DE4200007A1 - Tunnelabdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tunnelabdichtung mit einem Textil zwischen Gebirgsausbruch und Betonausbau.

Seit Jahrzehnten werden Tunnel mit einer Tunnelabdichtung versehen. Die Tunnelabdichtung besteht in der Regel aus Kunststoffabdichtungsbahnen, die am Gebirgsausbruch überlap­ pend befestigt und miteinander zu einer geschlossenen Abdich­ tungshaut verschweißt werden.

Vor Anbringung der Abdichtung wird üblicherweise ein Textil in Form eines Vlieses am Gebirgsausbruch befestigt. Das geschieht z. B. mittels geeigneter Anker und sogenannter Rondellen. Die Anker werden ins Gebirge getrieben bzw. geschossen. Das Textil kann auf die Anker aufgeschoben und mit Hilfe der Rondellen gesichert werden. An den Rondellen wird die Kunststoffabdichtung verschweißt.

Seit Anfang der achtziger Jahre sind im Tunnelbau ausschließ­ lich Rondellen in der Anwendung, die eine Sollbruchstelle besitzen. Die Sollbruchstelle hat zur Folge, daß sich der mit der Kunststoffabdichtung verschweißte Rondellenteil lösen kann, wenn auf die Kunststoffabdichtung ein übermäßiger Zug oder Druck ausgeübt wird. Zweckmäßigerweise bleibt ein Ron­ dellenteil am Anker, um eine Verletzung der Kunststoffabdich­ tung am Anker zu verhindern.

Das Vlies hat gleichfalls die Aufgabe, eine Beschädigung der Kunststoffabdichtung zu verhindern. Dabei handelt es sich um Beschädigungen, die durch herabfallendes Gestein oder Berüh­ rung mit dem Gebirgsausbruch entstehen können.

Der oben beschriebene Zug oder Druck kann sowohl im Rahmen von Gebirgsbewegungen entstehen als auch beim Tunnelausbau. Besonders gefährdende Arbeiten sind die Betonarbeiten. Zu den Betonarbeiten gehört das Einbringen bzw. Montieren der sogenannten Moniereisen. Das eigentliche Einbringen des Betons erfolgt durch Pumpen und Rütteln, ggf. sogar unter Druck, wobei üblicherweise ein Schalwagen verwendet wird. Der Schalwagen bildet die innere Verschalung für den Betonausbau und wird nach Fertigstellung eines Betonabschnittes zur Herstellung des nächsten Betonabschnittes in Tunnellängsrich­ tung verfahren.

Trotz der oben beschriebenen Ausbildung der Rondellen kommt es hin und wieder gleichwohl zu einer Beschädigung der Kunststoffabdichtung beim Tunnelausbau. Diese Beschädigung hat ernsthafte Konsequenzen; denn das austretende Gebirgs­ wasser dringt durch den Betonausbau in den Tunnel. Die Tunnelbautechniker versuchen, dem durch Verpressen von Kunst­ harz entgegenzuwirken. Manschmal gelingt das mit geringen Injektionsmengen. In anderen Fällen sind verhältnismäßig große Injektionsmengen erforderlich. Dies ist darauf zurück­ zuführen, daß das Wasser an ganz anderer Stelle als an der Schadstelle in der Kunststoffabdichtung austritt. D. h. das durch die Schadstelle in der Kunststoffabdichtung eintretende Wasser fließt zunächst in Gefällerichtung des Tunnels, bis es sich staut und durch den Betonausbau drückt. Die in manchen Fällen erheblichen Injektionsmittelmengen resultieren auch aus relativ großen Hohlräumen. Die relativ großen Hohlräume entstehen, wenn der Zwischenraum zwischen dem Gebirgsausbruch und der Abdichtung nicht ausreichend entlüftet wird. Das gleiche gilt für den Bereich zwischen Beton und Kunststoffab­ dichtung, insbesondere in der Tunnelfirste.

Schließlich können die großen Injektionsmittelmengen auch dadurch verursacht werden, daß im Schadstellenbereich in klüftiges Gebirge vorhanden ist. Bevor das Injektionsmittel eine ausreichende Abdichtung bewirkt, müssen zunächst die Klüfte verfüllt werden. Es wurde beobachtet, daß dies in manchen Gebirgen einen Injektionsmittelaustritt an der Ober­ fläche in etlichen Metern Entfernung vom Tunnel zur Folge hat.

Die Injektionsmasse ist bislang relativ teuer, so daß neben dem hohen Arbeitsaufwand auch ein extremer Materialaufwand für die Beseitigung von Schadstellen zu kalkulieren ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Risiko für die Schadstellenbeseitigung zu reduzieren. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß Schadstellen nicht allein dadurch auftreten können, daß die Abdichtungen an den Ankern gehalten werden. Schadstellen können auch dann auftre­ ten, wenn es aufgrund von Gebirgsbewegungen oder beim Beton­ ausbau unter Druck zu einer Verschiebung kommt. Bei einer Gebirgsbewegung verschiebt sich das Gebirge gegenüber dem Tunnelausbau. Bei der Herstellung des Tunnelausbaus kann die Abdichtung mit dem Textil am Gebirgsausbruch verschoben werden.

Bei jeder dieser Bewegungen kann das Textil zerreißen und die Kunststoffabdichtung vom scharfkantigen Gebirgsausbruch zer­ rissen werden. Diese Gefahr besteht auch dann, wenn der Gebirgsausbruch vor Einbringung des eigentlichen Tunnelaus­ baues mit einer Spritzbetonschicht (Konsolidierungsschicht) versehen wird. In diesem Fall ist die beschriebene Gefahr allerdings geringer als ohne Spritzbetonschicht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß auch über das Textil eine Reduzierung der Schadstellengefahr erreicht werden kann. Nach der Erfindung ist jedoch nicht eine bloße Verstärkung, d. h. bloße Erhöhung der Festigkeit des Textils vorgesehen. Bei bloßer Erhöhung der Festigkeit ist üblicher­ weise auch eine reduzierte Nachgiebigkeit gegeben. Der Ver­ lust an Nachgiebigkeit ist ein erheblicher Qualitätsverlust. Die andere Alternative zur Erhöhung der Festigkeit besteht in der Erhöhung des Gramm-Gewichtes pro Flächeneinheit. D. h. das Textil wird einfach dicker ausgebildet. Damit steigen jedoch die Kosten proportional.

Nach der Erfindung wird ein zugleich nachgiebiges und reiß­ festes Textil auf wirtschaftlichem Wege dadurch erreicht, daß Textil aus mehreren Schichten besteht und mindestens eine der Schichten als Tragschicht und eine andere Schicht als Nachgiebigkeitsschicht ausgebildet ist, wobei die Festigkeit der Verbindung zwischen beiden Schichten geringer als die Festigkeit der Nachgiebigkeitsschicht ist. Bei einer solchen Konstruktion ist gewährleistet, daß sich die Verbindung zwischen beiden Schichten im Falle einer örtlich übermäßigen Belastung in diesem Bereich löst mit der Folge, daß Material der Tragschicht aus einer größeren Fläche in dem Umfang nachfließen kann, wie er aufgrund der geringen Nachgiebigkeit der höherfestigen Tragschicht notwendig ist. Die Nachgiebig­ keitsschicht hat eine hohe Nachgiebigkeit, so daß sie bei örtlichen Bewegungen trotz Haftung am Gebirgsausbruch geschlossen bleiben kann.

Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen beiden Schichten kann durch Vernadelung und/oder Vermaschung erfolgen. Derar­ tige Techniken sind an sich bekannt. Z. B. ist in der DD 2 47 710 A1 ein textiles Flächengebilde aus mehreren Schichten beschrieben, das für wärme- oder staubisolierende Zwecke eingesetzt werden soll. Dieses bekannte textile Flä­ chengebilde besteht aus zwei oder mehreren Schichten, die so miteinander verbunden sind, daß Faser-Fadenanteile aus einer Schicht durch die andere bzw. die anderen Schichten hindurch­ gehen, wobei die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Schichten unverändert erhalten und die durch die Schichten hindurchgehenden Faser-Fadenanteile außenseitig verankert sind. Die einzelnen Schichten werden durch Nadelprozesse miteinander verbunden. Die Verankerung der Faser-Fadenanteile auf der Ausstichseite erfolgt durch thermische Versiegelung oder Bindemittelverfestigung.

Aus der DD-PS 1 58 259 ist ein textiles Flächengebilde mit fasergarnartigem Charakter bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden durch einen Nadelprozeß Elementarfaden­ schlingen gebildet bzw. Elementarfäden zerrissen. Beim Nadelprozeß können mehrere Flächengebilde übereinanderliegen und gemeinsam von einer oder beiden Seiten genadelt werden. Nach dem Nadeln werden sie jedoch wieder getrennt, so daß kein Erzeugnis mit mehrschichtigem Aufbau entsteht.

In der DE-OS 24 53 675 wird ein wärmeverformbarer Schicht­ stoff beschrieben, bei dem ein Vlies aus 70% Polypropylen­ fasern und 30% Viskosefasern mit einem Polyethylenvlies vernadelt und danach mit Polyamidseide auf einer Nähwirk­ maschine verwirkt wird. Durch anschließende Thermobehandlung auf dem Spannrahmen schmelzen die Polyethylen-Faseranteile. Die durchgezogenen Fasern werden auf diese Weise fixiert. Die Erfindung setzt bereits dort ein, wo im Anwendungsbereich das Flächengewicht des bisher verwendeten Materials ausreichend ist. Dann wird anstelle der einschichtigen Textilbahn eine mehrschichtige Textilbahn gleichen oder annähernd gleichen Flächengewichtes eingesetzt. Nach der Erfindung werden aber auch völlig neuartige Flächengewichte möglich, weil Textil­ gewebe miteinander zu einem mehrschichtigen Ganzen verbunden werden können, die als Einzelstück in der Schichtdicke mit bisherigen Einrichtungen nicht herstellbar sind. So ist es problemlos möglich, das Flächengewicht von üblicherweise 400 g/qm auf 1000 oder 1400 g/qm zu erhöhen. Günstig ist, bei Verwendung von Vliesen diese miteinander zu vermaschen. Die Maschen ergeben eine definierte Verbindung. Das Verma­ schen ist gleichfalls bekannt. Z. B. ist aus der DD-PS 1 47 558 bekannt, Vliese durch Vermaschen auf einer zweibarri­ gen Nähwirkmaschine zu verfestigen. Dabei wird ein Quer­ faservlies zwischen den beiden Nadelsystemen zugeführt, gleichzeitig oder nacheinander von beiden Nadelreihen durch­ stochen und die von den Haken zufällig erfaßten Fasern anschließend auf beiden Seiten des Vlieses zu Maschen abge­ schlagen.

Aus der DD-PS 2 52 401 ist weiterhin eine zweibarrige Nähwirk­ maschine bekannt, bei der jeder Nadelreihe jeweils getrennt kontinuierlich vereinzelte Fasern zugeführt und dosiert in die verschließbaren Haken zweier gegenüberliegender Nadelsy­ steme unter Bildung offener Faserenden eingelegt werden. Anschließend erfolgt eine vollständige Vermaschung des jeweils eingelegten Fasermaterials. Aus der DD-PS 2 71 133 ist es bekannt, gleichzeitig zwei kontinuierlich zugeführte Faservliese von zwei gegenüberliegenden Nadelsystemen voll­ ständig zu maschen und ohne Verwendung von zusätzlichen Grundfäden oder Trägerbahnen und komplizierte Versatzeinrich­ tungen zu einem Vliesgewirke aufzuarbeiten. Dabei wird jedem Nadelsystem getrennt ein längsorientiertes Faservlies zuge­ führt und im Hakenbereich des jeweiligen Nadelsystems ohne abzureißen gestaucht, wobei die einzelnen Fasern des jeweili­ gen Vlieses so ausgelängt werden, daß sie wechselweise von nebeneinanderliegenden Nadeln erfaßt und stichweise zu Maschen in aufeinanderfolgenden Maschenreihen aufgearbeitet werden. Beide Faservliese sind danach zu einem Flächengebilde miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen den Vliesen läßt sich sowohl durch die Anzahl der Vernadelungsstellen bzw. Maschen pro Flächeneinheit als auch durch Art und Form der Fasern, mit denen die Verbindung hergestellt wird, beeinflussen. Durch Reduzierung der Anzahl der Nadelstel­ len/Maschen pro Flächeneinheit läßt sich die Verbindung der Textilschichten in ihrer Festigkeit gezielt so gestalten, daß die Festigkeit der Nachgiebigkeitsschicht nicht überschritten wird. Die Grenzwerte lassen sich leicht durch einen Versuch feststellen.

Wahlweise wird die Festigkeit der Verbindung zwischen den Textilschichten erst nach der Verlegung auf das erfindungs­ gemäße Maß reduziert. Dies geschieht mit Hilfe von Fasern, die ganz oder teilweise verrottbar sind bzw. sich bei Zutritt von Wasser ganz oder teilweise auflösen. Besonders zweckmäßig sind Mischvliese mit verrottbaren Faseranteilen. Für eine an sich bekannte Verbindung der Textilschichten, bei der Fasern aus einer äußeren Schicht durch die anderen Schichten hin­ durchgezogen werden, wird das erfindungsgemäße Mischfaser­ vlies als äußere Schicht eingesetzt. Wahlweise bildet dieses Mischfaservlies zugleich die Nachgiebigkeitsschicht oder ist das Mischfaservlies zusätzlich vorgesehen.

Bislang sind als in Betracht kommendes Textil nur Vliese genannt. Anstelle von Vliesen können jedoch auch andere Textilien eingesetzt werden.

Die einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Textils sind mit unterschiedlichen Reibungsbeiwerten versehen. Dies wird erreicht durch eine entsprechend gestaltete Oberflächenstruk­ tur. Bei Vliesen läßt sich das mit entsprechend groben Fasern erreichen.

Der Reibungsbeiwert der erfindungsgemäßen Textilien ist an der Unterseite größer als an der Oberseite (gebirgsseitig). Das gilt auch für die einzelnen Schichten. D. h. jede Textilschicht hat einen anderen Reibungsbeiwert. Obere Tex­ tilschichten haben einen geringeren Reibungsbeiwert als untere Textilschichten. Die unterschiedlichen Reibungsbei­ werte sollen sicherstellen, daß sich eine Bewegung nicht auf die darunterliegende Abdichtung überträgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines Tunnels mit einem Gebirgsausbruch 1, einer Spritzbetonschicht 10, einem mehrschichtigen Vlies 4, einer Kunststoffabdichtung 3 und einer Betonschicht 9.

Nach Fertigstellung des Gebirgsausbruches 1 ist die Aus­ bruchsfläche mit Hilfe der Spritzbetonschicht 10 konsolidiert worden. Das Vlies 4 ist mit geeigneten Ankern bzw. Nägeln an den Gebirgsausbruch 1 bzw. die Spritzbetonschicht 10 ange­ schossen worden. Dabei sind zugleich Rondellen verwendet worden, die das Vlies am Gebirgsausbruch sichern und zugleich eine Anbringungsmöglichkeit für die Kunststoffabdichtung 3 bilden. Die Kunststoffabdichtung 3 ist bei der Montage mit den Rondellen verschweißt worden. Anschließend ist die Betonschicht 9 gegossen worden.

Das Vlies 4 besteht aus mehreren Schichten, hier zwei Schichten, die miteinander vernadelt sind. Die Verbindung hat sich im Bereich einer Setzbewegung 9 des Gebirges gelöst, so daß sich die mit 7 und 8 bezeichneten Schichten des Vlieses 4 gelöst haben. Dies ist mit einer durchgehenden Trennlinie 6 dargestellt. Im übrigen Bereich ist eine Verbindung noch gegeben. Dort ist eine gestrichelte Linie 5 gezeichnet. Die Schichten 7 und 8 haben unterschiedliche Funktionen im Vlies. Die Schicht 8 ist eine Nachgiebigkeitsschicht mit hoher Nachgiebigkeit, aber geringer Festigkeit. Die Schicht 8 hat eine Schutzfunktion. Sie verhindert, daß die darunterlie­ gende, als Tragschicht ausgebildete Schicht 7 vom Gebirge bzw. dem Spritzbeton beschädigt wird oder auch nur an einer Fließbewegung gehindert wird. Die Tragschicht 7 hat eine relativ hohe Festigkeit, aber eine geringe Nachgiebigkeit. Infolgedessen muß im Falle einer örtlichen Bewegung großflä­ chig Material nachfließen, um in diesem Bereich eine Überla­ stung der Tragschicht 7 aufgrund der geringeren Nachgiebig­ keit zu vermeiden.

Claims (7)

1. Tunnelabdichtung mit einem Textil zwischen Gebirgsausbruch und Betonausbau, dadurch gekennzeichnet, daß das Textil in an sich bekannter Weise mehrschichtig ausgebildet ist, wobei mindestens eine der Schichten als Tragschicht (7) und mindestens eine andere darüberliegende Schicht (8) als Nachgiebigkeitsschicht (8) ausgebildet ist und die Festig­ keit der Verbindung zwischen beiden Schichten (7, 8) geringer als die Festigkeit der Nachgiebigkeitsschicht ist.

2. Tunnelabdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Vernadelung und/oder Vermaschung der Schichten des Textils (4).

3. Tunnelabdichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vernadelung/Vermaschung mit teilweise verrottbaren Fasern.

4. Tunnelabdichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Mischfaservlies für die Verbindungsfasern.

5. Tunnelabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine geringe Zahl der Vernadelungsstellen/Vermaschungs­ stellen.

6. Tunnelabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch ein mit Bentonit gefülltes Textil.

7. Tunnelabdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Textilschichten von oben nach unten mit größer werdenden Reibungsbeiwerten versehen sind.