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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwirklichung
eines ausgekleideten Tunnels oder einer ausgekleideten
Ausschachtung, gemäß dessen eine Ausschachtung mit
kreisförmigem Querschnitt im Boden mit Hilfe einer geeigneten
Vorrichtung ausgegraben wird und eine Auskleidung im
Inneren dieser Ausschachtung plaziert wird, wobei das
Anbringen der Ausschachtung das aufeinanderfolgende
Einbringen von Abschnitten der Auskleidung mit reduziertem
Durchmesser in die bereits ausgekleidete Partie des
Tunnels und ihre Ausdehnung an ihrem endgültigen Standort
umfasst.
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Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwirklichung
eines ausgekleideten Mikrotunnels, das heißt, eines
Tunnels mit geringem Durchmesser, unter anderem in dem
Fall, wo ein menschliches Eingreifen nicht möglich ist.
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In einem unter dem Namen "Pipe-jacking" bekannten
Verfahren werden Auskleidungselemente, eines hinter dem
anderen, ab einer Ausgangskammer, an die Rückseite eines
Mikrotunnelbauapparats geschoben, wodurch sie sein
Vorankommen sicherstellen.
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Wenn dieses Verfahren auch bei bestimmten stabilen Böden
anwendbar ist, ist es doch mitunter nicht anwendbar bei
anderen Böden, die zu rasch zusammengedrückt werden oder
zusammenfallen, wie etwa bei Lehmböden. Es ist
offensichtlich, dass, aufgrund des Zusammenfallens, die
Reibung des Bodens an den Auskleidungsabschnitten
zunimmt, je mehr der Mikrotunnelbauapparat vorankommt.
Aufgrund des Anstiegs dieser Reibung sind immer größere
Druckkräfte nötig, um den Tunnelbauapparat und die
bereits zusammen mit dem Mikrotunnelbauapparat
einge
brachten Auskleidungselemente vorwärts zu bewegen. Diese
Kräfte können rasch zu groß werden, insbesondere in
großer Tiefe, wodurch die Konstruktion eines Tunnels von
einer Länge von mehr als 30 m mit dieser Technik
unrealisierbar wird.
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Ein anderes Verfahren, das auf einer Vorrichtung basiert,
die die Wände der Ausschachtung während der Grabearbeiten
unter Druck hält, ist in der Entwicklung. Wenn das
Ausschachten beendet ist, wird die Vorrichtung
zurückgezogen und die endgültige Auskleidung wird nach dem
Verfahren des "Pipe-jacking" plaziert. Diese Technik
erfordert, wie das Original, eine schwere und
umständliche Infrastruktur.
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Um die Reibungskräfte an der Schnittstelle Auskleidung-
Boden zu verringern, ist es bereits bekannt, die
Auskleidungsabschnitte in zusammengedrückter Position
durch die bereits verwirklichte Tunnelpartie an Ort und
Stelle zu bringen.
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US-A-3.645.102 beschreibt ein solches Verfahren, worin
die Auskleidungsabschnitte, die einen Teil eines Rings
bilden, in die bereits ausgekleidete Partie des Tunnels
eingebracht werden. Die Auskleidungsabschnitte werden
durch ein Kabel in zusammengedrückter Position gehalten
und losgelassen, wenn sie in die besagte bereits
ausgekleidete Partie eingebracht und mit Hilfe eines
Kabels bis an ihren endgültigen Standort gezogen worden
sind. Jedoch verbleibt eine große Öffnung zwischen den
freien Enden der Auskleidungsabschnitte, wobei diese
Öffnung durch einen oder mehrere separat eingebrachte
Ringabschnitte ausgefüllt wird, was es folglich unmöglich
macht, das Verfahren bei einem Mikrotunnel zu
verwirklichen, wo ein menschliches Eingreifen nicht möglich ist.
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Die Erfindung bezweckt, den besagten Nachteilen
abzuhelfen und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen,
das die Verwirklichung von ausgekleideten Tunneln, und
insbesondere von Mikrotunneln, in zusammenfallenden
Böden, die sich in großer Tiefe befinden, auf einfache
Weise gestattet.
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Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die eingebrachten
Abschnitte der Länge nach aufgeteilte Rohrelemente sind,
die, unter Druck oder in stabilem Zustand,
zusammengebogen sind, derart, dass ihre freien Enden einander
überlappen, und die an ihrem definitiven Standort
ausgedehnt werden, entweder durch ihre Eigenelastizität
in dem Fall, wo sie unter Druck gehalten werden, oder
durch eine geeignete Vorrichtung (beispielsweise Winden)
im anderen Fall, bis sie einen geschlossenen Ring formen,
wobei sie nur eine eventuelle Öffnung freilassen, die
sich später durch das Zusammenfallen des Bodens schließen
kann.
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Die dank dieser Erfindung erhaltenen Vorteile bestehen
hauptsächlich darin, dass die Reibungskräfte an der
Schnittstelle Auskleidung-Boden eliminiert werden. In der
Tat findet die Reibung zwischen der Innenseite der
Rohrelemente und der Außenseite der eingebrachten neuen
Rohrelemente statt. Der durch den Boden ausgeübte Druck
beeinflusst somit nicht die Reibungskräfte während des
Voranschiebens der Rohre, da dieser während der
Verwirklichung der Ausschachtung durch die bereits
angebrachten äußeren Rohrelemente aufgenommen wird.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird,
nachdem die Rohrelemente angebracht sind, eine zweite
Auskleidung oder endgültige Auskleidung im Inneren der
Rohrelemente angebracht.
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Vorzugsweise umfasst diese zweite Auskleidung Elemente,
die durch die bereits an Ort und Stelle befindlichen
Rohrelemente geschoben werden.
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Die Elemente der zweiten Auskleidung können einen
Durchmesser haben, mit knappen Toleranzen, gleich dem
Innendurchmesser der Rohrelemente in endgültiger
geschlossener Position.
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Die zweite Auskleidung kann in Form klassischer
Rohrelemente angebracht werden, die miteinander verschweißt
sind, um eine abgedichtete Auskleidung zu bilden.
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Die zweite Auskleidung oder ein Teil davon kann dazu
verwendet werden, die letzten zu installierenden
Rohrelemente durch die bereits an Ort und Stelle
befindlichen Rohrelemente zu schieben.
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Andere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden
deutlich aus der hiernach angeführten Beschreibung eines
Verfahrens zur Verwirklichung eines ausgekleideten
Tunnels gemäß der Erfindung. Diese Beschreibung wird nur
als nicht einschränkendes Beispiel und unter Verweis auf
die beigefügten Zeichnungen gegeben, worin:
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Fig. 1 im Schnitt einen Mikrotunnel darstellt,
während der Verwirklichung durch das Verfahren gemäß
der Erfindung;
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Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II von Fig. 1
darstellt;
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Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 1
darstellt;
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Fig. 4 in einem größeren Maßstab das in Fig. 3 mit
F4 angedeutete Detail darstellt;
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Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V von Fig. 1
darstellt.
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Die Figuren beziehen sich auf die Verwirklichung einer
Ausschachtung in Form eines horizontalen Mikrotunnels mit
einem Durchmesser zwischen 0,5 und 1,5 m, ab einer
bereits existierenden Hauptgalerie 16, in einem lehmigen
Boden 1, in großer Tiefe.
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Zur Verwirklichung dieses Mikrotunnels wird eine
Ausschachtvorrichtung, das heißt, eine
Mikrotunnelbauvorrichtung 2, verwendet, die aus drei Stationen besteht,
das heißt, einer Verankerungsstation 3, einer
Schiebestation 4 und einer Ausschachtstation 5.
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Mit Hilfe der mit hydraulischen Winden 6 ausgestatteten
Verankerungsstation 3 wird die Mikrotunnelbauvorrichtung
2 im Boden 1 verankert. Anschließend wird die aus einem
Grabeelement für globalen Ansatz bestehende
Ausschachtstation 5 vorangeschoben, während des Grabens, mit Hilfe
der Schiebestation 4, die ebenfalls mit hydraulischen
Winden ausgestattet ist. Wenn die hydraulischen Winden
der Schiebestation 4 am Ende ihrer Bahn angelangt sind,
wird die Verankerungsstation 3 losgemacht und mit Hilfe
der hydraulischen Winden der Schiebestation 4 zur
Ausschachtstation 5 herangezogen. Der notwendige Platz
für das Anbringen eines Elements einer Hilfsauskleidung 7
wird somit an der Rückseite der Mikrotunnelbauvorrichtung
2 freigemacht. Die besagte Prozedur wird wiederholt,
indem mit einer neuen Verankerung der
Mikrotunnelbauvorrichtung 2 begonnen wird.
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An der Rückseite der Mikrotunnelbauvorrichtung wird die
Auskleidung in zwei Schritten angebracht, das heißt,
einem ersten Schritt, während dessen eine erste
Auskleidung oder Hilfsauskleidung 7, dazu vorgesehen, um
während der Verwirklichung des Tunnels die Druckkräfte
des Bodens 1 (in der Größenordnung von 1 Mpa)
aufzunehmen, angebracht wird, und einem zweiten Schritt,
während dessen eine zweite Auskleidung oder endgültige
Auskleidung 8, dazu vorgesehen, um die Druckkräfte des
Bodens 1 langfristig (in der Größenordnung von 5 Mpa)
aufzunehmen, angebracht wird.
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Die Hilfsauskleidung 7 ist aus Rohrelementen 9,
beispielsweise aus Metall, mit einer Dicke zwischen 5 und
10 mm, und somit etwas elastisch deformierbar, gebildet,
die über ihre ganze Länge aufgeteilt und in sich selbst
zusammengebogen sind, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese
Rohrelemente 9 können in zusammengedrückter Position
eines nach dem anderen bis zur Höhe ihres Standorts
befördert werden, indem sie durch die bereits an Ort und
Stelle befindlichen Rohrelemente 9 geschoben werden, wie
in Fig. 2 dargestellt. In Höhe ihres Standorts öffnen
sich die Rohrelemente 9 durch ihre Eigenelastizität und
nehmen ihre ursprüngliche Position ein, das heißt, die
Position, die sie nach ihrer Aufgliederung hatten, wie in
Fig. 3 dargestellt, wobei folglich eine Längsöffnung 10
belassen wird. Jedes Rohrelement 9 ist an seiner
Außenseite in Höhe des Längsschnitts mit einer Führung 11
versehen, die aus einem gebogenen Rand gebildet ist. Die
Funktion dieser Führung stellt den Gegenstand eines
anderen Paragrafen dar.
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Die Anbringung der Hilfsauskleidung 7 wird auf folgende
Weise verwirklicht: ein erstes Rohrelement 9 wird im
Mikrotunnel angebracht; die folgenden Rohrelemente 9 sind
im voraus in sich selbst zusammengebogen und eines nach
dem anderen eingebracht worden, wie im Schnitt in Fig. 2
dargestellt, ab der Hauptgalerie 16, in dem Maße, wie die
Mikrotunnelbauvorrichtung 2 ausschachtet.
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Es ist möglich, die Rohrelemente 9 mittels einer
geeigneten Vorrichtung, wie etwa Gurten, während ihres
Einbringens in zusammengedrückter Position zu halten, wobei
diese Vorrichtung es gestattet, die Rohrelemente in Höhe
ihres Standorts loszulassen.
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Die Rohrelemente 9 werden folglich mit Hilfe einer
Schiebestation 13, die in der Hauptgalerie 16 plaziert
ist, bis zur Höhe ihres Standorts geschoben.
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Die Reibungskräfte sind folglich nicht mehr vom Druck des
Bodens 1 abhängig, da dieser während des Ausschachtens
des Mikrotunnels von den Rohrelementen 9 aufgenommen
wird.
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Um ein Mitnehmen der an ihrem Standort befindlichen
Rohrelemente 9 zu verhindern, werden die Rohrelemente 9
während des Voranschiebens der zusammengedrückten
Rohrelemente 9 durch geeignete Verkeilvorrichtungen
zusammengehalten.
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In Höhe ihres Standorts öffnen sich die Rohrelemente 9
durch Elastizität, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei sie
eine Längsöffnung 10 freilassen. Die besagte Führung 11
begrenzt die Bewegung der Wände des Rohrelements 9.
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Der Längsschnitt jedes Rohrelements 9 ist derart, dass
ein Rand der Öffnung 10 mit einer V-förmigen Nut 14
versehen ist und dass der andere Rand dieser selben
Öffnung 10 ein entsprechendes V-förmiges Ende 15 besitzt,
wie im Detail in Fig. 4 dargestellt.
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Aufgrund des Zusammenfallens des Bodens 1 schließt die
Öffnung 10 sich wieder. Die am Ende 15 des Rohrelements
verbundene Führung 11 und die Nut 14 stellen ein
perfektes Schließen dieses Rohrelements 9 sicher, wenn
der lehmige Boden 1 zusammengefallen ist, wie in Fig. 5
dargestellt.
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Wenn das letzte zusammengebogene Rohrelement 9 in den
Mikrotunnel eingeführt worden ist, beginnt, das Anbringen
der endgültigen Auskleidung 8 aus Metall. Diese
abgedichtete endgültige Auskleidung 8 ist dazu bestimmt, den
durch den Boden 1 ausgeübten Druck langfristig
aufzufangen. Diese endgültige Auskleidung 8 hat einen
Außendurchmesser, mit knappen Toleranzen, gleich dem
Innendurchmesser der Hilfsauskleidung 7 mit den Rohrelementen 9 in
ihrer geschlossenen Position.
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Die endgültige Auskleidung 8 wird in Form von
Rohrelementen 12 eingebracht, die eines nach dem anderen von
der Hauptgalerie 16 aus mit Hilfe der Schiebestation 13
eingeschoben werden. Im gleichen Maße, wie die
Rohrelemente 12 eingebracht werden, werden sie
zusammengeschweißt, um ihre Dichtheit sicherzustellen.
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Die endgültige Auskleidung 8 kann genutzt werden, um die
letzten Rohrelemente 9 an ihren Platz zu schieben.
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Der Mikrotunnel ist verwirklicht, wenn alle Rohrelemente
9 sich an ihrem Standort befinden und wenn alle
Rohrelemente 12 der endgültigen Auskleidung 8 eingebracht
worden sind.
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Das hiervor beschriebene Verfahren gestattet, auf
einfache und kontinuierliche Weise Tunnel in zusammenfallenden
Böden in großer Tiefe zu verwirklichen.
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Es ist offensichtlich, dass zahlreiche Veränderungen an
dem oben beschriebenen Beispiel vorgenommen werden
können, ohne in irgendeiner Weise den Rahmen der
Erfindung, wie sie hiernach in den Ansprüchen beschrieben
ist, zu verlassen.
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Insbesondere muss die Ausschachtung nicht
notwendigerweise ein horizontaler Mikrotunnel sein. Sie kann ein
Tunnel, eine Galerie oder gleich welche horizontale oder
geneigte oder sogar vertikale Ausschachtung sein. Die
Mikrotunnelbauvorrichtung 2 kann, dem jeweiligen Fall
entsprechend, durch eine andere geeignete
Ausschachtvorrichtung ersetzt werden.
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Statt auf dem Boden aufgestützt zu werden, kann die
Tunnelbauvorrichtung oder ein anderes Ausschachtelement
auch auf den bereits angebrachten Rohrelementen 9
abgestützt werden. Demzufolge kann die
Verankerungsstation 3 weggelassen oder ersetzt werden.
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In einer Variante des beschriebenen Verfahrens sind die
Rohrelemente 9 der ersten Auskleidung in einer stabilen
Position zusammengebogen (und werden somit nicht mehr
unter Druck gehalten) und werden, statt sich durch ihre
Eigenelastizität zu öffnen, an ihrem endgültigen Standort
mechanisch ausgedehnt, beispielsweise durch Winden.
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Diese Rohrelemente 9 müssen nicht notwendigerweise aus
Metall bestehen. Sie können beispielsweise aus
synthetischem Material sein.
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Ebenso müssen die Rohrelemente 12 der endgültigen
Auskleidung 8 nicht notwendigerweise aus Metall sein. Sie
können beispielsweise aus Beton sein.
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Zudem kann diese endgültige Auskleidung 8 in bestimmten
Varianten weggelassen oder durch das Einspritzen von
Beton ersetzt werden, beispielsweise an der Außenseite,
um die angebrachten Rohrelemente 9 der Hilfsauskleidung 7
herum.