DE3703580A1

DE3703580A1 - Vortriebsrohr und verfahren zum herstellen eines tunnels im unterirdischen schildvortrieb

Info

Publication number: DE3703580A1
Application number: DE19873703580
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Rammelsberg; Bernd Dipl Ing Heiming
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-18
Anticipated expiration: 2007-02-07
Also published as: DE3703580C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Vortriebsrohr für im unterirdischen Vortrieb hergestellte, insbesondere nicht begehbare Tunnel, bestehend aus einem Muffenrohr, das bis auf ein mantelfreies Einsteckende mit einem außen zylindrischen Betonmantel versehen ist, und ein Vortriebsverfahren.

Bei der geschlossenen Bauweise für die Herstellung nicht begehbarer Tunnel oder Kanäle wird vielfach in zwei Schritten vorgegangen. Zunächst wird unter Verwendung eines Vortriebschildes ein Stahlrohrstrang von einem Anfahrschacht zu einem Zielschacht vorgetrieben. In einem zweiten Arbeitsgang werden dann die endgültigen Produktrohre (Vortriebsrohre) im Anfahrschacht nachgesetzt und vorgeschoben, während gleichzeitig im Zielschacht die Stahlrohre geborgen werden. Bei den Produktrohren (Vortriebsrohren) handelt es sich um Muffenrohre, die mit ihrem Ein steckende jeweils in die Muffe des schon vorgetriebenen Rohres einge steckt und dann zusammen mit dem schon vorgetriebenen Rohrstrang wei ter vorgetrieben werden. Die Muffenrohre besitzen einen durchgehend zylindrischen Betonmantel, dessen Durchmesser dem Durchmesser des im ersten Arbeitsgang vorgeschobenen Stahlrohrstranges entspricht. Der Betonmantel bekannter Vortriebsrohre soll aber nicht nur die unterschied lichen Außendurchmesser der Muffenrohre ausgleichen, sondern auch die zum Vortreiben erforderlichen Axialkräfte übertragen. Deswegen besitzt der Betonmantel eine verhältnismäßig große Wandstärke. Um ein Ausbrechen des Betons an den aufeinanderstoßenden Stirnflächen der Betonmäntel benachbarter Vortriebsrohre zu vermeiden, wird die dem Einsteckende zugeordnete Stirnfläche des Betonmantels des neu einzusetzenden Vor steckrohres mit einem Holzring bestückt, bevor das Einsteckende in die Muffe des schon vorgetriebenen Rohres eingesteckt wird.

Gelegentlich wird auch so vorgegangen, daß der Produktenrohrstrang zu sammen mit dem Vortriebsschild mit Fräs- bzw. Bohrkopf vorgetrieben wird und dieser Rohrstrang im Erdboden verbleibt. Dabei wird ein Ar beitsgang eingespart.

Unterschiedliche Anforderungen an die Nennweite des herzustellenden Tunnels einerseits und an die Abmessungen der jeweiligen Vortriebsein richtungen (Vortriebsschild) andererseits können jedoch dazu führen, daß die Vortriebsrohre mit einem Betonmantel ausgerüstet werden müssen, der die erforderlichen Vortriebskräfte nicht oder nur unzureichend über tragen kann. Dann sind Beschädigungen des Betonmantels und der Rohrver bindungen möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine sichere Übertragung der Vortriebs kräfte beim Vortrieb zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Vortriebsrohr der eingangs beschrie benen Gattung, bei dem im Bereich des Einsteckendes und im Bereich der Muffe einander zugeordnete Widerlagerflächen ausgebildet sind und das mantelfreie Einsteckende länger ist als die vorgesehene Einstecktiefe.

Bei diesem Vortriebsrohr werden die Vortriebskräfte nicht mehr vom Be tonmantel, sondern vom Rohr selbst übertragen. Die an den einander zuge ordneten Widerlagerflächen im Bereich des Einsteckendes und der Muffe auftretenden Flächenpressungen lassen sich bei Ausnutzung der werkstoff eigenen Eigenschaften beherrschen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Muffenrohre aus duktilem Gußeisen bestehen. Die Wandstärke des Be tonmantels braucht nur so groß zu sein, daß das Vortriebsrohr mit Aus nahme des mantelfreien Einsteckendes zylindrisch ist. Das schließt je doch nicht aus, daß aus anderen Gründen eine größere Wandstärke des Betonmantels gewählt wird.

Vorzugsweise sind die Stirnflächen des Einsteckendes sowie der Muffen grund als einander zugeordnete Widerlagerflächen ausgebildet und das mantelfreie Einsteckende ist länger als der Abstand des Muffengrundes von der Stirnseite der Muffe. Die Widerlagerfläche des Muffengrundes kann sich radial nach außen weiter erstrecken als die Widerlagerfläche des Einsteckendes und es sollen radiale Anschläge für das Einsteckende vorgesehen sein. Dadurch ist gewährleistet, daß benachbarte Vortriebs rohre sich gelenkig zueinander bewegen können und der Rohrstrang auch mit üblichen Krümmungsradien vorgetrieben werden kann.

Wenn nur kleine gelenkige Bewegungen zwischen benachbarten Vortriebs rohren zu erwarten sind, reicht es aus, wenn die Widerlagerflächen, also die Stirnfläche des Einsteckendes und der Muffengrund, als Kreis ringflächen ausgebildet sind, die sich radial zur Rohrachse erstrecken.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Einsteckendes und der Muffengrund als kreis ringförmige Ausschnitte einer Kugeloberfläche ausgebildet sind, wobei der Mittelpunkt der Kugel im Schnittpunkt der Rohrachsen zweier mitein ander verbundener und relativ zueinander abgewinkelter Vortriebsrohre liegt. Bei dieser Ausführung ist die Stirnfläche des Einsteckendes bei allen innerhalb der radialen Anschläge möglichen Winkelstellungen der benachbarten Vortriebsrohre vollflächig auf der Widerlagerfläche des Muffengrundes abgestützt. Die sich aus den Materialeigenschaften erge benden zulässigen Flächenpressungen können also voll genutzt werden.

Um das Einführen des Einsteckendes in die Muffe und insbesondere das Heranführen der Stirnfläche des Einsteckendes an den Muffengrund zu erleichtern, können sich an die Widerlagerflächen Einführkonen anschlie ßen, die insbesondere auch so ausgebildet sein können, daß sie gleich zeitig die radialen Anschläge definieren.

Um eine weitgehend gleichmäßige Flächenpressung an der Stirnfläche (Wi derlagerfläche) des Einsteckendes jedes Rohres insbesondere auch bei gegenseitiger Abwinkelung zu erzielen und eine rohrinnere korrosions feste Schutzschicht am Einsteckende zu schonen, können im Bereich des Muffengrundes auch Einbauteile angeordnet sein, wie sie in den Patent ansprüchen 7 bis 10 offenbart sind.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die Widerlagerfläche im Bereich des Einsteckendes von einem radial nach außen gerichteten Vor sprung, z.B. einem am Einsteckende angestauchten Wulst, gebildet wird und die zugeordnete Widerlagerfläche die Muffenstirnwand ist. Hierbei bleibt die Stirnfläche des Einsteckendes frei von Vortriebskräften.

Da erfindungsgemäße Vortriebsrohre gegenüber herkömmlichen Vortriebs rohren größere Nennweiten und dünnere Betonmäntel aufweisen, können sie beim Herstellen eines Tunnels im unterirdischen Schildvortrieb, bei dem nach Maßgabe des Schildvortriebs ein Rohrstrang abschnittsweise von einem Anfahrschacht zu einem Zielschacht vorgetrieben wird, vor zugsweise unmittelbar hinter dem Vortriebsschild vorgetrieben werden und dann als Produktenrohrstrang im Erdreich verbleiben.

Unabhängig davon, ob die Vortriebsrohre gleich hinter dem Vortriebs schild oder in einem anschließenden Arbeitsgang vorgetrieben werden, können die Fugen zwischen den Stirnflächen der Betonmäntel benachbarter Vortriebsrohre mit einem dauerhaft elastischen Material verfüllt werden. Das erspart das Anbringen von Holzringen und verbessert die Dichtung zwischen benachbarten Vortriebsrohren.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 bis 3 einen Längsschnitt durch den Anschlußbereich zweier benachbarter Vortriebsrohre in drei verschiedenen Ausführungsformen,

Fig. 4 bis 8 jeweils eine modifizierte Ausführungsform im Ausschnitt.

Die dargestellten Vortriebsrohre dienen zum Herstellen eines nicht be gehbaren Tunnels im unterirdischen Schildvortrieb, bei dem unter Ver wendung eines Vortriebsschildes ein nicht dargestellter Stahlrohrstrang von einem nicht dargestellten Anfahrschacht zu einem nicht dargestellten Zielschacht vorgetrieben wird. In einem zweiten Arbeitsgang werden die Vortriebsrohre als Produktenrohre im Anfahrschacht nachgesetzt und als Rohrstrang vorgeschoben, während gleichzeitig im Zielschacht die Stahl rohre geborgen werden. Die dargestellten Vortriebsrohre können bevorzugt auch unmittelbar hinter dem Vortriebsschild vorgetrieben werden, so daß ein Arbeitsgang eingespart wird.

Jedes Vortriebsrohr besteht aus einem Muffenrohr 1 mit einer Muffe 2 und einem Einsteckende 3. Der Innenraum der Muffe 2 ist in bekannter Weise zur Aufnahme eines Dichtringes 4 ausgebildet. Bei der dargestell ten Ausführung handelt es sich um eine sogenannte Tyton-Dichtung. Das Muffenrohr 1 ist einschließlich seiner Muffe 2 von einem außenzylindri schen Betonmantel 5 umgeben. Das Muffenrohr 1 ist insgesamt aus dukti lem Gußeisen im Zentrifugalgießverfahren hergestellt und anschließend mit dem Betonmantel 5 versehen. Das Einsteckende 3 ist mantelfrei. Die Länge des mantelfreien Einsteckendes 3 ist größer als die vorgesehene Einstecktiefe (Abstand der Stirnfläche 8 des Einsteckendes 3 von der Stirnseite 7 der Muffe 2).

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung bilden die Stirnfläche 8 des Einsteckendes 3 und der Muffengrund 6 die einander zugeordneten Widerlagerflächen und sind als kreisringförmige Ausschnitte einer Ku geloberfläche ausgebildet, wobei der Mittelpunkt der Kugel im Schnitt punkt der Rohrachsen zweier miteinander verbundener und relativ zuein ander abgewinkelter Vortriebsrohre liegt. Der Radius R dieser Kugel ist in Fig. 1 angedeutet. Die Widerlagerfläche des Muffengrundes 6 erstreckt sich radial nach außen weiter als die Stirnfläche 8 des Ein steckendes 3, so daß auch bei gegeneinander verschwenkten Vortriebs rohren die Stirnfläche 8 des Einsteckendes 3 vollflächig auf der Wider lagerfläche des Muffengrundes 6 abgestützt ist. Die Schwenkbewegung wird begrenzt durch die radiale Erstreckung des Muffengrundes 6 bzw. durch die sich daran anschließende Muffenwandung 9, die radiale Anschlä ge bildet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung bezeichnen gleiche Bezugs zeichen gleiche Teile. Die Stirnfläche 8 des Einsteckendes 3 und der Muffengrund 6 sind als Kreisringflächen ausgebildet, die sich radial zur Rohrachse erstrecken. Neben dem Muffengrund 6 ist an der Innenseite der Muffenwandung 9 eine ringförmige Stufe 10 vorgesehen, die als radia ler Anschlag für das am Muffengrund 6 abgestützte Einsteckende 3 dient, welches jedoch innerhalb der Stufe 10 mit Spiel angeordnet ist, so daß die Abwinkelung der beiden Vortriebsrohre gegeneinander begrenzt werden kann.

Auch bei der Ausführung nach Fig. 3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Wie auch bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Stirn fläche 8 des Einsteckendes 3 und der Muffengrund 6 als Kreisringflächen ausgebildet, die sich radial zur Rohrachse erstrecken. An den Muffen grund 6 und an die Stirnfläche 8 schließen sich Einführkonen 11, 12 an, die das Einführen des Einsteckendes insbesondere auf dem letzten Abschnitt, bevor die Widerlagerflächen aufeinandertreffen, erleichtern. Die Einführkonen 11, 12 sind so ausgebildet, daß sich zwischen ihnen ein Spiel befindet und die beiden Vortriebsrohre kontrolliert gegenein ander abgewinkelt werden können.

Wenn ein Vortriebsrohr im Anfahrschacht nachgesetzt und mit seinem Ein steckende 3 in die Muffe 2 des schon vorgeschobenen Vortriebsrohres eingeführt worden ist, wird die Fuge 15 zwischen den Stirnseiten 13, 14 der Betonmäntel 5 benachbarter Vortriebsrohre mit einem dauerhaft elastischen Material ausgefüllt, z.B. mit einem Kitt oder einem Schaum stoff.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist in den Muffengrund 6 ein ge schlitzter Druckausgleichsring 16 aus einem druckfesten, elastisch-pla stisch verformbaren Material, z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff eingesetzt. Der Ring 16 bildet das Widerlager 20 für das Einsteckende 3 des angrenzenden Muffenrohres. Mit 17 ist eine rohrinnere Korrosions schutzschicht bezeichnet.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das muffenseitige Widerlager 20 aus einem ringförmigen eingekammerten Druckausgleichskörper besteht, der in einer im Muffengrund 6 umlaufen den Ringnut 21 (Fig. 6) oder in einem am Muffengrund 6 abgestützten, geschlitzten Haltering 22 (Fig. 5) angeordnet ist. Im Bereich der Ring nut 21 (Fig. 6) ist die Muffe 2 wandverdickt.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 7 und 8 werden die beiden einander zugeordneten Widerlagerflächen einerseits von einem äußeren radialen Vorsprung im Bereich des Einsteckendes 3 des Rohres und an dererseits von der Muffenstirnfläche 7 des angrenzenden Rohres gebildet. Der radiale Vorsprung kann ein am Einsteckende 3 angestauchter Wulst 18 (Fig. 7) oder ein aufgeschweißter metallischer Ring 19 (Fig. 8) sein. Der in die Muffe 2 eingeführte Teil des Einsteckendes 3 des Rohres bleibt längskraftfrei.

Die Erfindung erzielt vielfach ein vorteilhaft großes Verhältnis der lichten Produktenrohrweite zum Bohrdurchmesser des Erdkanals. Auch die zwischen dem Anfahrschacht und dem Zielschacht gegebene Vortriebsstrecke kann in ihrer Länge meist deutlich größer gewählt werden im Vergleich zu üblichen Vortriebsstrecken.

Bezugszeichenliste: 1 Muffenrohr
2 Muffe
3 Einsteckende
4 Dichtring
5 Betonmantel
6 Muffengrund, Widerlagerfläche
7 Stirnseite der Muffe
8 Stirnfläche des Einsteckendes, Widerlagerfläche
9 Muffenwandung; radialer Anschlag
10 Stufe; radialer Anschlag
11 Einführkonus
12 Einführkonus
13 Stirnseite
14 Stirnseite
15 Fuge
16 Druckausgleichring
17 Korrosionsschutzschicht
18 Stauchwulst
19 Aufschweißring
20 Widerlager
21 Ringnut
22 Haltering

Claims

1. Vortriebsrohr für im unterirdischen Vortrieb hergestellte, ins besondere nicht begehbare Tunnel, bestehend aus einem Muffenrohr (1), das bis auf ein mantelfreies Einsteckende (3) mit einem außen zylindrischen Betonmantel (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Einsteckendes (3) und im Bereich der Muffe (2) einander zugeordnete Widerlagerflächen ausgebildet sind und das mantelfreie Einsteckende (3) länger ist als die vorgesehene Ein stecktiefe.

2. Vortriebsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (8) des Einsteckendes (3) sowie der Muffengrund (6) als einander zugeordnete Widerlagerflächen ausgebildet sind und daß das mantelfreie Einsteckende (3) länger ist als der Abstand des Muffengrundes (6) von der Stirnseite (7) der Muffe.

3. Vortriebsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerfläche des Muffengrundes (6) sich radial nach außen wei ter erstreckt als die Widerlagerfläche (8) des Einsteckendes (3) und daß radiale Anschläge (10; 9) für das Einsteckende (3) vor gesehen sind.

4. Vortriebsrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (8) des Einsteckendes (3) und der Muffengrund (6) als Kreisringflächen ausgebildet sind, die sich radial zur Rohr achse erstrecken.

5. Vortriebsrohr nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeich net, daß die Widerlagerflächen (6, 8) in Einführkonen (11, 12) übergehen.

6. Vortriebsrohr nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (8) des Einsteckendes (3) und der Muffengrund (6) als kreisringförmige Ausschnitte einer Kugeloberfläche ausgebil det sind, wobei der Mittelpunkt der Kugel im Schnittpunkt der Rohrachsen zweier miteinander verbundener und relativ zueinander abgewinkelter Vortriebsrohre liegt.

7. Vortriebsrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in den Muffengrund (6) eingesetzten, geschlitzten Druckausgleichring (16) aus druckfestem, elastisch-plastisch verformbarem Material.

8. Vortriebsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das muffenseitige Widerlager (20) aus einem inkompressiblen Elastomer besteht.

9. Vortriebsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (20) in einer am Muffengrund (6) umlaufenden Ringnut (21) angeordnet ist.

10. Vortriebsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (20) in der Nut eines am Muffengrund (6) abgestützten, geschlitzten Halteringes (21) angeordnet ist.

11. Vortriebsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerfläche im Bereich des Einsteckendes (3) von einem ra dial nach außen gerichteten Vorsprung gebildet wird und die zu geordnete Widerlagerfläche die Muffenstirnwand (7) ist.

12. Vortriebsrohr nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen am Einsteckende (3) angestauchten Wulst (18).

13. Vortriebsrohr nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekenn zeichnet, daß das Muffenrohr (1) aus duktilem Gußeisen besteht.

14. Verfahren zum Herstellen eines Tunnels im unterirdischen Schild vortrieb, wobei nach Maßgabe des Schildvortriebs ein Rohrstrang abschnittsweise von einem Anfahrschacht zu einem Zielschacht vor getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortriebsrohrstrang im Zielschacht abschnittsweise geborgen und der Produktrohrstrang aus Rohren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13 im Anfahr schacht abschnittsweise nachgesetzt und vorgeschoben wird.

15. Verfahren zum Herstellen eines Tunnels im unterirdischen Schild vortrieb, wobei nach Maßgabe des Schildvortriebs ein Rohrstrang abschnittsweise von einem Anfahrschacht zu einem Zielschacht vor getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter dem Vortriebsschild Vortriebsrohre nach einem der Ansprüche 1 -13 vorgetrieben werden, die als Produktrohrstrang im Erdreich verbleiben.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (15) zwischen den Stirnflächen (13, 14) der Betonmän tel (5) benachbarter Vortriebsrohre mit einem dauerhaft elasti schen Material verfüllt werden.

17. Verwendung von Rohren nach einem der Ansprüche 1-13 zum Zweck der Herstellung von unterirdischen, vorzugsweise nicht begehbaren Tunneln im Schildvortrieb.