DE3044077C2

DE3044077C2 - Tübbingausbau für Tunnelröhren

Info

Publication number: DE3044077C2
Application number: DE19803044077
Authority: DE
Inventors: Siegmund Dipl.-Ing. 6368 Bad Vilbel Babendererde
Original assignee: Hochtief AG
Current assignee: Hochtief AG
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE3044077A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Tübbingausbau fü; Tunnelröhren und Strecken mit einer Mehrzahl von zu einem Tübbingring zusammensetzbaren Tübbingsegmenten, wobei die einzelnen Tübbingsegmente mit Hilfe von Verbundelementen aneinander und durch eine Hinterfüllung, z. B. aus Mörtel oder Beton, an das Gebirge angeschlossen sind, wobei ferner die Tübbingsegmente unter dem Einfluß unsymmetrischer Gebirgskräfte unter Bildung von Fließgelenken bereichsweise verformbar s^;nd. Fließgelenk meint ein Verformungsgelenk mit gleichsam fließender, sich verlagernder Gelenkachse.

Bei dem bekannten gattungsgemäßen Tübbingausbau bestehen die Tübbingsegmente aus Stahl, nämlich Stahlblech oder Stahlguß (DE-AS 24 35 559), auch in Schweißkonstruktion (Montan Rundschau, Sonderheft 1969, »Tunnel- und Stollenausbau«, S. 139) oder auch aus Gußeisen mit Kugelgraphit (Straße, Brücke, Tunnel 7/1975, S. 175 bis 182). Sie können sich unter dem Einfluß der Gebirgskräfte unter Fließgelenkbildung verformen. Die Verformung führt zu einem besonderen statischen Verhalten und zu Vorteilen, wie sie grundsätzlich auch beim nachgiebigen Grubenausbau durch die Nachgiebigkeit erreicht werden. Bei einem Tübbingausbau mit Tübbingsegmenten aus Stahlbeton lassen sich diese Vorteile bisher nicht erreichen. Bei einem Tübbingausbau mit Tübbingsegmenten aus Stahlbeton sind die Tübbingsegmente praktisch starr, häufig zusätzlich mit versteifenden Stegen ausgerüstete Bauteile mit einer Bewehrung aus Baustahlmatten und gegebenenfalls zusätzlichen Bewehrungseinlagen aus Betonstahl. Es handelt sich insoweit bei den einzelnen Tübbingsegmenten gleichsam um gebogene, im Rahmen der Statik der Zusammenhänge starre Platten oder Balken. Wo eine die auftretenden Gebirgskräfte abbauende Nachgiebigkeit des Tübbingausbaus aus solchen Stahlbeton-Tübbingsegmenten insgesamt verlangt wird, wird diese über nachgiebig ausgebildete Verbundelemente hergestellt Das alles hat sich an sich bewährt, verlangt aber verhältnismäßig schwere und dadurch aufwendige und nur aufwendig manipulierbare und einbaubare Tübbingsegmente. Je höher die Tragfähigkeit des Tübbingausbaus vorgegeoen ist, desto dicker sind die Tübbingsegmente. Darüber hinaus ist die Herstellung der Tübbingsegmente aufwendig. Sie erfolgt in entsprechenden Schalungsbetten, wobei mit sehr großer Sorgfalt gearbeitet werden muß, um sicherzustellen, daß die Bewehrung ihre konstruktiv vorgeschriebene Anordnung in den fertigen Tübbingsegmenten aufweist.

Im übrigen kennt man sogenannten Faserbeton, der wissenschaftlich sehr weitgehend untersucht worden ist (vgL ACI Publication Sp. 44, American Concrete Institut, Detroit 1974, S. 1, 20, 21 und 497 bis 501, 535, 536, 537). Die Fasern können Stahlfasern, Kunststoff-Fasern, Glasfasern, Kohlefasern und dergleichen sein. Besonders bewährt hat sich Stahlfaserbeton. Bei einem Stahlfaserbeton handelt es sich um einen besonderen Stahlbeton, bei dem die Stahlfasern die Bewehrung bilden. Vorgefertigte oder in Otbeton hergestellte Bauteile aus Faserbeton, insbesondere Stahlfaserbeton, zeichnen sich dadurch aus, daß sie auch im Bruchzustand noch ein hohes Tragvermögen aufweisen. Auch im Tunnelausbau ist Stahlfaserbeton schon eingesetzt worden (DE-AS 27 39 568), und zwar als Ausbauortbeton für die Herstellung eines starren, nichtnachgiebigen Tunnelausbaus. Bei dieser Verwendung nutzt man die Tatsache, daß ein Stahlfaserbeton dem fertigen Ausbau, makroskopisch betrachtet, homogene und isotrope Eigenschaften verleiht, während darüber hinaus der Stahlfaserzuschlag so gewählt ist, daß der Beton eine hohe Frühfestigkeit und großes Arbeitsvermögen aufweist, was für den raschen Fortschritt der Arbeiten im Tunnelbau wichtig ist, während endlich der besonders ausgewählte Stahlstiftzuschlag in Verbindung mit einem Beton besonderer Zusammensetzung beim Pumptransport keine Entmischungen zeigt und keine Nester bildet. Die Probleme um den Ausbau von Tunnelröhren mit vorgefertigten Tübbingen sind dadurch nicht beeinflußt worden.

Endlich ist es bekannt (Glückauf 116, 1980, Nr 19, S. 996) Glasfaserbetonpaneele mit einer Dicke von 1 cm in Bohrblindschächten als Verzug oder verlorene Schalhaut einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Tübbingausbau zu schaffen, bei dem die Tübbingsegmente nicht aus Stahl, sondern vielmehr aus Beton bestehen, nichtsdestoweniger jedoch als verhältnismäßig leichte Tübbingsegmente ausgeführt werden können, die sich durch hohe Tragfähigkeit auszeichnen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Tübbingsegmente zumindest bis auf das Sohlsegment als Membransegment aus Faserbeton ausgeführt sind, die eine Dicke von 1 bis 3 cm aufweisen und mit einer umlaufenden Randverdickung versehen sind, deren Dicke etwa dem Zweifachen bis Dreifachen der Membrandicke entspricht. — Betonmembranen sind ein bekanntes Element der Statik und gehören in die Membrantheorie der Schalen. Im Rahmen der Membrantheorie überträgt eine Betonmembran Druck- und

Zugkräfte, jedoch keine Biegemomente. In der Praxis übernimmt die Betonmembran, wenn ihre Stabilität gesichert ist, beachtliche Lasten. Das gilt insbesondere dann, wenn die Betonmembran aus Faserbeton aufgebaut ist. Der Ausdruck Faserbeton umfaßl im Rahmen der Erfindung sowohl Faserschwerbeton als auch insbesondere Faserleichtbeton. Im Rahmen der Erfindung sind die Fasern vorzugsweise Stahlfasern. Man kann aber auch mit Kunststoff-Fasern, Glasfasern, Kohlefasern und dergleichen arbeiten.

Im IdeakaStand wirken auf einen Tübbingausbau für Tunnelröhren die Gebirgskräfte in radialer Richtung. Der zugeordnete Spannungszustand ist ein symmetrischer, hydrostatischer Spannungszustand. Störungen, makroskopische Anisotropien und Inhomogenitäten im Gebirge führen zu unsymmetrischen Spannungszuständen, die von dem hydrostatischen Spannungszustand abweichen. In diesem Sinne spricht man in der Praxis von unsymmetrisch wirkenden Gebirgskräften. Der Tübbingausbau nach der Erfindung wird trotz der Einsetzung von Beton als Werkstoff insgesamt zu einem nachgiebigen Ausbau mit gewollten und vorgegebenen Verformungen in den vergleichsweise dünnen Tübbingsegmenten. Überraschenderweise nehmen die Tübbingsegmente diese Verformungen, die Gebirgskräfte abbauend, auf, weil entsprechende funktionsfähige Gelenkausbildungen dort entstehen, wo durch die unsymmetrischen Gebirgskräfte die Spannungen in den Tübbingsegmenten überschritten werden und selbsi große Verformungen auftreten. Im Ergebnis funktioniert ein erfindungsgemäßer Tübbingausbau wie ein nachgiebiger Streckenausbau aus Stahl oder Stahlguß in bergmännischen Untertagebetrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Tübbingausbau ist jedoch die Nachgiebigkeit zunächst gleichsam versteckt. Solange die Gebirgskräfte symmetrisch wirken, erfahren die Tübbingsegmente, die wegen der Hinterpressung mit Mörtel oder Beton flächig an das Gebirge angeschlossen sind, nur dte Beanspruchung, die gleichsam zur Membrantheorie der Schalen gehört. Über die Fließgelenke bilden die Tübbingsegmente an den Stellen einen Nachgiebigkeitsmechanismus aus, wo durch die unsymmetrischen Gebirgskräfte die Spannungen überschritten werden. — Fließgelenk bezeichnet Gelenkausbildungen, die aus einer Vielzahl von gleichsam mikroskopischen Bruchstellen im Beton deshalb zu einem Gelenk integriet sind, weil die Fasern die Bruchstellen überbrücken, ohne in störendem Maße abzureißen oder auszureißen. Sie verbleiben fähig, Schubkräfte zu übernehmen. Der Sohltübbing, d. h. das Tübbingsegment im Bereich der Sohle kann auch im Rahmen der Erfindung als starres Bauteil ausgeführt sein.

Die Länge der Fasern richtet sich nach der Nachgiebigkeit, die eingerichtet werden soll. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern als Stahlfasern ausgeführt sind und eine Länge von etwa 20 bis 60 mm, vorzugsweise etwa 40 bis 45 mm, aufweisen, Faserdicke bis 1 mm. Die Auswahl des Betons richtet sich ebenfalls nach den aufzunehmenden Beanspruchungen. Im allgemeinen wird man mit einem Beton arbeiten, der eine Zusammensetzung der genormten Betongüte B 35 oder LB 35 besitzt.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß ein erfindungsgemäßer Tübhingausbau mit sehr leichten Tübbingsegmenten aus Beton nichtsdestoweniger erhebliche Gebirgskräfte aufzunehmen in der Lage ist, also durch hohe Tragfähigkeit auszeichnet — was auf der Tatsache beruht, daß der Tübbingausbau insgesamt über die Fließgelenke der Membranelemente zu einem nachgiebigen Ausbau gemacht worden ist, der bei unsymmetrischen Beanspruchungen die Gebirgskräfte durch Nachgiebigkeit abbaut

"i Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Tunnelröhre mit i^r> erfindungsgemäßem Tübbingausbau aus Stahlfaserbeton

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein einzelnes Tübbingsegment aus dem Gegenstand der F i g. 1 und

F i g. 3 in gegenüber den F i g. 1 und 2 wesentlich -" vergrößertem Maßstab einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. I.

Der in den Figuren dargestellte Tübbingausbau ist für eine Tunnelröhre mit kreisförmigem Querschnitt bestimmt. Es könnte sich auch um eine Strecke im bergbaulichen Untertagebetrieb handeln. Der Tübbingausbau besteht aus einer Mehrzahl von zu einem Tübbingring zusammensetzbaren Tübbingsegmenten 1. Selbstverständlich sind die Tübbingringe in Richtung der Längsachse der Tunnelröhre ebenfalls aneinander-3i) gereiht und gegebenenfalls auch aneinander angeschlossen, und zwar mit Verbundelementen bei 2, die im Detail nicht gezeichnet sind. Die Tübbingsegmente 1 sind endlich durch eine Hinterfüllung 3, im Ausführungsbeispiel durch eine Hinterpressung mit Mörtel oder Beton, κ an das anstehende Gebirge C angeschlossen.

Insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig.¹ und 2 entnimmt man, daß die Tübbingsegmente 1 als Membranstgmente ausgeführt sind. Dabei zeigt die F i g. 3 etwa den Maßstab 1 :1 Man erkennt, ■Ό daß die Membransegmente 1 aus Stahlfaserbeton bestehen. Ihre Anordnung ist so getroffen, daß sie unter dem Einfluß unsymmetrischer Gebirgskräfte bereichsweise verformbar sind. Dabei bilden die Stahlfasern 4 im Verformungsbereich Fließgelenke 5. Das ist in F i g. 1 angedeutet worden. — Aus der Fig. 3 entnimmt man, daß die Membransegmente 1 eine Dicke von etwa 2 cm aufweisen. Im übrigen zeigen die Figuren die Ausführungsform der Erfindung, bei der die Membransegmente 1 mit einer umlaufenden Randverdickung 6 versehen sind, deren Dicke etwa dem Zweifachen bis Dreifachen der Membrandicke entspricht. Die Stahlfasern 4 besitzen eine Länge von 20 bis 60 mm. Die Faserdicke mag bis zu 1 mm betragen. De · Beton besitzt, bis auf die Stahlfaserbewehrung, eine Zusammensetzung der genormten Betongüte B 35 bzw. LB 35. Die Verbundelemente 2 können Nut- oder Federausbildungen, Nuten mit eingelegten Verbundstegen, Verdübelungen oder Kombinationen solcher sein. Die Verbundtlemente 2 können auch nachgiebig sein. Bei der dargestellten Ausführungsform nach F i g. 1 sind ein Sohltübbing, zwei sogenannte Ulmentübbinge und ein Firsttübbing vorgesehen. Der Sohltübbing trägt Schienen für Schienenfahrzeuge.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Tübbingausbau für Tunnelröhren und Strecken mit einer Mehrzahl von zu einem Tübbingring zusammensetzbaren Tübbingsegmenten, wobei die ■ einzelnen Tübbingsegmente mit Hilfe von Verbundelementen aneinander und durch eine Hinterfüllüng, z. B. aus Mörtel oder Beton, an das Gebirge angeschlossen sind, wobei ferner die Tübbingsegmente unter dem Einfluß unsymmetrischer Gebirgs- m kräfte unter Bildung von Fließgelenken bereichsweise verformbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tübbingsegmente zumindest bis auf das Sohlsegment als Membransegmente (1) aus Faserbeton ausgeführt sind, die eine Dicke von 1 bis π 3 cm aufweisen und mit einer umlaufenden Randverdickung (6) versehen sind deren Dicke etwa dem Zweifachen bis Dreifachen der Membrandicke entspricht

2 Tübbingausbau nach Anspruch 1, dadurch >o gekennzeichnet, daß die Fasern (4) als Stahlfasern ausgeführt sind und eine Länge von etwa 20 bis 60 mm, vorzugsweise von etwa 40 bis 45 mm, aufweisen, Faserdicke bis 1 mm.

3. Tübbingausbau nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton eine Zusammensetzung der genormten Betongüte B 35 oder LB 35 besitzt.

4. Tübbingausbau nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandicke 3d 2 cm beträgt.