DE3529998A1 - Verfahren und vorrichtung zum fortlaufenden auskleiden eines tunnels mit extrudierbeton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ent­ sprechendes Verfahren zum fortlaufenden Auskleiden eines Tunnels mit Extrudierbeton und eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 ent­ sprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei der Herstellung einer Tunnelauskleidung nach dem Extrudierverfah­ ren wird im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE- PS 34 06 980) hinter einer Vortriebsmaschine Beton durch eine einzige, oben liegende Öffnung in einer vorwärts gleitenden Stirnschalung ge­ pumpt. Um selbst im nichtkohäsiven Lockerboden das Gebirge hinter der Vortriebsmaschine zuverlässig zu stützen, muß dabei sichergestellt sein, daß der flüssige Beton hinter der Stirnschalung stets einen Druck aufweist, der höher ist als der auf die Tunnelauskleidung wir­ kende Erd- bzw. Gebirgsdruck und der eventuell wirkende Druck aus der Auflast aus dem Grundwasser. Um diesen fortwährenden Druck zu gewährleisten, müssen verschiedene Vorkehrungen bei der Stützung der Stirnschalung und bei der Zuführung des Betons getroffen werden. Ob­ gleich durch eine federnde Lagerung der Stirnschalung und ein ge­ steuertes Vorbewegen der Stirnschalung einige Voraussetzungen für das Extrudierverfahren geschaffen sind, gelingt es bisher nicht, eine wirk­ lich einwandfreie Qualität des Extrudierbetons zu erzielen. Der durch die Stirnschalung gepumpte Beton lagert sich nämlich nicht schichtwei­ se parallel zu der vorwärts gleitenden Stirnschalung ab, sondern fließt in nicht vorherbestimmbaren Fließkanälen innerhalb des hinein­ gepumpten Betons, wodurch es immer wieder zu einer Schollenbildung in der kontinuierlich hergestellten Tunnelauskleidung kommt. In den Randzonen dieser Schollen ist der Beton nicht dicht, es zeigen sich entmischte Zonen, sogenannte Nester und auch Löcher. Abgesehen da­ von, daß die Festigkeit des Betons nicht den Normen entspricht, ist die mangelnde Qualität des Betons im wasserführenden Lockerboden ei­ ne Gefahrenquelle. Durch die Löcher in der Auskleidung dringt Wasser vermischt mit Boden ins Tunnelinnere und gefährdet die Bettung und die Standsicherheit der Tunnelschale.

Nach zur Erfindung gehörenden Untersuchungen ist das Fließen des Be­ tons in dem ringförmigen Raum, der außen vom umgebenden Gebirge, innen von der stählernen lnnenschalung und nach vorn von der vor­ wärtsgleitenden Stirnschalung begrenzt wird, ein Vorgang, der vielen Einflüssen unterliegt:

• Das Fließvermögen des Betons hängt insbesondere von sei­ nen spezifischen Materialeigenschaften ab und von der Zeit, da es sich um einen Stoff handelt, der sich in einem che­ mischen Reaktionsprozeß befindet.
• Auch das umgebende Gebirge beeinflußt das Fließen, und zwar sowohl durch die rauhe Oberfläche als auch durch die Möglichkeit, daß der Beton dort Filtrat-Wasser verliert. Durch den Verlust des Filtrat-Wassers wird das Fließvermö­ gen erheblich herabgesetzt.
• Einen weiteren, wesentlichen Einfluß auf das Fließen haben die hydrostatischen Druckverhältnisse in dem Ringraum und damit in Zusammenhang stehend die Lage von Pumpöffnun­ gen in der Stirnschalung.
• Der Beton fließt entsprechend den Gesetzen der Strömungs­ lehre für zähe Flüssigkeiten. Durch im oberen Ringraum angeordnete Pumpöffnungen gepumpter Beton fließt, den nie­ deren Druck nutzend, in der Firste weit in den noch wei­ chen Beton, der noch eine geringe Scherfestigkeit besitzt, hinein. Erst nach mehreren Metern in Zonen, in denen der Abbindeprozeß schon weiter fortgeschritten ist und damit die Scherfestigkeit zunimmt, wird der Betonstrom nach un­ ten in Bereiche mit größerem hydrostatischen Druck abge­ lenkt. Durch untere Pumpöffnungen gepumpter Beton fließt dem Druckgradienten folgend sofort hinter der Stirnscha­ lung nach oben.

Die Schollen, das sind Zonen des extrudierten Betons, die als zusam­ menhängende Flächen der vorwärts gleitenden Stirnschalung während eines gewissen Zeitraumes hinterhereilen und dabei erhärten, entste­ hen dadurch, daß in diesem Bereich das Fließvermögen des Betons ein wenig geringer war oder die Druckpotentiallinien für längere Zeit kon­ stant blieben. Sie werden insbesondere etwa im mittleren Abstand zwi­ schen zwei Pumpöffnungen in der Stirnschalung beobachtet, wenn der Abstand der Pumpöffnungen voneinander sehr groß ist. Die Schollen werden deshalb zu einem Problem, weil sie zunächst auf der der Stirn­ schalung abgewandten Seite von Beton höheren Drucks umströmt werden und deshalb der Stirnschalung folgen. Irgendwann bricht der Fließka­ nal hinter der Scholle zusammen oder die Reibung zum Gebirge wird zu groß. Dann bleibt die Scholle hängen; in diesem Augenblick ent­ steht auf der der Stirnschalung zugewandten Seite ein geringer Druck oder gar eine Fehlstelle, wenn der Beton nicht sofort den entstehenden Raum zwischen der weiter vorwärtseilenden Stirnschalung und der hängenbleibenden Scholle ausfüllen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schollenbildung zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in verfah­ rensmäßiger Hinsicht aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 und in vorrichtungsmäßiger Hinsicht aus dem Kennzeichen des Patent­ anspruches 4.

Mit anderen Worten soll das Betonieren des Extrudierbetons durch mehrere, über den Umfang der Stirnschalung in gleichen, nicht zu großen Abständen angeordnete Pumpöffnungen nacheinander mit glei­ chen Mengen in relativ schneller Folge durchgeführt werden. Durch das Hereinpumpen des Betons in gleichen Mengen durch die gleich weit entfernten Pumpöffnungen wird erreicht, daß der Beton den kürze­ sten Fließweg hat. Schollenbildung tritt nicht mehr auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Patentansprüchen.

Die Fortbewegung durch den Betonierdruck einer starren Stirnschalung, die insgesamt zwar federnd gestützt ist, erzeugt auf dem Umfang der Stirnschalung unterschiedliche Spannungsverhältnisse. Der Beton wird gleichzeitig nur durch eine Pumpöffnung hinter die Stirnschalung ge­ drückt, die in dem Einfüllbereich federnd ausweicht. Da sie jedoch aus einer starren Stahlkonstruktion besteht, entstehen durch die Bewe­ gung, etwa auf halber Höhe des Querschnittes, Zonen niedrigen Drucks.

Dieser Druckabbau kann, falls er eine bestimmte Größe übersteigt, da­ zu führen, daß der Gesamtbetondruck an dieser Stelle geringer wird als der von außen auf den Beton einwirkende Druck aus der Erd- und der Wasserauflast. Die Folge wäre ein Verdrängen des Betons an die­ ser Stelle durch den wassergesättigten Lockerboden. Dieser Gefahr kann zunächst durch die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 6 wirksam begegnet werden; die Größe der Vorbewegung der starren Stirnschalung sollte dabei pro Einfüllvorgang möglichst gering gehalten werden, und zwar dadurch, daß nur verhältnismäßig kleine Mengen hineingepumpt werden. Das dafür notwendige schnelle Wechseln von Pumpöffnung zu Pumpöffnung kommt bei Lösung der steuerungstechnischen Probleme dem Betoniervorgang zugute: Der Beton wird in den einzelnen Betonzufüh­ rungen in kurzen Intervallen bewegt, die Gefahr des Erhärtens wird vermindert. Als zweite Maßnahme, allein oder in Kombination mit der vorstehend anzuwendenden Maßnahme, den Druckabbau etwa auf halber Höhe des Querschnittes zu vermindern, empfiehlt sich die Lehre des Patentanspruches 7; hierbei wäre die Oberfläche der Stirnschalung elastisch zu gestalten, wobei zum Beispiel ein mit Wasser gefülltes Gummiprofil sich den örtlichen Spannungsspitzen anpassen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum fortlaufenden Auskleiden eines Tunnels mit Extrudierbeton,

Fig. 2 eine Frontansicht einer Stirnschalung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 vergrößert das Detail A der Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung besteht in ihrem grund­ sätzlichen Aufbau aus einer Schalung 1, 2 mit Innenschalung 1 sowie vorbewegbarer Stirnschalung 2 und an die Stirnschalung 2 angeschlos­ sener Pumpenanordnung 3 für die Zuführung von Extrudierbeton. Die Stirnschalung 2 ist zwischen einen, Schildschwanz 4 eines Vortriebs­ schildes 5 und der Innenschalung 1 angeordnet (vgl. Fig. 1 und 3). Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Stirnschalung 2 mit insgesamt sechs Betonzuführöffnungen 6 versehen, die in Umfangsrichtung in gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind. Diese Betonzuführöffnungen 6 sind über jeweils eine Betonleitung 7 mit der Pumpenanordnung 3 verbunden, die für eine in Umgangsrichtung aufeinanderfolgende Bedie­ nung der Betonzuführöffnungen 6 ausgelegt ist. Die aus einem starren U-Profilring 8 bestehende Stirnschalung 2 liegt über elastische Dich­ tungen 9, 10 einerseits am Schildschwanz 4, andererseits an der In­ nenschalung 1 an und ist auf ihrer der Auskleidung abgewandten Vor­ derseite 11 in Tunnellängsrichtung federnd abgestützt; das ist in Fig. 1 nur schematisch angedeutet. Aus Fig. 3 erkennt man, daß die Stirn­ schalung 2 auf ihrer der Auskleidung zugewandten Rückseite 12 mit einer elastisch nachgiebigen Oberfläche versehen ist. Diese elastische Oberfläche ist von einem mit Wasser gefüllten Gummihohlprofil 13 ge­ bildet, das in dem U-Profilring 8 angeordnet ist.

Der Extrudierbeton wird in verhältnismäßig kleinen, aber gleich gros­ sen Mengenportionen in schneller Folge den Betonzuführöffnungen 6 zu­ geführt, hinter denen sich die oben beschriebenen Segmentabschnitte befinden.

Claims (8)

1. Verfahren zum fortlaufenden Auskleiden eines Tunnels mit in Tun­ nellängsrichtung zugeführtem Extrudierbeton, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Extrudierbeton in einer gegenüber seiner Erstarrungszeit kleinen Zeitspanne in gleichbleibenden Mengen­ portionen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend pro Umfangslänge mehrfach vorgesehenen, gleich großen Segmentabschnitten jeweils mit­ tig zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ex­ trudierbeton zumindest sechs Segmentabschnitten pro Umfangslänge zu­ geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenportionen derart bemessen werden, daß die Segmentabschnit­ te in Tunnellängsrichtung jeweils eine Erstreckung aufweisen, die klei­ ner als deren Länge in Umfangsrichtung ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, bestehend aus einer Schalung mit Innenschalung so­ wie vorbewegbarer Stirnschalung und an die Stirnschalung angeschlos­ sener Pumpenanordnung für die Zuführung des Extrudierbetons, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (2) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten, mit der Pumpenanordnung (3) verbundenen Betonzuführöffnungen (6) versehen ist und die Pumpenanordnung (3) für eine in Umfangsrich­ tung aufeinanderfolgende Bedienung der Betonzuführöffnungen (6) aus­ gelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (2) mit zumindest sechs Betonzuführöffnungen (6) verse­ hen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (2) auf ihrer der Auskleidung abgewandten Vorder­ seite (11) in Tunnellängsrichtung federnd abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnschalung (2) auf ihrer der Auskleidung zuge­ wandten Rückseite (12) mit einer elastisch nachgiebigen Oberfläche versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ela­ stisch nachgiebige Oberfläche von einem mit Wasser gefüllten Gummi- oder Kunststoffhohlprofil (13) gebildet ist.