EP0273104B1 - Fugenabdichtungsring - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- 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
- E21D9/0635—Tail sealing means, e.g. used as end shuttering
Definitions
- the invention relates to a joint sealing ring between a shield tail and a tub lining, - with an elastic inner seal that can be pressed against the outside of the tub lining.
- the pressing of the shield tail joint behind a segment lining is a work process when driving a shield, especially in non-cohesive loose soil, which has so far not been able to be carried out satisfactorily.
- the gap between the shield tail is the gap that occurs when a shield is fed behind the end of the shield and is limited by the surrounding floor and the segment back. Its thickness is determined by the addition of the thickness of the shield tail plate, the shield tail seal and a free space for the installation of the segments in the protection of the shield tail.
- This gap which is of the order of 10 cm, may have to be pressed with a solidifying material at the same time as the shield is being advanced, in order to prevent the surrounding soil, which may also be in the groundwater, from penetrating into the gap.
- the adverse effects would be loosening of the soil around the tunnel, which affects the bedding of the lining, and subsidence of the soil layers above the tunnel.
- joint structures are often installed that are firmly connected to the steel plate of the shield casing.
- a known joint sealing ring of the type mentioned at the outset (US Pat. No. 3,979,920) is also constructed accordingly.
- Such joint constructions are intended to prevent the loose soil, possibly with groundwater, or the grouting material from penetrating into the shield.
- the grouting material has been pressed into the gap either through holes in the segment segments perpendicular to the tunnel axis or through feed lines that are arranged on the shield jacket parallel to the tunnel axis.
- the compression pressure is reliably greater than the pressure that arises from the pollution of the soil and groundwater. It cannot namely be reliably achieved that the volume of space which arises when the shield is pulled forward behind the shield tail can at the same time be compensated for by the volume of the pressed-in material.
- Even small volume differences for example caused by the intermittent operation of a piston injection pump, lead to large pressure differences in the liquid grouting material. This then results in the penetration of groundwater and soil into the shield tail joint, which favors irregular fillings and subsidence.
- a possible connection of several simultaneously connected and operated feed lines of the grouting material to a gas reservoir in order to compensate for the intermittent volume increase of the pumps does not lead to the predetermined constant pressure in the annular gap of the shield tail joint, because due to the small cross-section of the feed lines, the volume of the material feed per unit time is small compared to the volume increase caused by the shield feed.
- the invention has for its object to keep the pressure in the liquid, pressed material approximately constant at a level that resists the pressure from the load from the surrounding soil and groundwater.
- joint sealing ring is supported in a freely movable manner relative to the shield tail and tubbing expansion by means of adjustable support units in the direction of advance and on the one hand with compression material feed openings and on the other hand with an elastic outer seal made of a radially adjustable rubber or Plastic ring is provided.
- the invention is based on the finding that the above-mentioned problem can only be solved if the joint sealing ring is not only designed as a separate component with respect to the segment lining but also with respect to the shield tail and is spring-supported. It is also important that the grouting material is not introduced through the segment lining, but through the joint sealing ring itself. It should also be noted with regard to the construction of the outer seal that the shield tail can be moved in both directions relative to this outer seal.
- the joint sealing ring according to the invention is therefore no longer firmly connected to the shield casing, but is arranged to be movable in the longitudinal direction of the shield. It is supported elastically with a variable spring constant. Control and regulating elements ensure that the joint construction can only move parallel to the plane which is perpendicular to the axis of the plate. Spacer contacts should also limit the freedom of movement of the joint sealing ring; they give impulses that control the direction of advance depending on the ring movement.
- the circumferential seal is pressed against the inside of the shield tail area and the outside of the tunnel tube from Tübbingen using rubber-elastic or resilient elements.
- the forward movement of the freely movable sealing ring takes place completely decoupled from the movement of the shield while maintaining the pressure in the filling compound entered via the pump lines.
- the pressure-stabilizing support units are used to control the sealing ring in a direction of advance.
- the support assemblies expediently consist of cylinder piston assemblies.
- a preferred embodiment is recommended which has proven itself in practice and in which the inner seal is designed as a trailing spring plate seal.
- the joint sealing ring shown in the figures is arranged between the rear end of a shield tail 1 and the front end of a segment lining 2 and is used to seal the shield tail joint 3 in the course of pressing it with a pressing material, e.g. Concrete.
- the joint sealing ring is freely movable relative to the shield tail 1 and segmental lining 2 by means of adjustable support units in the form of cylinder piston arrangements in the advancing direction, for example on the shield.
- adjustable support units in the form of cylinder piston arrangements in the advancing direction, for example on the shield.
- These supporting units are not shown in detail in the figures; 1 shows only one of a plurality of fastening eyes 4 to which the supporting units are fastened. Evenly distributed over the circumference, several grouting material supply openings 5 are provided on the front end face of the joint sealing ring (cf. FIG. 2).
- the joint sealing ring has an elastic outer seal 6 and an elastic inner seal 7.
- the elastic outer seal 6 consists of a rubber or plastic ring which can be placed on the inside of the tail 1; Corresponding radial ice screws 8 are provided for this.
- the inner seal 7 which can be pressed against the outside of the segment lining 2 consists of a trailing spring plate seal which is fastened to the joint sealing ring by radial screws 9.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Fugenabdichtungsring zwischen einem Schildschwanz und einem Tübbingausbau, - mit einer gegen die Außenseite des Tübbingausbaus preßbaren elastischen Innendichtung.
- Die Verpressung der Schildschwanzfuge hinter einem Tübbingausbau ist ein Arbeitsvorgang bei einem Schildvortrieb, insbesondere in nicht kohäsivem Lockerboden, der bisher nicht befriedigend ausgeführt werden konnte. Mit Schildschwanzfuge wird der Spalt bezeichnet, der beim Vorschub eines Schildes hinter dem Schildende entsteht und durch den umgebenden Boden sowie den Tübbingrücken begrenzt wird. Seine Dicke wird bestimmt durch die Addition der Dicke des Schildschwanzbleches, der Schildschwanzdichtung und eines Freiraumes zum Einbau der Tübbinge im Schutze des Schildschwanzes. Dieser Spalt, der in der Größenordnung von 10 cm liegt, muß gegebenenfalls gleichzeitig mit dem Vorschub des Schildes mit einem sich verfestigenden Material verpreßt werden, um zu verhindern, daß der umgebende Boden, der auch im Grundwasser liegen kann, in den Spalt eindringt. Die nachteiligen Auswirkungen wären Auflockerungen des Bodens um den Tunnel, wodurch die Bettung der Auskleidung beeinträchtigt wird, und Senkungen der Bodenschichten über dem Tunnel.
- Zur Abdichtung der Schildschwanzfuge an der Stirnseite werden oftmals Fugenkonstruktionen eingebaut, die fest mit dem Stahblech des Schildmantels verbunden sind. Entsprechend ist auch ein bekannter Fugenabdichtungsring der eingangs genannten Art (US-A 3 979 920) aufgebaut. Durch solche Fugenkonstruktionen soll verhindert werden, daß der Lockerboden, eventuell mit Grundwasser, oder das Verpreßmaterial in den Schild eindringt.
- Bisher wird das Verpreßmaterial entweder durch Löcher in den Tübbingsegmenten senkrecht zur Tunnelachse oder durch Zuleitungen, die am Schildmantel parallel zur Tunnelachse angeordnet sind, in den Spalt gepreßt. Es gelingt jedoch nicht sicherzustellen, daß der Verpreßdruck zuverlässig größer ist als der Druck, der aus der Belastung aus Boden und Grundwasser entsteht. Es kann nämlich nicht zuverlässig erreicht werden, daß das Raumvolumen, das beim Vorziehen des Schilds hinter dem Schildschwanz entsteht, gleichzeitig durch das Volumen des eingepreßten Materials ausgeglichen werden kann. Schon kleine Volumendifferenzen, die zum Beispiel durch den intermittierenden Betrieb einer Kolbeninjektionspumpe entstehen, führen zu großen Druckdifferenzen in dem flüssigen Verpreßmaterial. Dies hat dann das Eindringen von Grundwasser und Boden in die Schildschwanzfuge zur Folge, wodurch unregelmäßige Verfüllungen und Setzungen begünstigt werden. Auch eine mögliche Verbindung mehrerer gleichzeitig angeschlossener und betriebener Zuleitungen des Verpreßmaterials mit einem Gasreservoir, um den intermittierenden Volumenzuwachs der Pumpen auszugleichen, führt nicht zu dem vorherbestimmten konstanten Druck im Ringspalt der Schildschwanzfuge, weil wegen des geringen Querschnittes der Zuleitungen die Volumenmenge der Materialzuführung pro Zeiteinheit zu gering ist gegenüber dem Volumenzuwachs, der durch den Schildvorschub entsteht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Druck in dem flüssigen, verpreßten Material annähernd konstant auf einer Höhe zu halten, der dem Druck aus der Belastung aus umgebendem Boden und Grundwasser widersteht.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Fugenabdichtungsring relativ zum Schildschwanz und Tübbingausbau frei beweglich über einstellbare Stützaggregate in Vortriebsrichtung federnd abgestützt ist und einerseits mit Verpreßmaterialzuführungsöffnungen, andererseits mit einer an die Innenseite des Schildschwanzes anlegbaren elastischen Außendichtung aus einem radial einstellbaren Gummi- oder Kunststoffring versehen ist.
- Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß das genannte Problem nur gelöst werden kann, wenn der Fugenabdichtungsring nicht nur gegenüber dem Tübbingausbau, sondern insbesondere auch gegenüber dem Schildschwanz als separates Bauteil ausgeführt ist und federnd abgestützt ist. Außerdem ist bedeutsam, daß das Verpreßmaterial nicht durch den Tübbingausbau, sondern durch den Fugenabdichtungsring selbst eingebracht wird. Außerdem ist bezüglich der Konstruktion der Außendichtung zu beachten, daß der Schildschwanz relativ zu dieser Außendichtung in beiden Richtungen bewegbar ist.
- Der erfindungsgemäße Fugenabdichtungsring ist also nicht mehr fest mit dem Schildmantel verbunden, sondern in Längsrichtung des Schildes beweglich angeordnet. Er wird dabei mit einer veränderbaren Federkonstanten elastisch gestützt. Steuer-und Regelungsorgane sorgen dafür, daß die Fugenkonstruktion sich nur parallel zu der Ebene verschieben kann, die senkrecht zur Schildachse steht. Auch sollten Distanzkontakte den Bewegungsspielraum des Fugenabdichtungsringes eingrenzen; sie geben Impulse, die die Vortriebsrichtung in Abhängigkeit von der Ringbewegung steuern. Die umlaufende Abdichtung wird mit Hilfe gummielastischer bzw. federnder Elemente gegen die Innenseite des Schildschwanzbereiches und die Außenseite der Tunnelröhre aus Tübbingen gepreßt. Damit wird einerseits eine druckdichte Begrenzung der durch Öffnung in der Abdichtung eingepreßten weichelastischen erhärtbaren Verfüllmasse erreicht. Zum anderen gelingt ein Ausgleich zwischen der stellenweise unvermeidlichen Exzentrizität zwischen Schild und Tunnelröhrenachse, die die in Tunnelvortriebsrichtung frei bewegliche Abdichtung entkoppelt. Durch die Bewegung des Vortriebsschildes, des Tübbingausbaus und der kontinuierlichen Verpressung des Ringraumes durch mehrere über den Umfang des Abdichtungsringes verteilte Öffnungen wird kontinuierlich erhärtbare Verfüllmasse in den Ringraum gepreßt. Der erzeugte Druck bewirkt eine sofortige und kontinuierliche Verspannung der Verfüllmasse mit dem Gebirge, der Tunnelröhre und dem Abdichtungsring. Damit wird das Hauptziel der Erfindung, nämlich eine setzungsarme Durchdringung des Gebirges mit einer aus Tübbingen zusammengesetzten Tunnelröhre, erreicht. Dabei kommt es nicht auf eine besonders schnelle Erhärtung der Verfüllmasse an. Damit bleibt der einzubauende Beton, der im übrigen nur geringe bis mittlere Restigkeit erreichen soll, längere Zeit pumpbar. Die Gefahr der Verstopfung der Zuführleitungen infolge einsetzender Erstarrung ist geringer. Die Verstopfung der Zuführleitungen mit Beton bei Unterbrechung des Verpreßvorganges wird im Bereich des Abdichtungsringes verhindert, in dem beispielsweise auswechselbare Packerrohre in entsprechenden Durchdringungs- öffnungen des Abdichtungsringes eingesetzt werden. Wie schon gesagt, erfolgt die Vorwärtsbewegung des frei beweglichen Abdichtungsringes völlig entkoppelt von der Bewegung des Schildes unter Aufrechterhaltung des über die Pumpleitungen eingetragenen Druckes in der Verfüllmasse. Zur Steuerung des Abdichtungsringes in eine Vortriebsrichtung dienen die druckstabilisierenden Stützaggregate.
- Für die weitere Ausgestaltung bestehen mehrere Möglichkeiten. So bestehen die Stützaggregate zweckmäßigerweise aus Zylinderkolbenanordnungen. Darüber hinaus empfiehlt sich eine bevorzugte Ausführungsform, die sich in der Praxis bewährt hat und bei der die Innendichtung als nachlaufende Federblechdichtung ausgeführt ist.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
- Es zeigen
- Fig. 1 einen Schnitt durch einen Fugenabdichtungsring und
- Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch den Fugenabdichtungsring in einer anderen Winkelstellung.
- Der in den Figuren dargestellte Fugenabdichtungsring ist zwischen dem Hinterende eines Schildschwanzes 1 sowie dem Vorderende eines Tübbingausbaus 2 angeordnet und dient zum Abdichten der Schildschwanzfuge 3 im Zuge deren Verpressung mit einem Verpreßmaterial, z.B. Beton. Der Fugenabdichtungsring ist relativ zum Schildschwanz 1 und Tübbingausbau 2 frei beweglich über einstellbare Stützaggregate in Form von Zylinderkolbenanordnungen in Vortriebsrichtung federnd beispielsweise am Schild abgestützt. In den Figuren sind diese Stützaggregate im einzelnen nicht dargestellt; erkennbar ist in Fig. 1 nur eines von mehreren Befestigungsaugen 4, an denen die Stützaggregate befestigt sind. Gleichmäßig über den Umfang verteilt sind an der vorderen Stirnseite des Fugenabdichtungsringes mehrere Verpreßmaterialzuführungsöffnungen 5 vorgesehen (vgl. Fig. 2). Außerdem weist der Fugenabdichtungsring eine elastische Außendichtung 6 und eine elastische Innendichtung 7 auf. Die elastische Außendichtung 6 besteht aus einem Gummi- oder Kunststoffring, der an die Innenseite des Schildschwanzes 1 anlegbar ist; hierzu sind entsprechende radiale Eisntellschrauben 8 vorgesehen. Die gegen die Außenseite des Tübbingausbaus 2 preßbare Innendichtung 7 besteht aus einer nachlaufenden Federblechabdichtung, die durch Radialschrauben 9 am Fugenabdichtungsring befestigt ist.
Claims (3)
1. Fugenabdichtungsring zwischen einem Schildschwanz (1) und einem Tübbingausbau (2), - mit einer gegen die Außenseite des Tübbingausbaus (2) preßbaren elastischen Innendichtung (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Fugenabdichtungsring relativ zum Schildschwanz (1) und Tübbingausbau (2) frei beweglich über einstellbare Stützaggregate in Vortriebsrichtung federnd abgestützt ist und einerseits mit Verpreßmaterialzuführungsöffnungen (5), andererseits mit einer an die Innenseite des Schildschwanzes (1) anlegbaren elastischen Außendichtung (6) aus einem radial einstellbaren Gummi- oder Kunststoffring versehen ist.
2. Fugenabdichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützaggregate aus Zylinderkolbenanordnungen bestehen.
3. Fugenabdichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendichtung (7) aus einer nachlaufenden Federblechdichtung besteht.
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