-
Verfahren zum Abdichten des Schildschwanzes gegenüber dem
-
Rücken von im Schildvortriebsverfahren eingebrachten Tübbingringen
zur Herstellung einer Tunnelröhre sowie Tübbingausbau zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten des Schildschwanzes
gegenüber dem Rücken von im Schildvortriebsverfahren eingebrachten, miteinander
wasserdicht verbundenen Tübbingringen mit in Tunnellängsrichtung wellenförmigem
Profil zur Herstellung einer Tunnelröhre, insbesondere in Bergsenkungsgebieten,
sowie einen Tübbingausbau zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
In Bergsenkungsgebieten ist es erforderlich, den möglichen Bewegungen
des die Tunnelröhre umgebenden Gebirges Rechnung zu tragen und die Tunnelröhre derart
auszubilden, daß sie sich den Bewegungen anpassen kann. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise
bekannt, die Tunnelröhre aus miteinander wasserdicht verbundenen Tübbingringen zu
bilden, die ein in Tunnellängsrichtung trapez- oder wellenförmiges Profil besitzen.
Diese Profilierung der zumeist aus mehreren Segmenten gebildeten Tübbingringe ergibt
eine im elastischen und ggf. sogar im plastischen Bereich verformbare Tunnelröhre.
-
Beim Einbringen derartiger Tübbingringe im Schildvortriebsverfahren
ist es erforderlich, den Schildschwanz gegenüber dem Rücken der Tübbingringe abzudichten,
damit insbesondere kein Wasser eindringt, wenn der Tübbingausbau unter dem Schutz
des Vortriebsschildes nach dem Abbau des Gebirges errichtet wird. Wegen der wellenförmigen
Gestaltung des Tübbingausbaus in Längsrichtung der Tunnelröhre ergeben sich in der
Praxis für diese Abdichtung erhebliche Schwierigkeiten.
-
Es ist zwar vorgeschlagen worden, die wellenförmigen Tübbingringe
auf ihrem Rücken mit einem auf den Wellenbergen aufliegenden Zylindermantel zu versehen,
der gegenüber dem Schildschwanz abgedichtet werden soll. Dieser Zylindermantel muß
jedoch nicht nur im Bereich der zwischen dem Zylindermantel und den Wellentälern
der Tübbingringe gebildeten Hohlräume zur Erzielung der notwendigen Formstabilität
mittels einer tragfähigen Füllung unterstützt werden, sondern darüberhinaus aus
verformungsfähigem Material hergestellt werden, weil er ansonsten die durch die
Verwendung von Wellentübbings angestrebte Fähigkeit der Tunnelröhre zunichte macht,
sich den Bewegungen des Gebirges anzupassen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abdichten
des Schildschwanzes gegenüber dem Rücken von im Schildvortriebsverfahren eingebrachten,
miteinander wasserdicht verbundenen Tübbingringen mit in Tunnellängsrichtung wellenförmigem
Profil zur Herstellung einer Tunnelröhre zu schaffen, das ohne die Nachteile des
bekannten Verfahrens eine zuverlässige Abdichtung auch unter den harten Einsatzbedingungen
der Praxis mit einem geringstmöglichen Aufwand gewährleistet und gleichzeitig sicherstellt,
daß die Beweglichkeit des aus Wellentübbings bestehenden Tübbingausbaus nicht beeinträchtigt
wird. Zur Aufgabe der Erfindung gehört auch die Ausbildung eines entsprechenden
Tübbingausbaus zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist hinsichtlich
des Verfahrens dadurch gekenzeichnet, daß jeder Tübbingring zuerst durch eine ringförmige
Schlauchabdichtung gegenüber dem Schildschwanz abgedichtet wird, wobei jeweils durch
zwei derartige Schlauchabdichtungen ein ringförmiger, die Verbindungsstöße benachbarter
Tübbingringe übergreifender Zwischenraum innerhalb des Schildschwanzes entsteht,
daß anschließend dieser Zwischenraum mit Verpreßmaterial gefüllt und damit gegenüber
dem Schildschwanz abgedichtet wird und daß schließlich nach der Weiterfahrt des
Vortriebsschildes um die Länge eines Tübbingringes der zwischen dem verpreßten Zwischenraum
und dem anstehenden Gebirge durch das Vorziehen des Schildschwanzes entstehende
Hohlraum mit Verpreßmaterial gefüllt und damit zusätzlich abgedichtet wird.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine auch im praktischen
Einsatz zuverlässige Abdichtung erzielt, weil nicht ein einzelnes Element, sondern
eine Mehrzahl von Dichtkörpern die Abdichtwirkung ergeben. Bereits die mit einem
geeigneten Verpreßmaterial zu füllenden Schlauchabdichtungen ergeben eine gute Abdichtwirkung,
weil sie großflächig sowohl in den Wellentälern der Tübbingringe als auch an der
Innenseite des Schildschwanzes anliegen. Diese Dichtwirkung wird entscheidend verstärkt,
sobald der zwischen den Schlauchabdichtungen gebildete Zwischenraum mit Verpreßmaterial
gefüllt ist, weil dieses Verpreßmaterial nicht nur auf einer großen Oberfläche sowohl
der Tübbingringe als auch des Schildschwanzes anliegt, sondern auch beim Füllen
des Zwischenraumes unter Druck die Dichtwirkung der Schlauchabdichtungen unterstützt.
Durch das Verfüllen des beim Vorziehen des Schildschwanzes entstehenden Hohlraumes
ebenfalls mit Verpreßmaterial wird schließlich verhindert, daß sich zwischen dem
anstehenden Gebirge und dem gefüllten Zwischenraum Kavitäten bilden, in die Wasser
nachströmen kann. Insgesamt
ergibt sich somit trotz der Verwendung
eines Tübbingausbaus mit wellenförmigen Tübbingringen eine zuverlässige Abdichtung,
die auch den in der Praxis auftretenden Ungenauigkeiten Rechnung trägt und die trotz
der guten Dichtwirkung die Beegungsfohigkeit des Tübbingausbaus im Falle von Erdbewegungen
nicht behindert.
-
Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Verwendung eines eine gewisse Porösität aufweisenden
Materials für die verlorenen Schlauchabdichtungen durch austretende Feinstteile
des in die Schlauchabdichtungen eingepreßten Materials eine zusätzlich dichtende
Schmierschicht sowohl zwischen den Schlauchabdichtungen und den Tübbingringen als
auch zwischen den Schlauchabdichtungen und dem Schildschwanz entsteht. Neben einer
zusätzlichen Dichtwirkung haben diese Schmierschichten gleichzeitig eine Verringerung
der Gleitreibung zwischen dem Schildschranz und den Schlauchabdichtungen zur Folge,
so daß bei Aufrechterhaltung der vollen Dichtwirkung der Schildschwanz ohne Verformung
der Schlauchabdichtungen verfahren werden kann.
-
Der erfindungsgemäße Tübbingausbau zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Wellental jedes aus mehreren
Tübbingelementen hergestellten Tübbingringes ein ringförmiger Schlauch angeordnet
ist, dessen Durchmesser größer als der größte Abstand der Tübbingringoberfläche
senkrecht zur Schildschwanzinnenfläche ist, und daß auf der Schildschwanzinnenfläche
mindestens ein am Schildschwanzende mündender Auspreßkanal und mindestens ein weiterer
Auspreßkanal angeordnet sind, der in einem etwa der Länge eines Tübbingringes entsprechenden
Abstand vom Schildschwanzende mündet. Durch die Anordnung dieser ringförmigen Schläuche
in den Wellentälern der Tübbingringe und die Anordnung der Auspreßkanäle auf der
Schildschwanzinnenfläche ist
sich das erfindungsgemäße Verfahren
auf besonders einfache Weise und mit geringem technischen Aufwand durchführen. Der
Schlauch kann hierbei erfindungsgemäß aus einem hochfesten Kunstfasergewebe hergestellt
sein, aus dem Feinstteile des Bentonits eines als Verpreßmaterial verwendeten Bentonit-Sand-Zement-Gemisches
austreten können.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Auspreßkanäle
gleichmäßig über den Umfang verteilt am Schildschwanz angeordnet, von denen die
jeweils am Schildschwanzende und die im Abstand hiervon mündenden an eine gemeinsame
Ringleitung angeschlossen sind. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung
des Verpreßmaterials im auszufüllenden Zwischenraum bzw. Hohlraum, wobei gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung jede Ringleitung mit einem eigenen, unabhängig betätigbaren
Steuerventil an eine Verpreßmaterial-Zuleitung angeschlossen sein kann, so daß sowohl
der Zeitpunkt als auch der jeweilige Druck zum Ausfüllen des Zwischenraumes bzw.
Hohlraumes frei wählbar sind.
-
Um die vorgeschriebene Form der wellenförmigen Tübbingringe während
der Montage des Tübbingausbaus zu gewährleisten, kann gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung jeder Tübbingring auf seiner Innenfläche mit mehreren gleichmäßig
über den Umfang verteilten, längsverlaufenden Schablonenelementen versehen sein,
die im Bauzustand mit den entsprechenden Schablonenelementen der benachbarten Tübbingringe
verschraubt sind. Hierdurch wird die vorgegebene Wellenform so lange gewährleistet
bis die einzelnen Verbindungsstöße sowohl zwischen den einzelnen Tübbingelementen
als auch zwischen den Tübbingringen kraft- und formschlüssig beispielsweise durch
Verschweißen oder Verschrauben hergestellt sind.
-
Zur Erzielung einer vorgegebenen Krümmung der Tunnelröhre
können
erfindungsgemäß zwischen die Schablonenelemente benachbarter Tübbingringe Distanzstücke
eingesetzt werden, die vorzugsweise als keilförmige Scheiben oder Platten ausgebildet
sind. Auf diese Weise lassen sich planmäßig vorgegebene Krümmungsradien der Tunnelröhre
mit geringem technischen Aufwand ausführen. Auch bei planmäßig vorgegebenen Krümmungsradien
der Tunnelröhre wird über die Schablonenelemente und ggf. über die Distanzstücke
die Kraftschlüssigeit zwischen den einzelnen Tübbingringen gewährleistet,so daß
die Vortriebskräfte des Schildes in Längsrichtung des Tunnels auch während des Bauzustandes
zuverlässig übertragen werden können bis das Verpreßgut erhärtet ist und die Kräfte
direkt ins Gebirge weitergeleitet werden können.
-
Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, an die Schablonenelemente
des jeweils letzten Tübbingringes einen Schablonenring anzuschrauben, der einerseits
die Kreisform des Tübbingringes gewährleistet und andererseits dafür sorgt, daß
die Vorpreßkräfte in den Tübbingausbau zuverlässig zentrisch eingeleitet werden.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Tübbingausbaus zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und
zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische Stirnansicht des Tübbingausbaus, Fig. 2 einen
schematischen Längsschnitt durch den Tübbingausbau gemäß Fig.l im Bereich des Schildschwanzes
des Vortriebsschildes und Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Teil des Längsschnittes
gemäß Fig.2.
-
Der anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte Tübbingausbau
besteht
aus Tübbingringen 1, die beim Ausführungsbeispiel jeweils aus sechs Tübbingelementen
la zusammengesetzt sind. Die Verbindungsstöße lb der Tübbingelemente la sind in
Fig.l zu erkennen. Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß jeder Tübbingring 1 im Axialschnitt
ein wellenförmiges Profil besitzt.
-
Die am Umfang jedes Tübbingringes 1 vorhandenen Verbindungsstöße lc
sind in Fig.3 gekennzeichnet.
-
Auf dem jeweils zuletzt eingebrachten Tübbingring 1 stützt sich ein
Vortriebsschild ab, von dem in den Figuren 2 und 3 lediglich der hintere Teil mit
mehreren Schildvortriebspressen 2 zu erkennen ist. Mit Hilfe dieses Vortriebsschildes
wird das anstehende Gebirge 3 aufgefahren. Hierbei ist es erforderlich, den bereits
eingebauten Tübbingausbau gegenüber einem zylindrischen Mantel des Vortriebsschildes
abzudichten, der als Schildschwanz 4 bezeichnet wird. Für diese Abdichtung werden
Schlauchabdichtungen verwendet, die jeweils im Wellental jedes Tübbingringes 1 angeordnet
sind. Beim Ausführungsbeispiel wird jede Schlauchabdichtung durch einen Schlauch
5 gebildet, der mit geeignetem Verpreßmaterial gefüllt ist. Diese Schläuche 5 bilden
verlorene Abdichtelemente, die jedoch im fertigen Einbauzustand die Beweglichkeit
des Tübbingausbaus bei Erdbewegungen nicht behindern.
-
Der Durchmesser der Schläuche ist größer als der größte Abstand der
Oberfläche des Tübbingringes 1 senkrecht zur Innenfläche des Schildschwanzes 4,
d.h. größer als die Differenz zwischen dem Durchmesser des Tübbingringes 1 im Bereich
des Wellentales und dem Innendurchmesser des Schildschwanzes 4. Hierdurch ergibt
sich im Einbauzustand des Tübbingringes 1 eine ovale Querschnittsform des Schlauches
5, der somit großflächig sowohl an der Oberfläche des Tübbingringes 1 als auch an
der Innenfläche des Schildschwanzes 4 anliegt. In den Figuren 2 und 3 ist ein geringer
Zwischenraum
zwischen Schlauch 5 und Tübbingring 1 einerseits
sowie Schildschwanz 4 andererseits eingezeichnet, der tatsächlich jedoch nicht vorhanden
ist und lediglich der besseren Erkennbarkeit der Einzelheiten dient. In Wirklichkeit
liegt in diesem Bereich der Schlauch 5 fest am Tübbingring 1 bzw. Schildschwanz
4 an.
-
Um die Formstabilität der aus den Tübbingelementen la gebildeten Tübbingringe
1 in der Einbauphase zu gewährleisten, werden Schablonenelemente 6 verwendet, die
in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung des Tübbingbau verlaufen. Die Schablonenelemente
6 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt an der Innenseite der Tübbingringe 1
angeordnet und an verschiedenen Stellen mit diesen verschweißt, wie die in Fig.3
eingezeichneten Schweißstellen erkennen lassen.
-
Die mit entsprechenden Flanschen versehenen Schablonenelemente 6 benachbarter
Tübbingringe 1 werden miteinander durch Schrauben 7 verbunden. Um eine Kraftübertragung
der Verbindung zwischen den Schablonenelementen 6 benachbarter Tübbingringe 1 in
axialer Richtung zu erleichtern und ggf.
-
vorgegebene Krümmungen der Tunnelröhre zu erzielen, indem benachbarte
Tübbingringe 1 in Längsrichtung unter einem Winkel miteinander verbunden werden,
sind Distanzstücke zwischen den Schablonenelementen 6 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel
sind keilförmige Scheiben 8 auf den Schrauben 7 angeordnet und keilförmige Platten
9 zwischen Druckflanschen der Schablonenelemente 6 vorgesehen, wie insbesondere
aus Fig.3 hervorgeht.
-
Um die Kräfte der Schildvortriebspressen 2 zuverlässig auf den bereits
eingebrachten Tübbingausbau, insbesondere den zuletzt eingebrachten Tübbingring
1 übertragen zu können, ist beim Ausführungsbeispiel dieser Tübbingring 1 mit einem
Schablonenring 10 versehen, der an die Schablonenelemente
6 des
Tübbingrings 1 angeschraubt wird. Dieser Schablonenring 10 sichert somit zugleich
die vorgeschriebene Kreisform des Tübbingrings 1 während des Einbaus. Zu seiner
Befestigung können dieselben Schrauben 7 verwendet werden, mit denen der Tübbingring
1 später mit einem anschließenden Tübbingring 1 verbunden wird, bevor die beiden
Tübbingringe 1 in Umfangsrichtung miteinander wasserdicht verschweißt werden.
-
Auf der Innenfläche des Schildschwanzes 4 sind mehrere Auspreßkanäle
11,12 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Wie in Fig.l zu erkennen
ist, sind bei dieser Ausführungsform insgesamt 36 Auspreßkanäle 11,12 vorgesehen.
Beispielsweise zwölf dieser Auspreßkanäle 11 münden am Ende des Schildschwanzes
4, wie in Fig.3 zu erkennen ist, wogegen vierundzwanzig Auspreßkanäle 12 in einem
Abstand vom Schildschwanzende münden, der etwa der Länge eines Tübbingringes 1 entspricht.
Ein solcher Auspreßkanal 12 ist im Schnitt in Fig.3 eingezeichnet. Die jeweils zusammengehörenden
Auspreßkanäle 11 bzw 12 sind an eine gemeinsame Ringleitung lla bzw.
-
12a angeschlossen, welche wiederum über ein Steuerventil 11b bzw.
12b mit einer nicht dargestellten Verpreßmaterial-Zuleitung in Verbindung steht.
-
Ausgehend von der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Situation geschieht
der Einbau eines weiteren Tübbingringes 1 wie folgt: Nach dem Einziehen einzelner
Schildvortriebspressen 2 und dem Entfernen des Schablonenringes 10 wird ein erstes
Tübbingelement la vorzugsweise am tiefsten Punkt an den bereits erstellten Tübbingausbau
angesetzt. Nunmehr werden die zuvor eingezogenen Schildvortriebspressen 2 ausgefahren,
so daß ein Teil der auf den Vortriebsschild auszuübenden Kräfte über dieses neueingebaute
Tübbingelement
la aufgebracht wird. Anschließend werden die im eingebauten Tübbingelement la benachbarten
Tübbingelemente la angesetzt, nachdem zuvor die entsprechenden Schildvortriebspressen
2 eingezogen worden sind. Auf diese Weise wird der Tübbingring 1 zusammengesetzt,
ohne daß die Abstützung des Vortriebsschildes über den Tübbingausbau unterbrochen
wird.
-
Die Tübbingelemente la werden schließlich an den Verbindungsstößen
lb und lc miteinander bzw. mit dem zuletzt eingebauten Tübbingring 1 wasserdicht
verschweißt. Nachdem ihre Schablonenelemente 6 mit den Schablonenelementen 6 des
zuvor eingebauten Tübbingringes 1 verbunden worden sind, ist der neu angebaute Tübbingring
1 in der Lage, die vollen Arbeitskräfte des Vortriebsschildes aufzunehmen.
-
Vor einem erneuten Arbeitsbeginn des Vortriebsschildes wird in das
Wellental des zuletzt eingebauten Tübbingringes 1 ein Schlauch 5 eingelegt und anschließend
mit Verpreßmaterial gefüllt, vorzugsweise einem Bentonit-Sand-Zement-Gemisch. Durch
diesen Schlauch 5, der sich aufgrund des eingepreßten Verpreßmaterials dichtend
am Tübbingring 1 und am Schildschwanz 4 anlegt, erfolgt eine Abdichtung des zuletzt
eingebauten Tübbingringes 1 im Bereich seines Wellentales mit der Innenfläche des
Schildschwanzes. In Verbindung mit dem Schlauch 5 des zuvor eingebauten Tübbingringes
1 ergibt sich ein ringförmiger Zwischenraum Z, der die Verbindungsstöße benachbarter
Tübbingringe 1 übergreift und im Inneren des Schildschwanzes 4 liegt.
-
Dieser Zwischenraum Z wird nunmehr mit Verpreßmaterial gefüllt, vorzugsweise
wiederum mit einem Bentonit-Sand-Zement-Gemisch, welches auf diese Weise den zwischen
den Schläuchen 5 liegenden Teil der Tübbingringe 1 gegenüber dem Schildschwanz 4
abdichtet.
-
Das Verfüllen des Zwischenraumens Z geschieht durch die Auspreßkanäle
12, die im Abstand vom Schildschwanzende münden und über die Ringleitung 12a mit
Verpreßmaterial aus einer nicht dargestellten Verpreßmaterial-Zuleitung versorgt
werden. Die enge und der Druck des Verpreßmaterials können über das Steuerventil
12b eingestellt werden.
-
Spätestens nach dem Verfüllen des Zwischenraumes Z mit Verpreßmaterial
werden die Schildvortriebspressen 2 ausgefahren, so daß sie sich über den Schablonenring
10 auf dem zuletzt eingebauten Tübbingring 1 abstützen. Durch Aufbringen der notwendigen
Pressendrücke kann nunmehr der Vortriebsschild weitergefahren und zusätzlicher Raum
für das Einbringen des nächsten Tübbingringes 1 aufgefahren werden. Entsprechend
dem Vortrieb des Schildes wird auch der Schildschwanz 4 nach vorn bewegt.
-
hierbei entsteht ein Hohlraum H zwischen dem anstehenden Gebirge 3
und dem mit Verpreßmaterial gefüllten Zwischenraum Z. Dieser ldohlraum H wird vorzugsweIse
kontinuierlich über die Auspreßkanäle 11 mit Verpreßmaterial gefüllt, das über das
Steuerventil 11b und die Ringleitung lla den Auspreßkanälen 11 zugeführt wird.
-
Wenn für die als verlorene Schlauchabdichtungen anzusehenden Schläuche
5 ein eine gewisse Porösität aufweisendes Material verwendet wird, beispielsweise
ein hochfestes Kunstfasergewebe, können Feinstteile des Bentonit aus dem als Verpreßmaterial
verwendeten Bentonit-Sand-Zement-Gemisch austreten.
-
Diese Feinstteile des Bentonit bilden einerseits eine zusätzliche
Abdichtung gegen eindringendes Wasser und andererseits eine Schmierschicht, so daß
bei einer Bewegung des Schildschwanzes 4 relativ zu den Schläuchen 5 die Reibung
zwischen diesen beiden Teilen verringert wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß
die Schläuche 5 durch den nach vorn gezogenen Schildschwanz 4 weder beschädigt noch
verformt oder gar mitgenommen werden.
-
Obwohl die Schläuche 5 nach Fertigstellung des Tübbingausbau zwischen
den Tübbingringen 1 und dem anstehenden Gebirge 3 verbleiben, stellen sie keine
Behinderung in der Beweglichl;eit des Tübbingausbau dar, die beispielsweise in Bergsenkungsgebieten
gefordert wird. Der aus wellenförmigen Tübbingringen 1 bestehende Tübbingausbau
ist somit in der Lage, den auftretenden Bewegungen des Gebirges zu folgen, sobald
die Bauphase beendet ist und die Schablonenelemente 6 entfernt worden sind.
-
Bezugszeichenliste: 1 Tübbingring la Tübbingelement lb Verbindungsstoß
lc Verbindungsstoß 2 Schildvortriebspresse 3 anstehendes Gebirge 4 Schildschwanz
5 Schlauch 6 Schablonenelement 7 Schraube 8 Scheibe 9 Platte 10 Schablonenring 11
Auspreßkanal lla Ringleitung 11b Steuerventil 12 Auspreßkanal 12a Ringleitung 12b
Steuerventil H Hohlraum Z Zwischenraum