EP0254835B2 - Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton und Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton und Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0254835B2
EP0254835B2 EP19870107717 EP87107717A EP0254835B2 EP 0254835 B2 EP0254835 B2 EP 0254835B2 EP 19870107717 EP19870107717 EP 19870107717 EP 87107717 A EP87107717 A EP 87107717A EP 0254835 B2 EP0254835 B2 EP 0254835B2
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tunnel
concrete
lining
lining concrete
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Bernd Dr.-Ing. Hillemeier
Jens Dipl.-Ing. Glöyer
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Hochtief AG
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Hochtief AG
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    • 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
    • E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/06—Solidifying concrete, e.g. by application of vacuum before hardening
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/60—Heating arrangements wherein the heating current flows through granular powdered or fluid material, e.g. for salt-bath furnace, electrolytic heating

Definitions

  • the invention relates generically to a method for producing a tunnel lining from lining concrete in the course of tunneling with a tunnel boring machine, for. B. shield tunneling machine, with the help of a tunnel formwork a tunnel lining ring space is set up, which is closed on the driving machine side by a front formwork and is completed at the rear end of the tunnel formwork by already hardened concrete, with at least one concrete delivery line opening into the tunnel lining ring space and through the concrete delivery line of the lining concrete into the Liner annulus is pumped in, the tunnel formwork is also implemented after sufficient hardening of the heated lining concrete for this purpose, following the progressive tunneling.
  • the tunnel formwork can be one that is composed of individual elements that can be dismantled and implemented. However, it can also be a sliding formwork, which is gradually and more or less continuously retraced as the tunnel progresses and implemented in this sense.
  • electromagnetic waves are introduced into the lining concrete pumped into the tunnel lining ring space from the tunnel formwork during a predetermined exposure time. In this way, the lining concrete experiences, as it were, dielectric heating.
  • inductive transmission antennas for electromagnetic waves in the form of radiation coils or capacitive radiation elements are installed in formwork elements of the tunnel formwork.
  • the known measures have proven themselves. The time span until the lining concrete introduced has a sufficient strength can be reduced considerably. The tunnel formwork can therefore be implemented very early, following the progressive tunneling. In other words, the length of the tunnel formwork can be reduced considerably.
  • the expenditure on equipment is considerable, however, because the tunnel formwork must be equipped with special formwork elements set up in the manner described.
  • the invention has for its object to perform the generic method so that tunnel formwork with formwork elements that have inductive transmit antennas or capacitive radiation elements is no longer necessary.
  • a lining concrete is preferably used which, after heating to a temperature of approximately 50 ° C., can no longer be processed after approximately 15 minutes. It is easy to work with a lining concrete that contains steel fibers in addition to the usual components (such as cement, sand, gravel and concrete admixtures such as plasticizers and retarders). In addition, fillers can always be mixed with a lining concrete.
  • the electrical energy is expediently introduced in the immediate vicinity of the face formwork. However, a distance of a few meters can also be achieved. In this respect, the introduction of electrical energy in the area of the forehead formwork can depend on the operating conditions.
  • the invention is based on the knowledge that a concrete, which is set as indicated, surprisingly hardens in the tunnel lining ring space to such an extent in a short time that the formwork can be implemented, although electrical energy is no longer introduced into the tunnel formwork ring space, so no further heating more is done. It is understood that the heat of hydration caused by the reaction is released after a certain time. The sensible heat of the lining concrete entering the tunnel lining ring space together with the heat of hydration is sufficient for the accelerated stiffening and hardening. On the other hand, there are no problems if the normal operation of tunneling is disturbed for some reason and the tunneling is stuck for a period of about two hours or less.
  • the lining concrete remains sufficiently flowable in the concrete delivery line to be conveyed further by pumping in further lining concrete when operation is resumed. It is understood that the introduction of electrical energy is immediately interrupted in the event of such a fault. Then there is also no disturbing hardening of the lining concrete in the area of this discharge point.
  • the tunnel formwork can be implemented very early and consequently it is possible to work with a relatively short tunnel formwork. The fact that very simple devices can be used to carry out the method is particularly advantageous.
  • a device has at least one Pipe shot in the concrete delivery line, which is set up as a device for the introduction of electrical energy into the lining concrete.
  • the pipe section consists of an electrically non-conductive material, the inside of the pipe, for. B. opposite, electrodes with external connection devices for electrical cables, which in turn are connected via a transformer to the network or to a generator. It can be a standard alternating current. It is understood that customary adjustments and adjustments must be carried out within the scope of the invention.
  • the electrical energy that is introduced into the lining concrete per unit of time must be matched to the volume flow.
  • the device for introducing the electrical energy into the lining concrete has a control and / or regulating device which controls the supply of electrical energy in accordance with the volume flow and the starting temperature and the predetermined end temperature. Accordingly, pipe sections of different lengths can also be used.
  • FIG. 1 shows the end 1 of a tunnel boring machine (not shown) on the left and, to the right, a front formwork 2 with the subsequent tunnel formwork consisting of a plurality of tunnel formwork elements 3. It can also be a sliding formwork.
  • the tunnel tube 5 can also be seen in the surrounding mountains 4. For reasons of clarity, only the longitudinal sections have been shown in FIG. 1, but not the projections of the named components and units on the drawing plane.
  • Lining concrete is pumped into the tunnel lining ring space 6 between the tunnel formwork elements 3 and mountains 4.
  • the feed line 7 shown in FIG. 1 is used for this purpose.
  • a special feed line section 8 can be seen in the feed line 7. It is a special pipe section which is set up in such a way that in its area the lining concrete in the feed line 7 by supplying electrical Energy can be heated. For this purpose, heat is generated in the volume elements of the concrete and the lining concrete is thereby thoroughly heated before entering the tunnel lining ring space 6, to a temperature of 40 to 70 ° C., preferably 50 to 60 ° C.
  • the feed line section 8, in which the heating takes place, is practically immediately before the entry of the lining concrete in the tunnel lining ring space 6. It goes without saying that fittings and measuring devices can be arranged in the feed line 7, 8 and between 8 and the front formwork 2.
  • an electrolytic heating device 9 can be seen with a non-conductive tube section 8 as the feed line section of the feed line 7 and electrodes 11, 12 installed therein, which bear against the phases of a technical alternating current and bear against the inner wall section 10 of the tube section connected to the corresponding phases 13, 14 of a power-adjustable transformer 15, which was shown in FIG. 1.
  • the electrodes 11, 12 lie opposite one another in the tube section.
  • three electrodes would be provided and offset from one another by 120 °.
  • a concrete cone is allowed to flow apart on a shock table.
  • the diameter of the poured concrete is the spread.
  • the concrete with which, according to the invention, is used as a lining concrete has the specified special features in the "workability” and "hardening” areas. So far the concrete be adjusted according to the prevailing teaching of concrete technology. This setting surprisingly has the consequence that in the first minutes up to the time period of about 10 to 30 minutes, a disruptive stiffening does not occur even after the introduction of the electrical energy until the preset temperature has been set. At a temperature of 20 ° C, the curve, which is provided in FIG.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton in Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. Schildvortriebsmaschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelauskleidungsringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist, wobei in den Tunnelauskleidungsringraum zumindest eine Betonförderleitung einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungsbeton in den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tunnelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärmten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend, umgesetzt wird. Bei der Tunnelschalung kann es sich um eine solche handeln, die aus einzelnen Elementen zusammengesetzt ist, die demontiert und umgesetzt werden können. Es kann sich jedoch auch um eine Gleitschalung handeln, die schrittweise oder mehr oder weniger kontinuierlich dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend nachgezogen und in diesem Sinne umgesetzt wird.
  • Bei den bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE-A 35 08 966) werden in den in den Tunnelauskleidungsringraum eingepumpten Auskleidungsbeton von der Tunnelschalung her während einer vorgegebenen Einwirkzeit elektromagnetische Wellen eingeleitet. Der Auskleidungsbeton erfährt auf diese Weise gleichsam eine dielektrische Erwärmung.
  • Um dieses durchzuführen, sind in Schalungselemente der Tunnelschalung induktive Sendeantennen für elektromagnetische Wellen in Form von Abstrahlungsspulen oder kapazitive Abstrahlungselemente eingebaut. Die bekannten Maßnahmen haben sich bewährt. Die Zeitspanne bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit des eingebrachten Auskleidungsbetons läßt sich beachtlich reduzieren. Die Tunnelschalung kann daher sehr frühzeitig, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend, umgesetzt werden. Anders ausgedrückt kann die Länge der Tunnelschalung beachtlich reduziert werden. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen ist der apparative Aufwand jedoch beachtlich, weil die Tunnelschalung mit besonderen, in der beschriebenen Weise eingerichteten Schalungselementen ausgerüstet werden muß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß eine Tunnelschalung, mit Schalungselementen, die induktive Sendeantennen oder kapazitive Abstrahlungselemente aufweisen, nicht mehr erforderlich ist.
  • Diese Aufgabe wurd durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Durch das unmittelbare Einleiten der elektrischen Energie wird erreicht, daß in allen Volumenelementen des fließenden Auskleidungsbetons Wärme erzeugt wird und der Auskleidungsbeton gleichsam durch und durch ohne störenden Temperaturgradienten (wie er bei einer Erwärmung durch Wärmeleitung auftritt) erwärmt wird. Vorzugsweise wird mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet, der nach Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 50° C nach etwa 15 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist. Ohne Schwierigkeiten kann mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet werden, der neben den üblichen Bestandteilen (wie Zement, Sand, Kies und Betonzusatzmittel, wie Verflüssiger und Verzögerer) einen Zusatz von Stahlfasern aufweist. Im übrigen können mit einem Auskleidungsbeton stets auch Füllstoffe beigemischt werden. Die Einleitung der elektrischen Energie erfolgt zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nachbarschaft der Stirnschalung. Es kann aber auch ein Abstand von einigen Metern verwirklicht werden. Insoweit kann sich das Einleiten der elektrischen Energie im Bereich der Stirnschalung nach den betrieblichen Verhältnissen richten.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Beton, der wie angegeben eingestellt ist, überraschenderweise in dem Tunnelauskleidungsringraum in kurzer Zeit so weit erhärtet, daß die Schalung umgesetzt werden kann, obgleich in den Tunnelschalungsringraum elektrische Energie nicht mehr eingeleitet, eine weitere Erwärmung also nicht mehr vorgenommen wird. Es versteht sich, daß nach einer gewissen Zeit die reaktionsbedingte Hydratationswärme frei wird. Die fühlbare Wärme des in den Tunnelauskleidungsringraum eintretenden Auskleidungsbetons reicht zusammen mit der Hydratationswärme für die beschleunigte Ansteifung und Erhärtung aus. Andererseits treten auch keine Probleme auf, wenn der normale Betriebsablauf beim Tunnelvortrieb aus irgendwelchen Gründen gestört wird und der Tunnelvortrieb für eine Zeitspanne von etwa zwei Stunden oder weniger stockt. In diesem Fall bleibt der Auskleidungsbeton in der Betonförderleitung ausreichend fließfähig, um bei Wiederaufnahme des Betriebes durch Einpumpen von weiterem Auskleidungsbeton weitergefördert zu werden. Es versteht sich, daß bei einer solchen Störung die Einleitung der elektrischen Energie unverzüglich unterbrochen wird. Dann findet auch im Bereich dieser Einleitungsstelle ein störendes Erhärten des Auskleidungsbetons nicht statt. Im Ergebnis kann bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Tunnelschalung sehr frühzeitig umgesetzt werden und folglich kann mit verhältnismäßig kurzer Tunnelschalung gearbeitet werden. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß mit sehr einfachen Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens gearbeitet werden kann.
  • Eine Vorrichtung weist zumindest einen Rohrschuß in der Betonförderleitung, der als Einrichtung für die Einleitung von elektrischer Energie in den Auskleidungsbeton eingerichtet auf. Der Rohrschuß besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff, der rohrinnenseitig, z. B. einander gegenüberliegende, Elektroden mit außen liegenden Anschlußeinrichtungen für elektrische Kabel aufweist, die ihrerseits über einen Transformator an das Netz oder an einen Generator angeschlossen sind. Es kann sich um üblichen Wechselstrom handeln. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung übliche Anpassungen und Abstimmungen durchgeführt werden müssen. Abzustimmen ist die elektrische Energie, die pro Zeiteinheit in den Auskleidungsbeton eingeführt wird, auf den Mengenstrom. Dazu lehrt die Erfindung, daß die Einrichtung zur Einleitung der elektrischen Energie in den Auskleidungsbeton eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die die Zufuhr an elektrischer Energie nach Maßgabe des Volumenstromes sowie der Anfangstemperatur und der vorgegebenen Endtemperatur steuert. Entsprechend kann auch mit Rohrschüssen unterschiedlicher Länge gearbeitet werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnel, der für die Herstellung einer Tunnelauskleidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist.
    • Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,
    • Fig. 3 in nochmaliger Vergrößerung einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2, ausschnittsweise, und
    • Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens des eingesetzten Auskleidungsbetons.
  • In der Fig. 1 erkennt man links das Ende 1 einer nicht gezeichneten Tunnelvortriebsmaschine sowie nach rechts anschließend eine Stirnschalung 2 mit der weiter anschließenden Tunnelschalung aus einer Mehrzahl von Tunnelschalungselementen 3. Es kann sich auch um eine Gleitschalung handeln. Man erkennt ferner in dem umgebenden Gebirge 4 die Tunnelröhre 5. - Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in den Fig. 1 nur die Längsschnitte, nicht aber die Projektionen der genannten Bauteile und Aggregate auf die Zeichenebene dargestellt.
  • In den Tunnelauskleidungsringraum 6 zwischen den Tunnelschalungselementen 3 und Gebirge 4 wird Auskleidungsbeton eingepumpt. Dazu dient die oben in Fig. 1 dargestellte Zuführleitung 7. Man erkennt in der Zuführleitung 7 einen besonderen Zuführleitungsabschnitt 8. Es handelt sich um einen besonderen Rohrschuß, der so eingerichtet ist, daß in seinem Bereich der Auskleidungsbeton in der Zuführleitung 7 durch Zuführung von elektrischer Energie erwärmt werden kann. Dazu wird in den Volumenelementen des Betons Wärme erzeugt und der Auskleidungsbeton wird dadurch vor Eintritt in den Tunnelauskleidungsringraum 6 durch und durch erwärmt, und zwar auf eine Temperatur von 40 bis 70° C, vorzugsweise von 50 bis 60° C. Der Zuführleitungsabschnitt 8, in dem die Erwärmung erfolgt, befindet sich praktisch unmittelbar vor dem Eintritt des Auskleidungsbetons in den Tunnelauskleidungsringraum 6. Es versteht sich, daß Armaturen und Meßeinrichtungen in die Zuführleitung 7, 8 sowie zwischen 8 und der Stirnschalung 2 angeordnet sein können.
  • In den Fig. 2 und 3 erkennt man eine elektrolytische Erwärmungseinrichtung 9 mit einem nichtleitenden Rohrabschnitt 8 als Zuführleitungsabschnitt der Zuführleitung 7 und darin eingebauten, an der Rohrabschnittsinnenwand 10 anliegenden, den Phasen eines technischen Wechselstromes zugeordneten Elektroden 11, 12. Die Elektroden 11, 12 sind an die entsprechenden Phasen 13, 14 eines leistungsregelbaren Transformators 15 angeschlossen, der in Fig. 1 dargestellt wurde.
  • Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ausführungsform für Zweiphasen-Wechselstrom. Die Elektroden 11, 12 liegen dazu in dem Rohrabschnitt einander gegenüber. Bei Dreiphasen-Wechselstrom wären drei Elektroden vorgesehen und um 120° versetzt zueinander angeordnet.
  • Aus der graphischen Darstellung der Fig. 4 entnimmt man, wie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Auskleidungsbeton beim Anmachen eingestellt wird und sich verhält. Auf der Abszissenachse ist die Zeit in Minuten aufgetragen, auf der Ordinatenachse das Ausbreitmaß nach DIN in cm. Bekanntlich wird die Konsistenz eines Frischbetons, d. h. wie weich der Beton ist und wie sich diese Weichheit mit der Zeit verändert, meßtechnisch mit dem Ausbreitmaß erfaßt.
  • Dabei läßt man einen Betonkonus auf einem Schocktisch auseinanderfließen. Der Durchmesser des auseinandergeflossenen Betons ist das Ausbreitmaß. Wenn der Beton nicht mehr auseinanderfließt, befindet er sich in dem Übergangsstadium zwischen "Ende der Verarbeitbarkeit" und "Anfang des Ansteifens". Der weitere Übergang vom Ansteifen bis zum Erhärten geschieht allmählich. Der Beton, mit dem erfindungsgemäß als Auskleidungsbeton gearbeitet wird, weist in den Bereichen "Verarbeitbarkeit" und "Erhärten" die angegebenen Besonderheiten auf. Insoweit kann der Beton nach den herrschenden Lehren der Betontechnologie eingestellt werden. Diese Einstellung hat überraschenderweise zur Folge, daß in den ersten Minuten bis zur Zeitspanne von etwa 10 bis 30 Minuten ein störendes Ansteifen auch nach der Einleitung der elektrischen Energie bis zur Einslellung der vorgegebenen Temperatur nicht eintritt. Bei einer Temperatur von 20° C ergibt sich die Kurve, die in der Fig. 4 mit dem entsprechenden Parameter versehen ist, bei z. B. 50° C die demgegenüber wesentlich steilere Kurve. Das bedeutet, daß bei 50° C die Auskleidungsbetonmischung wesentlich schneller ansteift. Die Betonerhärtung läuft im Tunnelauskleidungsringraum beschleunigt ab. Während bei 20° C die Festigkeit auch noch nach zwei bis vier Stunden im Bereich zwischen dem Verarbeitungsende und dem Beginn der Festigkeitsbildung bleibt, stellt sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens schon nach zwei Stunden eine Festigkeit von 5 N/mm und nach vier Stunden eine solche von über 20 N/mm ein.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z.B. einer Schildvortriebsmaschine,
    - wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung (3), die nach ausreichendem Erhärten des Auskleidungsbetons dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend umgesetzt wird, ein Tunnelauskleidungsringraum (6) eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung (2) abgeschlossen wird,
    - wobei in den Tunnelauskleidungsringraum (6) zumindest eine Betonförderleitung (7) einmündet, in der der Auskleidungsbeton im Bereich der Stirnschalung (2) zwischen Elektroden durch unmittelbares Einleiten von elektrischer Energie in den Auskleidungsbeton erwärmt wird,
    - wobei in den Tunnelauskleidungsringraum (6) ein Auskleidungsbeton eingeführt wird, der sowohl bei einer Temperatur von etwa 20°C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist als auch nach Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70°C nach 10 bis 30 min. nicht mehr verarbeitbar ist, und
    - wobei der fließende Beton in der Betonförderleitung (7, 8) durch das Einleiten der elektrischen Energie auf eine Temperatur in dem angegebenen Bereich erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der nach Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 50°C nach etwa 15 min. nicht mehr verarbeitbar ist.
EP19870107717 1986-07-02 1987-05-27 Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton und Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP0254835B2 (de)

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DE3644532 1986-12-24
DE19863644532 DE3644532A1 (de) 1986-03-10 1986-12-24 Verfahren zur herstellung einer tunnelauskleidung aus auskleidungsbeton und vorrichtung fuer die durchfuehrung des verfahrens

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EP0254835B1 EP0254835B1 (de) 1990-10-03
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