DE3530502A1 - Tunnel aus stahlelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tunnel aus Stahlelementen für in offener Baugrube erstellte Straßen-, U-Bahn- und sonstige Verkehrstunnel, insbesondere für Bergsenkungsgebiete, wobei jeder Tunnelrahmen aus durch gekrümmte Übergangsstücke mit­ einander verbundenen Wellenprofilen, an der Seite beispiels­ weise in Form von Spundbohlen, hergestellt ist.

Derartige Tunnel sind bekannt. Durch die Verwendung von wellenförmigen Profilen - in den seitlichen Wänden zum Bei­ spiel aus Stahlspundwänden und in der Decke aus einem sinus­ förmigen Stahlgußprofil - wird für Bergsenkungsgebiete die notwendige Verformbarkeit geschaffen, um Bewegungen aus dem Bergbau in Form von Zerrungen und Pressungen, die sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung des Tunnels auftreten können, sicher aufnehmen zu können. Innerhalb eines derart ausgebildeten Tunnels ist es erforderlich, beispielsweise Aufzugs- oder Lüftungsschächte, vornehmlich im Bereich von Bahnhöfen, auszubilden.

Bei den bisher im Ruhrgebiet erstellten Tunnelröhren dieser Art wurde auf die Anordnung von Aufzugs- oder Lüftungs­ schächten verzichtet, da eine einwandfreie technische Lösung hierfür nicht bekannt war. Erste Hinweise für die Ausbildung z. B. einer Treppendurchdringung und eines Notausstiegs sind zwar in der Literatur (Konstruktiver Ingenieurbau, Berichte, Heft 15/1973, Seiten 45 bis 61) angegeben, jedoch hat die technische Entwicklung seit 1973 gezeigt, daß generell die in der Fachliteratur beschriebene Konstruktionsart für stählerne Auskleidungen wegen der eckigen Ausbildung der Rahmen nicht zweckmäßig ist. Die technische Entwicklung hat dazu geführt, die stählerne Tunnelauskleidung in Form von korbbogenartigen Rahmen auszubilden. Weiterhin ist die in der Literatur ange­ gebene Konstruktionslösung für die Ausbildung von beispiels­ weise Aufzugsschächten im Bereich eines Mittelbahnsteigs technisch nicht ausgereift. Die in der Literatur gezeigte Lö­ sung einer Treppendurchdringung liegt im Deckenbereich be­ reits oberhalb des Grundwasserspiegels und kann daher in den Fällen, in denen der Deckenbereich unterhalb des Grundwasser­ spiegels liegt, nicht angewendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, das wegen der Bergbau­ einwirkungen verformbar gestaltete Tunnelrahmensystem so auf­ zutrennen und durch geeignete Zusatzstücke zu ergänzen, daß innerhalb der Tunneldecke der notwendige Schacht durchgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenprofile im Deckenbe­ reich zur Durchführung eines Schachtes, vorzugsweise eines Aufzugs- oder Lüftungsschachtes, aufgetrennt, an den Trenn­ stellen mit zusätzlichen Krümmern versehen und durch senk­ rechte Wellenprofilstücke bis zu einer oberhalb des Grundwas­ serstandes liegenden Höhe verlängert sind und daß die Rahmen­ schnittkräfte aus Erd- und Grundwasserdruck sowie Bergsen­ kungsbeanspruchung aufnehmende elastische Lager vorgesehen sind, die in Tunnellängsrichtung derart verschieblich am Schacht abgestützt sind, daß die geforderte Verformbarkeit der Gesamtkonstruktion bei Bergsenkungen in Längs- und Quer­ richtung des Tunnels nicht beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäßen zusätzlichen Krümmer und senkrechten Wellenprofile werden in die vorhandene Rahmenkonstruktion wasserdicht und statisch volltragend eingeschweißt. Die senk­ rechten Wellenprofile werden beispielsweise bis über den höchsten Grundwasserstand geführt, so daß damit die wasser­ dichte Gesamtkonstruktion des Tunnels gewährleistet bleibt. Wegen der wellenförmigen Ausbildung wird eine zusätzliche Ab­ deckung angeordnet, die als Kragen um den Schacht, der z. B. aus Stahlbeton hergestellt werden kann, geführt wird. Bei der Anordnung eines solchen Schachtes, beispielsweise in einer U-Bahn-Station, steht der Schacht praktisch mittig auf dem Mittelbahnsteig. Die Rahmenkonstruktion kann sich über ela­ stische, längsverschiebliche Lager gegen den Schacht lehnen. Die quer zum Tunnel wirkenden Bergbaubewegungen (Zerrungen und Pressungen) greifen symmetrisch an den Rahmenstielen an. In der Mittelachse des Rahmens, die auch die Mittelachse des Schachtes ist, sind diese Bewegungen null. Es ist daher mög­ lich, die in der Rahmenkonstruktion vorhandenen Schnittkräfte über entsprechend ausgebildete Lager in den Schacht einzu­ leiten. Hierbei heben sich die jeweils von rechts und von links kommenden Horizontalkräfte gegenseitig auf. Die auftre­ tenden Vertikalkräfte können durch zusätzlich angeordnete Lager in den Schächten abgetragen werden.

Bei der konstruktiven Ausbildung muß beachtet werden, daß das Tunnelbauwerk auch in Längsachse des Tunnels gleichzeitig mit den Bewegungen in Querrichtung ebenfalls Bewegungen aus Berg­ bau (Zerrungen und Pressungen) aufnehmen muß. Dies wird wie beim gesamten Tunnelbauwerk durch die wellenförmige Ausbil­ dung der Stahlkonstruktion erreicht. Da sich die einzelne Tunnelwelle gegenüber dem Schacht in Längsrichtung geringfü­ gig bewegen kann - grundsätzlich kann hier auch von einem Be­ wegungsruhepunkt ausgegangen werden -, sind die vorgenannten elastischen Lager längsverschieblich auszubilden, beispiels­ weise mit Hilfe einer Teflon-Unterlage. Mit Rücksicht darauf, daß sich die gegen den Schacht abstützenden, aufgetrennten Tunnelrahmen besonders dann, wenn sie auch Vertikalkräfte ab­ geben, unter der äußeren Auflast anders durchbiegen als die benachbarten nicht vom Schachtbauwerk beeinflußten Tunnel­ rahmen, ist hier die Konstruktion so ausgebildet, daß paral­ lel zur Rahmenebene stählerne Profile angeordnet und mit dem unmittelbar benachbarten freitragenden Rahmen wasserdicht verschweißt werden. Diese Wellenprofile, die sich gegen eine besondere Abstützungskonstruktion anlehnen können, bilden zu­ sammen mit den vorgenannten senkrecht angeordneten Wellenpro­ filen einen wasserdicht verschweißten Rahmen um das ganze Schachtbauwerk.

Der besondere wirtschaftliche Vorteil dieser Erfindung ist darin zu sehen, daß bei den bisher bereits gebauten U-Bahn-Stationen nachträglich Aufzüge für Rollstuhlfahrer einzurichten sind, hier allerdings mangels einer technischen Lösung diese Aufzugsschächte in den bereits vorhandenen Stahlbetontreppenhäusern nachträglich eingebaut werden müßten. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand, da damit die Gesamtkonstruktion dieser Treppenhäuser mit Frei- und Rolltreppenanlagen grundlegend umzuplanen und umzubauen sind. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Führung des Auf­ zuges für Rollstuhlfahrer unmittelbar bis zur Geländeober­ kante, während bei den vorhandenen Treppenhäusern die Frei- und Rolltreppen in einer zusätzlichen Fußgängerebene un­ mittelbar unter der Geländeoberfläche enden. Da die zur Ge­ ländeoberfläche führenden Ausgänge der Fußgängerebene seit­ lich angeordnet sind, würde bei einer solchen Ausbildung ein zusätzlicher Aufzug für Rollstuhlfahrer bis zur Geländeober­ fläche benötigt.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung kann der Schacht als selbständiges Bauwerk errichtet und über eine ringförmige Ab­ deckung gegenüber den senkrechten Wellenprofilstücken abge­ dichtet sein. Bei einem als Lüftungshaube ausgebildeten Schacht ist es alternativ möglich, diesen durch eine ringför­ mige Stahlkonstruktion zu tragen, an der sich die Wellenpro­ filstücke über die elastischen Lager abstützen.

Die Erfindung schafft somit eine technische Lösung, derartige Schächte sowohl bei bereits fertiggestellten Tunnelröhren als auch bei neu zu erstellenden Tunnelröhren in wirtschaftlicher und technisch einwandfreier Weise durch die Tunneldecke durchzuführen.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfin­ dungsgemäßen Tunnels mit einem im Deckenbereich durchge­ führten Schacht dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines gattungsgemäßen Tunnels im Einbauzustand,

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt gemäß der Schnittlinie II-II durch die Tunnelwand,

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt gemäß der Schnittlinie III-III durch die Tunneldecke,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Tunnel ge­ mäß Fig. 1 nach dem Einbau eines Aufzugs- oder Lüftungsschachtes im Bereich einer U-Bahn-Sta­ tion,

Fig. 5 einen waagerechten Schnitt und eine Draufsicht auf den Tunnel gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen senkrechten Teilschnitt gemäß der Schnitt­ linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen um 90° verdrehten Teilschnitt gemäß der Schnittlinie VII-VII in Fig. 5 und

Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch eine zweite Aus­ führungsform, bei der der aus dem Tunnel heraus­ geführte Schacht als Lüftungshaube ausgebildet ist.

Die schematische Darstellung in Fig. 1 zeigt einen aus Tunnel­ rahmen 1 aus Stahlelementen hergestellten Straßentunnel. Beim Ausführungsbeispiel bestehen die Stahlelemente in den Seiten­ wänden aus Spundbohlen 2 , im Bereich der korbbogenartigen Decke aus Wellenprofilen 3 und im Bereich der Ecken aus wellenförmigen Übergangsstücken 4 aus Stahlguß. Die gesamte Konstruktion ist wasserdicht verschweißt. Im Regelfall werden derartige Tunnelrahmen 1 in offener Baugrube hergestellt. Nach der Montage der Tunnelrahmen 1 wird die Baugrube wieder mit geeignetem Material verfüllt. Die Böschungskanten 5 der offenen Baugrube sind gestrichelt dargestellt. Außerdem läßt die Darstellung die Geländeroberfläche 6 und die Tunnelsohle 7 erkennen.

Die Schnitte gemäß den Fig. 2 und 3 zeigen den Querschnitt der Seitenwand und der Decke. In beiden Fällen ergibt sich ein wellenförmiges Profil, das trotz der wasserdichten Ver­ schweißung in der Lage ist, Bewegungen aus dem Bergbau in Form von Zerrungen und Pressungen durch Verformung aufzu­ nehmen.

In dem senkrechten Schnitt gemäß Fig. 4 ist ein Tunnel gemäß Fig. 1 gezeigt, durch dessen Deckenbereich ein Aufzugsschacht 8 hindurchgeführt ist, der beim Ausführungsbeispiel mittig auf einem Mittelbahnsteig einer U-Bahn-Station angeordnet ist. Die Wellenprofile 3 im Deckenbereich der Tunnelrahmen 1 sind aufgetrennt und die Trennstellen mit zusätzlichen Krümmern 9 versehen, die durch weitere senkrechte Wellenpro­ filstücke 10 bis zu einer oberhalb des Grundwasserstandes GW liegenden Höhe verlängert sind. Oberhalb dieser Wellenprofil­ stücke 10 ist ein Abdichtungskragen 11 angeordnet, der eine dichte Verbindung zum eigentlichen Schachtbauwerk herstellt.

In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 ist dargestellt, wie die zusätzlich angeordneten senkrechten Wellenprofilstücke 10 den Aufzugsschacht 8 allseitig umgeben. Es ist weiterhin er­ kennbar, daß sich die Wellenprofilstücke 10 in der Rahmen­ ebene unmittelbar über elastische Lager 12 gegenüber dem Auf­ zugsschacht 8 abstützen, während sich die parallel zur Rahmenebene angeordneten Wellenprofilstücke 10 über eine Stützkonstruktion 15 gegen den Aufzugsschacht 8 lehnen kön­ nen. Bei der konstruktiven Ausbildung ist besonders darauf zu achten, daß die Durchbiegungen der aufgetrennten Tunnelrahmen 1 mit den Durchbiegungen der nicht aufgetrennten Rahmen 1 kollidieren können. Die unterschiedlichen Durchbiegungen können primär durch die stark elastische Ausbildung der rings um den Aufzugsschacht 8 angeordneten, senkrechten Wellenpro­ filstücke 10 aufgefangen werden. Es ist jedoch auch möglich, in den Ecken jeweils zwischen den senkrechten bzw. parallel zur Rahmenebene angeordneten Wellenprofilstücken 10 eine Übergangskonstruktion mit hochelastischen Kunstkautschukbän­ dern anzuordnen. Diese Kunstkautschukbänder können in geeig­ neten Stahlkklemmkonstruktionen wasserdicht mit der gesamten Stahlauskleidung verbunden werden.

Die Fig. 6 zeigt in vergrößerter Darstellung die Anordnung der Lager. Zur Aufnahme der Horizontalkräfte und ggf. zur Auf­ nahme eines zusätzlichen Biegemomentes sind hier die ela­ stischen, längsverschieblichen Lager 12 in zwei Ebenen ange­ ordnet. Der Aufzugsschacht 8 ist für die hierüber zu übertra­ genden Kräfte zu bemessen, da das Schachtbauwerk diese Kräfte zur gegenüberliegenden Seite weiterleiten muß. Mit Rücksicht auf die freie Verformbarkeit der Stahlrahmenkonstruktion werden die Lager 12 beispielsweise als elastische Neoprene­ lager ausgebildet. Im Regelfall weisen diese Lager 12 auch in begrenztem Umfang eine Längsverschieblichkeit auf, da das Gummipaket sich infolge der Horizontalbewegung verformen kann. Sollte diese Längsverformung nicht ausreichend sein, kann zusätzlich - wie beim Brückenbau häufig üblich - eine Teflongleitschicht eingebaut werden. Für die weiteren Lager 14, die senkrechte Kräfte über eine entsprechende Konsole in den Aufzugsschacht 8 einleiten, gelten grundsätzlich die gleichen Überlegungen.

In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 7 sind die parallel zur Rahmenebene angeordneten senkrechten Wellenprofilstücke 10 dargestellt, die wasserdicht mit dem am Aufzugsschacht 8 vor­ beiführenden Rahmen verschweißt sind. Mit Rücksicht auf den Erd- und Wasserdruck, der auf das senkrechte Profil einwirkt, werden diese gegen eine zusätzliche Stützkonstruktion 13 an­ gelehnt, die am Aufzugsschacht 8 befestigt ist. Die bei dieser Ausführungsform dargestellten senkrechten Wellenpro­ filstücke 10 sind bewußt in der Wellenhöhe wesentlich ge­ ringer als die anderen senkrechten Wellenprofilstücke 10 aus­ gebildet. Damit soll einerseits das Tragverhalten des seit­ lich am Aufzugsschacht 8 vorbeiführenden Nachbarrahmens möglichst wenig beeinflußt werden; zum anderen sollen diese Profile wegen der vorgenannten Erd- und Wasserdrücke eine möglichst weiche Konstruktion darstellen, um die Horizontal­ bewegungen aus dem Bergbau in Tunnellängsrichtung gut auf­ fangen zu können.

Selbstverständlich ist es auch möglich, zur eindeutigen kon­ struktiven Trennung zwischen den am Aufzugsschacht 8 vorbei­ führenden Rahmen und den senkrechten Wellenprofilstücken 10 - ähnlich wie bereits zu Fig. 5 beschrieben - eine Übergangskon­ struktion mit hochelastischen Kunstkautschukbändern anzu­ ordnen. Diese Kunstkautschukbänder können in geeigneten Stahlklemmkonstruktionen wasserdicht mit der gesamten Stahl­ auskleidung verbunden werden. Die hier beispielhaft genannte Übergangskonstruktion mit den Kunstkautschukbändern kann selbstverständlich mit der in Fig. 5 beschriebenen Übergangs­ konstruktion eine konstruktive Einheit bilden. Anstelle dieser Übergangskonstruktion aus hochelastischen Kunstkaut­ schukbändern kann an beiden Anwendungsstellen beispielsweise auch eine Übergangskonstruktion aus einem bewußt weich einge­ stellten Stahlblech zwischengeschaltet werden. Dieses Stahl­ blech wird in diesem Fall mit der vorhandenen Stahlkonstruk­ tion wasserdicht verschweißt. Die Gesamtkonstruktion wird durch den bereits erwähnten Abdichtungskragen 11 geschützt.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit für den aus dem Deckenbereich des Tunnels herausgeführten Schacht darge­ stellt. Dieser ist in Fig. 8 als Lüftungshaube 15 ausgeführt. Bekanntlich müssen Straßentunnel wegen der hier anfallenden giftigen Abgase belüftet werden. Um Bewegungen aus dem Berg­ bau in Form von Zerrungen und Pressungen auch bei dieser Aus­ führungsform aufnehmen zu können, ist im Bereich der senk­ rechten Wellenprofilstücke 10 oberhalb der Decke des Tunnels eine rahmenseitige Stahlkonstruktion 16 angeordnet, an der sich die Wellenprofilstücke 10 über die elastischen Lager 12, 13 abstützen.

Die voranstehend beschriebenen Durchführungen eines Schachtes durch den Deckenbereich des Tunnels lassen sich nicht nur beim Neubau von Tunneln, sondern auch nachträglich bei vor­ handenen Tunneln ausführen.

• Bezugsziffernliste 1  Tunnelrahmen
  2  Spundbohle
  3  Wellenprofil
  4  Übergangsstück
  5  Böschungskante
  6  Geländeoberfläche
  7  Tunnelsohle
  8  Aufzugsschacht
  9  Krümmer
  10  Wellenprofilstück
  11  Abdichtungskragen
  12  elastisches Lager
  13  Stützkonstruktion
  14  Lager
  15  Lüftungshaube
  16  Stahlkonstruktion
  GW  Grundwasserstand

Claims (3)

1. Tunnel aus Stahlelementen für in offener Baugrube er­ stellte Straßen-, U-Bahn- und sonstige Verkehrstunnel, insbesondere für Bergsenkungsgebiete, wobei jeder Tunnel­ rahmen aus durch gekrümmte Übergangsstücke miteinander verbundenen Wellenprofilen, an der Seite beispielsweise in Form von Spundbohlen, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenprofile (3) im Deckenbereich zur Durch­ führung eines Schachtes (8, 15), vorzugsweise eines Auf­ zugs- oder Lüftungsschachtes, aufgetrennt, an den Trenn­ stellen mit zusätzlichen Krümmern (9) versehen und durch senkrechte Wellenprofilstücke (10) bis zu einer oberhalb des Grundwasserstandes (GW) liegenden Höhe verlängert sind und daß die Rahmenschnittkräfte aus Erd- und Grundwasser­ druck sowie Bergsenkungsbeanspruchung aufnehmende ela­ stische Lager (12, 14) vorgesehen sind, die in Tunnellängs­ richtung derart verschieblich am Schacht (8, 15) abgestützt sind, daß die geforderte Verformbarkeit der Gesamtkon­ struktion bei Bergsenkungen in Längs- und Querrichtung des Tunnels nicht beeinträchtigt ist.

2. Tunnel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (8) als selbständiges Bauwerk errichtet ist und über eine ringförmige Abdeckung (11) gegenüber den senk­ rechten Wellenprofilstücken (10) abgedichtet ist.

3. Tunnel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Lüftungshaube (15) ausgebildete Schacht durch eine ringförmige Stahlkonstruktion (16) getragen wird, an der sich die Wellenprofilstücke (10) über die elastischen Lager (12, 14) abstützen.