DE3520092A1

DE3520092A1 - Verfahren zum herstellen eines roehrenfoermigen unterirdischen hohlraums, z.b. eines verkehrstunnels sowie vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens

Info

Publication number: DE3520092A1
Application number: DE19853520092
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE3520092C2

Description

Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen
Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird zwischen der Außenfläche der den Gebirgsdruck aufnehmenden Auskleidung eines unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels, und dem Gebirge eine Schicht aus einem Material angeordnet, das bei Relativverschiebungen zwischen dem Gebirge und der Auskleidung durch plastische Verformung die gegenseitige Übertragung von Kräften begrenzt. Diese Schicht kann aus einem Tonmineral bestehen, das als pastöse Mischung z.B. aus Bentonit, Füllstoffen und Wasser mit dem Fortschreiten der Herstellung der Auskleidung eingebracht wird (DE-OS 33 32 242).
Es ist weiterhin bekannt, eine Tunnelauskleidung im Zuge eines Schildvortriebs im wesentlichen kontinuierlich in der Weise herzustellen, daß der Beton für die Auskleidung zwischen einer dem Vortrieb eines Vortriebsschildes folgenden Innenschalung und dem anstehenden Gebirge oder Erdreich eingebracht wird (DE-PS 30 15 210). Dabei wird die aus einzelnen Schalungselementen bestehende Innenschalung im Zuge des Vortriebs laufend umgesetzt, jedoch immer so, daß die Stirnschalung für den einzubringenden Beton den Raum zwischen dem Schildschwanz und der Innenschalung abdichtet. Somit besteht keine Möglichkeit in den die Auskleidung bildenden Beton Einbauteile, wie z.B. Bewehrungselemente, Fugenbänder oder dergleichen einzubringen.
Der früheren, jedoch nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 34 07 384.1-24 ist der auf der eingangs genannten DE-OS 33 32 242 basierende Gedanke zu entnehmen das Einbringen der Zwischenschicht aus pastösem Material mit dem Einbringen des Betons für eine Ortbetonauskleidung in der Weise zu koppeln, daß die Zwischenschicht der Auskleidung vorauseilend hergestellt und daß zur Trennung der Zwischenschicht von der Auskleidung eine Schalung vorgesehen wird, die entsprechend dem Betonierfortschritt mitgeführt wird. Das Einbringen sowohl der Zwischenschicht, wie auch der Auskleidung gelingt damit in unmittelbarem Anschluß an den Vortrieb des Vortriebsschildes, wobei entsprechend dem Mitführen der Zwischenschalung der frische Beton der Auskleidung in einer Grenzlinie in unmittelbare Berührung mit dem Material der Zwischenschicht gelangt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art eine Möglichkeit zu schaffen, um in die an Ort und Stelle im Zuge des Vortriebs aus erhärtendem Material herzustellende Auskleidung Einbauteile, z.B.
eine Bewehrung einbauen zu können.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe verfahrensmäßig durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 11 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Einbringen der Zwischenschicht mit dem Einbringen des Betons für die Auskleidung in der Weise zu koppeln, daß die Zwischenschicht der Auskleidung vorauseilend hergestellt und daß zur Trennung der Zwischenschicht von der Auskleidung eine Zwischenschalung vorgesehen wird. Wenn nach der Erfindung unter Stützung durch die Zwischenschalung zunächst die Zwischenschicht hergestellt wird, bleibt, bevor das jeweilige Element der Innenschalung umgesetzt wird, ein durch die Zwischenschalung abgeschlossener Ringraum, in den Einbauteile, z.B. eine Bewehrung eingebaut werden können, bevor er durch die Innenschalung geschlossen wird. Nach dem Erhärten des Betons dieses Abschnitts wird die Zwischenschalung aus der Grenzzone zwischen der Zwischenschicht und dem Beton der Auskleidung herausgezogen. Die hierbei auftretenden Reaktionskräfte werden auf die Stirnseite des Auskleidungsabschnitts übertragen.
Dabei muß einerseits darauf geachtet werden, daß die Zwischenschalung sich sowohl von dem Beton des Auskleidungsabschnitts, wie auch von dem Material der Zwischenschicht lösen läßt, das zumindest zu diesem Zeitpunkt noch pastös sein muß.
Der beim Vorziehen der Zwischenschalung entstehende Volumenverlust in der Zwischenschicht wird durch Nachpressen von pastösem Material ausgeglichen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es somit möglich, im Zusammenhang mit einem Schildvortriebsverfahren Einbauteile, z.B. Bewehrungen in eine Ortbetonauskleidung auf wirtschaftliche Weise einzulegen. Durch Maßnahmen zur Beschleunigung des Erhärtens des Betons gelingt es, die Abhängigkeit der Vortriebsleistung von den Erhärtungszeiten des Betons zu reduzieren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vortriebsschild mit Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 in einem Ausschnitt aus Fig. 1 die Vorrichtungen nach der Erfindung in größerem Maßstab, die Fig. 3 bis 7 in der Fig. 2 entsprechenden Darstellungen aufeinanderfolgende Arbeitsphasen, Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3 und Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 5.
Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Vortriebsschild 1 ist für den Vortrieb von Tunnels, Strecken oder dergleichen bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau des Vortriebsschildes 1 gehören zunächst ein Schildmantel 2 mit einem Schildschwanzbereich 3. An der Stirnseite des Vortriebsschildes 1 sind Vortriebswerkzeuge 4 für den Abbau des Gebirges bzw. Erdreichs angeordnet. Das Fördergut wird aus einer gegebenenfalls mit Wasser oder thixotroper Flüssigkeit gefüllten Abbaukammer 5 in an sich bekannter Weise gefördert, z.B. mittels einer Förderschnecke 6.
Der Vortriebsschild 1 ist zum Zwecke des Vorschubs mittels Vortriebspressen 7 gegenüber der Innenschalung 8 für die Tunnelauskleidung 9 abgestützt. Die Innenschalung 8 besteht aus einzelnen Abschnitten 8a, 8b, die entsprechend dem Vortrieb umgesetzt werden. Die Abschnitte sind tübbingartig ausgebildet, d.h. sie bestehen aus einzelnen Teilen 8' und einem Schlußstein 8" (Fig. 9).
An der Innenseite des rückwärtigen Teils des Schildmantels 2 ist eine ringförmige äußere Stirnschalung 10 für eine pastöse Mischung befestigt, die zur Bildung einer Zwischenschicht 11 in den Zwischenraum zwischen dem Gebirge 12 und der Auskleidung 9 eingebracht wird. Die Stirnschalung 10 ist zu diesem Zweck mit - nicht dargestellten - Einpreßöffnungen versehen, an die Einpreßleitungen 13 angeschlossen sind. Das pastöse Material dient zum Verpressen der Schildspur.
Innerhalb des Schildmantels 2 befindet sich eine Zwischenschalung 14, die- den ringförmigen Hohlraum zum Einpressen des pastösen Materials nach innen begrenzt. Sie besteht aus einem Zylindermantel 15, der an seinem der Vortriebsbrust zugekehrten vorderen Ende mit einem Ringflansch 16 versehen ist.
An der der Vortriebsbrust abgewandten Innenfläche des Ringflansches 16 liegt eine ringförmige innere Stirnschalung 17 für den jeweils herzustellenden Abschnitt der Auskleidung 8 an. Diese innere Stirnschalung 17 ist mit den Kolbenstangen 18a von Zylinder-Kolben-Einheiten 18 verbunden, deren zugehörige Zylinder 18b an dem Ringflansch 16 befestigt sind. Unter Betätigung der Zylinder-Kolben-Einheiten 18 kann so unter Abstützung der inneren Stirnschalung 17 gegen den jeweils zuletzt hergestellten Abschnitt der Auskleidung 9 die Zwischenschalung 14 in Vortriebsrichtung vorgezogen und im Anschluß daran die innere Stirnschalung 17 wieder nachgefahren werden.
Diese Maßnahmen können unabhängig vom Vortrieb des Vortriebsschildes 1 mittels der Vortriebspressen 7 durchgeführt werden, wobei die Zwischenschalung 14 mit der Außenfläche des Zylindermantels 15 an der Innenfläche der äußeren ringförmigen Stirnschalung 10 gleitet. Die Stirnschalung 10 kann zur besseren Führung der Zwischenschalung 14 und um geringe Kippbewegungen bei Kurvenfahrt zu ermöglichen, an der inneren Umfangsfläche gekrümmt ausgebildet sein Die Arbeitsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Betrieb der Vorrichtung wird nachstehend anhand der aufeinanderfolgende Arbeitsphasen darstellenden Fig. 3 bis 7 näher erläutert.
Fig. 3 zeigt eine Arbeitsphase, in der zuletzt der Abschnitt 9a der Auskleidung zwischen der Innenschalung 8a und der Zwischenschicht 11 hergestellt und der Vortriebsschild 1 mittels der ausgefahrenen Zylinder-Kolben-Einrichtungen 7 um eine Abschnittslänge vorgeschoben wurde. Während des Vortriebs des Vortriebsschildes 1 wird mittels der Rohrleitungen 13 pastöses Material zur Bildung der Zwischenschicht 11 durch die Einpreßöffnungen in der Stirnschalung 10 in den Hohlraum zwischen dem Gebirge 12 und der Zwischenschalung 14 eingepreßt.
Der Druck beim Einpressen des pastösen Materials wird dabei so gesteuert, daß der Hohlraum satt verfüllt wird. Ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 3 ist in Fig. 8 dargestellt.
Nach dem Einfahren der Kolbenstangen 7a in die Zylinder 7b der Vortriebspressen 7 steht ein von der freien Stirnseite des zuletzt hergestellten Auskleidungsabschnitts 9a, der Innenfläche der Zwischenschalung 14 und der inneren Stirnschalung 17 begrenzter ringförmiger Hohlraum zur Verfügung, der von der Innenseite des Vortriebsschildes her frei zugänglich ist (Fig. 4). In diesen Hohlraum können nun von innen her Einbauteile, wie z.B. Bewehrungskörbe 19, eingelegt werden. Nach dem Einbau der Bewehrung wird der ringförmige Hohlraum durch Ansetzen eines weiteren Abschnitts 8b der Innenschalung 8 geschlossen, die von innen gegen die innere Stirnschalung 17 dichtet (Fig. 5). Gegen die Stirnfläche des Abschnitts 8b der Innenschalung 8 können nun die Vortriebspressen wieder abgestützt werden.
Die Bewehrungskörbe können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. d.h. an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Um deren Einbau zu erleichtern, sind in Umfangsrichtung mehrere Bewehrungskörbe 19' vorgesehen, deren Umfangslänge jeweils etwas geringer ist als der ihrer Anzahl entsprechende Teil des Gesamtumfangs (Fig. 9). Es können auch in Vortriebsrichtung zwei oder mehr Körbe nebeneinander angeordnet sein, die zweckmäßigerweise gegeneinander versetzt eingebaut werden.
Schließlich ist es möglich, mit den Bewehrungskörben Abstandhalter 23 zu kombinieren. In analoger Weise ist es auch möglich, zusätzlich zu oder anstelle von Bewehrungselementen andere Einbauteile einzulegen, z.B. Fugenbänder oder dergleichen.
In den so gebildeten Hohlraum kann sodann Beton eingebracht werden, der die Bewehrung umhüllt. Dies kann durch Einpreßleitungen 20 geschehen, welche den Abschnitt 8b der Innenschalung unmittelbar durchdringen (Fig. 2).
Nach dem Erhärten des Betons des neuen Abschnitts 9b wird zunächst die Zwischenschalung 14 vorgeschoben, bis sie in die in Fig. 6 dargestellte Lage gelangt. Dies geschieht durch Ausfahren der Zylinder-Kolben-Einheiten 18, deren Kolbenstangen 18a sich über die innere Stirnschalung 17 gegen die Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts 9b abstützen. Der Mantel 15 der Zwischenschalung 14 muß dabei aus seiner Lage zwischen der Zwischenschicht 11 und dem neuen Abschnitt 9b herausgelöst werden. Um dies zu ermöglichen, besteht der Mantel 15 der Zwischenschalung 14 aus einem Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton aufweist, z.B.
aus Kunststoff. Dies hat zur Folge, daß der Mantel sich entweder durch die beim Abbinden des Betons entstehende Hydratationswärme oder auch durch im Wege einer zusätzlichen Beheizung erzeugten Wärme ausdehnt und sich so in ausreichendem Maße von der Oberfläche des Abschnitts 9b löst.
Um den Mantel besser von der Betonoberfläche der Auskleidung lösen zu können, ist es auch möglich. vor dem Betonieren an seiner Innenfläche z.B. durch Aufbringen eines Vakuums eine Folie zu befestigen, die den Verbund zu dem Beton verhindert und das Vorfahren der Zwischenschalung erleichtert. Um gleichwohl das Lösen der Zwischenschalung von der Betonoberfläche zu erleichtern, kann anstelle des Vakuums z.B. Wasser eingeleitet und so auf die Folie von der Zwischenschalung her ein Druck ausgeübt werden.
In jedem Fall ist es notwendig, den beim Vorziehen der Zwischenschalung 14 entstehenden, dem Volumen des Mantels 15 entsprechenden Volumenverlust auszugleichen, um Setzungen des Gebirges 12 zu vermeiden. Dies geschieht durch Einpreßleitungen 21, die entlang des Mantels 15 der Zwischenschalung 14 geführt sind und an deren Ende 22 Einpreßöffnungen aufweisen.
Mittels dieser Einpreßleitungen ist es möglich, diesen Volumenverlust unmittelbar an der Stelle seines Entstehens durch Einpressen eines pastösen Materials auszugleichen.
Beim Vorziehen der Zwischenschalung 14 ist darauf zu achten, daß deren Mantel 15 länger ist als es der Länge des neu herzustellenden Auskleidungsabschnitts entspricht, um sicherzustellen, daß das Ende 22 des Mantels 15 eine ausreichende Abstützung gegenüber dem zuvor hergestellten Auskleidungsabschnitt findet (Fig. 2).
Nach dem Vorziehen der Zwischenschalung 14 wird die innere Stirnschalung 17 mittels der Zylinder-Kolben-Einheiten 18 wieder nachgefahren (Fig. 7). Die gegenüber der Innenschalung 8 abgestützten Vortriebspressen 7 sind nunmehr wieder bereit für einen neuen Vortriebsabschnitt des Vortriebsschildes 1, wonach die in Fig. 3 dargestellte Ausgangssituation für einen neuen Arbeitstakt wieder erreicht ist.
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Claims

Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels, mit einer den Gebirgsdruck aufnehmenden Auskleidung im Schildvortrieb, bei dem im Zuge des Vortriebs pastöses Material zur Bildung einer Zwischenschicht zwischen dem Gebirge und der Auskleidung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Bauabschnitten zunächst die Zwischenschicht (11) der Auskleidung (9) vorausellend in dem Zwischenraum zwischen dem Gebirge (12) und einer als innere Begrenzung dienenden Zwischenschalung (14) herstellt wird, deren Länge größer ist als die Länge der Abschnitte (9a, 9b) der Auskleidung (9), daß in dem nach außen durch die Zwischenschalung (14) begrenzten Hohlraum Einbauteile eingelegt werden und daß danach die Auskleidung (9) an Ort und Stelle durch Einbringen von erhärtendem Material, z.B. Beton, in den Zwischenraum zwischen der Zwischenschalung (14) und einer Innenschalung (8) hergestellt wird und daß die Zwischenschalung (14) nach dem Erhärten des Materials des zuletzt hergestellten Abschnitts bei noch pastöser Beschaffenheit des Materials der Zwischenschicht vorgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Vorziehen der Zwischenschalung (14) entstehende Volumenverlust in der Zwischenschicht (11) durch Nachpressen von pastösem Material ausgeglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile aus einer Bewehrung (19) bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewehrung sich jeweils über einen Teil des Umfangs erstreckende Bewehrungskörbe (19a, 19b usw.) verwendet werden, deren Länge in Umfangsrichtung geringer ist als der der Anzahl der Bewehrungskörbe entsprechende Teil des Gesamtumfangs (Fig. 9)
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Abschnitt mehrere Bewehrungskörbe nebeneinander eingebaut werden, deren in Vortriebsrichtung gemessene Breite geringer ist als die Breite eines Bauabschnitts.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander anzuordnenden Bewehrungskörbe in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt eingebaut werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungskörbe (19a, 19b usw.) mit Abstandhaltern (23) zur Fixierung des Abstands zwischen der Zwischenschalung (14) und der Innenschalung (8) versehen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anwendung von Maßnahmen zur Beschleunigung des Erhärtens des Materials der Abschnitte.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Einwirkung eines Vakuums ausgesetzt wird.
11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10 mit einem mit -Vortriebspressen ausgerüsteten Vortriebsschild, der sich nach der der Ortsbru-st abgewandten Seite in einen Schildschwanz fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Schildmantels (2) eine ringförmige, mit Einpreßöffnungen für das pastöse Material versehene äußere Stirnschalung (10) für die Zwischenschicht (11) vorgesehen ist, daß die die Zwischenschicht (11) begrenzende Zwischenschalung (14) rohrförmig ausgebildet ist und mit der Innenfläche der äußeren Stirnschalung (10) zusammenwirkt und daß die Zwischenschalung (14) an ihrem der Ortsbrust zugewandten stirnseitigen Ende einen Ringflansch (16) aufweist, der als Widerlager für eine in Vortriebsrichtung verschiebbare ringförmige innere Stirnschalung (17) für die Auskleidung (9) dient.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (16) mit dem die Zwischenschalung (14) bildenden Rohr (15) fest verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) ein zylindrisches Rohr (15) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) gegenüber dem Schildmantel (2) in Vortriebsrichtung verschieblich und an der Innenfläche der äußeren Stirnschalung (10) gleitend geführt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) mit dem Ringflansch (16) und die innere Stirnschalung (17) so miteinander verbunden sind, daß die beim Vorziehen der Zwischenschalung (14) auftretenden axialen Abstützkräfte über die innere Stirnschalung (17) auf den zuletzt hergestellten Abschnitt der Auskleidung (9) übertragen werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Zwischenschalung (14) und der inneren Stirnschalung (17) Zylinder-Kolben-Einheiten (18) vorgesehen sind, deren Zylinder (18b) am Ringflansch (16) der Zwischenschalung (14) und deren Kolben (18a) an der inneren Stirnschalung (17) befestigt sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Ortsbrust abgewandten Ende (22) der Zwischenschalung (14) Vorrichtungen zum Einpressen von pastösem Material vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) aus einem Material besteht, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Material der Auskleidung.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) aus Kunststoff, wie GFK, PVC, PE, PUR oder dergleichen besteht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschalung (14) beheizbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Anhaftens des erhärtenden Materials der Abschnitte der Auskleidung an der Innenseite der Zwischenschalung (14) ein Überzug, z.B. eine Folie angebracht ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur vorübergehenden Fixierung der Folie an der Zwischenschalung Mittel zum Erzeugen eines Vakuums vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung des Vorziehens der Zwischenschalung (14) Mittel zum Einpressen einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, zwischen Schalung und Folie vorgesehen sind.