DE7626228U1

DE7626228U1 - Tunnel-auskleidung aus stahlelementen fuer strassen-, u-bahn-tunnels u.dgl.

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Publication number: DE7626228U1
Application number: DE7626228U
Authority: DE
Original assignee: Theodor Wuppermann 5090 Leverkusen GmbH
Current assignee: Theodor Wuppermann 5090 Leverkusen GmbH
Priority date: 1976-08-21
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1976-12-09

Description

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VON KREISLER SCHON WALD MEYER EIS HOLD FUES VONKREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Setting, Köln

sKöln ι 20.8.1976 Sch/Sd

DEICHMANNHAUS AM HAUPTDAHNHOF

Theodor Wuppermann GmbH, Friedrichstraße 38, 5090 Leverkusen 1

Tunnel-Auskleidung aus Stahlelementen für Straßen-, U-Bahn-Tunnels u.dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine stählerne Auskleidung von Tunneln für Straßen-, U-Bahnen u.dgl.

Tunnel aus Stahlelementen, die vornehmlich im Wirkungsbereich des Bergbaues errichtet werden und daher jederzeit an nicht vorausschätzbare Gebirgseinflüsse belastungsmäßig anpassungsfällig sein müssen, bestehen im allgemeinen aus nebeneinander angeordneten und untereinander verbundenen Profilen oder Profi labschnitten, die einen dem Tunnelquerschnitt gemäßen und geschlossenen Hüllkörper bilden.

Wenn Tunnelbauten in Gebieten ausgeführt werden, die im weitesten Sinne im Wirkungsbereich des Bergbaues liegen, zu dem alle Gebiete, in denen Bodenschätze abgebaut wurden oder abgebaut werden oder deren Abbau langfristig zu erwarten ist,

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zählen, müssen bei der Ausbildung der Tunnel-Auskleidungskonstruktion insbesondere die nach Größe und Art nicht vorausschätzbaren Gebirgseinflüsse bedacht werden. Eine solche Konstruktion muß daher so hinreichend elastischplastisch ausgebildet sein, daß sie einerseits den auftretenden Gebirgseinflüssen durch Formänderung so weit folgen kann, wie dies zur Wahrung des Lichtraumprofiles und der vorgegebenen Lage der Tunnelröhre sowie Erhaltung der erforderlichen Wasser- und Staubdichtigkeit allenfalls zulässig ist. Andererseits muß die Gesamtkonstruktion diesen Einflüssen so weit widerstehen, daß die Gesamtstabilität und die äußersten Formänderungsgrenzen gewahrt werden. Alle diese Umstände bedingen eine Auskleidungskonstruktion, die sowohl von Anfang an wie auch zu jedem späteren Zeitpunkt durch entsprechende Dimensionierung und vor allem durch geeignete Verstärkungselemente an die differenzierbaren Belastungen angepaßt werden kann.

Die allseits bekannten, in bewehrtem Beton oder in Mischbauweise hergestellten Tunnel-Auskleidungen sind schon infolge ihres weitgehend starren Verhaltens ungeeignet.

Weiterhin sind auch vom Bergbau her Streb- und Stollenausbauten mit Streckenbogen und von Bogen zu Bogen reichenden, aneinandergelegten Bohlen aus Holz, Beton oder Stahlprofilen bekannt. Solche offenen Konstruktionen sind zwar auch gut an den auftretenden Gebirgsdruck anpaßbar, obgleich auch dann durch Versetzungen und Verschiebungen mit größeren, im Bergbau allerdings zulässigen Veränderungen des Stollenquerschnitts zu rechnen ist. Daneben sind derartige Konstruktionen für Tunnelbauten mit den geschilderten An-Sprüchen deswegen unbrauchbar, weil neben der fehlenden

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Nachgiebigkeit in Tunnelachsrichtung die erforderliche Wasser- und Staubdichtheit nicht erreicht wird.

Für sogenannte Durchlaßbauwerke an Brücken, zur Bach- oder Flußverrohrung, für Fußgängerunterführungen usw. werden bekanntlich Stahltübbings verwendet, die aus gewellten, bombierten Stahlplatten bestehen und an der Baustelle zu Hohlquerschnitten von kreisförmiger, elliptischer oder ähnlicher Gestalt mittels überlappter Schraubverbindung zusammengesetzt werden. Diese Konstruktionen sind zwar auch in gewissen Grenzen elastisch. Ihre Anwendung beschränkt sich jedoch auf Durchlaßbauwerke mit geringen Weiten und die Errichtung in offener Bauweise mit weitgehend bekannten Belastungen. Die Anbringung von Verstärkungselementen ist bei solchen Konstruktionen nicht erforderlich und auch nicht möglich.

Wenn dagegen ein Tunnel nicht in offener Bauweise errichtet, sondern nur unterirdisch aufgefahren werden kann, so sind auch andere stählerne Auskleidungskonstruktionen, die z.B. auf dem Einbringen von Spundwänden und einem diese überspannenden, die Decke des Tunnels bildenden elastischen Faltwerk beruhen, nicht anwendbar. Darüber hinaus kann diese, im Prinzip einer Ziehharmonika wirkende Auskleidung kaum oder nur mit größerem Aufwand mit örtlich begrenzten Verstärkungselementen ausgestattet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der zuvor bezeichneten Nachteile eine stählerne Auskleidung für Tunnelbauwerke zu schaffen, die aus wenigen, möglichst gleichartigen Grund- und Verstärkungselementen besteht, die einfach und demzufolge wirtschaftlich hergestellt und montiert werden können und dennoch allen An-

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sprüohen gänügen, welche an solche Tunnel für Straßen, U^r Bahnen od.dgl. gestellt werden müssen, die in bergbäullchen Einwirkungsgebieten gegebenenfalls noch im unterirdlsehen Vortriebsverfahren zu erstellen sind, wo starke, im voraus nicht bestimmbare Lastkomponenten durch Längungen, Kürzungen, Versetzungen, Erdtreppen, Senkungen usw. auftreten können. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die äußere Auskleidungsschale eine trapez-profllähnliche Querschnitts-Formgebung mit annähernd in der neutralen Schalenachse angeordneten, parallel zur Schalenlängs achse, d.h. zur Tunnelachse, verlaufenden Stufen erhält, wo bei prinzipiell diese Schale aus kleinen oder größeren Profilabschnitten zusammengesetzt sein kann. Die trapezprofil-ähnliche Schale ist vorzugsweise aus kaltgeformtem Stahlblech gebildet.

Eine in der erfindungsgemäßen Weise gestaltete stählerne Auskleidungsschale ist für Jede Art der Verbauung des Tunnels geeignet, gleichgültig ob dies in offener Bauweise oder im unterirdischen Vortriebsverfahren erfolgt. Sie ist staub- und wasserdicht und mit und ohne Verstärkungselemente so hinreichend elastisch-plastisch in jeder Richtung ausgebildet, daß sie den auftretenden Gebirgseinflüssen durch Formänderungen so weit folgen kann, wie dies zur Wahrung des Lichtraumprofils und der vorgegebenen Lage der Tunnelröhre allenfalls zulässig ist und dennoch diesen Einflüssen so weit widersteht, daß die Gesamtstabilität und die äußerst zulässigen Formänderungsgrenzen des Materials gewahrt bleiben. Darüber hinaus sind mit der erfindungsgemäßen Konstruktion auch die Voraussetzungen zur Ausbildung von Fließgelenken erfüllt, ohne letztlich das elastische Gesamtsystem zu gefährden.

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Mit Rücksicht auf die relativ große ^

Erleichterung der Herstellung und Montage^ der meist dick«-, wandigen und demzufolge schweren Profile wird in einer be- , vorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, die äußere Auskleidungsschale aus hufcförÄgen Profilquerschnitten, deren Einzelhöhe die halbe (Jesamtprof 11 tiefe ausmaoht, zusammenzustellen. !Diese Profile werden zunächst der Tunnelform gemäß gebogen und dann mittels Schweißung oder Verschraubung gegenläufig so zusammengesetzt, daß ihre freien 1Θ _; Krempen die erwähnten Stufen innerhalb der äußeren Auskleidungsschale bilden. Die Verbindungen liegen damit in der neutralen Zone, in der die geringsten Beanspruchungen auftreten.

Die Stufen innerhalb des Gesamtquerschnitte können darüber hinaus vorteilhaft dazu dienen, hier die notwendigen Verstärkungselemente anzubringen, wobei ein weiterer Erfindungsgedanke darin besteht, dafür die gleichen hutförmigen Querschnitte zu verwenden und zur Verbindung dieselben Befestigungsmittel,, z.B. Schrauben, der Grundschale zu benutzen. Auf diese Weise ergibt sich eine homogene, auch optisch gefällige Gesamtkonstruktion.

Zur Erzielung eines im Verhältnis zum eingesetzten Materialgewicht hohen Widerstandsmomentes senkrecht zur Tunnellängs» achse ist weiterhin vorgesehen, die Stufung innerhalb des Gesamtquerschnittes allenfalls auf die für die Verbindung der Profile untereinander oder die Anbringung von Verstärkungselementen erforderliche Breite zu beschränken. Die trapezförmigen Hutprofile können gegebenenfalls mehr als eine ,Stufe aufweisen.

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Die profilabschnitte, weiche die gesamte Auskleidung des Tunnels bilden, können - entsprechend dem vorgegebenen Tunnelquerschnitt - als geschlossener Ring, Rahmen, Bogen von kreisförmiger, elllptisoher oder ähnlicher Gestalt ausgebildet sein, oder aus einzelnen, unmittelbar an der Baustelle zusammengesetzten Teilsegmenten bestehen.

Das erfindungsgemäße Ausbausystem gestattet es, die Ausbauprofile innerhalb eines Tunnels an die vorher dlfferenzierbare Belastung auf der Grundlage einer Mindestbela-. stungsbasis durch unterschiedliche Dimensionierung oder f zusätzliche Verstärkungselemente anzupassen, ohne daß hier- I durch die Gesamtfunktion beeinträchtigt wird. Ein beson- j derer Vorteil des Systems besteht weiter darin, daß solche Verstärkungsmaßnahmen, z.B* in Anpassung an den fortschreitenden Abbau der Bodenschätze, auch nachträglich zu jedem beliebigen Zeitpunkt und in verschiedenen Stufen ohne großen Arbeitsaufwand vorgenommen werden können.

Die Wahl der Verstärkungselemente richtet sich nach den Verstärkungserfordernissen und Einbaumöglichkeiten. Hlerfür stehen neben den erwähnten hutförmigen auch anders geformte Querschnitte zur Verfügung, die durch ihre spezielle Formgebung die Verformbarkeit des Gesamtsystems, insbesondere in Längsrichtung, nicht beeinflussen. Die Verstärkungselemente werden bevorzugt in die zur Tunnelinnenseite offenen Querschnittsteile der äußeren Auskleidungsschale eingefügt und mit diesen vorzugsweise durch Schweißen oder Schrauben od.dgl. verbunden. Die sich dabei bildenden Hohlräume können in bekannter Weise zusätzlich mit einem stabilisierenden Material, z.B. mit Vergußmasse, Kunstatoffhartschaum oder ähnlichen Füllstoffen oder Flüssigkeiten ausgefüllt werden.

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Die Erfindung wird anhand der in der Zeiohnung dargestell- ι ten Ausführungsbeispiele erläutert. ;

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Pig, 1 und 1' schaubildliche Ansichten von verschledenartigen Tunnelquerschnitten.

Pig. 2 Längsschnitt durch eine unverstärkte Tunnel-Auskleidungsschale in prinzipieller Darstellung. j

Fig. 3 Längsschnitt durch eine unverstärkte Tunnel-Aus- ] kleidungsschale, die aus miteinander verschraubten hut- |

förmigen Einzelprofilen zusammengesetzt ist. ^]

Fig. 4 und 4' Längsschnitte entsprechend Fig. 2 mit unterschiedlicher Formgebung. i

Fig. 5, 5' und 5" Längsschnitte entsprechend Fig. 4 und 4¹, jedoch in aus Einzelprofilen zusammengesetzter Ausführung.

■ Fig. 6 Längsschnitt durch eine verstärkte Tunnel-Auskleidungsschale.

Fig. 7 und 7' Längsschnitte durch eine verstärkte Tunnel-Auskleidungsschale mit abgewandelten Einzelprofilen, entsprechend der prinzipiellen Darstellung nach den Fig. 4 und 4'.

Fig. 8 und 8' Längsschnitte entsprechend Fig. 6, jedoch mit abgewandelten Verstarkungsproi ilen.

Fig. 9 und 9' Längsschnitte Mit weiteren Verstärkungsprofilen.

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Fig. 10 und 10' Längsschnitte mit Verstärkungsprofilen, I die mit den Grundprofilen, z.B. durch Anschweißbolzen, verschraubt sind.

Die stählerne Tunnel-Auskleidung weist im prinzipiellen Aufbau nach Fig. 2 eine trapez-profil-ähnliche Formgebung 1 mit annähernd in der neutralen Achse angeordneten, parallel zur Tunnelachse verlaufenden Stufen 2 auf. Diese stählerne Auskleidung kann im Grundsatz aus beliebig breiten Einzelprofilabschnitten bestehen, die entsprechend dem Tunnelquerschnitt gebogen und an der Baustelle, beispielsweise nach Fig. 1, zu ringförmigen oder nach Fig. 1' zu offenen Hüllschalen zusammengesetzt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird entsprechend der Fig. 3 die Auskleidungsschale aus hutförmigen Quorschnitten 3 gestaltet, die versetzt gegenüberstehend aneinandergesetzt die trapez-profil-ähnliche Formgebung 1 bilden und an ihren freien Krempen 4, z.B. durch Schrauben 5, miteinander verbunden sind, so daß die etwa in der neu- j tralen Zone gelegenen Verbindungen gleichzeitig den otufen 2 j

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Zur Verbesserung der Verformungsfähigkeit kann der trapezprofil-ähnliche Querschnitt nach Fig. 2 auch dadurch abgewandelt werden, daß die Böden 6 eine entsprechend Fig. 4 nach innen, oder nach Fig. 4' nach außen weisende Formgebung erhalten, wobei auch solche Querschnitte aus Einzelprofilen 7 und 8, wie entsprechend den Fig. 5/ 5' und 5" zusammengesetzt sein können. Fig. 5" zeigt ein weiteres Beispiel einer Hutprofil-Ausführung 7&, bei der das Profil mit aufgestellten Krempen 7b versehen 1st. Die aneinander-

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gereihten und versetzt zueinander angeordneten Profile 7a werden an den Krempen 7b durch Schweißen miteinander verbunden. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß Toleranzen, die sich beim Biegen der Profilelemente leicht ergeben können, durch die aufgestellten Krempen 7b in einfacher Weise ausgeglichen werden können.

Zur Verstärkung der äußeren Auskleidungsschale können nach den Fig. 6, 7 und 8 bevorzugt die gleichen Einzelquerschnitte 3, 7 und 8 verwendet werden, die an den Stufen 2, gegebenenfalls unter Benutzung derselben Schraubverbindungen 5> befestigt werden.

Je nach den Verstärkungserfordernissen können auch mit anderen Querschnittsprofilen geformte Verstärkungselemente verwendet werden, von denen Beispiele in den verschiedenartigen Kombinationsmöglichkeiten mit den Grundprofilen in den Fig. 8, 8', 9, 9', 10 und 10' gezeigt sind, wobei die Verbindung mit den Grundprofilen entweder durch direkte Verschweißung 9 oder Anschweißbolzen 10 erfolgt. Die Verstärkungselemente 11, 12, 13 können nach innen und/oder außen gewinkelt, gewellt od.dgl. ausgebildet sein.

Die Konstruktion gestattet eine leichte Anpassung an Bögen im Tunnelverlauf, weil dann die Verbindung der hutförmigen Querschnitte in den Stufen 2 nur versetzt zu erfolgen hat. Gegebenenfalls sind die Stufen bei stärkeren Krümmungen durch eingeschweißte Zwickel zu verbreitern.

Wenn sich die strukturierte Tunnel-Auskleidurig strömungstechnisch für fahrende Züge oder Kraftfahrzeuge ungünstig auswirken sollte, kann die Gesamtkonstruktion an ihrer Innenseite durch - in den Figuren nicht dargestellte - abnehmbare Bleche oder Platten verkleidet werden, die neben einer Verbesserung des Strömungsverhaltens und des Aussehens gleichzeitig In Verbindung mit zusätzlichen Maßnahmen eine gewisse Schallabsorption bewirken können.

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Claims

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Ansprüohe

Tunnel-Auskleidung aus Stahlelementen für Straßen, U-Bahnen u.dgl., bestehend aus aneinander angeordneten und miteinander verbundenen Profilen oder Profilabschnitten, dadurqh gekennzeichnet, daß die äußere Auskleidungsschale eine trapezprofil-ahn.llc.he Querschnittsformgebung (1) mit offenen Seiten im Wechsel nach innen und außen besitzt, die annähernd in der neutralen Schalenzone Innerhalb eines Jeden Trapezprofils angeordnete, parallel zur Schalenlängsachse verlaufende Stufen (2) aufweist.

2. Tunnel-Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezprofil-ähnliche Schale aus kaltgeformtem Stahlblech gebildet ist.

3. Tunnel-Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezprofil-ähnliche Schale (1) aus hutförmigen Profi en (3,7*8) zusammengesetzt ist, die wechselseitig zueinander angeordnet und ver-

; bunden sind, daß ihre freien Krempen (4) die Stufen (2) bilden.

4. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hutförmigen Profile (3,7.» 8) an ihren freien Krempen (4) durch Überlappung miteinander fest, z.B. mittels Schweißung, Verschraubung (5) od.dgl., verbunden sind.

5. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezprofile (7a) an ihren Krempen mit aufgestellten Krempen (7b) versehen sind, die zur gegenseitigen Schweißverbindung der Profile dienen.

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β. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch, gekennzeichnet, daß der Boden (6) der hutförmlgen Profile (7^8) eine von den Kanten abgehende, nach Innen oder außen weisende Neigung aufweist.

7· Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezprofil-ähnllche Schale (1) durch profilierte, in Jeder Achse elastisch wirkende. Elemente ganz oder stellenweise verstärkt ist.

8. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstarkungselemente die gleichen hutförmigen Profile (5,7,8) vorgesehen sind, die an den Stufen (2), gegebenenfalls unter Benutzung derselben Befestigungsmittel, befestigt sind.

9. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente (11,12,13) im Querschnitt durch einwärts und/oder auswärts geneigte Flächen profilierte Bleche bestehen.

10. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente durch Verschweißen (9) oder über Anschweißbolzen (10) an den offenen, zur Schaleninnenseite, d.h. zum Tunnelinnern, weisenden Steg- oder Schenkelflächen der trapezprofil-ähnlichen Schale (1) befestigt sind.

11. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Sohalenprofilen und den aufgebrachten Verstärkungselementen gebildeten Hohlräume durch stabilisierende Materialien,

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z.B. Vergußmasse, Kunststoffhartsohaum od.dgl., ausgefüllt sind.

12. Tunnel-Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsschale (1) zur Innenseite, d.h. zum Tunnelinnern hin, mit abnehmbaren Blechen oder Platten abgedeckt ist, wobei die Abdeckbleche od.dgl. als Schallabsorptionselemente ausgebildet sein können.

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