DE3508966A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer tunnelauskleidung aus beton im zuge des tunnelvortriebs mit einer tunnelvortriebsmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer tunnelauskleidung aus beton im zuge des tunnelvortriebs mit einer tunnelvortriebsmaschine

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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Beton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. einer Schildvortriebsmaschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung (zum Gebirge der aufgefahrenen Tunnelröhre hin) ein Tunnelauskleidungsringraurn eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist, wobei in den Tunnelauskleidungsringraum über die Stirnschalung (z. B. durch entsprechende Füllöffnungen) fließfähiger Beton eingepumpt und wobei fernerhin die Tunnelschalung nach Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Frühfestigkeit dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend umgesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens. - Frühfestigkeit des Betons bezeichnet eine solche, bei der der Beton die Gebirgskräfte bereits in ausreichendem Maße aufnehmen kann, so daß die Tunnel auskleidung schalungsfrei steht.
Bei dem (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Verfahren ist die Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Frühfestigkeit allein von der Zusammensetzung des Betons abhängig. Man arbeitet dabei bereits mit Betonen, die durch besondere Zusätze frühfest eingestellt sind. Erst nach Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Frühfestigkeit kann die Tunnelschalung umgesetzt werden. Diese Erhärtung nimmt viele Stunden in Anspruch. Im allgemeinen wächst die Erhärtung von dem rückwärtigen Ende des Tunnelauskleidungsringraumes aus in den später eingepumpten Beton hinein und wird
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die aus Schalungselemente aufgebaute Schalung elementenweise, vom rückwärtigen Ende her, umgesetzt. Andererseits muß die Tunnelschalung dem fortschreitenden Tunnelausbau folgen. Aus all diesen Zusammenhängen und Zwängen resultiert oft eine Länge der Tunnelschalung von 20 bis 50 m. Schon aus diesem Grunde kann mit einer Gleitschalung, wie sie in anderen Bereichen der Technik üblich ist, nicht gearbeitet werden. Entsprechende Versuche sind gescheitert.
Grundsätzlich ist es bekannt, daß Beton durch eine Wärmebehandlung und auch durch eine Kurzzeitwärmebehandlung in einen ausreichend festen Bereich erhärtet werden kann (Beton-Zeitung, 1969, S. 538 bis 542, Betonwerk und Fertigteil-Technik, 1974, S. 402 bis 408). Man spricht von Frühfestigkeit. Die insoweit bekannten Maßnahmen lassen sich jedoch bei der Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Beton nicht verwirklichen. Zwar ist es bekannt, daß elektromagnetische Wellen entsprechender Frequenz oder Wellenlänge in erhärteten Beton eindringen (Forschung und Praxis "Nichtmechanische Gesteinszerstörung", 1972, S. 55 bis 80, Untersuchungsauftrag des Bundesministeriums der Verteidigung). Diese Untersuchungen haben jedoch zur Verbesserung des gattungsgemäßen Verfahrens nichts beigetragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß der Beton in dem Tunnelauskleidungsringraum sehr viel schneller bis zu einer ausreichenden Frühfestigkeit erhärtet werden kann und folglich die Tunnelschalung verkürzt und schneller umgesetzt werden kann.
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ZUr Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in den eingepumpten Beton von der Tunnelschalung her während einer vorgegebenen Einwirkzeit elektromagnetische Wellen eingeleitet werden, durch die in dem Beton eine dielektrische Erwärmung erzeugt wird, daß die Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen in dem Beton zumindest bis zum Erreichen einer ausreichend hohen Frühfestigkeit aufrechterhalten wird, und daß danach die Tunnelschalung umgesetzt wird. - Es versteht sich, daß bei der Bemessung der dielektrischen Erwärmung auch die ohnehin freiwerdende Hydratationswärrne berücksichtigt werden muß und Überhitzungen zu vermeiden sind.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen so eingerichtet, daß der eingepumpte Beton über seine gesamte Schichtdicke dielektrisch erwärmt wird. Man kann aber auch während der Einwirkzeit die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen verändern und dadurch die Eindringtiefe beeinflussen. Auf diese Weise kann z. B. erreicht werden, daß der das Gebirge berührende Beton stärker erwärmt wird, um einen Wärmeabfluß in das Gebirge zu kompensieren. Insoweit nutzt die Erfindung die Tatsache, daß die Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen in Beton mit zunehmender Wellenlänge zunimmt. Um sicherzustellen, daß ein sehr fester Anschluß des Betons der Tunnenauskleidung an das Gebirge erreicht wird, lehrt die Erfindung, daß die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen so gewählt wird, daß die dielektrische Hrwär-
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mung auch in das umgebende Gebirge eindringt. Die elektromagnetischen Wellen können über die gesamte Länge des Ringraumes und damit der Tunnelschalung in den Beton eingeleitet werden. Bevorzugt ist die einfachere Möglichkeit, die elektromagnetischen Wellen lediglich im Bereich hinter der Stirnschalung in den Beton einzuleiten.
Im allgemeinen reicht im Rahmen der Erfindung eine Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen von 1 bis 6 Minuten, vorzugsweise von 2 bis 5 Minuten, (z. B. von etwa 3,5 Minuten). Man kann auf diese Weise bereits zu einer Reduzierung der Zeit bis zur Aushärtung auf ausreichende Frühfestigkeit gelangen, die etwa 50 % ausmacht. Das bedeutet, daß auch die Länge der Tunnelschalung um die Hälfte reduziert werden kann. Ohne Schwierigkeiten läßt sich eine Frühfestigkeit von zumindest 50 kp/cm2 erreichen. Die Frequenz der elektromagnetischen Wellen, die in einem speziellen Fall erforderlich ist, hängt von der Zusammensetzung des Betons ab und kann von Fall zu Fall durch Experimente ermittelt werden. Im allgemeinen wird man mit elektromagnetischen Wellen einer Frequenz von 20 bis 40 MHz arbeiten. Im Rahmen der Erfindung liegt es, zusätzlich einen Beton erhöhter Frühfestigkeit einzusetzen, der entsprechende Zusatzstoffe aufweist.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens die bis zum Erreichen einer ausreichenden Frühfestigkeit erforderliche Zeit beachtlich, z. B. auf die Hälfte und mehr, reduziert werden kann. Das erlaubt eine entsprechende Reduzierung der Länge der Tunnelschalung und erleichert folg-
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lieh im beachtlichen Maße die beim Tunnelvortrieb erforderlichen Maßnahmen zum Nachführen der Tunnelschalung. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit einer Tunnelschalung gearbeitet werden, die aus einzelnen Schalungselementen besteht, wobei diese auch elementenweise umgesetzt werden. Von besonderem Vorteil ist jedoch die Tatsache, daß ohne Schwierigkeiten mit einer Gleitschalung gearbeitet werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist fernerhin eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Eine solche Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Schalungselemente der Tunnelschalung, in die induktive Sendeantennen für elektromagnetische Wellen in Form von Abstrahlungsspulen eingebaut sind. Dabei können die Abstrahlungsspulen in Form eines Kreisbogens oder in Form archimedischer Spiralen in die Schalungselemente eingebaut sein. Nebeneinanderliegende Abstrahlungsspulen werden zweckmäßigerweise gegenphasig geschaltet. Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch Schalungselemente der Tunnelschalung, in die kapazitive Abstrahlungselemente eingebaut sind. Es können aber auch nebeneinanderliegende Schalungselemente der Tunnelschalung als kapazitive Abstrahlungselemente ausgebildet und gegenphasig geschaltet sein.

Claims (15)

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte JJ508966 Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 62 970/Klö-Patentanmeldung Hochtief Aktiengesellschaft vorm. Gebr. HeIfmann Rellinghauser Straße 53-57 4300 Essen 1 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 25. Februar 1985 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Tunnel auskleidung aus Beton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Beton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. Schildvortriebsmaschine,
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wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelauskleidungsringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist,
wobei in den Tunnelauskleidungsringraum über die Stirnschalung fließfähiger Beton eingepumpt wird und wobei fernerhin die Tunnelschalung nach Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Frühfestigkeit, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend, umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den eingepumpten Beton von der Tunnelschalung her während einer vorgegebenen Einwirkungszeit elektromagnetische Wellen eingeleitet werden,
durch die in dem Beton eine dielektrische Erwärmung erzeugt wird,
daß die Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen in dem Beton zumindest bis zum Erreichen einer ausreichenden Frühfestigkeit aufrechterhalten wird und daß danach die Tunnelschalung umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen so eingerichtet wird, daß der eingepumpte Beton über seine gesamte Schichtdicke dielektrisch erwärmt wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Einwirkzeit die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen verändert und dadurch die Eindringtiefe beeinflußt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch in dem umgebenden Gebirge die dielektrische Erwärmung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Wellen lediglich in einem an die Stirnschalung anschließenden Eereich in den Beton eingeleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen von 1 bis 6 Minuten, vorzugsweise von etwa 2 bis 5 Minuten, gearbeitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen gearbeitet wird, die zu einer Frühfestigkeit von zumindest 50 kp/cm2 führt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit elektromagnetischen Wellen einer Frequenz von 20 bis 40 MHz gearbeitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beton mit durch Zusatzstoffe, Zusatzmittel und Bindemittel erhöhter Frühfestigkeit eingebaut wird.
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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelschalung als Gleitschalung ausgeführt und kontinuierlich oder schrittweise in Vortriebsrichtung vorgezogen wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Schalungselemente der Tunnelschalung, in die induktive Sendeantennen für elektromagnetische Wellen in Form von Abstrahlungsspulen eingebaut sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlungsspulen in Form eines Kreisbogens oder in Form archimedischer Spiralen eingebaut sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Abstrahlungsspulen gegenphasig geschaltet sind.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichet durch Schalungselemente der Tunnelschalung, in die kapazitive Abstrahlungselemente eingebaut sind.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Schalungselemente, die als kapazitive Abstrahlungselemente ausgebildet und gegenphasig geschaltet sind.
DE19853508966 1985-03-13 1985-03-13 Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer tunnelauskleidung aus beton im zuge des tunnelvortriebs mit einer tunnelvortriebsmaschine Ceased DE3508966A1 (de)

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