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Verfahren zum Auskleiden von unterirdischen Hohlräumen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Auskleiden von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere
zum Auskleiden von Tunneln für Sammler für Abwässer. Weiterhin befaßt sich die Erfindung
mit einer Kunststoffschale zur Durchführung des Verfahrens sowie der Verwendung
der Kunststoffschale. Außerdem betrifft die Erfindung einen nach dem Verfahren hergestellten
unterirdischen Hohlraum.
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In der Praxis besteht häufig das Bedürfnis, unterirdische Hohlräume
bzw. Tunnel zu erstellen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Tunnel für sogenannte
Sammler für Abwässer, die man aus Gründen der Umweltfreundlichkeit (Geruchsbelästigung,
Verschmutzung) und auch aus hygienischen Gesichtspunkten nicht in offenen Kanälen,
sondern in unterirdischen Tunneln abfließen läßt. Da vor allem in Groß.sLidten erhebliche
Mengen von Abwässern entstehen, ist die Hex-stellung der Tunnel von zunehmender
Wichtigkeit geworden.
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Bei den bisher bekannten Methoden für den Tunnelbau bedient man sich
des Schildvortriebsverfahrens oder des Vorpressverfahrens, um zunächst einen noch
nicht ausgekleideten unterirdischen Hohlraum zu. erzeugen. Daran schließt sich ein
Verfahren zum Auskleiden des unterirdischen Hohlraumes an, das sich zumeist mit
dem Schildvortriebsverfahren oder Vorpressverfahren 'überlappt', indem jeweils ein
Tunnelstück hergestellt wird, welches dann sofort ausgekleidet wird, bevor chas
nächstfolgende Tunnelstück erzeugt wird, usw.
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Im Zusammenhang mit dem voranstehend erwähnten Auskleiden ist darauf
hinzuweisen, daß damit zwei wichtige Aspekte
umfaßt sind. Zum einen
hat die Auskleidung eine Stützfunktion bzw. tragende Funktion zu erfüllen, damit
kein Erdreich in den hergestellten unterirdischen Hohlraum eindringen kann. Andererseits
muß auch die Dichtungsfunktion beachtet werden, d.h. die Auskleidung soll absolut
undurchlässig sein, damit z.R. in dem Tunnel g(.fuhrte Abwässer nicht durch die
Auskleidung hindurch in das umliegende Erdreich gelangen können.
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Die bekannten Verfahren zum Auskleiden von unterordischen Hohlräumen
sehen im wesentlichen die Verwendung von Rohrstücken aus Stahl oder Beton vor, womit
sich die Stützfunktion auch gut erfüllen läßt. Allerdings ist das große Gewicht
der Rohre nachteilig, was sich ungünstig auswirkt, wenn sie im Tunnel zur jeweiligen
Auskleidungsstelle transportiert werden müssen.
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Noch gravierender ist der Nachteil, daß die gewünschte Dichtungsfunktion
nur in unbefriedigender Weise erfüllt ist. Als besondere Schwachstellen haben sich
die Verbindungsstellen erwiesen, an denen die einzelnen Rohrstücke miteinander in
Berührung stehen und verbunden sind, und an denen die Abdichtung Schwierigkeiten
bereitet. Es ist erforderlich, an den Verbindungsstellen Dichtungen vorzusehen,
die sich aber - insbesonere über eine längere Zeitdauer gesehen - als anfällig erwies
haben. Außerdem ist wegen der Dichtungen der Zusammenbau der einzelnen Rohrstücke
zeitaufwendig und teuer.
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Trotz der erwähnten Dichtungen hat sich in der Praxis gezeigt, daß
die Widerstandsfähigkeit gegen das Abwasser und Grundwasser unbefriedigend ist,
und daß das Abwasser aus dem Tunnel nach längerer Zeit wegen der nicht vollständig
zu erzielenden Abdichtung in das umliegende Erdreich eindringt. Aber nicht nur die
Dichtungen sind hierfür verantwortlich. Auch die nicht ausrçichende Norrosionsbest;indigkei.t
des für dte Rohrs serwendeten Stahls oder Betons ist roblematisch. Beide Werkstoff
werden nmlich im Laufe der Zeit durch das Abwasser n'jrften, das somit nach außen
dringen kann, wodurch auch die Standsich£rheit der Rohre gefährdet ist. Die in das
umgebende Frdreich eindringenden
Abwässer stellen aber eine erhebliche
Gefahrenquelle dar. Als ein wesentlicher Nachteil sei z.B. die schädliche Einwirkung
auf das Trinkwasser genannt.
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Die voranstehend geschilderten Umstände haben bisher dazu geführt,
daß im Abstand von mehreren Jahren umfangreiche Sanierungen durchgeführt und die
Tunnel erneuert oder gänzlich neu erstellt werden mußten. Die Kosten für solche
Sanierungsprojekte sind natürlich erheblich und liegen oft in Millionenhöhe. Trotz
dieser enormen Kosten ist es bisher nicht gelungen, die hierfür verantwortlichen
Nachteile zu beheben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Auskleiden von unterirdischen Hohlräumen anzugeben, das sich einfacher und kostengünstiger
durchführen läßt und die sehr teuren Sanierungen vermeidet bzw. zumindest eine sichere
Abdichtung über einen wesentlich längeren Zeitraum als bisher ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß in den vorher erstellten
unterirdischen Hohlraum eine tragende Kunststoffschale eingesetzt wird.
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Die Erfindung sieht in völlig neuartiger Weise erstmals vor, für
die Auskleidung - also nicht nur bezüglich der oben Uacßsprochene Dichtungsfunktion
und des Korrosionsschutzes, sondern auch für die notwendige Stützfunktion - Kunststoff
zu verwenden und dessen an sich bekannten positiven Eigenschaften konsequent für
den Tunneubau auszunutzen. Als infrage kommende Kunststoffe seien z.B. Polypropylen
(PP), Polyäthylen (PE) und Polyvenylchlorid (PVC), genannt, und selbstverständlich
können auch andere Kunststoffe verwendet werden.
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Die durch die Erfindung gegenüber den bisher üblichen Verfahren erzielten
Vorteile sind sehr beachtlich. So ist das relativ geringe Gewicht des Kunststoffs
als sehr günstig anzusehen, so daß die Handhabung und der Transport zu den auszukleidenden
Tunnelstellen
als problemlos zu betrachten sind.
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Ein weiterer sehr wichtiger Gesichtspunkt ist die Dichtigkeit bzw.
die chemische Beständigkeit der Kunststoffschale gegen die chemisch agressiven Abwässer
und auch gegen Dämpfe, wodurch die angestrebte Dichtungsfunktion in optimaler Weise
erfüllt ist. Dem steht auch nicht die Tatsache entgegen, daß die genannte Tunnelauskleidung
aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt werden kann. Durch Verschweißen der einzelnen
Kunststoffschaienelemente - z.B. nach dem Verfahren der Rxtrusions-Auftragsschweißung
- ergibt sich eine glatte, fugenlose und wasserdichte Tunnelauskleidung. Die bisher
in relativ kurzen Zeitabständen von mehreren Jahren erforderlichen und sehr teuren
Sanierungen werden daher praktisch überflüssig, wodurch sich eine enorme Kosteneinsparung
ergibt.
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Ein weiterer Vorteil leitet sich daraus ab, daß der Kunststoff leicht
zu bearbeiten ist und sich ohne große Probleme zersägen, schneiden, erhitzen usw.
läßt. Somit ist die Anpassung der Kunststoffschale an die jeweiligen vorliegenden
Verhältnisse praktisch unbegrenzt. In vorteilhafter Weise kann die Kunststoffschale
vollwandig sein oder auch in einer sogenannten aufgelösten Form - wie Fachwerk,
mit Stegen usw. -vorliegen. Auch kann die Kunststoffschale mit Hohl-Füllkörpern
oder sonstigen Verstärkungen ausgebildet sein. In zweckmäßiger Ausgestaltung der
Erfindung wird die tragende und abdichtende Kunststoffschale durch einzelne Rohrabschnitte
erzeugt, die durch Verschweißen absolut dicht miteinander verbunden werden.
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Um eine Überbeanspruchung der tragend ausgebildeten Kunststoffschale
zu vermeiden, können die Fugen zwischen den einzelnen Segrncnten bzw. den einzelnen
Abschnitlen der Kunststoffschale als Gelenk ausgebildet werden, so daß die auftretenden
Momente in an sich bekannter Weise zu Null werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die Längsnähte mit einer Schweißnahtlage nach dem Extrusions-Auftrags-Schweißverfahren
geschlossen
und die Ringnähte mit einem in die Fugen zwischen zwei
benachbarten Abschnitten eingebrachten gemeinsamen Heizdraht verschweißt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise beim
Schildvortriebsverfahren, beim Vorpressverfahren und auch bei der Herstellung eines
unterirdischen Hohlraumes im freistehenden, teilweise oder vollgestützten Gebirge
anwenden.
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Andere vorteilhafte Gcsichtspunkte der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, daß mit dem Begriff
der Auskleidung von unterirdischen Hohlräumen neben dem Abdichten auch die zu fordernde
Stützfunktion - also die tragende Funktion - mit umfaßt ist. Durch die Zeitschrift
Kunststoffe im Bau" Nr. 4, 1977, Aufsatz Großflächen-Dichtungselement aus Niederdruck-polyät-hylen",
Seiten 154 - 160, ist es zwar an sich schon bekannt, ein schlauchähnliches Gebilde
aus Kunststoff als Hilfsfolie (sogenannter ,Inliner") zum nacräglichen Verkleiden
von vorgefertigten Betonrohrcn zu verwenden, jedoch wird der Inilner aussiilicßlichh
als Dich-Ltingsbahn vorgesehen, während nach wie vor die nachteiligen schweren Betonrohre
erforderlich sind, um die Abstützung zu gewährleisten. Demgegenüber ist bei dem
erfindunysgemßen Verfahren in völlig neuartiger Weise keine zusätzliche Hilfsfolie,
sondern allein eine Kunststoffschale vorgesehen, welche überraschend erstmals im
Tunnelbau neben der Abdichtung auch die Stützfunktion übernimmt. Dieser Schritt
führt zu den voranstehend beschriebenen und bisher trotz jahrelangen Bcnlfihungen
nicht erzielten enormen wirtschaftlichen und technischen Vorteilen.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: einen Querschnitt
durch einen Tunnel mit einer Kunststoffschale, Fig. 2: einen Längsschnitt eines
Tunnelstückes mit einer Kunststoffschale, Fig. 3: einen Querschnitt längs der Schnittlinie
1-1 aus Fig. 2, Fig. 4: einen Querschnitt längs der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 2,
Fig. 5: eine weitere Querschnittsansicht, Fig. 6: eine vergrößerte Darstellung des
Details A aus Fig. 5, Fig. 7: ein Tunnelstück mit mehreren Rohrabschnitten, Fig.
8: eine Detaildarstellung des Schnittes A-A aus Fig. 7.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Erzeugung des aus@ukleidenden
Tunnels das Schildvortriebsverahren angewandt. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt
und bedarf daher keiner nähc r&n Erläuterung.
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Wie in den Darstellungen ersichtlich ist, erfolyt die ~.skleidung
des Tunnels ausschließlich mit einer Kunststoffschale welche sowohl die Stützfunktion
als auch die Dichtungsfunktion
übernimmt. Die gesamte Tunnelauskleidung
besteht aus mehreren in Fig. 7 zu erkennenden Rohrabschnitten, die längs der Ringspalte
14 miteinander verschweißt werden. Die Rohrabschnitte selbst sind aus je einem Firstsegment
6 und einem Sohlsegment 8 zusammengesetzt, wie in den Fig. 1 und 4 besonders deutlich
zu erkennen ist. Das Firstsegment 6 umschreibt einen Winkel a von etwa 2500.
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In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist in der rechten Hälfte bereits
ein Tunnelstück mit einer Kunststoffschale 1 fertiggestellt Am linken Rand dieser
Fig. sind das Schildschwanzende 4, die beim Schildvortriebsverfahren benötigen Vorschubpressen
30, sowie ein Druckverteilungsring 34 zu erkennen. Das an sich bekannte Schildkopfende
selbst des Schildvortriebs ist aus Gründen der Ubersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
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Nachfolgend wird nun das Verfahren zum Auskleiden des Tunnels näher
beschrieben. Nach dem Vorfahren des nicht gezeigten Schildes mit gleichzeitiger
Bodenförderung werden die vorschubpressen 30 eingefahren, so daß ein Abschnitt für
den Einbau der die geschlossen Kunststoffscbale bildenden First- und Sohlsegmente
8 frei gegeben wird. Die Länge eines solchen auszukleidenden Abschnittes beträgt
beispielsweise 2,5 m, während der Tunnel einen Durch messer von 1,4 m aufweisen
kann. Die Wandstärke der Kunststoffschale 1 beträgt in dem dargestellten Ausfüirungsbeispiel
6 cm, wobei als Kunststoff Polypropylen gewählt ist.
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Um das umgebende Erdreich an dem au:zuk ln1 denden AbQ : vorläufig
abzustützen, ist ein Stahlmantel 32 vorgesehen, der bei eingefahrenen Vorschubpressen
30 noch einen Teil der schon fertiggestellten Tunnelausk].eidung mit der Kunststoffschale
1 umfaßt.
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Für den Transport des Firstsegments 6 und des Sohlsegments 8 ist ein
Transportwagen 20 vorgesehen, dessen Konstruktion so gewählt ist, daß er innerhalb
des Tunnels leicht bewegt werden kann. Der Transportwagen 20 ist dreieckförmig mit
Schenkeln 24 und einem
Scheitelträger 28 aufgebaut. Zur Fortbewegung
sind an den unteren Enden der Schenkel 24 Rollen 22 vorgesehen. In seinem unteren
Bereich ist der Transportwagen 20 mit einer Presse 26 ausgerüstet, dessen Funktion
weiter unten noch beschrieben wird.
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In der Querschnittsansicht gemäß Fig. 3 ist der Transpo-:twagen 20
zu erkennen, bevor er die Einbauposition erreicht hat.
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Mit seinem Scheitelträger 28 trägt der Transportwayen 20 das vorgeformte
Firatsegment 6, das in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Außerdem trägt der Transportwagen
20 in seinem unteren Bereich zwischen cn beiden Schenkeln 24 noch das ebenfalls
gestrichelt dargestellte Sohlsegment. Nachdem die Segmente der Kunststoffschale
1 zur Einbauposition transportiert worden sind, werden sie gemäß Fig. 4 versetzt.
Zu diesem Zweck sind die erwähnten Schenkel 24 des Trä@sportwagens 20 yestängeartig
in der Weise ausgebildet, daß die Länge der Schenkel 24 vergrößert werden kann.
Auf diese Weise drückt der Scheitelträger 28 den oberen Bereich des Firstsegments
gegen den Stahlmantel 32. Gleichzeitig wird die Presse 26 ausgefahren, so daß auch
die unteren Bereiche des Firstsegments 6 gegen den Stahlmantel 32 gedrückt werden.
Schließlich wird noch das Sohl@e ment 8 von dem Transportwagen 20 entfernt und in
die in Fig. 4 zeigte Lage gebracht.
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Nachdem die Segmente 6 und 8 des neuen Rohrabschnittes weit vorbereitet
sind, müssen noch die Längsnähte 10 zwischen den Segmenten 6 und 8 sowie die Ringnaht
zur angrenzenden schon [ertiggestellten Auskleidung abgedichtet werden. Hierzu eignet
sich vorteilhafter Weise des Extrusions-Auftrags-Schweißverfahren, durch welches
die Längsspalten 10 bzw. die Ringspalten 14 gesc:n? sen werden. In Fig. 6, die das
Detail A aus Fig. 5 zeigt, ist .i Schweißnaht 12 rez(igt-, die aus drei Lagen besteht
und ei fugenlese und wasserdichte Tunne1auskle. dung eryiDt.
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Nachdem die Längsnähte nach dem Extrusions-Auftrags-Schweißverfahren
verschlossen worden sind, wird dieser Abschnitt
der Kunststoffschale
1 mit den Pressen 30 an die bereits fertiggestelle -rechts davon befindliche- Tunnelauskleidung
gedrückt. In Fig. 8, die den Schnitt A-A aus Fig. 7 im Detail wiedergibt, ist ein
den beiden benachbarten Abschnitten der Kunststoffschale 1 gemeinsamer Heizdraht
18 dargestellt, mit dem der Ringspalt 14 zunächst verschweißt wird. In der nächstfolgenden
Vorpreßphase erfolgt dann die endgültige Verschweißung durch die Ring-Schweißnaht
16. Wenn später der Stahlmantel 32 für den Einbau des nächsten Kunststoffschalen-Abschnitts
weiter nach links bewegt wird, wird der ringförmige Spalt während des Vortriebs
am Schildschwanzende kontinuierlich mit einem Verpressmörtel 2 verpreßt. Durch das
Verschweißen mit dem erwähnten Heizdraht 18 wird in vorteilhafter Weise eine Außendichtung
gebildet, während sich die Ring-Schweißnaht an der Innenseite der rohrförmigen Kunststoffschale
1 befindet und praktisch eine Innendichtung bildet.
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Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte tragende Auskleidung
des Tunnels mit der Kunststoffschale 1 ist wegen der Korrosionsbeständigkeit des
Kunststoffes gegen die chemisch aggressiven Abwässer praktisch absolut dicht. Vorteilhaft
ist joch, daß sich die Kunststoffschalen 1 als Folge der positiven Eigenschaften
des Kunststoffs durch entsprechende Wahl des Materials und der Form den jeweiligen
Verhältnissen günstig anpassen la@gen.
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So können die Kunststoffschalen -wie in den Zeichnungen dargestelltvollwandig
ausgebildet sein. Es kann aber auch eine aufgelöste Form, wie Fachwerk, Stege usw.,
Anwendung finden, und es ist auch möglich, Hohl-, Füllkörper oder sonstige Verstärkungen
in der Wa:1-dung der Kunststoffschale 1 vorzusehen.
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Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels wurde für die Erstellung
des unterirdischen Hohlraums das Schildvortriebsverfahren vorausgesetzt. Die Erfindung
läßt sich ebenso aber auch bon@ @ogenannten Vorpress-, Einzichveriahren, oder auch
im freisteben teilweise oder vollgestützten Gebirge anwenden.
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L e e r s e i t e