längsschnitte entsprechend F i g. 2 mit unterschiedlicher Formgebung,

Fig.5, 5' und 5" Längsschnitte entsprechend Fig.4 und 4', jedoch in aus Einzelprofilen zusammengesetzter Ausführung,

Fig.6 Längsschnitt durch eine verstärkte Tunnel-Auskleidungsschale,

F i g. 7 und T Längsschnitte durch eine verstärkte Tunnel-Auskleidungsschale mit abgewandelten Einzelprofilen, entsprechend der prinzipiellen Darstellung nach den F i g. 4 und 4',

F i g. 8 und 8' Längsschnitte entsprechend F i g. 6, jedoch mit abgewandelten Verstärkungsprofilen,

Fig.9 und 9' Längsschnitte mit weiteren Verstärkungsprofilen,

Fig. 10und 10' Längsschnitte mit Verstärkungsprofilen, die mit den Grundprofilen, z. B. durch Anschweißbolzen, verschraubt sind.

Die stählerne Tunnel-Auskleidung weist im prinzipiellen Aufbau nach Fig.2 eine trapezprofilähnliche Formgebung 1 mit annähernd in der neutralen Achse angeordneten, parallel zur Tunnelachse verlaufenden Stufen 2 auf. Diese stählerne Auskleidung kann im Grundsatz aus beliebig breiten Einzelprofilabschnitten bestehen, die entsprechend dem Tunnelquerschnitt gebogen und an der Baustelle, beispielsweise nach Fig. 1, zu ringförmigen oder nach Fig. Γ zu offenen Hüllschalen zusammengesetzt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird entsprechend der F i g. 3 die Auskleidungsschale aus hutförmigen Querschnitten 3 gestaltet, die versetzt gegenüberstehend aneinandergesetzt die trapezprofilähnliche Formgebung 1 bilden und an ihren freien Krempen 4, z. B. durch Schrauben 5, miteinander verbunden sind, so daß die etwa in der neutralen Zone gelegenen Verbindungenen gleichzeitig den Stufen 2 entsprechen.

Zur Verbesserung der Verformungsfähigkeit kann der trapezprofilähnliche Querschnitt nach F i g. 2 auch dadurch abgewandelt werden, daß die Böden 6 eine entsprechend F i g. 4 nach innen oder nach F i g. 4' nach außen weisende Formgebung erhalten, wobei auch solche Querschnitte aus Einzelprofilen 7 und 8, wie entsprechend den Fig.5, 5' und 5" zusammengesetzt sein können. Fig. 5" zeigt ein weiteres Beispiel einer Hutprofil-Ausführung 7a, bei der das Profil mit aufgestellten Krempen Tb versehen ist. Die aneinandergereihten und versetzt zueinander angeordneten Profile Ta werden an den Krempen Tb durch Schweißen miteinander verbunden. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß Toleranzen, die sich beim Biegen der Profilelemente leicht ergeben können, durch die aufgestellten Krempen Tb in einfacher Weise ausgeglichen werden können.

Zur Verstärkung der äußeren Auskleidungsschale können nach den F i g. 6,7 und 8 bevorzugt die gleichen Einzelquerschnitte 3, 7 und 8 verwendet werden, die an den Stufen 2, gegebenenfalls unter Benutzung derselben Schraubverbindungen 5, befestigt werden.

Je nach den Verstärkungserfordernissen können auch mit anderen Querschnittsprofilen geformte Verstärkungselemente verwendet werden, von denen Beispiele in den verschiedenartigen Kombinationsmöglichkeiten mit den Grundprofilen in den F i g. 8, 8', 9, 9', 10 und 10' gezeigt sind, wobei die Verbindung mit den Grundprofilen entweder durch direkte Verschweißung 9 oder Anschweißbolzen 10 erfolgt. Die Verstärkungselemente 11,12,13 können nach innen und/oder außen gewinkelt, gewellt od. dgl. ausgebildet sein.

Die Konstruktion gestattet eine leichte Anpassung an Bögen im Tunnelverlauf, weil dann die Verbindung der hutförmigen Querschnitte in den Stufen 2 nur versetzt zu erfolgen hat. Gegebenenfalls sind die Stufen bei stärkeren Krümmungen durch eingeschweißte Zwickel zu verbreitern.

Wenn sich die strukturierte Tunnel-Auskleidung strömungstechnisch für fahrende Züge oder Kraftfahrzeuge ungünstig auswirken sollte, kann die Gesamtkonstruktion an ihrer Innenseite durch — in den Figuren nicht dargestellte — abnehmbare Bleche oder Platten verkleidet werden, die neben einer Verbesserung des Strömungsverhaltens und des Aussehens gleichzeitig in Verbindung mit zusätzlichen Maßnahmen eine gewisse Schallabsorption bewirken können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Tunnel-Auskleidung aus Stahlelementen für Straßen-, U-Bahn-Tunnels u.dgl., bestehend aus aneinander angeordneten und miteinander verbundenen Profilen oder Profilabschnitteri mit trapezprofil-ähnlicher Querschnitts-Formgebung mit offenen Seiten im Wechsel nach innen und außen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Profilschenkeln der trapezförmigen Auskleidungsschale parallel zur Schalenlängsachse verlaufende Stufen (2) vorgesehen sind, die annähernd im Bereich der neutralen Schalenzone angeordnet sind.

2. Tunnel-Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezprofilähnliche Schale (1) aus hutförmigen Profilen (3, 7, 8) zusammengesetzt ist, die wechselseitig zueinander angeordnet und verbunden sind, und daß ihre freien Krempen (4) die Stufen (2) bilden.

3. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hutförmigen Profile (3,7,8) an ihren freien Krempen (4) durch Überlappung miteinander fest, z. B. mittels Schweißung, Verschraubung (5) od. dgl., verbunden sind.

4. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezprofile (7a) an ihren Krempen mit aufgestellten Krempen (7b) versehen sind, die zur gegenseitigen Schweißverbindung der Profile dienen.

5. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (6) der hutförmigen Profile (7, 8) eine von den Kanten abgehende, nach innen oder außen weisende Neigung aufweist.

6. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezprofilähnliche Schale (1) durch profilierte, in jeder Achse elastisch wirkende Elemente ganz oder stellenweise verstärkt ist.

7. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungselemente die gleichen hutförmigen Profile (3,7,8) vorgesehen sind, die an den Stufen (2), gegebenenfalls unter Benutzung derselben Befestigungsmittel, befestigt sind.

8. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente (11, 12, 13) im Querschnitt durch einwärts und/oder auswärts geneigte Flächen aufweisende profilierte Bleche bestehen.

9. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente durch Verschweißen (9) oder über Anschweißbolzen (10) an den offenen, zur Schaleninnenseite, d. h. zum Tunnelinneren, weisenden Steg- oder Schenkelflächen der trapezprofilähnlichen Schale (1) befestigt sind.