DE2641238A1 - Tuebbing - Google Patents

Description

Essen, 13. September 48 870/Ns:

DR. ANDREJEV7SKI

DR.-ING. HOI JKE
DIFL.-ING. GESTHüYSEN-

DR. WASCH
43 ESSEN, TilüATERPLATZ 3

Vereinigte Österreichische Eisen- und Stahlwerke Alpine Montan Aktiengesellschaft Wien (Österreich)

Tübbing

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tübbing mit einer gegen das Tunnelinnere weisenden, zylindrischen Schale, die von zwei in Tunnellängsrichtung verlaufenden Stoßflanschen und zwei in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt U-förmigen, gegen das Tunnelinnere hin offenen Ringflanschen umrandet ist und zusammen mit den sich radial nach außen erstreckenden Flanschen eine mit einem Betonkörper ausgefüllte, metallische Wanne bildet, wobei zwischen den beiden Schenkeln der Ringflansche Druckübertragungsteile angeordnet sind.

Tunnelauskleidungen sollten möglichst eine elastische Verformbarkeit besitzen, um unter der äußeren Belastung vergleichsweise schnell die günstig wirkenden Bettungskräfte des Gebirges im Ulmenbereich zu aktivieren. Zu der Verformbarkeit in Umfangsrichtung ist auch eine solche in Längsrichtung des Tunnels wünschenswert, da die Tunnelröhre Längsbewegungen aus Bodensetzungen und Temperaturschwankungen unterworfen wird. Dieser anzustrebenden Verformbarkeit steht jedoch die Forderung nach einer mög-

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liehst hohen Drucksteifheit in Tunnellängsrichtung für den Schildvortrieb entgegen, da bei einem solchen Ausbauverfahren die Vortriebspreßkräfte vom Tunnelmantel aufgenommen und an das umgebende Erdreich weitergegeben werden müssen.

Aus gußeisernen Tübbings oder geschweißten Stahltübbings zusammengesetzte Tunnelröhren erfüllen die Forderung nach elastischer Verformbarkeit in ausreichender Weise, doch sind die über Flansche miteinander verbundenen Tübbings im allgemeinen zu wenig steif, um die beim Schildvortrieb auftretenden Druckkräfte aufnehmen zu können. Zur Aufnahme der Vortriebskräfte sind folglich in Tunnellängsrichtung verlaufende Versteifungsrippen erforderlich, die einen nicht unwesentlichen Gewichtsanteil der Gesamtkonstruktion ausmachen. Im Hinblick auf die Erfordernisse der fertigen Tunnelröhre stellen sie jedoch ei*¹ totes, eingebautes Material dar, das sehr kostspielig ist und die Wirtschaftlichkeit eines Stahltunnelrings in Frage stellen kann.

Damit die beim Schildvortrieb auftretenden Vortriebskräfte von den Tübbings aufgenommen werden können, ist bereits vorgeschlagen worden, nicht stählerne Versteifungsrippen, sondern Betondruckkörper zu verwenden, die wesentlich billiger sind. Bei einer bekannten Konstruktion dieser Art (DT-AS 1 925 961) ist die Stahlkonstruktion des Tübbings aus rechtwinkeligen, handelsüblichen Walzprofilen so zusammengesetzt, daß sich eine zylindrische Schale ergibt, die von zwei in Tunnellängsrichtung verlaufenden Stoßflanschen und zwei in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt U-förmigen, gegen das Tunnelinnere hin offenen Ringflanschen umrandet ist. In die sich dabei zwischen den Flanschen und der Schale ergebende, nach außen hin offene Wanne ist ein Betonkörper eingesetzt, der die notwendige Versteifung der Tübbings ergibt. Trotz dieser Betonkörper müssen jedoch noch Aussteifungsrippen zwischen die beiden Schenkel der Ringflansche eingeschweißt werden, damit der auftretende Vortriebsdruck auch auf den jeweils

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äußeren Schenkel der Ringflansche übertragen werden kann» Dabei treten im Bereich der Aussteifungsrippen im angrenzenden Betonkörper Spannungsspitzen auf, die unerwünscht sind. Dies ist Jedoch nicht der Hauptnachteil dieser bekannten Tübbings» Auf Grund der Verbundwirkung zwischen der Stahlkonstruktion und dem Betonkörper verliert nämlich der Tübbing einen Großteil seiner elastischen Verformbarkeit, was das Wirksamwerden der Bettungskräfte vom umgebenden Erdreich her stark behindert»

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen (OE-PS 289 186), Tübbings mit einer gegen das Tunnelinnere hin offenen Stahlwanne zu schaffen, in die entweder entlang des Umfangs verteilte, durch elastische Zwischenschichten voneinander getrennte Betonkörper eingesetzt sind, oder in die ein mit in Tunnellängsrichtung verlaufenden Schlitzen versehener Betonkörper eingesetzt ist, wobei zwischen der Stahlwanne und dem Betonkörper bzw, Betonkörpern eine reibungsmindernde Schicht, beispielsweise eine Schmiermittelschicht, vorgesehen sein kann. Durch diese Maßnahmen wird jede Verbundwirkung unterdrückt, so daß die elastische Verformbarkeit nur durch die Stahlkonstruktion bestimmt wird, Die einzelnen Betonkörper können sich nämlich gegeneinander entsprechend der jeweiligen Biefeung verdrehen. Ist jeweils nur ein einziger Betonkörper mit entsprechenden Schlitzen für jeden Tübbing vorgesehen, so bilden die Schlitze Sollbruchstelle!!, an denen der Betonkörper bei Auftreten einer entsprechenden Biegespannung in einzelne Teile zerbricht,?© daß wiederum Verhältnisse wie bei einer von vornherein aus mehreren BetQnkörpern zusammengesetzten Betouauskleidung entstehen. Biese bekannten Tübbings können demnach die beim Schildvortrieb auftr.eteade.n Druckkräfte in Tuaeelläagsrichtung aufnehmen, ohne daß die elastische Verformbarkeit in Umfangsr4-catung darunter leidet. Nachteilig ist gedoch, daß die Betonauskleidvng der Tübbings nur die in lüngsrichtung des Tunnels wirksamen Druckkräfte, nicht aber quer dazu gerichtete Kräfte aufnehmen kann, da durch die

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Unterteilung der Betonauskleidung in mehrere Einzelkörper die Tragfähigkeit durch Gewölbewirkung verloren geht. Aus diesem Grunde muß die Stahlkonstruktion dieser Tübbings entsprechend schwer ausfallen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu vermeiden und einen Tübbing zu schaffen, der eine Betonauskleidung besitzt, die die auftretenden Vortriebskräfte in Tunnellängsrichtung aufnehmen kann, die elastische Verformbarkeit des Tübbings nicht behindert und mithilft, die äußere Belastung zu tragen.

Ausgehend von einem Tübbing der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Betonkörper mit den Stoßflanschen in radialer Richtung schubfest verbunden ist und im Bereich seiner der Schale bzw. dem Gebirge zugekehrten Oberfläche eine Bewehrung aufweist, daß die parallel zur Tunnelachse verlaufenden Trägheitshauptachsen eines axialen Querschnittes einerseits der metallischen Wanne und anderseits des Betonkörpers zumindest annähernd zusammenfallen und daß die Drückübertragungsteile aus Beton gebildet sind. Da auf Grund der schubfesten Verbindung zwischen den Stoßflanschen und dem Betonkörper der Betonkörper bei einer äußeren Belastung des Tübbings einer entsprechenden Biegebeanspruchung unterworfen wird, er diese Biegebeanspruchung jedoch nicht durch eine entsprechende elastische Verformung aufnehmen kann, werden in der jeweiligen Zugzone des Betonkörpers Risse entstehen, die wegen der Bewehrung des Betonkörpers aber nur klein bleiben und über den ganzen Betonkörper verteilt werden. Diese diskrete Rißverteilung bewirkt, daß das durch den Betonkörper gebildete, druckübertragende Gewölbe erhalten bleibt, obwohl sich der Betonkörper zufolge der Haarrißbildung der Biegebeanspruchung entziehen kann. Die metallische Konstruktion des erfindungsgemäßen Tübbings wird demnach alleine zur Aufnahme der Biegemomente herangezogen. Der Betonkörper bildet zwischen den Stoßflanschen ein Gewölbe und leitet den ihm zufallenden Belastungsanteil in Form von Normalkräften an den Stoß-

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flanschen an die metallische Konstruktion weiter*

Voraussetzung hiefür ist jedoch, daß die axiale Trägheitshauptachse eines axialen Querschnittes der metallischen Warine zumindest annähernd mit der axialen Trägheitshauptachse eines entsprechenden Querschnittes des Betonkörpers zusammenfällt, weil dadurch zusätzliche Biegebeanspruchungen auf Grund von Versetzungsmomenten verhindert werden.

Da die Druckübertragungsteile zwischen den beiden Schenkeln der Ringflansche ebenfalls aus Betonkörpern gebildet sind und diese Betonkörper über eine vergleichsweise große Fläche an den Flanschen anliegen, entstehen auch keine Spannungsspitzen im Bereich des sich an die Druckübertragungsteile anschließenden Betonkörpers.

Wird der Betonkörper einer entsprechenden Biegebeanspruchung unterworfen, so können sich im Bereich der inneren und äußeren Längsränder der Stoßflansche erhöhte Spannungen einstellen, die zu einem Ausbrechen des Betonkörpers in diesem Bereich führen können. Da dies in vielen Fällen unerwünscht ist, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung im Bereich der inneren und äußeren Längsränder der Stoßflansche zwischen diesen und dem Betonkörper ein Spalt vorgesehen, der gewissermaßen im Zusammenhang mit der schubfesten Verbindung über beispielsweise Kopfbolzendübel eine gelenkige Verbindung zwischen den Stoßflanschen und dem Betonkörper ergibt. Um trotz dieser Spalte glatte Oberflächen zu erhalten, können die Spalte eine- elastische Füllung besitzen.

Die Druckübertragungsteile können aus direkt zwischen die Schenkel der Ringflansche gegossenem Beton bestehen. Einfacher ist es jedoch, wenn Betonfertigteile verwendet werden, die zwischen den Verbindungsschrauben für den jeweils anschließenden Tübbing eingesetzt sind.

Da der Betonkörper einen bestimmten Anteil der auftretenden Kräfte übernehmen kann, kann die metallische Konstruktion entsprechend leichter ausfallen. Es ist daher auch ohne weiteres möglich, daß die Schale aus einem in

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Tunnellängsrichtung gewellten Wellblech mit in Umfangsrichtung verlaufenden Wellenzügen besteht, die eine zusätzliche Versteifung ergeben.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Tübbing in einem Schnitt normal auf die Tunnelachse im Bereich eines Ringflansches ,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt im Bereich des Betonkörpers,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt durch einen als Ortbeton hergestellten Druckübertragungsteil und

Fig. 6 einen teilweisen Axialschnitt eines Tübbings mit einer Schale aus Wellblech.

Der dargestellte Tübbing besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Schale 1, die von zwei in Tunnellängsrichtung verlaufenden Stoßflanschen 2 und zwei in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt U-förmigen, gegen das Tunnelinnere hin offenen Ringflanschen 3 umrandet wird. Zusammen mit diesen Flanschen 2 und 3 bildet die Schale 1 eine nach außen offene, konvexe Wanne aus Stahl, in die ein Betonkörper 4 eingesetzt ist. Dieser Betonkörper 4 ist mit den Stoßflanschen 2 in radialer Richtung schubfest verbunden, und zwar mit Hilfe von Kopfbolzendübeln 5, die an den Stoßflanschen 2 angeschweißt sind. Im Bereich der Längsränder der Stoßflansche 2 ist zwischen dem Betonkörper 4 und den Stoßflanschen 2 jeweils ein Spalt 6 vorgesehen, der eine elastische Füllung 7 besitzt. Durch diese Maßnahme wird gewissermaßen eine gelenkige Verbindung zwischen den Stoßflanschen 2 und dem Betonkörper 4 erreicht.

Im Bereich der Schale 1 und im Bereich der von dieser Schale abgewandten Oberfläche weist der Betonkörper 4 eine Bewehrung 8 auf, die vor allem die Aufgabe besitzt,

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bei auftretenden Biegebeanspruchungen des Betonkörpers eine feine.Rißverteilung im Betonkörper zu erzwingen. Im Zuge ansteigender Belastung des Tübbings wird der Betonkörper 4 einer Biegebeanspruchung unterworfen, entzieht sich aber infolge seiner konstruktiven Ausbildung dieser Beanspruchung durch Haarrißbildung und wirkt letztlich nur als druckübertragendes Gewölbe. Aus diesem Grunde hat eine Haftung zwischen dem Betonkörper 4 und der Schale 1 eine untergeordnete Bedeutung. Es ist also nicht unbedingt erforderlich, die Verbundwirkung durch konstruktive Maßnahmen, beispielsweise einer Zwischenschicht, auszuschalten.

Da sich die Risse im Zugbereich des Betonkörpers bilden, braucht selbstverständlich nur im jeweiligen Zugbereich eine entsprechende Bewehrung vorhanden zu sein. Um aber die Tübbings universell sowohl im Decken- als auch im Ulmenbereich einsetzen zu können, empfiehlt es sich jedoch, die Bewehrung im Bereich der möglichen Zugzonen vorzusehen.

Damit einerseits durch die Tübbings der Vortriebsdruck aufgenommen werden kann und anderseits eine Längsdehnung gewährleistet wird, sind zwischen die beiden Schenkel der Ringflansche Druckübertragungsteile 9 aus Beton eingesetzt. Diese Druckübertragungsteile 9 bestehen im Fall der Fig. 4 aus Betonfertigsteinen, die mit Hilfe von Schrauben 10 festgehalten werden, und im Fall der Fig. 5 aus Ortbetonteilen, für deren Lagesicherung Kopfbolzendübel 11 dienen. Diese Druckübertragungsteile 9 sind so angeordnet, daß zwischen ihnen die Durchgangsbohrungen 12 für die Verbindungsschraifen zum anschließenden Tübbing freibleiben.

Damit sich keine Versetzungsmomente und damit zusätzliche Biegebeanspruchungen ergeben, besitzt die aus der Schale 1 und den Flanschen 2 und 3 zusammengesetzte metallische Wanne bezüglich eines Axialschnittes (Fig. 3 und 4) eine achsparallele Trägheitshauptachse,

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die mit der Trägheitshauptachse des zugehörigen Schnittes des Betonkörpers annähernd zusammenfällt, so daß die dem zusammengesetzten Tübbingquerschnitt entsprechende Trägheitshauptachse den Trägheitshauptachsen der Einzelteile entspricht.

Obwohl sich zwischen dem Betonkörper 4 und der metallischen Wanne des Tübbings keine Verbundwirkung im herkömmlichen Sinn einstellt, übernimmt der Betonkörper 4 einen gewissen Anteil der äußeren Tübbingbelastung auf Grund seiner durch die bei einer Biegung entstehenden Haarrisse nicht beeinträchtigten Gewölbewirkung. Die Schale 1 kann daher vergleichsweise dünn ausgebildet sein, was auch wegen der geforderten Lage der Trägheitshauptachse wünschenswert ist. Besonders dünne Bleche können für die Schale Verwendung finden, wenn Wellbleche zu entsprechenden Schalen geformt werden, wobei jedoch die Wellentäler und -kämme in Umfangsrichtung der Tunnelröhre verlaufen müssen. Ein solcher Tübbing ist im Axialschnitt in Fig. 6 dargestellt.

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Claims (5)

Patentansprüche :

1. Tübbing mit einer gegen das Tunnelinnere weisenden, zylindrischen Schale, die von zwei in Tunnellängsrichtung verlaufenden Stoßflanschen und zwei in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt U-förmigen, gegen das Tunnelinnere hin offenen Ringflanschen umrandet ist und zusammen mit den sich radial nach außen erstreckenden Flanschen eine mit einem Betonkörper ausgefüllte, metallische Wanne bildet, wobei zwischen den beiden Schenkeln der Ringflansche Druckübertragungsteile angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonkörper (4) mit den Stoßflanschen

(2) in radialer Richtung schubfest verbunden ist und im Bereich seiner der Schale (1) bzw. dem Gebirge zugekehrten Oberfläche eine Bewehrung (8) aufweist, daß die parallel zur Tunnelachse verlaufenden Trägheitshauptachsen eines axialen Querschnittes einerseits der metallischen Wanne (1,2,3) und anderseits des Betonkörpers (4) zumindest annähernd zusammenfallen und daß die Druckübertragungsteile (9) aus Beton gebildet sind.

2. Tübbing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der inneren und äußeren Längsränder der Stoßflansche (2) zwischen diesen und dem Betonkörper (4) ein Spalt (6) vorgesehen ist.

3. Tübbing nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (6) zwischen Betonkörper (4) und Stoßflansch (2) eine elastische Füllung (7) besitzen.

4. Tübbing nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch ^kennzeichnet, daß die Druckübertragungsteile (9) aus Betonfertigsteinen bestehen, die zwischen den Verbindungsschrauben für den jeweils anschließenden Tübbing eingesetzt sind.

5. Tübbing nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (1) aus einem in Tunnellängsrichtung gewellten Wellblech besteht.

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