EP0033820B1 - Tübbingausbau, Verwendung dieses Tübbingausbaues und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP0033820B1
EP0033820B1 EP80810211A EP80810211A EP0033820B1 EP 0033820 B1 EP0033820 B1 EP 0033820B1 EP 80810211 A EP80810211 A EP 80810211A EP 80810211 A EP80810211 A EP 80810211A EP 0033820 B1 EP0033820 B1 EP 0033820B1
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EP
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tubbing
shield
segments
rings
sole
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EP80810211A
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Inventor
Edgar Arnold
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Pantex-Stahl AG
Original Assignee
Pantex-Stahl AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0607—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
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    • E21D11/107—Reinforcing elements therefor; Holders for the reinforcing elements

Definitions

  • the invention relates to a segment lining with segment rings composed of several arched segment segments for underground lines or shafts, in particular for tunnels.
  • the object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages in the case of tubbing and to create a tubbing expansion using lightweight tubbing rings of high strength.
  • the tubbing rings should, on the one hand, be able to take over the rock protection and, on the other hand, take on the function of reinforcement when pouring the concrete.
  • this object is achieved in such a way that the segment segments consisting of belt bars and inner stiffening elements are supported against a concrete segment segment, that means for bracing the segment segments between the segment segment and the mountains are provided, and that the segment rings are the reinforcement of an in-situ concrete lining.
  • the segment rings can e.g. be introduced directly behind the face when extending the tunnel.
  • tunneling is carried out using a shield construction method and the tunnel lining is protected under the rear part of the shield casing.
  • the tail of the shield still encompasses the last installed segment ring so that the mountains are never exposed (see CH-A No. 451990).
  • the invention also relates to the use of the segmental lining according to the invention when tunneling in shield construction.
  • the shield tail is thin and supported by the tubbing rings against the mountain pressure.
  • the tubbing ring can thus be regarded as a support ring for the shield, so that it is not required for the shield itself.
  • the cavity created behind the jacket sheet is pressed with grout.
  • the invention also relates to a method for producing the segment lining according to the invention using a tunnel shield, as defined in claim 10.
  • the bedding forces are awakened by pressing the segment rings against the mountains. As a result, bending moments in the segment ring are largely reduced and converted into normal forces. After the concrete has been poured in, the segment rings have the function of reinforcing the concrete.
  • the tubbing extension according to the invention ensures efficient work, since the tubbing rings themselves absorb the rock pressure even without the concrete, so that there are no waiting times before the in-situ concrete sets.
  • the segment ring shown in FIG. 1 consists of three arcuate segment segments 1, which are connected to one another and form a lattice structure.
  • the division into segments makes transportation and handling during installation easier.
  • the ends of the segments are butted against each other and screwed in place.
  • Each segment segment 1 has four belt bars 2, which form a rectangle in cross section and are spatially fixed to one another by means of inner stiffening elements 3.
  • the stiffening elements 3 consist of a number of bent and bent struts 4, which are welded together in the middle 5 of the stiffening element 3. The points of contact of the struts 4 with the belt rods 2 are also fixed by welding.
  • tub tubing 9 which can be a prefabricated concrete part or which can be produced in situ concrete by means of a sliding formwork. It serves as a driveway and work surface as well as an abutment for absorbing the spreading forces of the segment rings.
  • the reinforcing bars 10 of the sole segment 9 protrude laterally from the concrete structure and are fastened to the belt bars 2 of the segment ring ends by means of the clamping brackets 11.
  • the ends of the tubbing rings are provided with threaded bolts 12 for pressure screws 14 which are supported in the central section 5 of the stiffening 3.
  • the free ends of the threaded bolts 12 protrude into lateral recesses 13 in the sole tubbing 9.
  • the segment ring can be pressed against the mountains by means of the pressure screws 14, the pressure load being absorbed by the bolts of the pressure screws 14.
  • the tubbing ring towards the mountains is expediently protected by a corrosion-resistant, e.g. galvanized sheet 15 covered, the sheet 15 can be supported by a structural steel mat 16.
  • the structural steel mat 16 serves for better load distribution of the rock pressure and at the same time acts as a spacer from the sheet 15 for the concrete to be introduced.
  • the knife 17 of the shield tail is indicated behind the sheet 15.
  • the internal stiffeners allow the tubbing rings to be subjected to very high loads on bending, kinking and torsion. Nevertheless, they are very light and handy and easy to handle.
  • the bond with the concrete structure is flawless and there are no weak spots due to spray shadows.
  • the tunnel shield 18 shown in FIG. 8 consists in a known manner of the cutting edge 19, the shield shell 20 and the shield tail 17.
  • the shield is driven hydraulically in individual work stages, not shown, with the shield advancing the length of the shield shell at each stage becomes.
  • the material can be mined on the tunnel face 23 in front of the shield, while in the case of rolling mountains the shield is driven so that the protection can be carried out.
  • the segment segments 1 are introduced in the area of the shield casing 20 (field 22) and sprayed with concrete. This shotcrete jacket 24 is then the supporting tunnel lining reinforced by the segment segments 1.
  • 24 openings are left in the jacket.
  • the required overlap which corresponds to the thickness of the shield jacket 20 minus the thickness of the shield tail 17, is guaranteed by the back molding compound.
  • the watertightness of the tunnel lining can be increased by appropriate choice of materials and possibly with special additives.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Tübbingausbau mit aus mehreren gewölbten Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen für unterirdische Strecken oder Schächte, insbesondere für Tunnels.
  • Beim herkömmlichen Tübbingausbau zur Sicherung bergmännisch erstellter unterirdischer Hohlräume, wie Schächte und Tunnels, werden Walzstahl- oder Gusseisensegmente verwendet, die miteinander verschraubt sind. Zum besseren Anschluss an das Gebirge und zur Erhöhung der Wasserdichtheit, wird die so erhaltene Auskleidung mit Beton hinterfüllt. Diese Gusseisen- oder Stahlsegmente sind voluminös, sehr gewichtig und entsprechend teuer. Sie weisen eine geringe Verbundwirkung mit dem Beton auf, und das Anbringen der Auskleidung ist arbeitsintensiv.
  • Bei trockenen Hohlräumen ist es auch bekannt, gelenkig miteinander verbundene Betontübbinge gegen das Gebirge zu verspannen. Bei dieser Tübbingkonstruktion ist die Wasserdichtheit aber nicht gewährleistet und muss durch zusätzliche Vorkehrungen sichergestellt werden.
  • Aus der DE-B Nr. 1608527 sind Stützgerüstbögen aus wehreren Segmenten bekannt, die aus Gurtstäben mit Verbindungselementen bestehen. Die Stützgerüstbögen werden als vorläufiger Ausbau gesetzt und dienen als Armierung für die Betonauskleidung. Die Stützgerüstbogensegmente werden untereinander verbunden und durch Spindeln gegen das Gebirge verspannt.
  • Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die vorerwähnten Nachteile bei Tübbingen zu vermeiden und einen Tübbingausbau zu schaffen unter Verwendung leichter Tübbingringe hoher Festigkeit. DieTübbingringesollen in der Lage sein, einerseits die Gebirgssicherung zu übernehmen und anderseits beim Einbringen des Betons die Funktion der Armierung zu übernehmen.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe so gelöst, dass die aus Gurtstäben und inneren Versteifungselementen bestehenden Tübbingsegmente gegen einen Sohltübbing aus Beton abgestützt sind, dass Mittel zur Verspannung der Tübbingsegmente zwischen Sohltübbing und Gebirgevorgesehen sind, und dass die Tübbingringe die Armierung einer Ortsbetonauskleidung sind.
  • Bei genügender Standfestigkeit des Gebirges können die Tübbingringe z.B. beim Tunnelausbau direkt hinter der Ortsbrust eingebracht werden. Bei Lockergestein wird der Tunnelvortrieb in Schildbauweise vorgenommen und die Tunnelauskleidung erfolgt im Schutze des hinteren Teils des Schildmantels. Dabei umfasst der Schildschwanz mit seinem hinteren Ende noch den zuletzt eingebauten Tübbingring, so dass das Gebirge niemals freigelegt wird (siehe CH-A Nr. 451990).
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemässen Tübbingausbaus beim Tunnelvortrieb in Schildbauweise. Der Schildschwanz wird dünn ausgebildet und durch die Tübbingringe gegen den Gebirgsdruck unterstützt. Der Tübbingring kann somit als Stützring des Schildes betrachtet werden, so dass dieser beim Schild selber entfällt. Sobald der Schildschwanz vorgezogen wird, wird der hinter dem Mantelblech entstehende Hohlraum mit Injektionsgut verpresst.
  • Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Tübbingausbaus unter Verwendung eines Tunnelschildes, wie es in Anspruch 10 definiert ist.
  • Durch das Anpressen der Tübbingringe an das Gebirge werden die Bettungskräfte geweckt. Dadurch werden Biegemomente im Tübbingring weitgehend abgebaut und in Normalkräfte umgewandelt. Nach dem Einbringen des Betons haben die Tübbingringe die Funktion der Betonarmierung. Durch den erfindungsgemässen Tübbingausbau wird ein rationelles Arbeiten gewährleistet, da die Tübbingringe auch ohne den Beton bereits selber den Gebirgsdruck aufnehmen, so dass keine Wartezeiten auftreten bis zum Abbinden des Ortsbetons.
  • Nachstehend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. einen Querschnitt durch einen Tunnel mit eingebauten Tübbingringen,
    • Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Tübbingringe,
    • Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 gemäss Fig. 1,
    • Fig. 4 die Anschlussstelle eines Tübbingringes am Sohltübbing,
    • Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V gemäss Fig. 4,
    • Fig. 6 die Verbindungsstelle zweier Tübbingsegmente,
    • Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII gemäss Fig. 6, und
    • Fig. 8 schematisch den Tunnelausbau mit Schildvortrieb.
  • Der in der Fig. 1 dargestellte Tübbingring besteht aus drei bogenförmigen Tübbingsegmenten 1, die miteinander verbunden sind und eine Gitterkonstruktion bilden. Durch die Unterteilung in Segmente werden der Transport und die Handhabung beim Einbau erleichtert. Die Segmente werden an Ort und Stelle mit den Enden gegeneinander gestossen und verschraubt.
  • Jedes Tübbingsegment 1 weist vier Gurtstäbe 2 auf, die im Querschnitt ein Rechteck bilden und mittels innerer Versteifungselemente 3 räumlich zueinander fixiert sind. Die Versteifungselemente 3 bestehen aus einer Anzahl geknickter und gebogener Streben 4, die in der Mitte 5 des Versteifungselementes 3 miteinander verschweisst sind. Auch die Berührungsstellen der Streben 4 mit den Gurtstäben 2 werden durch eine Schweissung fixiert.
  • Beim Zusammenbau der einzelnen Tübbingsegmente 1 werden die sich berührenden Enden benachbarter Gurtstäbe 2 mittels Klemmbriden 7 aneinander fixiert. Sodann werden die Segmente 1 durch die Gewindebolzen 8 gegeneinander verspannt. Die Gewindebolzen 8 sind in den mittleren Abschnitten 5 benachbarter Versteifungselemente 3 verankert. Die Gurtstäbe 2 können so die im Tübbingring auftretenden Zug- und Druckkräfte frei übertragen. Die Verbindungsstellen der Tübbingsegmente sind so ausgebildet, dass das Gefüge des einzubringenden Ortsbetons nicht gestört bzw. geschnitten wird, und dass keine Spritzschatten an diesen Stellen entstehen.
  • Der Boden des Tübbingringes wird durch einen Sohltübbing 9 gebildet, der ein Betonfertigteil sein kann oder der mittels einer Gleitschalung in Ortsbeton hergestellt sein kann. Er dient als Fahrweg und Arbeitsfläche sowie als Widerlager zum Aufnehmen der Spreizkräfte der Tübbingringe.
  • Die Armierungseisen 10 des Sohltübbings 9 ragen seitlich aus dem Betongefüge hervor und werden mittels der Klemmbriden 11 an den Gurtstäben 2 der Tübbingringenden befestigt. Die Enden der Tübbingringe sind mit sich im mittleren Abschnitt 5 der Versteifung 3 abstützenden Gewindebolzen 12 für Druckschrauben 14 versehen. Die freien Enden der Gewindebolzen 12 ragen in seitliche Aussparungen 13 im Sohltübbing 9 hinein. Mittels der Druckschrauben 14 kann der Tübbingring gegen das Gebirge gepresst werden, wobei die Drucklast durch die Bolzen der Druckschrauben 14 aufgenommen wird.
  • Zweckmässigerweise wird der Tübbingring zum Gebirge hin durch ein korrosionsfestes, z.B. galvanisiertes Blech 15 abgedeckt, wobei das Blech 15 durch eine Baustahlmatte 16 unterstützt sein kann. Die Baustahlmatte 16 dient der besseren Lastverteilung des Gebirgsdruckes und wirkt gleichzeitig als Abstandshalter zum Blech 15 für den einzubringenden Beton. In der Fig. 2 ist hinter dem Blech 15 das Messer 17 des Schildschwanzes angedeudet.
  • Die inneren Versteifungen erlauben eine sehr hohe Belastung der Tübbingringe auf Biegung, Knickung und Torsion. Trotzdem sind sie sehr leicht und griffig und gut zu handhaben. Der Verbund mit dem Betongefüge ist einwandfrei und es können keine Schwachstellen infolge Spritzschatten entstehen.
  • In einigen Ländern bestehen Vorschriften, dass die Bewehrung des Tunnelbogens gegen das Gebirge hin eine Mindestüberdeckung (z.B. 3 cm) besitzen muss, damit die Korrosionssicherheit gewährleistet ist. Neben der bereits erwähnten Möglichkeit der Abdeckung mittels eines rostgeschützten Bleches 15 bietet sich ein Schildvortriebsverfahren an, welches die verlangte Überdeckung garantiert und die Verwendung von Tübbingsegmenten mit Spritzbeton vorsieht.
  • Der in Fig. 8 gezeigte Tunnelschild 18 besteht in bekannter Weise aus der Schneide 19, dem Schildmantel 20 und dem Schildschwanz 17. Der Schildvortrieb erfolgt in nicht näher dargestellter Weise hydraulisch in einzelnen Arbeitsetappen, wobei bei jeder Etappe der Schild um die Länge des Schildmantels vorgestossen wird. Bei festem Gebirge kann der Materialabbau an der Tunnelbrust 23 vor dem Schild erfolgen, währenddem bei rolligem Gebirge der Schild vorgetrieben wird, damit der Abbau in seinem Schutz durchgefü hrt werden kann. Nach dem Vortrieb werden die Tübbingsegmente 1 im Bereich des Schildmantels 20 (Feld 22) eingebracht und mit Beton ausgespritzt. Dieser Spritzbetonmantel 24 ist dann der durch die Tübbingsegmente 1 armierte, tragende Tunnelausbau.
  • Anschliessend wird der Hohlraum 25, der beim Vortrieb des Schildes zwischen dem Spritzbetonmantel 24 des Feldes 21 und dem Schildschwanz 17 entstanden ist, mit einer Betonmasse hinterpresst. Dazu sind im Mantel 24 Öffnungen ausgespart.
  • Durch die Hinterpressmasse wird die vorgeschriebene Überdeckung, die der Dicke des Schildmantels 20 abzüglich der Dicke des Schildschwanzes 17 entspricht, garantiert.
  • Durch zweckmässige Materialwahl und eventuell mit besonderen Zusätzen kann die Wasserdichtheit der Tunnelauskleidung erhöht werden.

Claims (11)

1. Tübbingausbau mit aus mehreren gewölbten Tübbingsegmenten (1) zusammengesetzten Tübbingringen für unterirdische Strecken oder Schächte, insbesondere für Tunnels, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Gurtstäben (2) und inneren Versteifungselementen (3), bestehenden Tübbingsegmente (1) gegen einen Sohltübbing (9) aus Beton abgestützt sind, dass Mittel (12, 14) zur Verspannung der Tübbingsegmente zwischen Sohltübbing und Gebirge vorgesehen sind, und dass die Tübbingringe die Armierung einer Ortsbetonauskleidung (24) sind.
2. Tübbingausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Sohltübbing (9) benachbarten Enden der Tübbingsegmente Gewindebolzen (12) mit Druckschrauben (14) aufweisen, die gegen den Sohltübbing (9) gepresst sind.
3. Tübbingausbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sohltübbing (9) armiert ist, und dass vorstehende Armierungsstäbe (10) mittels Klemmbriden (11) an den Gurtstäben (2) der Tübbingringe fixiert sind.
4. Tübbingausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Tübbingsegmente (1 ) mit ihren Enden gegeneinander gestossen und mittels Gewindebolzen (8) aneinander gepresst sind, und dass ihre Gurtstäbe (2) durch Klemmbriden (7) miteinander verbunden sind.
5. Tübbingausbau nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebolzen (12) der Druckschrauben (14) bzw. die Gewindebolzen (8) in den Mittenabschnitten (5) der Versteifungselemente (3) verankert sind.
6. Tübbingausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tübbingringe zum Gebirge hin durch ein korrosionsfestes Blech (15) abgedeckt sind.
7. Tübbingausbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Tübbingringen und dem Blech (15) eine letzteres unterstützende Baustahlmatte (16) angeordnet ist.
8. Tübbingausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der tragenden Ortsbetonauskleidung (24) und dem Gebirge (26) einezusätzliche, die Armierung vor Rostschützende Überdeckung (27) angeordnet ist.
9. Verwendung des Tübbingausbaues gemäss Anspruch 1 beim Tunnelvortrieb in Schildbauweise, wobei der dünn ausgebildete Schildschwanz durch die Tübbingringe gegen den Gebirgsdruck unterstützt ist.
10. Verfahren zur Herstellung des Tübbingausbaues gemäss Anspruch 1 unter Verwendung eines aus Schneide (19), Schildmantel (20) und Schildschwanz (17) bestehenden Tunnelschildes (18), dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Schildvortriebsetappe die Tübbingsegmente im Bereich des Schildmantels eingebracht und anschliessend die Ortsbetonauskleidung in diesem Abschnitt durch Spritzen erstellt wird, und dass in den zwischen dem Schildschwanz und der Auskleidung der vorangehenden Ausbauetappe vorhandenen Hohlraum eine Hinterfüllung eingepresst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Hinterfüllung der Dicke des Schildmantels abzüglich des Schildschwanzes entspricht.
EP80810211A 1979-06-25 1980-06-25 Tübbingausbau, Verwendung dieses Tübbingausbaues und Verfahren zu dessen Herstellung Expired EP0033820B1 (de)

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CH5925/79 1979-06-25

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EP0033820A2 EP0033820A2 (de) 1981-08-19
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