DE3722609C1 - Ausbaubogen fuer den Tunnelbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ausbaubogen für den Tunnelbau aus mehreren bogenförmigen Gitterträgern mit mindestens drei parallel zueinander verlaufenden Gurt­ stäben, die mit räumlichen Aussteifungselementen unter­ einander verbunden sind und an mindestens einem Ende mit flanschartigen Verbindungselementen zum Anschluß an angrenzende Gitterträger versehen sind.

Derartige Ausbaubögen sind aus DE-OS 29 51 874 und DE-Gbm 81 25 375.3 bekannt.

Stählerne Ausbaubögen aus Gitterträgern haben im Tunnelbau folgende Funktionen:

• - Sofortsicherung im Ortsbrustbereich auf der Länge des vordersten Abschlages,
• - Lehre beim Aufbringen des Spritzbetons und beim Ausbruch des nächsten Abschlages,
• - Bestandteil der Bewehrung der Spritzbeton­ schale, und
• - Auflager für Spieße oder Pfändbleche, welche vorauseilend den nächsten Abschlag sichern sollen.

Bei nachbrüchigem Gebirge, bei nicht standfestem Lockergestein, bei Setzungen und bei Vereisungen des Gebirges ist es häufig notwendig, den Ausbaubogen im Einbauzustand vorzuspannen bzw. nachzuspannen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ausbau­ bogen zu schaffen, bei dem eine gleichmäßige Vor­ spannung in die Gitterträger eingebracht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vor­ gesehen,

• - daß in zwei aneinander angrenzenden Gitterträgern im Abstand von den Verbindungselementen jeweils eine Verankerungsvorrichtung für eine zwischen den Gitterträgern einzuspannende Presse derart angeordnet ist, daß der Kraftangriffspunkt für die Presse jeweils in dem von den Gurtstäben umschlossenen Raum liegt, und
• - daß die Verbindungselemente der zwei aneinander angrenzenden Gitterträger eine Spreizvorrichtung aufnehmen, die nach dem Spannen der Gitterträger durch die Presse die in die Gitterträger ein­ geleitete Vorspannung durch Verhindern einer Rückstellbewegung aufrechterhält, wobei die Nor­ mal- und Querkräfte, sowie die Biegemomente eines Gitterträgers über die Spreizvorrichtung voll­ ständig auf den angrenzenden Gitterträger über­ tragbar sind.

Der erfindungsgemäße Ausbaubogen ermöglicht eine Vor­ spannung in Richtung der Bogenachse des Gitterträgers. Dadurch ist die Gefahr einer zu hohen Momentenbelastung des Ausbaubogens zuverlässig vermieden. Die Veranke­ rungsvorrichtung und die Spreizvorrichtung übertragen die Schnittkräfte zwischen zwei Gitterträgern, das sind die Normal- und Querkräfte sowie die Biegemomente, voll in den angrenzenden Gitterträger. Beim Spannen erfolgt die Krafteinleitung in die beiden angrenzenden Gitter­ träger. Dadurch erhält der gesamte Ausbaubogen eine Vorspannung, die ihn gleichmäßig gegen die Wandungen des Ausbruchsquerschnittes drückt. Bei nachträglich auf­ tretenden Setzungen kann die Presse erneut zwischen zwei Gitterträgern eingesetzt werden, um den Ausbau­ bogen nachzuspannen. Die Spreizeinrichtung dient dazu, die mit Hilfe der Presse aufgebrachte Vorspannung auch dann aufrecht zu erhalten, wenn die Presse wieder aus­ gebaut wird. Die erfindungsgemäßen Ausbaubögen sind sowohl als Kalottenbögen als auch als Sohlbögen zu ver­ wenden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Kraftangriffspunkt der Presse jeweils in der Schwerachse der Gitterträger liegt. Dadurch erfolgt eine zentrische Vorspannung des Ausbaubogens exakt in der Schwerachse der Gitterträger. Die Presse weist entgegengesetzt ausgerichtete Stangen für die Kraftübertragung auf, die an ihren Enden mit den Verankerungsvorrichtungen demontierbare Gelenke bilden, deren Schwenkachsen die Schwerachse und die Krümmungsebene der Schwerachse unter einem rechten Winkel kreuzen.

Die Gelenke ermöglichen, daß der Ausbaubogen sich auf­ grund der aufgebrachten Spannung verlagern kann, ohne daß Biegemomente in die Gitterträger eingebracht wer­ den.

Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Gelenk aus einem an dem Ende der Stange befindlichen Auge und einem dem Auge angepaßten, in der Verankerungs­ vorrichtung gelagerten lösbaren Bolzen besteht.

Mit Hilfe des lösbaren Bolzens der Verankerungs­ einrichtung läßt sich die Presse mit ihren beiden Kraftübertragungsstangen ohne Justierarbeit zwischen zwei Gitterträgern stets so einsetzen, daß die Kraft­ einleitung über die Stangen in der Schwerachse der Gitterträger erfolgt. Auf diese Weise kann die Presse zum Spreizen der Ausbaubögen ohne großen Montageaufwand ein- und ausgebaut werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Spreizeinrichtung mehrere parallel zur Schwerachse der Gitterträger verlaufende Gewindespindeln aufweist, die durch die Flanschteile der Verbindungselemente hin­ durchtreten und mit Kontermuttern gegen die Flansch­ teile fixierbar sind, wobei die Schwerachse der Gewindespindelanordnung mit der Schwerachse der Gitter­ träger an der Verbindungsstelle zusammenfällt. Mit Hilfe der Gewindespindeln in Verbindung mit den Konter­ muttern wird der Abstand zwischen den Flanschteilen der jeweiligen Verbindungselemente abgesichert und fixiert. Danach kann die Presse entnommen werden, ohne daß die in dem Ausbaubogen eingeleitete Spannung abfällt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Verbindungselemente aus Winkelblechen, die mit ihrem einen zur Schwerachse parallelen Schenkel an zwei jeweils benachbarten Gurtstäben befestigt sind und deren anderer Schenkel als Flanschteil unter einem rechten Winkel von dem Gitterträger absteht. Die in bezug auf die Schwerachse symmetrisch angeordneten Winkelbleche lassen sich leicht an die Gurtstäbe an­ schweißen und übertragen vollständig Quer- und Normal­ kräfte sowie Biegemomente.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, daß die Verbindungselemente derart an den Gurtstäben befestigt sind, daß der von den Gurtstäben umschlossene Raum zur bogeninneren Begrenzung des Aus­ baubogens offen ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Presse zum Spreizen der Gitterträger in den von den Gurtstäben umschlossenen Raum und damit in die Nähe der Schwerachse der Gitterträger einzufügen und mit den Verankerungsvorrichtungen zu verriegeln.

Die als Verbindungselemente dienenden Winkelbleche zur Versteifung des Winkels können ein senkrecht auf beiden Schenkeln stehendes Aussteifungsblech aufweisen, das den rechten Winkel des Winkelblechs abstützt. Auf diese Weise werden die bei einer Vorspannung des Ausbaubogens auftretenden höheren Kräfte und Momente zuverlässiger von einem Gitterträger auf den nächsten übertragen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Abschnitt eines Ausbaubogens, bei dem am Fuß des Gitterträgers die Auflagerkräfte über eine angeschweißte Fußplatte in das Gebirge abgetragen werden,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Verbindungsstelle zwischen zwei Gitterträgern des Ausbaubogens,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Ausbaubogens, wie er beispielsweise bei der österreichischen Bauweise zur Sofortsicherung im Ortsbrustbereich auf der Länge des vordersten Abschlages und als Bestandteil der Bewehrung einer Spritzbetonschale verwendet wird. Der Ausbaubogen besteht im wesentlichen aus mehreren entsprechend einem Ausbruchbogen gebogenen Gitterträgern 1, 5, die im Orts­ brustbereich zu einem der Ausbruchgeometrie angepaßten Bogen zusammengesetzt werden. Dabei weisen die Gitter­ träger 1, 5 bereits eine Krümmung auf, die der Ausbruch­ geometrie entspricht. Bei druckhaftem Gebirge kann der Ausbaubogen rundum geschlosssen sein, d. h. an einen Kalottenbogen schließt sich ein Sohlbogen an, der den Ausbaubogen im Tunnelquerschnitt schließt.

In Fig. 1 ist ein Ausbaubogen in Form eines Kalotten­ bogens dargestellt, bei dem sich ein oder mehrere Gitterträger 1 im Fußbereich der Kalotte auf einen Gitterträger 5 abstützen, der einen ausgestellten Fuß mit Fußplatte 40 aufweist. Die Auflagerkräfte des Kalottenbogens werden am Fuß des Gitterträgers 5 über die angeschweißte Fußplatte 40 in das Gebirge ab­ getragen. Der mit der Fußplatte 40 verbundene Gitter­ träger 5 weist zusätzlich einen ins Gebirge aus­ gestellten Fuß 41 auf, der von dem äußeren Doppelgurt 18 absteht und mit dem bogenäußeren der Fußplatte verbunden ist, um die auftretenden Auflagerkräfte auf einer größeren Fläche in das Gebirge abzutragen.

Jeder Gitterträger weist drei Gurtstäbe 15 bis 20, die im Querschnitt des Gitterträgers im wesentlichen drei­ eckförmig angeordnet sind und die über räumliche Auf­ steifungselemente 35 untereinander verbunden sind. Die Gurtstäbe 15 bis 20 und die räumlichen Aussteifungs­ elemente 35 weisen eine sehr hohe Festigkeit und ein großes Formänderungsvermögen auf, wobei zusätzlich eine sehr gute Schweißneigung gewährleistet sein muß. Die dreieckförmige Anordnung der Gurtstäbe ist derart, daß der die Spitze des Dreiecks bildende Gurtstab 15, 18 der bogenäußere Gurtstab ist, während die beiden anderen Gurtstäbe 16, 17; 19, 20 die bogeninnere Begrenzung eines Gitterträgers 1, 5 bilden. Der äußere Gurtstab 15, 18 ist dabei als Doppelgurtstab ausgebildet.

An den Stoßstellen zwischen zwei Gitterträgern 1, 5 sind an deren Ende jeweils flanschartige an die Gurtstäbe angeschweißte Verbindungselemente 2 angeordnet, die aus Winkelblechen 13 bestehen, und die es ermöglichen, mehrere Gitterträger hintereinander über Ver­ schraubungen zu einem Ausbaubogen zu verbinden. Die Stoßstellen der Gitterträger 1, 5 sind so ausgebildet, daß die Übertragung der vollen Schnittkräfte (Biege­ momente, Normalkraft und Querkraft) und eine leichte Montage vor Ort gewährleistet ist.

Im Abstand von den Verbindungselementen 2 sind in den Gitterträgern 1, 5 Verankerungsvorrichtungen 3 an­ geordnet, mit denen zwischen zwei Gitterträgern 1, 5 eine hydraulische Presse 4 befestigt werden kann. Der Abstand der Verankerungsvorrichtung 3 von dem Ende eines Gitterträgers bzw. der Abstand zwischen zwei Verankerungsvorrichtungen 3 an zwei angrenzenden Gitterträgern ist von den Dimensionen der hydraulischen Presse 4 abhängig, wobei der Abstand zwischen zwei Verankerungsvorrichtungen 3 möglichst gering gewählt werden sollte. Die Verankerungsvorrichtung 3 besteht aus zwei rechtwinkligen L-förmigen Winkelblechen 30, 31, die derart mit den Gurtstäben 15 bis 20 verschweißt werden, daß jeweils zwei, zueinander mit Abstand parallele, längere Schenkel radial nach außen weisen und mit ihren radial äußeren Enden, wie aus Fig. 3 ersichtlich, seitlich an dem Doppelgurt 15, 18 an­ geschweißt sind, während die von ihnen rechtwinklig abstehenden im wesentlichen zum Ausbruchbogen paral­ lelen kürzeren Schenkel auf den bogeninneren Gurtstäben 16, 17 bzw. 19, 20 aufliegen und dort verschweißt sind. In den beiden mit Abstand parallel zueinander ver­ laufenden radial ausgerichteten Schenkeln 36 ist je­ weils eine Bohrung für einen Bolzen 7 vorgesehen, des­ sen Mittelachse die Schwerachse S des Gitterträgers 1, 5 rechtwinklig schneidet. Die Mittelachse steht darüber hinaus senkrecht auf dem Krümmungsradius des Ausbaubogens.

Die Presse 4 weist an ihren beiden Enden ent­ gegengesetzt wirkende Kraftübertragungsstangen 8 auf, die jeweils in einem Auge 9 zur Aufnahme des Bolzens 7 enden. Die Mittelachse eines Auges 9 schneidet die Längsachse der Kraftübertragungsstange rechtwinklig. Das Auge 9 und der Bolzen 7 sind hinsichtlich der Querschnittsorm einander angepaßt. Diese Längsachse stimmt mit der Richtung der Krafteinleitung durch die Presse 4 überein. Das Ende der Kraftübertragungsstange 8 mit dem Auge kann zwischen die beiden parallelen Schenkel der Winkelbleche 30, 31 derart eingefügt werden, daß der Bolzen 7 durch die Schenkel und das Auge 9 tritt und dadurch die Presse 4 mit dem Gitter­ träger 1, 5 fest verbindet. Der Abstand zwischen den beiden Winkelblechen 30, 31 entspricht im wesentlichen der Breite des Doppelgurtes 15, 18.

Wenn die Presse jeweils mit Hilfe der in den Verankerungsvorrichtungen 6 gelagerten Bolzen 7 mit den Gitterträgern 1, 5 verriegelt ist, kann die Presse betätigt werden, um in den Ausbaubogen eine Vorspannung einzubringen, indem die Gitterträger auseinander­ gedrückt werden. Dabei befindet sich der Kraft­ angriffspunkt der Presse 4 genau auf der Schwerachse S der Gitterträger, wodurch eine Krafteinleitung in Richtung der Schwerachse S erfolgt.

Nachdem der Ausbaubogen ausreichend vorgespannt ist, wird mit Hilfe einer Spreizvorrichtung 6 der Abstand zwischen den Gitterträgern 1, 5 mit Hilfe von insgesamt 4 Gewindespindeln 10 in Verbindung mit Kontermuttern 12 an den Flanschteilen 11 der Verbindungselemente 2 ge­ sichert, damit die Vorspannung auch nach dem Entfernen der Presse 4 aufrechterhalten bleibt. Hierbei kommt es auch darauf an, daß die Spreizvorrichtung ebenfalls die Normal- und Querkräfte sowie die Biegemomente un­ verfälscht auf die Gitterträger überträgt. Hierzu ist vorgesehen, daß die Gewindespindeln 10 derart sym­ metrisch zu der Schwerachse S angeordnet sind, daß de­ ren Schwerachse im wesentlichen mit der Schwerachse S zusammenfällt.

Die Spreizvorrichtung 6 besteht aus zwei symmetrisch zur Schwerachse S angeordneten Winkelblechen 13 der beiden Verbindungselemente 2, die jeweils mit einem Schenkel 14, wie aus Fig. 4 ersichtlich, im Quer­ schnitt einen Schenkel eines gleichschenkligen Dreiecks bildend den bogenäußeren Doppelgurt 15 bzw. 18 mit einem der beiden bogeninneren Gurtstäbe 16, 17 bzw. 19, 20 ver­ binden. Von dem Schenkel 14 steht jeweils rechtwinklig der flanschartige Schenkel 11 ab, der mit einem recht­ winklig zu beiden Schenkeln 11, 14 verlaufenden Aus­ steifungsblech 21 gegen den Schenkel 14 abgestützt ist. Die Spreizvorrichtung 6 ist in ihrer Gesamtheit zu einer durch die Schwerachse S in Radialrichtung durch die Mitte des Doppelgurtstabquerschnittes verlaufende Achse spiegelsymmetrisch. Der als Flanschteil dienende Schenkel 11 ist dabei derart zugeschnitten, daß er weder über den bogenäußeren Doppelgurtstab 15 bzw. 18 noch über die bogeninneren Gurtstäbe 16, 17 bzw. 19, 20 übersteht.

Die Gewindespindeln 10 sind an einem der flanschartigen Schenkel 11 der sich gegenüberstehenden Schenkel 11 der aneinander angrenzenden Gitterträger 1, 5 mit zwei Kontermuttern 12 fixiert, während an dem anderen Schenkel eine Mutter 12 ausreicht, um zwischen den Schenkeln 11 den Abstand zwischen den Gitterträgern 1, 5 zu fixieren.

Der Ausbaubogen wird wie folgt vorgespannt: Zunächst wird die Presse 4 mit Hilfe der Bolzen 7 mit der Ver­ ankerungsvorrichtung 3 verriegelt und dann eine vor­ bestimmte Kraft in die Gitterträger 1, 5 eingeleitet, um diese vorzuspannen. Ist die gewünschte Vorspannung er­ reicht, wird der Abstand zwischen den Gitterträgern 1, 5 mit Hilfe der Kontermuttern 12 an den insgesamt vier Gewindespindeln 10 gesichert. Danach kann der von der Presse ausgeübte Druck entlastet werden, woraufhin die Spreizvorrichtung 6 die Schnittkräfte zwischen den Gitterträgern 1, 5 überträgt.

Falls die Vorspannung durch ein Nachgeben des Gebirges nach einiger Zeit abgebaut wird, ist es möglich, die Presse erneut zwischen die Gitterträger einzusetzen und den Ausbaubogen nochmals nachzuspannen. Der Ausbaubogen kann auch an mehreren Stoßstellen zweier Gitterträger gleichzeitig gespannt werden.

Die Spreizvorrichtung 6 ermöglicht darüber hinaus, den vorgespannten Ausbaubogen mit Spritzbeton ein­ zuspritzen, wobei eine dem Spannbeton ähnliche Bewehrung der Spritzbetonschale erfolgt, mit dem Unter­ schied, daß die Stahlträger mit Druck statt mit Zug beaufschlagt sind.

Claims (10)

1. Ausbaubogen für den Tunnelbau aus mehreren bogen­ förmigen Gitterträgern mit mindestens drei parallel zueinander verlaufenden Gurtstäben, die mit räumlichen Aussteifungselementen unter­ einander verbunden sind und an mindestens einem Ende mit flanschartigen Verbindungselementen zum Anschluß an angrenzende Gitterträger versehen sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in zwei aneinander angrenzenden Gitter­ trägern (1, 5) im Abstand von den Verbindungs­ elementen (2) jeweils eine Verankerungs­ vorrichtung (3) für eine zwischen den Gitter­ trägern (1, 5) einzuspannende Presse (4) derart angeordnet ist, daß der Kraftangriffspunkt für die Presse (4) jeweils in dem von den Gurt­ stäben (15 bis 20) umschlossenen Raum liegt, und
• - daß die Verbindungselemente (2) der zwei an­ einander angrenzenden Gitterträger (1, 5) eine Spreizvorrichtung (6) aufnehmen, die nach dem Spannen der Gitterträger (1, 5) durch die Presse (4) die in die Gitterträger (1, 5) ein­ geleitete Vorspannung durch Verhindern einer Rückstellbewegung aufrechterhält, wobei die Normal- und Querkräfte, sowie die Biegemomente eines Gitterträgers (1) über die Spreiz­ vorrichtung (6) vollständig auf den angrenzenden Gitterträger (5) übertragbar sind.

2. Ausbaubogen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kraftangriffspunkt für die Presse (4) jeweils in der Schwerachse (S) der Gitterträger (1, 5) liegt.

3. Ausbaubogen nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Presse (4) entgegengesetzt aus­ gerichtete Stangen (8) für die Kraftübertragung aufweist, die an ihren Enden mit den Verankerungsvorrichtungen (3) demontierbare Gelenke (9, 7) bilden, deren Schwenkachsen die Schwerachse (S) und die Krümmungsebene der Schwerachse (S) unter einem rechten Winkel kreuzen.

4. Ausbaubogen nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gelenk (9, 7) aus einem an dem Ende der Stange (8) befindlichen Auge (9) und einem dem Auge (9) angepaßten, in der Verankerungsvorrichtung (3) gelagerten lösbaren Bolzen (7) besteht.

5. Ausbaubogen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizeinrichtung (6) mehrere parallel zur Schwerachse (S) der Gitterträger (1, 5) verlaufende Gewindespindeln (10) aufweist, die durch die Flanschteile (11) der Verbindungselemente (2) hindurchtreten und mit Kontermuttern (12) gegen die Flanschteile fixierbar sind, wobei die Schwerachse der Gewindespindelanordnung mit der Schwerachse (S) der Gitterträger (1, 5) an der Verbindungsstelle zusammenfällt.

6. Ausbaubogen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ elemente (2) aus Winkelblechen (13) bestehen, die mit ihrem einen zur Schwerachse (S) parallelen Schenkel (14) an zwei benachbarten Gurtstäben (15, 16; 15, 17; 18, 19; 18, 20) befestigt sind und deren anderer Schenkel als Flanschteil (11) unter einem rechten Winkel zur Schwerachse (S) von den Gitterträgern (1, 5) absteht.

7. Ausbaubogen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gurt­ stäbe (16, 17; 19, 20) die bogeninnere Begrenzung des Gitterträgers (1, 5) bilden und mindestens ein Gurtstab (15, 18) die bogenäußere Begrenzung bildet.

8. Ausbaubogen nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungselemente (2) derart an den Gurtstäben (15 bis 20) befestigt sind, daß der von den Gurtstäben (15 bis 20) umschlossene Raum zur bogeninneren Begrenzung offen ist.

9. Ausbaubogen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die bogenäußere Begrenzung bildende Gurtstab (15, 18) ein Doppel­ gurtstab ist.

10. Ausbaubogen nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbleche (13) ein Aussteifungsblech (21) zur Abstützung des rechten Winkels aufweisen, das senkrecht zu beiden Schenkeln (11, 14) befestigt ist.