DE2800221C2 - Auskleidung für Strecken im Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Description

Die Wellenform der in sich geschlossenen Stakiblechröhre setzt jeder Längenänderung in Richtung ihrer

Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für Strecken Längsachse einen sehr großen Widerstand entgegen, im Berg- und Tunnelbau mit Hilfe einer der Bauwerks- der im wesentlichen auf den schnell ansteigenden Ringachse koaxial verlaufenden geschlossenen Röhre aus 55 kräften beruht

Metall, deren durchgehender Mantel axial gewellt ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ver- und im Querschnitt wenigstens auf Teilstrecken ge- wendung eines metallischen Werkstoffes, wie z. B. Stahl, krümmt verläuft eine Konstruktion zu finden, welche trotz der Neigung Die erfindungsgemäße Auskleidung ist flexibel und dieses Werkstoffes zum Fließen auch nach einer Druckkann wasserdicht sein. 60 verformung verhältnismäßig, d. h. im Vergleich mit Als wasserdicht gilt erfindungsgemäß bereits eine sol- Gußeisen (Flanschverbindungen) großen Ausmaßes die ehe Auskleidung, bei der außen, d. h. baugrundseitig zu- notwendigen Tragreserven aufbringt und dadurch die sitzendes Wasser an bestimmten Stellen der Ausklei- Vorteile eines Werkstoffes, wie z. B. Stahl, nutzbar dung planmäßig und kontrolliert genommen werden macht

kann. Die erfindungsgemäße Auskleidung ist auf ihrer 65 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch ganzen Länge in den aus Lockerschichten oder Festge- gelöst, daß die zur Aufnahme der Gebirgskräfte dienenstein bestehenden Baugrund eingebettet. Sie kann eine de Auskleidung im Querschnitt wenigstens eine Unstebeliebige Lage im Raum annehmen, eignet sich also tigkeitsstelle aufweist, die als kraftschlüssige Ecke aus-

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gebildet ist und an der eine Phasenverschiebung der Wellung um eine Halbwelle erfolgt _:

Die erfindungsgemäße Auskleidung stellt einen gebirgsverbundenen Ausbau dar und macht deswegen alle in sie eingetragenen Baugrundbewegungen mit, die sie aber aufgrund ihres Aufbaus bruchfrei übersteht

Aus Erfahrungen ist es bekannt, daß eine genügend große Biegeweichheit gegenüber Momenten, deren Vektor normal z»r Längsachse der Röhre steht, bei Verwendung von ζ. B. Stahl dadurch erreichbar ist daß der Werkstoff parallel zur Bauwerksachse gewellt (»Wellrohr«) wird. Dadurch wird das Widerstandsmoment ganz erheblich erhöht und ohne zusätzlichen Aufwand eine höhere Beulsteifigkeit gegenüber Biegemomenten erreicht deren Vektor parallel zur Hohlraumachse verläuft

Die Größe der entstehenden Beanspruchungen bei Längenänderungen in Richtung der Bauwerksachse läßt sich dadurch herabsetzen, daß gemäß der Erfindung an jeweils einer oder an mehreren Eckenscheiteln eine Phasenverschiebung der WeUung um eine Halbwelle angeordnet wird. Der Zwang zur Materialveraünguiig an den Unstetigkeitsstellen bei einwirkenden Streckungen oder Stauchungen wird dadurch ganz entscheidend verringert, was sich in einer großen Stauchungs- bzw. Streckungsbereitschaft der Auskleidung niederschlägt Die im Senkungstrog notwendige sicherheitliche Oberwachung der Auskleidung kann sich auf die Kontrolle der Ausdehnung der Fließbereiche beschränken. Die erfindungsgemäße Auskleidung macht große Zwangsverformungen ohne Oberbeanspruchung und damit ohne den Zwang zu Reparaturen mit wenn ihr z. B. durch bergbauliche Einwirkungen Zwangsverformungen stetig aufgezwungen werden. Notwendige Reparaturen lassen sich leicht durchführen, da jederzeit geschweißt werden kann.

Wenn die Wellen der Auskleidung orthogonal zur Bauwerksachse orientierte Ringe im Mantel bilden, wie es einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entspricht dann :ritt die beschriebene Phasenverschiebung immer nur an mindestens zwei Ecken oder an einem ganzzeiligen Vielfachen dieser paarweisen Eckenanordnung ein. Wenn jedoch gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Ringe schraubenförmig angeordnet sind, kann diese Phasenverschiebung auch schon bei der Ausbildung einer oder beliebig vieler Ecken im Querschnitt erfolgen und dadurch zu dem gewünschten Ergebnis führen.

Allerdings ist für das ordnungsgemäße Arbeiten der erfindungsgemäßen Aus/leidung eine Stetigkeit der Einwirkungen, d.h. das weitgehend stetige Eintragen der Zwangrverformungen in die Auskleidung notwendig. Das kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreicht werden, daß zwischen der Auskleidung und dtm Baugrund eine Hinterfüllung aus einem Kunstboden eingebracht wird, dessen Festigkeit auf den Baugrund abgestimmt ist. Dadurch wird gleichzeitig erreicht daß gegen jedes Erwarten später entstehende Rißbildungen in der Auskleidung nicht zum Austritt, z. B. fließgefährdeter Böden führen können.

Bis zu einer gewissen Rißbreite und Zeitdauer des Offenstehens werden solche Risse von Kunstboden überbrückt; dieser signalisiert auch rechtzeitig, wann Reparaturen auszuführen sind. Grundsätzlich sollten aber, insbesondere in fließgefährdeten Schichten, beim Auffahren aller Härtlingsrippen herausgenommen und durch einen dem Baugrund angepaßten Kunstboden ercptTt wprHen

Bei der Wahl des Werkstoffes Stahl kann die Blechdicke eine verhältnismäßig geringe Stärke aufweisen, die .zwischen 15, 30 und 40 mm variieren kann. Eine solche Hohlraumauskleidung kann außerordentlich große Zwangsverformungen ohne Oberbeanspruchungen und ohne den Zwang zu Reparaturen mitmachen. Gegen den Einsturz, das totale Versagen, besteht durch die Abhängigkeit des wirkenden Gebirgdruckes von der Ausbauverformung auch nach Ausbildung des ersten

ίο Fließgelenkes eine große, rechnerisch nachweisbare Sicherheit

Sofern der ausgekleidete Hohlraum vornehmlich für eine Belüftung benutzt werden soll, können die Steigungen der Wellen in Abhängigkeit von den statischen Bedürfnissen, so optimiert werden, daß keine Wirbelbildungen auftreten oder der Staupunkt entlang der Wellenfläche näher zur Kernströmung rückt

Gegenüber Gußeisen spielt die Verwendung von Stahl in dem erfindungsgemäßen Ausbau auch im Hinblick auf die möglichen Korrosionen keine nachteilige Rolle. Tatsächlich haben Untersuchungen ergeben, daß die Rostgeschwindigkeit für Gußeisen un.I Stahl praktisch gleich ist
In der nachfolgenden Beschreibung wird die F.rfindung anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsfonnen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 perspektivisch, im übrigen aber schematisch eine erfindungsgemäße Hohlraumauskleidung,
F i g. 2 eine ebenfalls perspektivisch^, jedoch nur teilweise Darstellung der Ausbauröhre,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie HI-IIl der F i g. 2, Fig.4 einen Tunnelausbau gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.

In F i g. 1 ist schematisch ein aus Schwimmsandschichten bestehender Gebirgskörper 88 dargestellt Dieser ist rn.it der bekannten Gefriereinrichtung gefroren, so daß eine vorläufige Sicherung des Ausbruches 83 entstanden ist.
Die Auskleidung besteht z. B. aus einer Stahlbiechröhre, die einen durchgehenden Mantel 78 aufweist und gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig.2) setzt sich der Umriß des Querschnittes aus vier gekrümmten Teilstrecken 84, 85, 86, 87 zusammen. Diese Teilstrecken gehen von einer Unstetigkeitsste'.Se z. B. 61 aus und vereinigen sich in einer der benachbarten Unstetigkeitsstellen 62 oder 64. Dadurch entsteht der insbesondere aus Fig.2 erkennbare quasi rechteckige Querschnitt

Die Ausbaurühre dient zur Aufnahme der Gebirgskräfte. Zu diesem Zweck ist sie mit einem Kunstboden 80, der in den beschriebenen Ringraum 81 zwischen der Röhre 78 und dem Gebirgsstoß 83 eingebracht ist, so mit dem Gebirge verbunden, daß sie dessen Bewegungen mAmacht

In axialer Richtung ist die Ausbauröhre gewellt. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft jede aus einer Halbwelle — Wellenberg 68 — und einer anschließenden Halbwelle — Wellental 69 — bestehende Wellung orthogonal zur Längsachse 88 der Stahlblechröhre 78. Die Unstetigkeitsstellen 61—64 sind als Ecken ausgebildet, die entsprechend der Darstellung nach F i g. 1 mit ihrem jeweiligen Scheitel nach außen in Richtung auf das Gebirge 83 vorspringen.

Wie sich aus der Darstellung der F i g. 3 in Verbindung mit F i g. 1 ergibt führt die paarweise Anordnung der Ecken 61 —64 zusammen mit der orthogonalen Ausbildung der Wellen dazu, daß an jeder Unstetigkeitsstel-Ie 61,62,63 bzw. 64 ein Wellenberg 68 mit einem WeI-

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lental 69 zusammentrifft. In Längsrichtung der Röhre gesehen sind daher aufeinanderfolgende Unstetigkeitsstellen 61, 61', 61" usw. jeweils zickzackförmig gegeneinander versetzt angeordnet. Diese Anordnung vermindert die Beanspruchungen in den Unstetigkeitssteilen bzw. Ecken (61 —64) stark und führt daher zu einer günstigen Ausbildung der Auskleidung.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist der Tunnelausbau nach F i g. 1 entsprechend abgewandelt. Er besitzt Unstetigkeitsstellen bei 21, 66 und 67, die ebenso wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel als Ecken ausgebildet sind. Die Ecken weisen mit ihrem Scheitel nach außen, d. h. in Richtung auf den Baugrund. Übereinstimmend mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch in diesem Falle eine Hinterfüllung vorgesehen.

Die Unstetigkeitsstellen 66 und 67 begrenzen ein gekrümmtes Sohlensegment 25 und können in der beschriebenen Weise in Längsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet werden.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Phasenverschiebung auch bei nur einer oder einer ungeraden Anzahl von Unstetigkeitsstellen im Querschnitt zu erzielen, was durch eine schraubenförmig gewendelte Führung der Segmente 27 und 28 ermöglicht wird. Dadurch kann auch an der Unstetigkeitsstelle 21 eine Phasenverschiebung stattfinden.

Das Einbringen des Ausbaus, beispielsweise im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 kann segmentweise erfolgen. Die Länge der Schweißnähte ist aus F i g. 2 ersichtlich. Danach befinden sich in den Unstetigkeitsstellen 61, 62, 63 und 64, d.h. in den Eckenscheiteln jeweils Schweißnähte, die aber bereits Übertage hergestellt worden sind. Das hat den Vorteil, daß Untertage eine geringere Anzahl von Schweißnähten hergestellt wird, was kostensparend wirkt; andererseits können diese hochbelasteten Schweißnähte Über?age in besserer Qualität produziert werden. Erfindungsgemäß können die Ausbauteile mit den Eckscheiteln auch als Gußteile oder warm verformt hergestellt werden.

Außerdem ist die Röhre durch weitere Schweißnähte 89—9S unterteilt Diese Schweißnähte werden Untertage hergestellt Der Ausbau besteht demnach aus den Segmenten 89'—96', von denen die Segmente 89'—90', 9Γ-92', 93'-94', 95'-%' und 9O'-91', 92'-93', 94'-95',96'-89' identisch sind.

Diese Segmentaufteilung gestatten den Aufbau der Ausbauröhre 78 vor Ort, wobei z. B. der durch den Frostzustand geschaffene vorläufige Vorbau aufrecht erhalten wird. Nach dem Aufbau der Röhre 78 wird der Kunstboden 80 eingebracht der durch besondere Maßnahmen trotz des bestehenden Frostzustandes aushärtet Danach kann der Baugrund aufgetaut werden. Wie ersichtlich, ergibt sich dadurch ein sehr einfacher und schnell einzubringender Ausbau.

Eine brauchbare Anpassung an die erfindungsgemäße Hohlraumauskleidung stellt auch eine Spritzbetonsicherung dar, wenn die hieraus entstandene Schale biegeweich ist und durch Ringfugen von geringen Abstand und ausreichender Fugenweite Verformungsspitzen vermieden werden, je nach Baugrund und Bemessung des Spritzbetons kommt das Einbringen des Ausbaus und des Kunstbodens in relativ geringem Abstand hinter dem Ausbruch und auch erst nach vollständigem Auffahren des. Tunnels und dessen Ausbau mit einer vorläufigen Sicherung in Betracht

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip ist auch anwendbar auf Rohrleitungen, z. B. Pipelines, wobei die Rohrwände der verschweißten Rohre wie die erfindungsgemäßen Rohre ausgebildet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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   1 2

   auch als Auskleidung für einfallende oder ansteigende

   Patentansprüche: Hohlräume.

   Die Erfindung wird im folgenden an Hand ihres

   1. Auskleidung für Strecken im Berg- und Tun- Hauptanwendungsgebietes, nämlich der Auskleidung nelbau mit Hilfe einer der Bauwerksachse koaxial 5 von Verkehrstunnelanlagen, insbesondere in Bergbauverlaufenden geschlossenen Röhre aus Metall, deren gebieten näher beschrieben.

   durchgehender Mantel axial gewellt ist und im Quer- Bei solchen Tunneln verschärfen sich die Ausbauproschnitt wenigstens auf Teilstrecken gekrümmt ver- bleme gegenüber solchen in setzungsempfindlichen läuft, dadurch gekennzeichnet, daß die und/oder wasserführenden Böden aus verschiedenen -zur Aufnahme der Gebirgskräfte dienende Ausklei- io Gründen. Bei der Lage im Bodenbewegungstrog sind dung im Querschnitt wenigstens eine Unstetigkeits- vor allem Längenänderungen in Richtung der Baustelle (61 —64,66,67,21) aufweist, die als kraf tschlüs- werksachse wie auch normal dazu schadlos aufzunehsige Ecke ausgebildet ist und an der eine Phasenver- men und auch Krümmungen zu ertragen, die wegen Schiebung der Wellung um eine Halbwelle (68, 69) anterschiedlicher Schieflagen und Verdrehungen auferfolgt 15 beten. Wenn es zu übermäßigen örtlichen Beanspru-

   2. Hohlraumauskleidung nach Anspruch 1, da- chungen und damit zu Beschädigungen des Ausbaus durch gekennzeichnet, daß die Wellen (68,69) ortho- kommt, muß der Ausbau reparaturfreundlich sein. Angonale Ringe (70—77) des Mantels (78) bilden oder dererseits kann kein beliebiger technischer Aufwand auch abschnittsweise schraubenförmig angeordnet mit der Auskleidung getrieben werden. Der Aufwand (27,28) sind. 20 muß sich vielmehr in engen wirtschaftlichen Grenzen

   5. Hohiraumauskieidung nach einem der Ansprü- halten, die als noch vertretbar angesehen werden !conche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen nen.

   der Röhre (79) und dem Baugrund in an sich bekann- Die monolithische Bauweise in Beton wie auch die

   ter Weise eine Hinterfüllung (80, 81) aus einem Tübbingbauweise in Beton und vor allem Gußeisen wie

   Kunstboden angeordnet ist 25 auch Stahl ist als Auskleidung für Tunnel seit langem

   4. Hohlraumauskleidung nach einem der Ansprü- bekannt Diese Bauweisen mit Fugen oder Flanschverche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel bindungen wirken sich- besonders in Verbindung mit ei-(78) in Segmente (71, 76) unterteilt ist, die mit den nem nicht verformungswilligen Werkstoff in Gebieten ihnen benachbarten Segmenten kraftschlüssig ver- mit mobilem Baugrund nachteilig auf seine Dichtheit schweißt sind. 30 gegenüber dem baugrundseitig zusitzenden Grundwas-

   5. Hohlraur.auskleidung nach einem der Ansprü- ser und vor allem nachteilig auf die Standsicherheit aus. ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken- Außerdem lassen sich Auskleidungen aus Beton oder Scheitel (82', 83') durch kraftschlüssig geschweißte, Gußeisen an Ort und Stelle gar nicht oder nur unter warmgeformte oder gegossene Formteile gebildet unverhältnismäßig großem Aufwand kraftschlüssig rewerden und die diese Ecken aufweisenden Segmente 35 parieren.

   (70—73) mit den benachbarten Segmenten (74—77) Eine solche Tunnelauskleidung eignet sich nur in Be-

   kraftschlüssig verschweißt sind. reichen ohne oder mit begrenzten Einwirkungen.

   6. Hohlraumauskleidung nach einem der Ansprü- Weitere Nachteile in wirtschaftlicher Hinsicht entsteche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Anordnung der hen durch eine relativ komplizierte /eisbildung der beEcken so, daß die größere Querschnitts-Hauptachse 40 kannten Auskleidungen für einen solchen Einsatz durch der Ausbauröhre (7S) in der Richtung der größten den erforderlichen kurzen Fugenabstand und die Benormal zur Bauwerksachse zu erwartenden Druck- weglichkeit und Abdichtung dieser Fugen, beanspruchung angeordnet werden kann. Bekannt ist der eingangs bezeichnete Ausbau für ei-

   7. Anwendung der Auskleidung nach den Ansprü- nen Verkehrstunnel im Bergsenkungsgebiet (DE-PS chen 1 bis 6 auf die Wandung einer aus Rohren be- 45 24 17 542). Der bekannte Ausbau weist eine Ausbuchstehenden Leitung. tung auf, in deren zum Inneren des Tunneb weisenden

   öffnung Federn angeordnet sind, die sich jeweils auf zwei Ringkonsolen abstützen. Die Ausbuchtung dient

   als Abdeckung, und die Federn übertragen die Ringso kräfte.