DE3644532A1 - Verfahren zur herstellung einer tunnelauskleidung aus auskleidungsbeton und vorrichtung fuer die durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer tunnelauskleidung aus auskleidungsbeton und vorrichtung fuer die durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Her
stellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton im Zuge des
Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. Schildvor
triebsmaschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelaus
kleidungsringraum 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 zumindest eine Betonförderleitung
einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungsbeton in
den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tun
nelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärm
ten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend,
umgesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Vor
richtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Bei der Tunnel
schalung kann es sich um eine solche handeln, die aus einzelnen
Elementen zusammengesetzt ist, die demontiert und umgesetzt werden
können. Es kann sich jedoch auch um eine Gleitschalung handeln, die
schrittweise oder mehr oder weniger kontinuierlich dem fortschreiten
den Tunnelvortrieb folgend nachgezogen und in diesem Sinne umgesetzt
wird.
Bei den bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE-OS 35 08 966) wer
den in den in den Tunnelauskleidungsringraum eingepumpten Ausklei
dungsbeton von der Tunnelschalung her während einer vorgegebenen
Einwirkzeit elektromagnetische Wellen eingeleitet. Der Auskleidungs
beton erfährt auf diese Weise gleichsam eine dielektrische Erwärmung.
Um dieses durchzuführen, sind in Schalungselemente der Tunnelscha
lung induktive Sendeantennen für elektromagnetische Wellen in Form
von Abstrahlungsspulen oder kapazitive Abstrahlungselemente einge
baut. Die bekannten Maßnahmen haben sich bewährt. Die Zeitspanne
bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit des eingebrachten
Auskleidungsbetons läßt sich beachtlich reduzieren. Die Tunnelschalung
kann daher sehr frühzeitig, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb fol
gend, umgesetzt werden. Anders ausgedrückt kann die Länge der
Tunnelschalung beachtlich reduziert werden. Im Rahmen der bekannten
Maßnahmen ist der apparative Aufwand jedoch beachtlich, weil die
Tunnelschalung mit besonderen, in der beschriebenen Weise eingerich
teten Schalungselementen ausgerüstet werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfah
ren so zu führen, daß eine besondere Tunnelschalung, mit Schalungs
elementen, die induktive Sendeantennen oder kapazitive Abstrahlungs
elemente aufweisen, nicht mehr erforderlich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß mit einem Aus
kleidungsbeton gearbeitet wird, der bei einer Temperatur von etwa
20°C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, jedoch nach Er
wärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C nach
10 bis 30 Minuten, vorzugsweise schon nach etwa 10 Minuten, nicht
mehr verarbeitbar ist, und daß der fließende Auskleidungsbeton im
Bereich der Stirnschalung in der Betonförderleitung durch unmittel
bares Einleiten von elektrischer Energie auf die Temperatur im Bereich
zwischen 40 bis 70°C erwärmt wird. Es versteht sich, daß der Beton
etwa 10 Minuten lang verarbeitbar ist. Durch das unmittelbare Einlei
ten der elektrischen Energie wird erreicht, daß in allen Volumenele
menten des fließenden Auskleidungsbetons Wärme erzeugt wird und der
Auskleidungsbeton gleichsam durch und durch ohne störenden Tempera
turgradienten (wie er bei einer Erwärmung durch Wärmeleitung auf
tritt) erwärmt wird. Vorzugsweise wird mit einem Auskleidungsbeton
gearbeitet, der nach Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 50°C
nach etwa 15 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist. Die Einleitung der
elektrischen Energie kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene
Weise erfolgen. Insbesondere kann auch im Rahmen der Erfindung der
Auskleidungsbeton durch Einleiten von elektromagnetischen Wellen er
wärmt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist
jedoch dadurch gekennzeichnet, daß der Auskleidungsbeton zwischen
Elektroden erwärmt wird. Diese Ausführungsform ist von besonderer
Bedeutung. Ohne Schwierigkeiten kann mit einem Auskleidungsbeton
gearbeitet werden, der neben den üblichen Bestandteilen (wie Zement,
Sand, Kies und Betonzusatzmittel, wie Verflüssiger und Verzögerer)
einen Zusatz von Stahlfasern aufweist. Im übrigen kann mit einem
Auskleidungsbeton stets auch Füllstoffe beigemischt werden. Die Ein
leitung der elektrischen Energie erfolgt zweckmäßigerweise in unmittel
barer Nachbarschaft der Stirnschalung. Es kann aber auch ein Ab
stand von einigen Metern verwirklicht werden. Insoweit kann sich
das Einleiten der elektrischen Energie im Bereich der Stirnschalung
nach den betrieblichen Verhältnissen richten.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Beton, der wie an
gegeben eingestellt ist, überraschenderweise in dem Tunnelausklei
dungsringraum in kurzer Zeit so weit erhärtet, daß die Schalung um
gesetzt werden kann, obgleich in den Tunnelschalungsringraum elektri
sche Energie nicht mehr eingeleitet, eine weitere Erwärmung also nicht
mehr vorgenommen wird. Es versteht sich, daß nach einer gewissen
Zeit die reaktionsbedingte Hydratationswärme frei wird. Die fühlbare
Wärme des in den Tunnelauskleidungsringraum eintretenden Aus
kleidungsbetons reicht zusammen mit der Hydratationswärme für die
beschleunigte Ansteifung und Erhärtung aus. Andererseits treten auch
keine Probleme auf, wenn der normale Betriebsablauf beim Tunnelvor
trieb aus irgendwelchen Gründen gestört wird und der Tunnelvortrieb
für eine Zeitspanne von etwa zwei Stunden oder weniger stockt. In
diesem Fall bleibt der Auskleidungsbeton in der Betonförderleitung
ausreichend fließfähig, um bei Wiederaufnahme des Betriebes durch
Einpumpen von weiterem Auskleidungsbeton weitergefördert zu werden.
Es versteht sich, daß bei einer solchen Störung die Einleitung der
elektrischen Energie unverzüglich unterbrochen wird. Dann findet
auch im Bereich dieser Einleitungsstelle ein störendes Erhärten des
Auskleidungsbetons nicht statt. Im Ergebnis kann bei Verwirklichung
des erfindungsgemäßen Verfahrens die Tunnelschalung sehr frühzeitig
umgesetzt werden und folglich kann mit verhältnismäßig kurzer
Tunnelschalung gearbeitet werden. Von besonderem Vorteil ist die Tat
sache, daß mit sehr einfachen Vorrichtungen für die Durchführung des
Verfahrens gearbeitet werden kann.
Eine solche Vorrichtung ist in ihrem grundsätzlichen Aufbau gekenn
zeichnet durch zumindest einen Rohrschuß in der Betonförderleitung,
der als Einrichtung für die Einleitung von elektrischer Energie in
den Auskleidungsbeton eingerichtet ist. Der Rohrschuß besteht nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung aus einem elektrisch nicht
leitenden Werkstoff, der rohrinnenseitig, z. B. einander gegenüberlie
gende, Elektroden mit außen liegenden Anschlußeinrichtungen für elek
trische Kabel aufweist, die ihrerseits über einen Transformator an das
Netzt oder an einen Generator angeschlossen sind. Es kann sich um
üblichen Wechselstrom handeln. Eine andere Ausführungsform ist da
durch gekennzeichnet, daß der Rohrschuß aus einen elektrisch nicht
leitenden Werkstoff besteht und zumindest eine induktive oder kapa
zitive Antenne aufweist, die mit einem zugeordneten Sender verbunden
ist. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung übliche Anpassun
gen und Abstimmungen durchgeführt werden müssen. Abzustimmen ist
die elektrische Energie, die pro Zeiteinheit in den Auskleidungsbeton
eingeführt wird, auf den Mengenstrom. Dazu lehrt die Erfindung, daß
die Einrichtung zur Einleitung der elektrischen Energie in den Aus
kleidungsbeton eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die
die Zufuhr an elektrischer Energie nach Maßgabe des Volumenstromes
sowie der Anfangstemperatur und der vorgegebenen Endtemperatur.
Entsprechend kann auch mit Rohrschüssen unterschiedlicher Länge ge
arbeitet 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 Verfahren
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,
Fig. 4 entsprechend der Fig. 3 die Anordnung für eine andere Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens
des erfindungsgemäße eingesetzten Auskleidungsbetons.
In der Fig. 1 erkennt man links das Ende 1 einer nicht gezeichneten
Tunnelvortriebsmaschine sowie nach rechts anschließend eine Stirn
schalung 2 mit der weiter anschließenden Tunnelschalung aus einer
Mehrzahl von Tunnelschalungselementen 3. Es kann sich auch um eine
Gleitschalung handeln. Man erkennt ferner in dem umgebenden Gebirge
4 die Tunnelröhre 5. - Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in
der Fig. 1 nur die Längsschnitte, nicht aber die Projektionen der ge
nannten Bauteile und Aggregate auf die Zeichenebene dargestellt.
In den Tunnelauskleidungsringraum 6 zwischen Tunnelschalung aus den
Tunnelschalungselementen 3 und Gebirge 4 wird Auskleidungsbeton ein
gepumpt. Dazu dient die oben in Fig. 1 dargestellte Zuführleitung 7.
Man erkennt in der Zuführleitung 7 einen besonderen Zuführleitungs
abschnitt 8. Es handelt sich um einen besonderen Rohrschuß, der so
eingerichtet ist, daß in seinem Bereich der Auskleidungsbeton in der
Zuführleitung 7 durch Zuführung von elektrischer Energie erwärmt
werden kann. Dazu wird in den Volumenelementen des Betons Wärme
erzeugt und der Auskleidungsbeton 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 Auskleidungsbetons in den
Tunnelauskleidungsringraum 6. Es versteht sich, daß Armaturen und
Meßeinrichtungen in die Zuführleitung 7, 8 sowie zwischen 8 und der
Stirnschalung 2 angeordnet sein können.
In den Fig. 2 und 3 erkennt man eine elektrolytische Erwärmungsein
richtung 9 mit einem nichtleitenden Rohrabschnitt 8 als Zuführlei
tungsabschnitt der Zuführleitung 7 und darin eingebauten, an der
Rohrabschnittsinnenwand 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 wären drei Elektroden vor
gesehen und 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 leistungs
regelbaren Sender angeschlossen sind, der etwa dort angeordnet ist,
wo sich in der Fig. 1 der Transformator befindet. Auch hier besteht
der Rohrabschnitt 8 aus nichtleitendem Werkstoff, die Sendeantennen
16, 17 sind außen aufgesetzt.
Aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 entnimmt man, wie im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Auskleidungsbeton beim
Anmachen eingestellt wird und sich verhält. Auf der Abszissenachse
ist die Zeit in Minuten aufgetragen, auf der Ordinatenachse das Aus
breitmaß nach DIN in cm. Bekanntlich wird die Konsistenz eines
Frischbetons, d. h. wie weich der Beton ist und wie sich diese Weich
heit mit der Zeit verändert, meßtechnisch mit dem Ausbreitmaß erfaßt.
Dabei läßt man einen Betonkonus auf einem Schocktisch auseinander
fließen. Der Durchmesser des auseinandergeflossenen Betons ist das
Ausbreitmaß. Wenn der Beton nicht mehr auseinanderfließt, befindet er
sich in dem Übergangsstadium zwischen "Ende der Verarbeitbarkeit"
und "Anfang des Ansteifens". Der weitere Übergang vom Ansteifen bis
zum Erhärten geschieht allmählich. Der Beton, mit dem erfindungsge
mäß als Auskleidungsbeton gearbeitet wird, weist in den Bereichen
"Verarbeitbarkeit" und "Erhärten" die angegebenen Besonderheiten auf.
Insoweit kann der Beton nach den herrschenden Lehren der Betontech
nologie eingestellt werden. Diese Einstellung hat überraschenderweise
zur Folge, daß in den ersten Minuten bis zur Zeitspanne von etwa 10
bis 30 Minuten ein störendes Ansteifen auch nach der Einleitung der
elektrischen Energie bis zu Einstellung der vorgegebenen Temperatur
nicht eintritt. Bei einer Temperatur von 20°C ergibt sich die Kurve,
die in der Fig. 5 mit dem entsprechenden Parameter versehen ist, bei
z. B. 50°C die demgegenüber wesentlich steilere Kurve. Das bedeutet,
daß bei 50°C die Auskleidungsbetonmischung wesentlich schneller an
steift. Die Betonerhärtung läuft im Tunnelauskleidungsringraum be
schleunigt ab. Während bei 20°C die Festigkeit auch noch nach zwei
bis vier Stunden im Bereich zwischen dem Verarbeitungsende und dem
Beginn der Festigkeitsbildung bleibt, stellt sich im Rahmen des er
findungsgemäßen Verfahrens schon nach zwei Stunden eine Festigkeit
von 5 N/mm2 und nach vier Stunden eine solche von über 20 N/mm2
ein.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Ausklei
dungsbeton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsma
schine, z. B. Schildvortriebsmaschine,
wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelauskleidungs ringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abge schlossen ist,
wobei in den Tunnelauskleidungsringraum zumindest eine Betonförder leitung einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungs beton in den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tunnelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärmten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb fol gend, umgesetzt wird, dadurch gekennzeich net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird,
der sowohl bei einer Temperatur von etwa 20°C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, als auch nach Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C nach 10 bis 30 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist,
und daß der fließende Auskleidungsbeton im Bereich der Stirnschalung in der Betonförderleitung durch unmittelbares Einleiten von elektri scher Energie auf die Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C erwärmt wird.
wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelauskleidungs ringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abge schlossen ist,
wobei in den Tunnelauskleidungsringraum zumindest eine Betonförder leitung einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungs beton in den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tunnelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärmten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb fol gend, umgesetzt wird, dadurch gekennzeich net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird,
der sowohl bei einer Temperatur von etwa 20°C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, als auch nach Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C nach 10 bis 30 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist,
und daß der fließende Auskleidungsbeton im Bereich der Stirnschalung in der Betonförderleitung durch unmittelbares Einleiten von elektri scher Energie auf die Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem
Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der nach Erwärmung auf eine Tem
peratur von etwa 50°C nach etwa 15 Minuten nicht mehr verarbeit
bar ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Auskleidungsbeton durch Einleiten von elektromagne
tischen Wellen erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Auskleidungsbeton zwischen Elektroden erwärmt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der neben den
üblichen Bestandteilen (Zement, Sand, Kies und Betonzusatzmittel, wie
Verflüssiger, Verzögerer) einen Zusatz an Stahlfasern aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der zusätz
lich Füllstoffe, wie Steinmehle, Flugasche, Silicapulver aufweist.
7. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zu
mindest einen Rohrschuß in der Betonförderleitung, der als Einrich
tung für die Einleitung von elektrischer Energie in den Auskleidungs
beton eingerichtet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrschuß aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht und
rohrinnenseitig Elektroden mit Anschlußeinrichtung für elektrische
Kabel aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrschuß aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht und
zumindest eine induktive oder kapazitive Antenne aufweist, die mit
einem Sender verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einrichtung zur Einleitung der elektrischen Energie
in den Auskleidungsbeton eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf
weist, die die Zufuhr an elektrischer Energie nach Maßgabe des
Volumenstromes sowie der Anfangstemperatur und der vorgegebenen
Endtemperatur steuert.
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