DE3447872A1 - Verfahren zur konsolidierung des gelaendes beim tunnelausbruch - Google Patents

Description

Verfahren zur Konsolidierung des Geländes beim Tunnelausbruch

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Ausbruchsarbeiten, und im besonderen auf ein Verfahren zur Terrainbehandlung vor und während des Ausbruchs von Tunnels und ähnlicher Anlagen.

Die Techniken im Bereich der Massnahmen vor dem Ausbruch zur Vorbeugung unvorhergesehener Ereignisse, wie Frontbrüche, Löcher an der Oberfläche, Instabilität der Wände infolge übermässigen Schubes und zur Vermeidung derartiger Vorkommnisse haben in letzter Zeit bedeutende Fortschritte erfahren.

In schematiseher Weise kann gesagt werden, dass mit einem Projekt vorausgehender Eingriffe, bestehen diese nun in der Anbringung von Stützelementen im Erdreich, bevor der Ausbruch in sein Endstadium eintritt oder bestehen sie darin, dass die Konsolidierung oder Abdichtung des Terrains vor Ort vorgenommen wird und dass im Terrain selbst widerstandsfähige Strukturen geschaffen werden, die folgenden Ziele verfolgt werden:

Stirnseite und Wände des Ausbruchs sollen im Verlauf des Voranschreitens der Arbeiten ständig stabil gemacht und vor der Gefahr des Einsturzes, des Rutschens und der Deformierung des jeweiligen Tunnelabschnittes geschützt werden, dies zumindest für die Zeit, in welcher die Armaturen und die endgültigen Verkleidungen angebracht werden;

- Dekompressionen im Ausbruchsbereich sollen insofern unter Kontrolle gehalten werden, als Oberflächenbewegungen oder -schaden (Löcher) dadurch vermindert werden können.

Unter den verschiedenen Konsolidierungs-Verfahrensarten sind, kurz gesagt, in letzter Zeit die folgenden angewendet worden:

- das Terraininjektionsverfahren;

- das Verfahren des etappenweisen Vordringens mittels Trägerrohren.

Das erstgenannte Verfahren eignet sich in zufriedenstellender Weise bei inkohärentem Terrain und basiert auf der Terrainkonsolidierung mittels Injektion von Mischungen, die infolge ihrer anschliessenden Verhärtung bei den angegebenen Formationen zu einer Kohäsion führen, wodurch sämtlichen unvorhergesehenen Ereignissen vorgebeugt wird und der Ausbruch auf sichere Art und Weise durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren erfolgt auf die Weise, dass Bohrungen in dem den Ausbruch umgebenden Erdreich durchgeführt werden und mittels Ventilrohren, d.h. Rohren, die eingeführt werden und so konstruiert sind, dass an vorher festgelegten Punkten über Absperrventile aus Gummi injiziert werden kann, die Konsolidierungsmischungen injiziert werden, welche abbinden.

Wenn dieses Injektionsverfahren auch ausgezeichnete Resultate zeitigt, ist es doch immer noch mit dem Nachteil behaftet, dass es, gesamthaft gesehen, einen grossen Zeitaufwand erfordert, bedingt durch die Durchführung der Bohrungsarbeiten, die Injektion der Mischungen und deren Abbindedauer; während dieser Zeit, die für die Injektionsarbeiten erforderlich ist, müssen die Ausbruchsarbeiten notgedrungenerweise ruhen. Diese langen Zeiten sind auch dann vorhanden, wenn man versucht, die Injektionsarbeiten mit den Ausbruchsarbeiten zu harmonisieren, indem man beispielsweise von zwei Eingängen aus oder mit zwei Tunnels arbeitet, dies selbstverständlich darin, wenn es aufgrund des Projektentwurfs so vorgeschrieben ist.

Das zweitgenannte Verfahren, dasjenige des etappenweisen Vordringens mittels Stahlrohren, besteht im wesentlichen darin, dass rings um den jeweils auszubrechenden Abschnitt Löcher von entsprechender Länge gebohrt werden, die grundsätzlich parallel zu der Vortriebsachse verlaufen, und dass in diese Löcher Tragrohre von entsprechender Dicke und entsprechendem Durchmesser eingeführt werden, die im Anschluss daran, im Verlauf der Ausbruchsarbeiten, mit Bögen oder ähnlichen Vorrichtungen gehalten werden. Diese Art eignet sich in zufriedenstellender Weise bei teilweise kohärentem oder felsigem Terrain, bei inkohärentem Terrain dagegen muss man sich wiederum mit einer Präventivkonsolidierung des betreffenden Terrains nach dem Injektionssystem behelfen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, allen oben angegebenen Nachteilen in möglichst wirkungsvoller Weise zu begegnen, und zwar dadurch, dass ein Verfahren zur Konsolidierung des Geländes für den Tunnelausbruch angewendet wird, welches es ermöglicht, die Injektionsund Ausbruchsarbeiten in einer kürzeren Gesamtzeit durchzuführen, als dies bis anhin notwendig war.

Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Konsolidierung des Terrains für den Tunnelbau zur Anwendung zu bringen, mit welchem zu einer Abstimmung der für die Injektionen und den Ausbruch erforderlichen Zeiten gelangt werden kann, und zwar dadurch dass die Wartezeiten beim Ausbruch auf ein Minimum reduziert oder gar eleiminiert werden.

Diese und andere Zielsetzungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die im Verlauf der Beschreibung noch klarer zutage treten werden, werden mit einem Verfahren zur Konsolidierung des Geländes für den Tunnelbau erreicht, welches gemäss der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

a) im gesamten Bereich rings um die Peripherie des Ausbruchs werden Bohrungen von einer vorgegebenen Länge durchgeführt;

b) in jede einzelne dieser Bohrungen wird ein Trägerrohr eingeführt, das mit Ventilen bekannter Art und aussen mit mindestens einem Gewebesack versehen ist, welcher sich über die gesamte Länge des Rohrs erstreckt;

c) in das eingeführte Rohr wird ein Injektionsverschluss eingesetzt, und es wird eine chemische Konsoliderungsmischung in das Rohr injiziert, und zwar auf die Weise dass der Sack so ausgefüllt wird, dass er einen starken Druck auf die Bohrungswände ausübt und die Mischung in das umliegende Erdreich eindringt;

d) es wird zugewartet, bis diese Mischung in dem Sack und in dem um die Bohrung liegenden Erdreich abgebunden hat, um dieses zumindest während derjenigen Zeit zu konsolidieren, die für die Phase des Ausbruchs und der Tunnelverkleidung erforderlich ist.

Mit Vorteil wird die Länge der Bohrungen entsprechend dem täglichen Tunnelausbruchsabschnitt festgelegt.

Die in diese Bohrungen einzuführenden Tragrohre sollen vorzugsweise aus Stahl von entsprechender Dicke bestehen.

Der Sack besteht zweckmässigerweise aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Gewebe, vorzugsweise einem aus Plastikmaterial bestehenden Garn, und er kann aus einem einzigen Element bestehen oder aus mehreren einzelnen Sackelementen oder aber aus einem einzigen Sack, der in mehrere, voneinander getrennte Elemente unterteilt ist, dies um mehrere Injektionen mit verschiedenen Mischungen zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nun in eigehenderer Weise beschrieben werden, dies im Zusammenhang mit den beigelegten Plänen, welche in etwas schematischer Weise das bei der Erfindung zur Anwendung gelangende Verfahren darstellen:

In Abbildung 1 findet sich eine Seitenansicht eines Tunnels in der Ausbruchsphase mit den Ventilrohren, die bereits in die betreffenden Bohrungen eingesetzt sind;

- in Abbildung 2 findet sich, ebenfalls in schematiseher Darstellung, eine Frontalansicht des auszubrechenden Tunnels mit den Bohrungen rings um die Ausbruchszone und mit einigen bereits angebrachten Bögen; und

in Abbildung 3 haben wir eine vergrösserte Teilansicht eines Bohrabschnittes mit eingeführtem Ventilrohr, versehen mit dem bereits durch die Injektion mit der chemischen Mischung zur Konsolidierung ausgefüllten Sack.

Wie aus den Abbildungen 1 und 2 ersichtlich ist, besteht die Initialphase darin, rings um die Ausbruchszone (1) Bohrungen (2) durchzuführen, beispielsweise mittels eines Drehbohrgeräts, und zwar in geeigneten Abständen, z.B. von 40 cm, dies zur genauen Abgrenzung der Ausbruchszone (1). Auch wenn dies nicht aus dem Plan hervorgeht, ist es empfehlenswert, diese Bohrungen leicht von der Ausbruchsachse abweichend vorzunehmen, und zwar in deren Laufrichtung. In die Bohrungen (2) werden dann die Ventilrohre (3) eingeführt. Die Länge der Bohrlöcher soll zweckmässigerweise der Länge des in einem Tag ausführbaren Ausbruchs entsprechen, welcher beispielsweise 5 bis 6 Meter betragen kann. Dementsprechend sollen auch die Trägerrohre von gleicher Länge sein. Das Stahlrohr mit Einsetzventilen bekannter Art, das bereits bei dem Terraininjektionsverfahren verwendet wird, weist hier die Besonderheit auf, dass es mit einem Aussensack (5) versehen ist, der sich über die gesamte Länge des Rohrs erstreckt und der überall wo dies erforderlich ist, sowie an den beiden Enden, mittels Klemmen (6) befestigt ist. Ist das Ventilrohr (3) einmal in die Bohrungen (2) eingeführt, beginnt die Injektionsphase, und zwar dadurch dass in das Ventilrohr (3) ein Injektionsverschluss (7) eingeführt und in über-

einstimmung mit den verschiedenen Gummiventilen (allgemein mit 8 bezeichnet) gebracht wird. Wie bekannt ist, sind die Trägerrohre (3) entsprechend den Gummiventilen (8) gelocht, damit die Injektionsmischung bei den Ventilen (8) austreten und den Sack (5) vollständig ausfüllen kann, der sich so ausdehnt, dass er auf die Bohrungswände (2) einen starken Druck ausübt, welcher dazu dient, den gesamten Bereich neben der betreffenden Bohrung zu halten, während ein Teil der Injektionsmischung, und zwar im flüssigen Zustand, durch das durchlässige Gewebe des Sacks austritt und in die Hohlräume des umgebenden inkohärenten Terrains eindringt und diese ausfüllt.

Ist die Injektion durchgeführt, wird der Injektionsverschluss weggenommen, und man kann, je nach Wunsch, dann das ganze Rohr mit der Injektionsmischung wieder auffüllen.

Die Injektionsmischung besteht vorzugsweise aus einer chemischen Mischung aus Natriumsilikat, einem Gefrierwirkstoff und einem Inert, allenfalls unter Beifügung weiterer Zusätze wie beispielsweise Abbindungsregulatoren und Katalysatoren. Nach Abschluss der Injektion bindet die Mischung, welche das Rohr, den Sack und die Zwischenräume ausfüllt, rasch ab, wodurch das Stahlrohr über den Sack mit dem umgebenden Erdreich verbunden wird und als Trägerelement für den Bereich, unter welchem der Ausbruch durchzuführen ist, dient, und der Bereich zwischen den Trägerrohren bleibt zumindest für die zur Durchführung des Ausbruchs und die Anbringung der Bögen (4) erforderliche Zeit sowie während der Anbringung der provisorischen Tunnelkalottenverkleidung "konsolidiert".

Denkbar ist auch eine chemische Injektionsmischung auf der Grundlage eines Akrylharzes in geeigneter additiver Form oder anderer Phenoloder Aminoharze, entsprechend den Gegebenheiten des Geländes und dem Konsolidierungsgrad, den man um die Trägerrohre herum erreichen möchte.

Im allgemeinen erreicht man die Geländekonsolidierung innerhalb von acht Stunden, was es ermöglicht, die folgenden 16 Stunden zum Ausbruch des Tunnels zu verwenden. Auf diese Weise gelingt es, die Bohrungsund Injektionsarbeiten mit den Ausbruchsarbeiten in einem Achtstundentagesturnus in Einklang zu bringen, wodurch bei den Ausbruchsarbeiten nicht mehr die zur Durchführung der Injektionen oder der Einführungen nach den herkömmlichen Methoden erforderlichen Wartezeiten auftreten; vielmehr können die Ausbruchsarbeiten in zwei aufeinanderfolgenden Schichten von je acht Stunden mit einer Achtstundenschicht zur Durchführung der Bohrungs- und Injektionsarbeiten durchgeführt werden.

Obschon die Verwendung eines einzigen Sackes dargestellt worden ist, ist es möglich, mehrere Sackabschnitte vorzusehen, die entweder voneinander getrennt odej durch Blockierungsklemmen auf dem Trägerrohr unterbrochen sind, wodurch man separate Injektionszonen erhält, in welche voneinander verschiedene Injektionsmischungen injiziert werden können. Insbesondere ist es in bestimmten Fällen von Vorteil, eine Injektionszone nahe dem Ende des Trägerrohrs in der Richtung der Ausbruchsfront vorzusehen, in welche eine Zementmischung injiziert wird, die einen Ausfluss der anderen chemischen Konsolidierungsmischung nach aussen, zu der Ausbruchsfront hin, verhindert.

Aus den vorangegangenen Ausführungen ist leicht ersichtlich, dass damit ein Geländekonsolidierungsverfahren für den Tunnelbau realisiert worden ist, welches den grossen Vorteil bietet, dass es die Wartezeiten bei den Tunnelausbruchsarbeiten dadurch praktisch eliminiert, dass die Injektions- und die Ausbruchsarbeiten kontinuierlich im Verlaufe eines Tages durchgeführt werden können, da es genügt, dass die Injektionsmischung während begrenzter Zeit ihre Konsolidierungswirkung entfaltet und es möglich ist, die Ausbruchsarbeiten für die konsolidierte Strecke durchzuführen.

Obschon die Erfindung nur für einen besonderen Zweck dargestellt und

illustriert worden ist, versteht es sich von selbst, dass ihre Anwendungen sich nicht nur auf diesen Bereich beschränken, sondern dass sämtliche Varianten und Modifikationen, welche der Fachmann sich denken kann, vorstellbar sind, ohne dass indessen dadurch der Bereich der Erfindung selbst verlassen wird.

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Claims (12)

/Τ· Patentansprüche:

1) Verfahren zur Konsolidierung des Geländes beim Tunnelausbruch, gekennzeichnet durch die folgenden Vorgänge:

a) Durchführung von Bohrungen einer vorgegebenen Länge im gesamten Bereich rings um die Peripherie des Ausbruchs;

b) Einführung eines mit Ventilen von bekannter Art versehenen Trägerrohrs, welches aussen mindestens einen Gewebesack aufweist, in jede einzelne dieser Bohrungen;

c) Einsetzung eines Injektionsverschlusses in das eingeführte Rohr und Injektion mindestens einer chemischen Konsolidierungsmischung in dieses Rohr, und zwar auf die Weise dass der Sack so ausgefüllt wird, dass dieser einen starken Druck auf die Bohrungswände ausübt und die Mischung in das umliegende Erdreich eindringt;

d) Zuwarten bis diese Mischung im Sack und in dem um die Bohrung liegenden Erdreich abgebunden hat, um dieses zumindest während der Zeit zu konsolidieren, die zur Verkleidung des Tunnels erforderlich ist.

2) Verfahren gemäss Anspruch l, gekennzeichnet dadurch, dass die Länge der Bohrungen in Einklang mit dem täglichen Voranschreiten des auszubrechenden Tunnels steht.

3) Verfahren gemäss Anspruch i_f gekennzeichnet dadurch, dass die Ventil-"Träger"-Rohre, welche in die Bohrungen einzuführen sind, aus Stahl von grosser Wanddicke sind.

4) Verfahren gemäss Anspruch 1» gekennzeichnet dadurch, dass der Sack aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Gewebe besteht, vorzugsweise aus einem aus Plastikmaterial bestehenden Garn.

5) Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die chemische Konsolidierungsmischung aus Natriumsilikat, einem Gefrierwirkstoff und einem Inert besteht, allenfalls unter Beifügung weiterer Zusätze wie beispielsweise Abbindungsregulatoren und Katalysatoren.

6) Verfahren gemäss den Ansprüchen χ bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die chemische Injektionsmischung aus einem Akrylharz oder aus einem Phenolharz oder aus einem Aminoharz in geeigneter additiver Form besteht.

7) Verfahren gemäss einem der im Vorausgegangenen beschriebenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Trägerrohr von mehreren Säcken ocLer Sackabschnitten umgeben ist, welche untereinander auf hydraulische Weise getrennt und miteinander mindestens durch ein Injektionsventil verbunden sind, welches dazu dient, die verschiedenen chemischen Mischungen in benachbarte Abschnitte zu injizieren.

8) Verfahren gemäss Anspruch η _t gekennzeichnet dadurch, dass in einen ersten Sackabschnitt, nahe der Ausbruchsfront, eine Zementmischung injiziert wird und dadurch, dass man die Mischung vor der Injektion der chemischen Mischung oder der Mischungen zur Konsolidierung in den oder die anderen Abschnitte sich konsolidieren lässt.

9) Verfahren gemäss einem der im Vorausgegangenen beschriebenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Bohrungen zumindest leichte Abweichungen von der Ausbruchsachse in der Richtung des Voranschreitens derselben aufweisen.

10) Verfahren gemäss einem oder mehreren der im Vorausgegangenen beschriebenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die

Stützungselemente und das konsolidierte umgebende Erdreich durch Bögen, die nach und nach im Verlauf der Ausbruchsarbeiten angebracht werden, gehalten werden; dass der Ausbruch bis zum Abschluss der Streckenkonsolidierung unterbrochen wird, dies zum Schutz des Abbaustosses, und dass der Ausbruch selbst erst dann wieder aufgenommen wird, wenn eine weitere Strecke konsolidiert ist.

11) Verfahren gemäss einem der im Vorausgegangenen beschriebenen Anspräche, gekennzeichnet dadurch, dass die Tragrohre eines jeden Verfahrensabschnitts jeweils mit dem letzten Bogen verbunden werden, der auf der Strecke des ausgeführten Ausbruchs angebracht worden ist.

12) Verfahren gemäss einem der im Vorausgegangenen beschriebenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Konsolidierungsarbeiten von innen her, ausgehend von dem vorher ausgeführten Teil des Ausbruchs, ausgeführt werden.