DE3622203A1 - Verfahren zur herstellung einer tunnelauskleidung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Her­ stellung einer Tunnelauskleidung aus Beton im Zuge des Tunnelvor­ triebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. einer Schildvortriebs­ maschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung aus Tunnelschalungs­ elementen ein Tunnelauskleidungsringraum eingerichtet wird, der vor­ triebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist, wobei durch zumindest eine Zuführleitung über die Stirnschalung in den Tunnelauskleidungsringraum fließfähiger Beton eingepumpt wird, der erwärmt wird und in dem Tunnelausklei­ dungsringraum erhärtet, wobei fernerhin die Tunnelschalungselemente nach Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Festigkeit, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend, umgesetzt werden. Die Erfin­ dung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Ausreichende Festigkeit des Betons be­ zeichnet eine solche, bei der der Beton die Gebirgskräfte bereits so­ weit aufnehmen kann, daß die Tunnelauskleidung schalungsfrei steht. Diese Festigkeit ist von der Zusammensetzung des Betons abhängig. Erst nach Erhärtung des Betons bis zu einer ausreichenden Festigkeit kann die Tunnelschalung umgesetzt werden. Diese Erhärtung nimmt, wenn nicht besondere, weiter unten erläuterte Maßnahmen durchge­ führt werden, auch bei Verwendung von beschleunigenden Zusätzen, viele Stunden in Anspruch. Im allgemeinen wächst die Erhärtung von dem rückwärtigen Ende des Tunnelauskleidungsringraumes aus in den später eingepumpten Beton hinein und wird die aus Tunnelschalungs­ elementen aufgebaute Tunnelschalung elementenweise, vom rückwärtigen Ende her, umgesetzt. Andererseits muß die Tunnelschalung dem fort­ schreitenden 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.

Das gattungsgemäße Verfahren geht aus von der Erfahrung, daß Be­ ton durch eine Erwärmung schneller zur Erhärtung gebracht werden kann. Im Rahmen der insoweit beim Tunnelvortrieb bekannten Maß­ nahmen (DE-OS 27 03 536, PatG § 3 (1)), wird lediglich die Tunnel­ schalung bereichsweise erwärmt, so daß die Wärme durch Wärmeleitung in den Beton eindringen muß, was langsam erfolgt. Auch erfolgt in einem solchen Fall die Erhärtung von der Tunnelschalung ausgehend nach innen in den Beton hinein, was als nachteilig anzusehen ist.

Bei dem gattungsgemäßen Verfahren (DE-OS 35 08 966, PatG § 3(2)) wird der Beton durch die Einwirkung elektromagnetischer Wellen di­ elektrisch und damit auch im Innern erwärmt. Das erfolgt dadurch, 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, wobei die Einwirkzeit der elektromagnetischen Wellen in dem Beton zumindest bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit aufrechterhalten wird und danach die Tunnelschalung umgesetzt wird. Die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen ist so eingerichtet, daß der eingepumpte Beton über seine gesamte Schichtdicke dielektrisch er­ wärmt wird. Es versteht sich, daß bei der Bemessung der dielek­ trischen Erwärmung auch die ohnehin freiwerdende Hydratationswärme zu berücksichtigen ist, um Überhitzungen zu vermeiden. Überraschen­ derweise verhält sich der Beton ausreichend als Dielektrikum, um auf diese Weise gleichsam durch und durch erwärmt zu werden. Diese be­ kannten Maßnahmen haben sich bewährt. Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung dieses Verfahrens die bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit erforderliche Zeit beachtlich, z. B. auf die Hälfte und mehr, reduziert werden kann. Das erlaubt eine entsprechende Reduzierung der Länge der Tunnelschalung und er­ leichtert folglich in beachtlichem Maße die beim Tunnelvortrieb erfor­ derlichen Maßnahmen zum Nachführen der Tunnelschalung. Die Ein­ leitung der elektromagnetischen Wellen in den Tunnelauskleidungsring­ raum ist jedoch aufwendig und verlangt eine besondere Ausrüstung von Schalungselementen mit induktiven und/oder kapazitiven Sendean­ tennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Ver­ fahren so zu führen, daß die Erwärmung des Betons nicht im Scha­ lungsringraum erfolgen muß. Der Erfindung liegt fernerhin die Auf­ gabe zugrunde, Vorrichtungen anzugeben, die einfach und zur Durch­ führung des Verfahrens besonders geeignet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in der Zuführlei­ tung in den Volumenelementen des Betons Wärme erzeugt und der Beton dadurch vor Eintritt in den Tunnelauskleidungsringraum durch und durch auf eine Temperatur von 40 bis 70°C erwärmt wird. Vorzugs­ weise wird der Beton auf eine Temperatur von 50 bis 60°C erwärmt, und zwar möglichst unmittelbar vor Eintritt in den Tunnelausklei­ dungsringraum. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die eingangs beschriebenen Vorteile einer Erwärmung des Betons im Zuge der Herstellung einer Tunnelauskleidung auch dann erreicht werden, wenn die Erwärmung in einem besonderen Abschnitt der Zuführleitung erfolgt, wobei allerdings sichergestellt werden muß, daß der Beton durch und durch und nicht durch Wärmeleitung von außen erwärmt wird.

In einem Abschnitt der Zuführleitung läßt sich der Beton auf verschie­ dene Weise durch und durch erwärmen. Eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung, die sich durch Einfachheit und Funktionssicher­ heit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Beton elektroly­ tisch erwärmt wird. Bei einer elektrolytischen Erwärmung wird be­ kanntlich mit Hilfe von Elektroden ein Stromfluß durch das zu erwär­ mende Gut geschickt, welches sich durch und durch erwärmt, weil in jedem Volumenelement Wärme erzeugt wird. Beton ist elektrolytisch leit­ fähig. Im Rahmen der Erfindung ist es also nicht mehr unbedingt er­ forderlich, mit einer dielektrischen Erwärmung zu arbeiten, wie es bei einer Erwärmung des Betons im Tunnelschalungsringsraum, wie ein­ leitend dargelegt, eingerichtet worden ist. Auch im Rahmen der Erfin­ dung kann jedoch in einem Abschnitt der Zuführleitung mit dielek­ trischer Erwärmung gearbeitet werden. Sowohl die elektrolytische Er­ wärmung von Beton als auch die dielektrische Erwärmung von Beton sind in anderem Zusammenhang an sich bekannt, beispielsweise um in einem Kübel Beton vor der Verarbeitung vorzuwärmen.

Gegenstand der Erfindung sind auch Vorrichtungen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Eine Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine elektrolytische Erwärmungseinrichtung mit einem nichtlei­ tenden Rohrabschnitt der Zuführleitung und darin eingebauten, an der Rohrabschnittsinnenwand anliegenden, den Phasen eines technischen Wechselstromes zugeordneten Elektroden, wobei die Elektroden an die entsprechenden Phasen eines leistungsregelbaren Transformators ange­ schlossen sind. Dabei wird zweckmäßigerweise die Netzspannung herun­ tertransformiert. In der Ausführungsform für Zweiphasen-Wechselstrom sind die Elektroden in dem Rohrabschnitt einander gegenüberliegend angeordnet. In der Ausführungsform für Dreiphasen-Wechselstrom sind die Elektroden um 120° versetzt über den Umfang des Rohrabschnittes verteilt in diesem angeordnet. Eine andere Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine dielektrische Erwärmungseinrichtung mit einem Rohrabschnitt, der induktive und/oder kapazitive Sendeantennen aufweist, die an einen leistungs­ regelbaren Sender angeschlossen sind. Auch hier kann der Rohrab­ schnitt aus nichtleitendem Werkstoff bestehen, auf den die Sendeanten­ nen außen aufgesetzt sind.

Die Erwärmung, die der Beton im Rahmen der erfindungsgemäßen Maß­ nahmen in der Zuführleitung erfährt, hängt von den entsprechenden physikalischen Parametern ab, nämlich einerseits der Leitfähigkeit des Betons, andererseits der Einwirkzeit der elektrischen Energie und endlich die Leistung, die in den zu erwärmenden Beton eingebracht wird. Da üblicherweise beim Herstellen einer derartigen Tunnelausklei­ dung der Beton in der Zuführleitung bewegt wird, ist auch der Men­ genstrom zu berücksichtigen. Im Ergebnis führen die üblichen Aus­ legungskriterien zu Rohrabschnitten einer bestimmten Länge, die z. B. im Bereich von etwa einem Meter liegt. Folglich läßt sich das er­ findungsgemäße Verfahren ohne Schwierigkeiten im Zuge der Herstel­ lung einer Tunnelauskleidung unter Tage verwirklichen, zumal der er­ forderliche Transformator bzw. der erforderliche Sender nicht in störendem Maße Platz benötigen.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, einen Beton mit durch Zusatzstoffe beeinflußter Abbindegeschwindigkeit der Erwärmung zu unterwerfen. Dadurch läßt sich insbesondere erreichen, daß der Beton nicht zu früh, z. B. schon in der Zuführleitung, in störendem Maße erhärtet. Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens die bis zum Erreichen einer ausrei­ chenden Frühfestigkeit erforderliche Zeit beachtlich, z. B. auf die Hälfte oder mehr reduziert werden kann. Das erlaubt eine entsprechen­ de Reduzierung der Länge der Tunnelschalung und erleichtert folglich in beachtlichem Maße die beim Tunnelvortrieb erforderlichen Maßnah­ men zum Nachführen der Tunnelschalung. Da erfindungsgemäß die Er­ wärmung in der Zuführleitung erfolgt, kann mit üblichen Elementen für die Herstellung der Tunnelschalung gearbeitet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zei­ gen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnel, der für die Herstellung einer Tunnelauskleidung nach dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren eingerichtet ist,

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 in nochmaliger Vergrößerung einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2, ausschnittsweise, und

Fig. 4 entsprechend der Fig. 3 die Anordnung für eine andere Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Fig. 1 erkennt man links die Nachlaufmesser 1 einer nicht ge­ zeichneten Tunnelvortriebsmaschine sowie nach rechts anschließend eine Stirnschalung 2 mit der weiter anschließenden Tunnelschalung aus einer Mehrzahl von Tunnelschalungselementen 3. Man erkennt ferner in dem umgebenden Gebirge 4 die Tunnelröhre 5. - Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in den Fig. 1 nur die Längsschnitte, nicht aber die Projektionen der genannten Bauteile und Aggregate auf die Zeichenebene dargestellt.

In den Tunnelauskleidungsringraum 6 zwischen Tunnelschalung aus den Tunnelschalungselementen 3 und Gebirge 4 wird Beton eingepumpt. Dazu dient die oben in Fig. 1 dargestellte Zuführleitung 7. Man er­ kennt in der Zuführleitung 7 einen besonderen Zuführleitungsabschnitt 8. Dieser Zuführleitungsabschnitt 8 ist so eingerichtet, daß in seinem Bereich der Beton in der Zuführleitung 7 erwärmt werden kann. Dazu wird in den Volumenelementen des Betons Wärme erzeugt und der Beton wird dadurch vor Eintritt in den Tunnelauskleidungsringraum 6 durch und durch erwärmt, und zwar auf eine Temperatur von 40 bis 70°C, vorzugsweise von 50 bis 60°C. Der Zuführleitungsabschnitt 8, in dem die Erwärmung erfolgt, befindet sich praktisch unmittelbar vor dem Eintritt des Betons in den Tunnelauskleidungsringraum 6.

In den Fig. 2 und 3 erkennt man eine elektrolytische Erwärmungsein­ richtung 4 mit einem nichtleitenden Rohrabschnitt 8 als Zuführlei­ tungsabschnitt der Zuführleitung 7 und darin eingebauten, an der Rohrabschnitttsinnenwand 10 anliegenden, den Phasen eines technischen Wechselstromes zugeordneten Elektroden 11, 12. Die Elektroden 11, 12 sind an die entsprechenden Phasen 13, 14 eines leistungsregelbaren Transformators 15 angeschlossen, der in Fig. 1 dargestellt wurde. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ausführungsform für Zweiphasen-Wechsel­ strom. Die Elektroden 11, 12 liegen dazu in dem Rohrabschnitt einan­ der gegenüber. Bei Dreiphasen-Wechselstrom wäre sie um 120° versetzt zueinander angeordnet.

In der Fig. 4 erkennt man die Verhältnisse für eine dielektrische Er­ wärmungseinrichtung 9 mit einem Rohrabschnitt 8, der induktive und/oder kapazitive Sendeantennen 16, 17 aufweist, die an einen leistungsregelbaren Sender angeschlossen sind, der etwa dort angeord­ net ist, wo sich in der Fig. 1 der Transformator befindet. Auch hier besteht der Rohrabschnitt 8 aus nichtleitendem Werkstoff, die Sendean­ tennen 16, 17 sind außen aufgesetzt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Beton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. einer Schildvortriebsmaschine,
wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung aus Tunnelschalungs­ elementen ein Tunnelauskleidungsringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tun­ nelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist,
wobei durch zumindest eine Zuführleitung über die Stirnschalung in den Tunnelauskleidungsringraum fließfähiger Beton eingepumpt wird, der erwärmt wird und in dem Tunnelauskleidungsringraum erhärtet, wobei fernerhin die Tunnelschalungselemente nach Erhärtung des Be­ tons bis zu einer ausreichenden Festigkeit, dem fortschreitenden Tun­ nelvortrieb folgend, umgesetzt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Zuführleitung in den Volumen­ elementen des Betons Wärme erzeugt und der Beton dadurch vor Ein­ tritt in den Tunnelauskleidungsringraum durch und durch auf eine Temperatur von 40 bis 70°C erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton auf eine Temperatur von 50 bis 60°C erwärmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beton unmittelbar vor Eintritt in den Tunnelaus­ kleidungsringraum erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Beton elektrolytisch erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Beton dielektrisch erwärmt wird.

6. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrolyti­ sche Erwärmungseinrichtung (9) mit einem nichtleitenden Rohrab­ schnitt (8) der Zuführleitung (7) und darin eingebauten, an der Rohr­ abschnittsinnenwand (10) anliegenden, den Phasen eines technischen Wechselstromes zugeordneten Elektroden (11, 12), wobei die Elektro­ den (11, 12) an die entsprechenden Phasen (13, 14) eines leistungs­ regelbaren Transformators (15) angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 in der Ausführungsform für Zweipha­ sen-Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 12) in dem Rohrabschnitt (8) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 in der Ausführungsform für Dreipha­ sen-Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden um 120° versetzt über den Umfang des Rohrabschnittes (8) in diesem an­ geordnet sind.

9. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine dielektrische Erwärmungseinrichtung (9) mit einem Rohrabschnitt (8), der induktive und/oder kapazitive Sendeantennen (16, 17) aufweist, die an einen leistungsregelbaren Sender angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (8) aus nichtleitendem Werkstoff besteht und die Sende­ antennen (16, 17) außen aufgesetzt sind.