DE8008145U1 - Element zur auskleidung von unterirdischen hohlraeumen insbesondere von einem t unnel - Google Patents

Description

Element zur Auskleidung von unterirdischen Hohlräumen insbesondere von einem Tunnel.*"^

Die Erfindung betrifft ein Element zur Auskleidung von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere zur Auskleidung eines Tunnels für Sammler für Abwasser.

In der Praxis besteht häufig das Bedürfnis, unterirdische Hohlräume bzw. Tunnel zu erstellen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Tunnel für sogenannte Sammler für Abwässer, die man aus Gründen der Umweltfreundlichkeit (Geruchsbelästigung, Verschmutzung) und auch aus hygienischen Gesichtspunkten nicht in offenen Kanälen, sondern in unterirdischen Tunneln abfließen läßt. Da vor allem in Großstädten erhebliche Mengen von Abwässern entstehen, ist die Herstellung der Tunnel von zunehmender Wichtigkeit geworden.

Bei den bisher bekannten Methoden für den Tunnelbau bedient man sich des Schildvortriebsverfahrens oder des vorpreßverfahrens, um zunächst einen noch nicht ausgekleideten unterirdischen Hohlraum zu erzeugen. Daran schließt sich ein Verfahren zum Auskleiden des unterirdischen Hohlraumes an, das sich zumeist mit dem Schildvortriebsverfahren oder Vorpreßverfahren "überlappt", indem jeweils ein Tunnelstück hergestellt wird, welches dann sofort ausgekleidet wird, bevor das nächstfolgende Tunnelstück erzeugt wird, usw.

Im Zusammenhang mit dem voranstehend erwähnten Auskleiden ist darauf hinzuweisen, daß damit zwei wichtige Aspekte umfaßt sind. Zum einen hat die Auskleidung eine Stützfunk-

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tion bzw. tragende Funktion zu erfüllen, damit kein Erdreich in den hergestellten unterirdischen Hohlraum eindringen kann.

Andererseits muß auch die Dichtungsfunktion beachtet werden, d. h. die Auskleidung soll absolut undurchlässig sein, damit z.B. in dem Tunnel geführte Abwasser nicht durch die Auskleidung hindurch in das umliegende Erdreich gelangen können.

Die bekannten Verfahren zum Auskleiden von unterirdischen Hohlräumen sehen im wesentlichen ein Element aus Rohrstücken aus Stahl oder Beton vor, womit sich die Stützfunktion auch gut erfüllen läßt. Allerdings ist das große Gewicht der Rohre nachteilig, was sich ungünstig auswirkt, wenn sie im Tunnel zur jeweiligen Auskleidungsstelle transportiert werden müssen.

Noch gravierender ist der Nachteil, daß die gewünschte Dichtungsfunktion nur in unbefriedigender Weise erfüllt ist. Als·'besondere Schwachstellen haben sich die Verbindungsstellen erwiesen, an denen die einzelnen Rohrstücke miteinander in Berührung stehen und verbunden sind, und an denen die Abdichtung Schwierigkeiten bereitet. Es ist erforderlich, an den Verbindungsstellen Dichtungen vorzusehen, die sich aber - insbesondere über eine längere Zeitdauer gesehenals anfällig erwiesen haben. Außerdem ist wegen der Dichtungen der Zusammenbau der einzelnen Rohrstücke zeitaufwendig und teuer.

Trotz der erwähnten Dichtungen hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Widerstandsfähigkeit gegen das Abwasser und Grundwasser unbefriedigend ist, und daß das Abwasser

aus dem Tunnel nach längerer Zeit wegen der nicht vollständig zu erzielenden Abdichtung in das umliegende Erdreich eindringt. Aber nicht nur die Dichtungen sind hierfür verantwortlich. Auch die nicht ausreichende Korrosionsbeständigkeit des für die Rohre verwendeten Stahls oder Betons ist problematisch. Beide Werkstoffe werden nämlich im Laufe der Zeit durch das Abwasser angegriffen, das somit nach außen dringen kann, wodurch auch die Standsicherheit der Rohre gefährdet ist. Die in das umgebende Erdreich eindringenden Abwasser stellen aber eine erhebliche Gefahrenquelle dar. Als ein wesentlicher Nachteil sei z. B. die schädliche Einwirkung auf das Trinkwasser genannt.

Die voranstehend 'geschilderten Umstände haben bisher dazu geführt, daß im Abstand von mehreren Jahren umfangreiche Sanierungen durchgeführt und die Tunnel erneuert oder gänzlich neu erstellt werden müßten. Die Kosten für solche Sanierungsprojekte sind natürlich erheblich und liegen oft in Millionenhöhe. Trotz dieser enormen Kosten ist es bisher nicht gelungen, die hierfür verantwortlichen Nachteile zu beheben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Element für eine Auskleidung von unterirdischen Tunnelräumen, von insbesondere einem Tunnel.für Sammler für Abwässer, zu schaffen, welches einfach und kostengünstig herzustellen ist und durch welches sich die teuren Sanierungen vermeiden lassen bzw. welches eine sichere Abdichtung über einen wesentlich längeren Zeitraum als bisher ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch,, daß das Element eine tragende Kunststoffschale ist.

Die Erfindung sieht in völlig neuartiger Weise erstmals vor als Element für die Auskleidung - also nicht nur bezüglich der oben angesprochenen Dichtungsfunktion und des Korrosionschutzes, sondern auch für die notwendige Stützfunktion - Kunststoff zu verwenden und dessen an sich bekannte positive Eigenschaften konsequent für den Tunnelbau auszunutzen. Als infrage kommende Kunststoffe seien z. B. Polypropylen (PP), Polyäthylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC), genannt, und selbstverständlich können auch andere Kunststoffe verwendet werden.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind sehr beachtlich. So ist das relativ geringe Gewicht des Kunststoffs als sehr günstig anzusehen, so daß die Handhabung und der Transport zu den auszukleidenden Tunnelstellen als problemlos zu betrachten sind. Ein weiterer sehr wichtiger Gesichtspunkt ist die Dichtigkeit bzw. die chemische Beständigkeit der Kunststoffschale gegen die chemisch aggresiven Abwässer und auch gegen Dämpfe, wodurch die angestrebte Dichtungsfunktion in optimaler Weise erfüllt ist. Dem steht auch nicht die Tatsache entgegen, daß das gesamte Element aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt werden kann. Durch Verschweißen der einzelnen Kunststoffschalensegmente - z. B. nach dem Verfahren der Extrusions-Auftragsschweißung - ergibt sich eine glatte, fugenlose und wasserdichte Tunnelauskleidung. Die bisher in relativ kurzen Zeitabständen von mehreren Jahren erforderlichen und sehr teuren Sanierungen werden daher praktisch überflüssig, wodurch sich eine enorme Kosteneinsparung ergibt.

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Ein weiterer Vorteil leitet· sich daraus ab, daß der Kunststoff leicht zu bearbeiten ist und sich ohne große Probleme zersägen, schneiden, erhitzen usw. läßt. Somit ist die Anpassung der Kunststoffschale an die jeweiligen vorliegenden Verhältnisse praktisch unbegrenzt. In vorteilhafter Weise kann die Kunststoffschale vollwandig sein oder auch in einer sogenannten aufgelösten Form - wie Fachwerk, mit Stegen usw. - vorliegen. Auch kann die Kunststoffschale mit Hohl-Füllkörpern ausgebildet sein. In zweckmäßiger Weise wird die tragende und abdichtende Kunststoffschale durch einzelne Rohrabschnitte erzeugt, die durah Verschweißen absolut dicht miteinander verbunden werden.

Um eine Überbeanspruchung der tragend ausgebildeten Kunststoff schale zu vermeiden, können die:.'Fugen zwischen den einzelnen Segmenten bzw. den einzelnen Abschnitten der Kunststoff schale als Gelenk ausgebildet werden, so daß die auftretenden Momente in an sich bekannter Weise zu Null werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung werden die Längsnähte mit einer Schweißnahtlage nach dem Extrusions-Auftrags-Schweißverfahren geschlossen und die Ringnähte mit einem in die Fugen zwischen zwei benachbarten Abschnitten eingebrachten gemeinsamen Heizdraht verschweißt.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise beim Schildvortriebsverfahren, beim Vorpreßverfahren und auch bei der Herstellung eines unterirdischen Hohlraumes im freistehenden, teilweise oder vollgestützten Gebirge Anwendung finden.

Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, daß mit dem Begriff der Auskleidung von unterirdischen Hohlräumen neben dem Abdichten auch die zu fordernde Stützfunktion - also

die tragende Funktion - mit umfaßt ist. Durch'die Zeitschrift "Kunststoffe im Bau" Nr. 4,.1977, Aufsatz "Großflächen-Dichtungselement aus Niederdruck-Polyäthylen", Seiten 154 - 160, ist es zwar an sich schon bekannt, ein schlauchähnliches Gebilde aus Kunststoff als Hilfsfolie (sogenannter "Inliner") zum nachbräglichen Verkleiden von vorgefertigten Betonrohren zu verwenden, jedoch wird der Inliner ausschließlich als Dichtungsbahn vorgesehen, während nach wie vor die nachteiligen schweren Betonrohre erforderlich sind, um die Abstützung zu gewährleisten. Demgegenüber ist bei der Erfindung in völlig neuartiger Weise keine zusätzliche Hil-fsfolie, sondern allein eine Kunststoffschale vorgesehen, welche überraschend erstmals im Tunnelbau neben der Abdichtung auch die Stützfunktion übernimmt. Dieser Schritt führt zu den voranstehend beschriebenen und bisher trotz jahrelangen Bemühungen nicht erzielten enormen wirtschaftlichen und technischen Vorteilen.

Andere vorteilhafte Gesichtspunkte der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert, Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Tunnel

if mit einer Kunststoff schale ,

<l Fig. 2 einen Längsschnitt eines Tunnelstückes

mit einer Kunststoffschale,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Schnitt-

'··. linie 1-1 aus Fig. 2,

Fig. 4. einen Querschnitt längs der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 2,

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Fig. 5 eine weitere Querschnittsansicht, Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Details

A aus Fig. 5,

Fig. 7 ein Tunnelstück mit mehreren Rohrabschnitten, Fig. 8 eine Detailsdarstellung des Schnittes

A-A aus Fig. 7.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Erzeugung des auszukleidenden Tunnels das Schildvortriebsverfahren angewandt. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.

Wie in. den Darstellungen ersichtlich ist, erfolgt die Auskleidung des Tunnels ausschließlich mit einer Kunststoffschale 1, welche sowohl die Stützfunktion als auch die Dichtungsfunktion übernimmt. Das gesamte zur Auskleidung verwendete Element besteht aus mehreren in Fig. 7 zu erkennenden Rohrabschnitten, die längs der Ringspalte 14 miteinander verschweißt werden. Die Rohrabschnitte selbst sind aus je einem Firstsegment 6 und einem Sohlsegment 8 zusammengesetzt, wie in den Fig. 1 und 4 besonders deutlich zu erkennen ist. Das Firstsegment 6 umschreibt einen Winkel«^ von etwa 250°.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist in der rechten Hälfte bereits ein Tunnelstück mit einer Kunststoffschale 1

fertiggestellt. Am linken Rand dieser Fig. sind das Schildschwanzende 4, die beim Schildvortriebsverfahren benötigten Vorschubpressen 30, sowie ein Druckverteilungsring 34 zu erkennen. Das an sich bekannte Schildkopfende selbst des Schildvortriebs ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.

Nachfolgend wird nun das Verfahren zum Auskleiden des Tunnels näher beschrieben. Nach dem Vorfahren des nicht

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gezeigten Schildes mit gleichzeitiger Bodenförderung werden $Ί

die Vorschubpressen 30 eingefahren, so daß ein Abschnitt für f

den Einbau der die geschlossene Kunststoffschale bildenden $

First- und Sohlsegmente 8 freigegeben wird. Die Länge dines |

solchen auszukleidenden Abschnittes beträgt beispielsweise ?]

2,5 m, während der Tunnel einen Durchmesser von 1,4 m auf- ■ weisen kann. Die Wandstärke der Kunststoffschale 1 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 6 cm, wobei als Kunststoff Polypropylen gewählt ist.

Um das umgebende Erdreich an dem auszukleidendenΛ Abschnitt vorläufig abzustützen, ist ein Stahlmantel 32 vorgesehen, der bei eingefahrenen Vorschubpressen 30 noch einen Teil der schon fertiggestellten Tunnelauskleidung mit der Kunststoffschale 1 umfaßt. Für den Transport des Firstsegments 6 und des Sohlsegments 8 ist ein Transportwagen 20 vorgesehen, dessen Konstruktion so gewählt ist, daß er innerhalb des Tunnels leicht bewegt werden kann. Der Transportwagen 2O ist dreieckförmig mit Schenkeln 24 und einem Scheitelträger 28 aufgebaut. Zur Fortbewegung sind an den unteren Enden der Schenkel¹ 24 Rollen 22 vorgesehen. In seinem unteren Bereich ist der Transportwagen 20 mit einer Presse 26 ausgerüstet, deren Funktion weiter unten noch beschrieben wird.

In der Querschnittsansicht gemäß Fig. 3 ist der

Transportwagen 20 zu erkennen, bevor er die Einbauposition !

erreicht hat. Mit seinem Scheitelträger 28 trägt der Transportwagen 20 das vorgeformte Firstsegment 6, das in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Außerdem trägt der Transportwagen 20 in seinem unteren Bereich zwischen den beiden Schenkeln 24 noch das ebenfalls gestrichelt dargestellte Sohlsegment. Nachdem die Segmente der Kunststoffschale 1 zur Einbauposition transportiert worden sind, werden sie gemäß Fig. 4 versetzt.

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Zu diesem Zweck sind die erwähnten Schenkel 24 des Transportwagens 20 gestängeartig, in der Weise ausgebildet, daß die Länge der Schenkel 24 vergrößert werden kann. Auf diese Weise drückt der Scheitelträger 28 den oberen Bereich des Firstsegments gegen den Stahlmantel 32. Gleichzeitig wird die Presse 26 ausgefahren, so daß auch die unteren Bereiche des Firstsegments 6 gegen den Stahlmantel 32 gedrückt werden. Schließlich wird noch das Sohlsegment 8 von dem Transportwagen 20 entfernt und in die in Fig. 4 gezeigte Lage gebracht.

Nachdem die Segmente 6 und 8 des neuen Rohrabschnittes so weit vorbereitet sind, müssen noch die Längsnähte 10 zwischen den Segmenten 6 und 8 sowie die Ringnaht zur angrenzenden schon fertiggestellten Auskleidung abgsdichtet werden. Hierzu eignet sich das Extrusions-Auftrags-Schweißverfahren, durch welches die Längsspalten 10 bzw. die Ringspalten 14 geschlossen werden. In Fig. 6, die das Detail A aus Fig. 5 zeigt, ist eine Schweißnaht 12 gezeigt, die aus drei Lagen besteht und eine glatte, fugenlose und wasserdichte Tunnelauskleidung ergibt.

Nachdem die Längsnähte nachiidem Extrusions-Auf trags-Schweißverf ahren verschlossen worden sind, wird dieser Abschnitt der Kunststoffschale 1 mit den Pressen 30 an die bereits fertiggestellte - rechts davon befindliche - Tunnelauskleidung gedrückt. In Fig. 8, die den Schnitt A-A aus Fig. 7 im Detail wiedergibt, ist ein den beiden benachbarten Abschnitten der Kunststoffschale 1 gemeinsamer Heizdraht 18 dargestellt, mit dem der Ringspalt 14 zunächst verschweißt wird. In der nächstfolgenden Vorpreßphase erfolgt dann die endgültige Verschweißung durch die Ring-Schweißnaht 16. Wenn später der Stählmantel für den Einbau des nächsten Kunststoffschalen-Abschnitts weiter

nach links bewegt wird, wird der ringförmige Spalt während' des Vortriebs am Schildschwahzende kontinuierlich mit einem Verpreßmörtel 2 verpreßt. Durch das Verschweißen mit dem erwähnten Heizdraht 18 wird in vorteilhafter Weise eine Außendichtung gebildet, während sich die Ring-Schweißnaht an der Innenseite der rohrförmigen Kunststoffschale 1 befindet und praktisch eine Innendichtung bildet.

Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte tragende Kunststoffschale 1 zur Auskleidung des Tunnels ist wegen der Korrosionsbeständigkeit des Kunststoffes gegen die chemisch aggresiven Abwasser praktisch absolut dicht. Vorteilhaft ist auch, daß sich die Kunststoffschale 1 als Folge der positiven Eigenschaften des Kunststoffs durch entsprechende Wahl des Materials und der Form den jeweiligen Verhältnissen günstig anpassen läßt. So kann die Kunststoffschale 1 - wie in den Zeichnungen dargestellt - vollwandig ausgebildet sein. Es kann aber auch eine aufgelöste Form, wie Fachwerk, Stege usw. Anwendung finden, und es ist auch möglich. Hohl-, Füllkörper oder sonstige Verstärkungen in der Wandung .der Kunststoffschale 1 vorzusehen.

Bei der voranstehenden Beschreibung wurde für die Erstellung des unterirdischen Hohlraums das Schildvortriebsverfahren vorausgesetzt. Die Erfindung läßt sich ebenso aber auch beim sogenannten Vorpreß-, Einziehverfahren oder auch ■ im freistehenden, teilweise oder vollgestützten Gebirge anwenden.

Claims (14)

• · eikenberg:-ä: brümmerstedt PATENTANWÄLTE IN HANNOVER Philipp Holzmann AG 332/33 Schutzansprüche

1. Element zur Auskleidung unterirdischer Hohlräume insbesondere zur Auskleidung eines Tunnels für Sammler für Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine tragende Kunststoffschale (1) ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschale (1) als Rohr ausgebildet ist.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß die Kunststoffschale (1) aus einem oder mehreren Segmenten U. (6, 8) zusammengesetzt ist.

4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dab die tragende Kunststoffscha]e (1) in ihrer Längsrichtung gesehen aus mehreren Schalen-Abschnitten zusammengesetzt ist.

5. Element nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen zwischen den Segmenten (6, 8) und/ oder den Abschnitten als Gelenke ausgebildet sind.

6. Element nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß in die Fugen ein zwei benachbarten Abschnitten gemeinsamer Heizdraht (18) oder andere Dichtungsmittel zur Herstellung einer Dichtung eingebracht sind.

7. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente (6, 8) bzw. Abschnitte durch teilweises oder volles Verschweißen zumindest an der Innenseite der Kunststoffschale (1), miteinander verbunden sind.

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente (6, 8) bzw. die Schalenabschnitte durch Extrusions-Auftragsschweißen miteinander verbunden sind.

9. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der schale (1) mit einem Verpreßmörtel umgeben ist.

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Kunststoff- '*|

10. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kunststoffschale (1) vollwandig ausgebildet ist.

11. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kunststoff schale (1) aufgelöst ist.

12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kunststoffschale (Ü) mit Hohlkörpern versehen ist.

13. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kunststoffschale (1) mehrlagig ausgebildet ist.

14. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kunststoffschale, (1) andere Materialien wie Stahl^ Nylon, Holz, Steine, Quarzmehl, Glasfasern usw. enthält.