DE3033487C2 - Einschaliger Streckenausbau für den Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einschaligen Streckenausbau für den Berg- und Tunnelbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung geht von einem bekannten einschaligen Streckenausbau dieser Art aus (DE-AS 15 33 746). Hierbei werden die Gitterbaue als Teile des endgültigen Ausbaus zuerst eingebracht, um den Gebirgsdruck aufzunehmen. Durch den im Anschluß daran aufgespritzten Vorkonsolidierungsbereich des Betons werden die Gitterbaue entlastet Der sich anschließende, weitere Spritzbetonbereich umhüllt die Gitterbaue vollständig und ist daher mit den Stäben der Gitterbaue bewehrt. Bei der Lastaufnahme treten Haarrisse im Beton auf. Auch ergeben sich in dem Gitterwerk der Baue Zug- und Druckbelastungen, welche von den Kräften überlagert werden, die durch den Verbund zwischen Stahl und Beton entstehen. Deswegen werden die Diagonalstreben der Gitterbaue bei dem vorbekannten Streckenausbau durchtrennt, bevor die Gitterbaue vollständig eingespritzt werden.

Die bei einem derartigen Streckenausbau auftretenden Haarrisse machen bei zusitzenden Wässern den Streckenausbau undicht. Im Tunnelbau, vor allem im U-Bahn-Tunnelbau muß aber der Streckenausbau wasserundurchlässig sein. Um das zu erreichen, ist es bekannt (Schweizerische Bauzeitung 96 Heft 50, 975,981), zwischen dem Vorkonsolidierungsbereich eines Spritzbetonausbaus und dem weiteren Spritzbetonbereich eine Folie einzubringen, welche als Drainageschicht dient, die das Wasser abführt. Das Abdichten in dieser Weise, insbesondere mit einer Folie wirkt sich nachteilig auf den Fortschritt der Vortriebsarbeiten aus. Denn die Abdichtungsarbeiten müssen sorgfältig und fachmännisch ausgeführt werden, weil Beschädigungen der Folie zu erheblichen Schaden an dem Bauwerk führen können. Das Orten und Beseitigen von Leckstellen ist besonders schwierig.

Srjritzbeton. welcher Stahlfasern enthält, besitzt eine hohe Frühfestigkeit und verkürzt daher die Zeit während der das Gebirge nicht unterstützt ist Stahlfaserspritzbeton, welcher in mehreren Schichten aufgebracht wird, die nach relativ kurzer Zeit aufeinanderfolgen, ist einschalig und zeigt ein dementsprechendes Tragverhalten (Glückauf-Forschungshefte 39, (1978) (257, 262). Für den Tunnelausbau besitzt Stahlfaserspritzbeton jedoch nicht die erforderliche statische Langzeitfes;^;gkeit und ist auf die Dauer auch nicht wasserdicht

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs als bekannt vorausgesetzten Streckenausbau so auszubilden, daß er die notwendige Langzeitfestigkeit erreicht und auf Dauer ohne die sonst üblichen gesondenen Abdichtungsschichten wasserdicht bleibt

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Bei dem erfindungsgemäßen Streckenausbau geht der Vorkonsolidierungsbereich mit den eingespritzen Stäben der Gitterbaue nicht in den Nachweis der Langzeitfestigkeit ein, ermöglicht aber den Verzicht auf eine durchgehende Drainageschicht zwischen Vorkonsolidierungsbereicb und weiterem Spritzbetonbereich. Aufgrund des Arbeitsvermögens des Stahlfaserspritzbetons und durch die Einbeziehung der gebirgsnanen Stäbe der Gitterbaue entwickelt der Vorkonsolidierungsbereich einen hohen Ausbauwiderstand schon bei geringen Schichtdicken. Da sich das Abrosten der Stahlfasern sowie der eingespritzten Stäbe der Gitterbaue auf den Vorkonsolidierungsbereich beschränkt und dieser über die Wassereindringtiefe reicht bewahrt der Vorkonsolidierungsbereich in dem anschließenden weiteren Spritzbetonbereich die Stahlfasern und den für die Bewehrung des tragenden Ausbaubereiches eingesetzten Teil der Gitterbaue vor Korrosionen. Auf diese Weise kann sich in diesem Spritzbetonbereich die hohe Elastizität des Stahlfaserspritzbetons auswirken Deswegen genügen bereits relativ geringe Wandstärken, um die statisch geforderte Langzeitfestigkeit des Ausbaus herbeizuführen. Die Injizierfähigkeit bzw. die Drainfähigkeit der gebirgsseitigen Schicht des Vorkonsolidierungsbereiches dient dazu, bei Wasserdurchbrüchen Abhilfemaßnahmen durchführen zu können. Zum Injizieren lassen sich abdichtende Zementschlempen oder Kunstharz einsetzen, weiche das Wasser absperren. Bei einer Drainage und entsprechender Wasserfassung läßt sich eine ständige Grundwasserabsenkung einleiten.
Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 2 können mit geringem Zeitaufwand die Voraussetzungen für späteres Injizieren bzw. Drainieren geschaffen werden. Für den Aufbau einer solchen Schicht kommen als Werkstoffe Harze, Kunststoffschäume, vor allem offenporige Schäume dieser Art und Einkorn-Spritzbeton in Betracht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in den Figuren der Zeichnung wiedergegeben ist; es zeigt

F i g. 1 in Ansicht und teilweise im Schnitt einen Strekkenvortrieb mit einem Streckenausbau gemäß der Erfindung,

Fig.2 den erfindungsgemäßen Streckenausbau im Querschnitt und

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie X-Xder l·- i g. 2.

In der Fig. I ist ein Tunnelvortrieb dargestellt. Auf einer künstlichen Sohle 1 fährt ein Radlader 2. Er übernimmt das mit einem hydraulischen Bagger 3 hereingewonnene Haufwerk von einem Einkcttenfördcrer 4.

Dieser ist auf einer Sohlenabdeckung 5 verlegt. Der Tunnel wird in Teilquerschnitten mit einer oberen Kalotte 7, daran anschließenden Strossen 8 und einem Sohlenausbaubruch 9 aufgefahren.

F i g. 2 zeigt, daß die durch den Ausbruch freigelegte Gebirgsfläche 30 mit einer Stahlfaser-Spritzbetonschicht 31 versehen und dadurch vorkonsolidiert wird. Der Spritzbeton wird unmittelbar auf die Gebirgsoberfläche aufgetragen und füllt dabei Klüfte oder Risse aus, die beispielsweise bei 32 in F i g. 2 angedeutet sind. Er hinterläßt seinerseits eine unregelmäßige Oberfläche 33. Unter diese Vorkonsolidierungsschicbt 31 mit ihren Unregelmäßigkeiten 34 auf der Oberfläche 33 werden im vorgegebenen Bauabstand a, der z.B. Im betragen kann, gemäß dem Ausführungsbeispiel bogenförmige Baue 35 bis 37 gesetzt, die unter sich gleich ausgebildet sind. Diese Baue sind mehrteilig, so daß sie entsprechend dem Vortrieb in Teilquerschnitten zu einem in sich geschlossenen Bogen zusammengesetzt werden können.

Außerdem bestehen diese Baue aus einem Gitterwerk. Das Gitterwerk setzt sich zusammen au··; je zwei der Umrißlinie des Ausbruchquerschnittes parallelen, gebirgsnahen Stäben 38 und 39, sowie drei ebenfalls der Umrißlinie des betreffenden Ausbruchquerschnittes parallelen, jedoch streckennahen Stäben 40 bis 42. Diese Stäbe sind in vorgegebenen Abständen miteinander verbügelt Ein solcher Bügel ist in der Darstellung der F i g. 3 bei 43 wiedergegeben und besitzt seinerseits eine streckennahe Teillänge 44 und eine gebirgsnahe Teillänge 45. Die Verbügelung selbst besteht aus Einzelstäben mit einem Durchmesser, der geringer ist als der Durchmesser der übrigen Stäbe.

Da der Ausbau aus Segmenten bestehen muß, um dem Auffahren in Teilquerschnitten Rechnung zu tragen, enden die der Umrißlinie des Ausbruchquerschnittes parallelen Stäbe 38,39 bzw. 40 bis 42 auf Kopfpiatten, die sich mit der jeweiligen benachbarten Kopfplatte des anschließenden Segmentes verschrauben lassen. Diese Kopfplaiten sind nicht dargestellt

Die bezeichneten Baue 35 bis 37 werden kraftschlüssig gegen die Stahlfaser-Spritzbetonschicht 31 gesetzt. Wegen der Bogenform des Ausbaus und der Unregelmäßigkeit der Oberfläche 33 der Stahlfaser-Spritzbetonschicht 31 liegen deswegen die Gitterbögen nur an einigen Stellen ihres Umfangs dem Spritzbeton unmittelbar an.

Nach dem Setzen der Giiterbögen wird eine zv/eite Stahlfaser-Spritzbetonschicht 48 aufgebracht. Sie hat eine verhältnismäßig geringe Dicke, z. B. 5 cm, und bildet ihrerseits eine unregelmäßige Oberfläche bei 49 aus. In diese Stahlfaser-Spritzbetonschicht sind die gebirgsnahen Teile der Gitterbögen, also die Stäbe 38,39 und die Bügel 45 einbezogen. Der Stahlfaser-Spritzbeton setzt sich aus Zement, Füller und Zuschlag, sowie Wasser und den Stahlfasern zusammen. Diese können bei einem mittleren Durchmesser von 0,4 mm eine mittlere Länge von 12,5 mm aufweisen. Ein solcher Stahlfeder-Spritzbeton entwickelt eine verhältnismäßig hohe Biegezugfestigkeit, die ihrerseits vom Gewichts-Prozentsatz der Stahlfasern im Beton abhängt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Wassereindringtiefe ca. 3 cm und ist damit geringer als die Stärke des aus den Schichten 31 und 48 bestehenden Vorkonsoiidierungsbereiches.

Die Stahlfaser-Spritzbetonschicht 48 bezieht die Gitterbögen ein und verläuft liöerden gesamten Ausbruchauerschnitt einschließlich der Felder zwischen einzelnen Gitterbögen. Diese Schicht entwickelt einen relativ hohen Ausbauwiderstand und ist außerdem nach dem Einbringen absolut wasserdicht Gegen Abrosten der in ihr enthaltenen Bewehrung besteht jedoch kein Schutz. Deswegen muß mit dem Abrosten der Stahlfasern im Bereich der Wassereindringtiefe und der diesem Bereich einbezogenen Teile der Gitterbögen gerechnet werden.
Der endgültige Ausbau besteht aus einem Bereich 50,

ίο welcher von einer dritten Stahlfaser-Spritzbetonschicht gebildet wird. Diese weist im Ausführungsbeispiel eine Stärke von ca. 25 cm auf. Diese dritte Stahlfaser-Spritzbetonschicht wird auf die zweite Stahlfaser-Spritzbetonschicht 48 aufgetragen. Dabei werden in sie die strekkennahen Stäbe 40 bis 42 sowie die Bereiche 44 der Bügel im Gitterwerk der Baue 35 bis 37 einbezogen. In die statische Berechnung gehen also sowohl die Bewehrung wie der Spritzbeton ein. Als System läßt sich ein elastisch eingebetteter Stabzug idealisiert als Stabpolygon mit Druckbodenfedern rechnen. Dh Steifigkeit des endgültigen A.usbaus ist linear elastisch. Die Gebrauchsfähigkeit des Bauwerkes und die Standsicherheit im Bruchzustand lassen sich mit Ausnahmen nachweisen, die an die z. Zt gültigen Berechnungsnonnen für Siahlbeton angelehnt sind.

In den beschriebenen Figuren ist eine Variante des Ausbaus nicht dargestellt, bei der vor dem Aufbringen der ersten Spritzbetonschicht 31 auf das Gebirge 30 eine imprägnierfähige Schicht aufgetragen wird, die im Falle von Wassereinbrüchen von der Innenwandung 52 des endgültigen Ausbaus 50 angebohrt und mit einer Imprägnierflüssigkeit getränkt werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einschaliger Streckenausbau für den Berg- und Tunnelbau, bestehend aus einem Vorkonsolidierungsbereich in Spritzbeton, Gitterbauen, die mit gebirgsnahen Stäben in den Vorkonsclidierungsbereich eingespritzt sind und einem weiteren Spritzbetonbereich, in den die streckennahen Stäbe der Gitterbaue einbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzbetonbereiche (31, 48, 50) aus Stahlfaserspritzbeton bestehen, daß der Vorkonsolidierungsbereich (31,48) über die Wassereindringtiefe und die Tiefe des Abröstens der Stahlfasern sowie der darin eingespritzten Stäbe (38, 39) der Gitterbaue (35,36,37) reicht, wobei die gebirgsseitige Schicht (31) des Vor|onsolidierungsbereiches nach dem Abrosten injiziefähig bzw. drainfähig ist, und daß der die streckennahen Stäbe (40, 41, 42) einbeziehendt, außerhalb der Wassereindringtiefe liegende Spritzbetonbereich (50) den tragenden Ausbau bildet

2. Streckenausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine vor dem Vorkonsolidierungsbereich (31) auf das Gebirge aufgetragene injizierfähige bzw. drainfähige Schicht vorgesehen ist