EP0441250B1 - Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente - Google Patents

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EP0441250B1
EP0441250B1 EP91101335A EP91101335A EP0441250B1 EP 0441250 B1 EP0441250 B1 EP 0441250B1 EP 91101335 A EP91101335 A EP 91101335A EP 91101335 A EP91101335 A EP 91101335A EP 0441250 B1 EP0441250 B1 EP 0441250B1
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EP
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channels
sealing
row
webs
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EP91101335A
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Werner Dr. Ing. Grabe
Siegfried Glang
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Phoenix AG
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Phoenix AG
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    • 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
    • E21D11/38—Waterproofing; Heat insulating; Soundproofing; Electric insulating
    • E21D11/385—Sealing means positioned between adjacent lining members

Definitions

  • the invention relates to a sealing profile made of elastomeric material for tunnel segments provided with a circumferential groove, the groove grooves running in the longitudinal direction on its base side, also channels running in the longitudinal direction, which are arranged in several rows, in particular in two rows, and side flanks after the insertion of the profile have no segment contact (in the unloaded state) in the groove.
  • the sealing frames of a segment made of concrete, steel, reinforced concrete or cast iron mostly consist of four composite strand-shaped sealing profiles (profiled strips) made of elastomeric material, ie of rubber or rubber-like plastic, the frame corners preferably being produced by the injection molding process.
  • the tunnel construction in segmental construction with a special arrangement of the segments. It is often sufficient if each segment has a sealing frame. In special circumstances, however, it may be necessary to provide each segment with a double sealing frame, it being possible for the two parallel sealing frames to be connected to one another with an additional sealing cross profile (EP-A-0 337 177).
  • the sealing profiles or sealing frames are usually located in a corresponding groove (groove depth d, groove width w) of the tunnel segment.
  • the gap distance between two tunnel segments decreases from s o (distance in the unloaded state) to S1 (distance in the loaded state).
  • S1 distance in the loaded state
  • the first sealing profile for tunnel segments was developed in 1968 for the Elbe tunnel in Hamburg, whereby the elastomer profile had four groove grooves.
  • the tunnel project, in which sealing profiles were used consisted of cast iron segments (World Tunneling, 12/1989, page 459, Fig. 6).
  • the sealing profiles developed for this were mostly structured with groove grooves and channels (DE-U-78 22 476, DE-C-28 33 345, GB-B-2 178 114, EP-A-0 255 600, EP-A-0 306 796, EP-A-0 368 174, EP-A-0 414 137).
  • the object of the invention is therefore to develop sealing profiles that meet the highest requirements. This object is surprisingly achieved by a profile structure according to the characterizing part of claim 1.
  • Fig. 1 shows the gap (1) (longitudinal or transverse gap) of two adjacent tunnel segments (2, 3) made of concrete, which are each provided with a groove (4, 5) (groove depth d, groove width w). Appropriate sealing profiles are now inserted into these grooves. The actual sealing of the gap (1) takes place by compressing the opposing elastomer profiles, the gap distance being reduced from S o to S1. When building tunnels, it must be taken into account that the segments (2, 3) are arranged at an offset X to one another. This tunnel-specific criterion must always be taken into account in leak tests.
  • Fig. 2 shows a sealing profile according to GB-B-2 182 987 or EP-A-0 222 968 with a base width v ( ⁇ joint width w) and the height h, wherein the circular channels seen in cross section offset to form a lattice structure are arranged.
  • This lattice structure is illustrated schematically by the lines from center to center of the channels.
  • This structural principle is also the basis of the sealing profiles according to FIGS. 3 to 5, which essentially only have a different shape of the channels.
  • Table 1 now summarizes the results of experimental leak tests under tunnel-specific criteria.
  • the average sealing performance is 4 bar, which in many tunnel projects, especially in Great Britain, meets the sealing requirements.
  • the different shapes and sizes of the channels have no significant influence on the sealing performance. Benford's statement (Construction Today, 5/1990, page 15) that different configurations and sizes of the channels with the same basic structure (ie lattice structure) have a significant influence on the level of sealing performance is hereby refuted.
  • the sealing performance can be improved, however, if the hardness in Shore A is increased from 65 ° to 70 °. However, there are limits to increasing the Shore hardness in order to improve the sealing performance, otherwise there may be chipping on the concrete segments.
  • FIG. 6 now shows a sealing profile (6) with a two-row arrangement of channels (10, 11, 12, 13, 14, 15), with all channels in each row directly (ie without offset) above the groove grooves (7, 8, 9 ) are arranged, to form webs (lines A, B), which run straight and continuously from the profile base side (16) to the profile back (17). All the webs (A, B) are arranged perpendicular to the profile base side (16) or parallel to the longitudinal center plane Y, similar to the build-up principle according to EP-A-0 306 796.
  • the channels are essentially semicircular in cross-section, whereby the arcuate part (18, 19) of the channels is directed towards one another.
  • the centrally arranged side flanks (20, 20 ') and the side flanks (21, 21') facing the profile back (17) merge into one another with a change in angle.
  • the groove grooves (23, 24, 25) and channels (26, 27, 28, 29, 30, 31) are based on the following structural principle, forming webs (lines A, B): While the webs (B) arranged in the profile center run perpendicular to the profile base side (32), the outer webs (A) are directed obliquely to the profile center, namely at an angle ⁇ of 10 ⁇ 3 ° (in relation to the longitudinal center plane Y). Furthermore, the sealing profile has additional webs (lines C), which are at an angle ⁇ of 45 ⁇ 5 ° (in relation to the longitudinal center plane Y) with simultaneous tangency of the side flank (33, 33 ') and the channels (26, 29, 30; 28 , 30, 31) towards the center of the profile.
  • the channels (27, 30) in the profile center are essentially semicircular in shape when viewed in cross section, the arcuate part (36, 37) these channels are arranged to each other.
  • the cross-sections of the channels located above the outer groove grooves (23, 25) are asymmetrical (channels 26, 28 of the first row) or circular in shape (channels 29, 31 of the second row).
  • the centrally arranged side flanks (33, 33 ') and the side flanks (34, 34') facing the profile back (35) merge into one another with a change in angle.
  • FIGS. 6 and 7 Table 2 now summarizes the results of experimental leak tests under tunnel-specific criteria. It should be noted that the sealing profile according to the invention (FIG. 7) has a significantly higher sealing performance than the profile types according to FIGS. 2 to 6. This is particularly evident when comparing the sealing profiles according to FIGS. 3 and 7 (Table 3).
  • the sealing profile (Fig. 7) in connection with the web system (A, B, C) and a hardness in Shore A of 70 ° is characterized by a particularly high sealing performance of 26 bar.
  • FIG. 7 deals exclusively with a sealing profile with open groove grooves
  • the structural principle according to the invention of the two-row arrangement of the channels is also applicable to profiles with completely or partially closed groove grooves (GB-A-2 017 194).

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofil aus elastomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut versehene Tunnel-Segmente, das an seiner Basisseite in Längsrichtung verlaufende Rillenennuten, ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle, die mehrreihig, insbesondere zweireihig, angeordnet sind sowie Seitenflanken, die nach dem Einsetzen des Profils in die Nut keinen Segmentkontakt (im unbelasteten Zustand) haben, aufweist.
  • Die Dichtungsrahmen eines Segmentes aus Beton, Stahl, Stahlbeton oder Gußeisen bestehen zumeist aus vier zusammengesetzten strangförmigen Dichtungsprofilen (Profilbänder) aus elastomerem Werkstoff, d.h. aus Gummi oder gummiähnlichem Kunststoff, wobei die Rahmenecken vorzugsweise nach dem Injektion-Molding-Verfahren hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung ist der Tunnelbau in Tübbing-Bauweise mit spezieller Anordnung der Segmente. Häufig genügt es, wenn jedes Segment einen Dichtungsrahmen aufweist. Unter besonderen Umständen kann es jedoch erforderlich werden, jedes Segment mit einem Doppeldichtungsrahmen zu versehen, wobei die beiden parallel verlaufenden Dichtungsrahmen mit einem zusätzlichen Dichtungsquerprofil (EP-A-0 337 177) miteinander verbunden sein können. Die Dichtungsprofile bzw. Dichtungsrahmen befinden sich meistens in einer entsprechenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) des Tunnel-Segmentes. Unter Einwirkung einer Kraft verringert sich der Spaltabstand zweier Tunnel-Segmente von so (Abstand im unbelasteten Zustand) auf S₁ (Abstand im belasteten Zustand). Dadurch werden die beiden gegenüberliegenden Elastomerprofile zusammengepreßt, was die Abdichtung des Spaltes zur Folge hat.
  • Das erste Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente wurde 1968 für den Elbtunnel in Hamburg entwickelt, wobei das Elastomerprofil vier Rillennuten aufwies. Bei diesem weltweit ersten Tunnelprojekt, bei dem Dichtungsprofile zum Einsatz kamen, bestanden die Segmente aus Gußeisen (World Tunnelling, 12/1989, Seite 459, Fig. 6). Bei späteren Tunnelprojekten in Kontinentaleuropa, Asien, Nord- und Südamerika sowie in Nordafrika wurden in zunehmenden Maße Segmente aus Beton eingesetzt. Die hierfür entwickelten Dichtungsprofile waren zumeist mit Rillennuten und Kanälen strukturiert (DE-U-78 22 476, DE-C-28 33 345, GB-B-2 178 114, EP-A-0 255 600, EP-A-0 306 796, EP-A-0 368 174, EP-A-0 414 137).
  • In Großbritannien dagegen wurde erst 1983 damit begonnen, bei Tunnelprojekten die Segmente mit Elastomerprofilen abzudichten (GB-B-2 170 561; Don Valley Intercepting Sewer, 2/1985, Seite 16). Die besondere geologische Struktur Großbritanniens, insbesondere in Südengland durch die Kalksteinbodenformation, erlaubte es, daß über einen Langen Zeitraum hinweg bei dem Bau von Tunneln auf eine Abdichtung mit Elastomerprofilen verzichtet werden konnte. Dadurch daß heute die relativ dünnwandigen Britischen Standardsegmente aus Beton lediglich mit einer entsprechenden Nut für die Aufnahme der Elastomerprofile ausgestattet werden und zudem durch die Beibehaltung ihrer alten Struktur unter Bildung von Parallelringen große Spaltweiten im Krümmungsbereich von Tunneln erzeugen, ist in Großbritannien eine Tunnelbausituation gegeben, die sich von der kontinentaleuropäischen Tunnelbauweise, die den Einsatz von konischen Ringen vorsieht, grundlegend unterscheidet (World Tunnelling, 11/1990, Seiten 415 - 420). Aus diesem Grunde wurde 1985 ein Spezialdichtungsprofil entwickelt, das eine zweireihige Anordnung von Kanälen, die unter Bildung einer Gitterstruktur versetzt zueinander angeornet sind aufweist (GB-B-2 182 987 bzw. EP-A-0 222 968). Dieser sogenannte 'Doppeldecker' ist heute das Standardprofil in Großbritannien (Tunnelprojekte: Sheffield 3/4, Oldham, Liverpool, London Water Ring Main, Kanaltunnel auf der englischen Seite), das bei geforderter Dichtigkeit gegenüber einem üblichen Wasserdruck von etwa 3 bar (z.B. 3,2 bar bei Projekt Sheffield 4) für unterschiedliche Spaltabstände, insbesondere im Bereich So von 13 bis 20 mm, eingesetzt werden kann.
  • Immer häufiger entstehen große Tunnelprojekte in extrem tiefen Lagen. Zur Zeit befindet sich die Eisenbahnverbindung zwischen Frankreich und England in ihrer Bauphase (ADAC Motorwelt, 1/1991, Seiten 16 - 18), wobei sich die drei Tunnelröhren (2 Verkehrstunnel und 1 Service-Tunnel) an der tiefsten Stelle 100 m unter dem Meeresspiegel befinden. Die geforderte Dichtleistung ist 10 bar (20 bar unter Prüfbedingungen). Ein weiteres Projekt dieser Art wird den Großen Belt unterqueren, wobei hier eine Dichtleistung von 8 bar (16 bar unter Prüfbedingungen) gefordert wird. Dies setzt voraus, daß die Elastomerprofile für die Segmente eine langlebige und absolut sichere Dichtfunktion selbst bei starkem Versatz der Segmente besitzen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, Dichtungsprofile zu entwickeln, die höchsten Anforderungen gerecht werden. Gelöst wird diese Aufgabe in überraschender Weise durch eine Profilstruktur gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung wird nun anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen sowie in Verbindung mit Daten aus Dichtheitsprüfungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    den abzudichtenden Spalt zweier angrenzender Tunnel-Segmente;
    Fig. 2 bis 6
    Dichtungsprofile mit zweireihiger Anordnung der Kanäle gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 7
    ein Dichtungsprofil mit der erfindungsgemäßen zweireihigen Anordnung der Kanäle.
  • Fig. 1 zeigt den Spalt (1) (Längs- oder Querspalt) zweier angrenzender Tunnel-Segmente (2, 3) aus Beton, die jeweils mit einer Nut (4, 5) (Nuttiefe d, Nutbreite w) versehen sind. In diese Nuten werden nun entsprechende Dichtungsprofile eingesetzt. Die eigentliche Abdichtung des Spaltes (1) erfolgt durch das Zusammenpressen der gegenüberliegenden Elastomerprofile, wobei sich der Spaltabstand von So auf S₁ verringert. Beim Bau von Tunneln muß dabei in Erwägung gezogen werden, daß die Segmente (2, 3) unter einem Versatz X zueinander angeordnet sind. Dieses tunnelspezifische Kriterium muß bei Dichtigkeitsprüfungen stets berücksichtigt werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Dichtungsprofil gemäß GB-B-2 182 987 bzw. EP-A-0 222 968 mit einer Basisbreite v (≙ Fugenbreite w) und der Höhe h, wobei die im Querschnitt gesehen kreisförmigen Kanäle unter Bildung einer Gitterstruktur versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Gitterstruktur wird durch die Linienführung von Mittelpunkt zu Mittelpunkt der Kanäle schematisch verdeutlicht Dieses Strukturprinzip liegt auch den Dichtungsprofilen gemäß Fig. 3 bis 5 zugrunde, die im wesentlichen lediglich eine andere Form der Kanäle aufweisen.
  • Die Tabelle 1 faßt nun hinsichtlich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 2 bis 5 die Ergebnisse von experimentellen Dichtheitsprüfungen unter tunnelspezifischen Kriterien zusammen. Dabei liegt die durchschnittliche Dichtleistung bei 4 bar, die bei vielen Tunnelprojekten, insbesondere in Großbritannien, den Dichtheitsanforderungen genügt. Dabei haben die unterschiedlichen Formen und Größen der Kanäle keinen wesentlichen Einfluß auf die Dichtleistung. Benford's Aussage (Construction Today, 5/1990, Seite 15), daß verschiedene Konfigurationen und Größen der Kanäle bei gleicher Grundstruktur (d.h. Gitterstruktur) einen wesentlichen Einfluß auf die Höhe der Dichtleistung haben, wird hiermit widerlegt. Wie die Untersuchung zu dem Dichtprofil gemäß Fig. 3 zeigt, kann die Dichtleistung jedoch verbessert werden, wenn die Härte in Shore A von 65° auf 70° erhöht wird. Der Erhöhung der Shore-Härte zwecks Verbesserung der Dichtleistung sind jedoch Grenzen gesetzt, da es sonst zu Ausbrüchen an den Betonsegmenten kommen kann.
  • Fig. 6 zeigt nun ein Dichtungsprofil (6) mit zweireihiger Anordnung von Kanälen (10, 11, 12, 13, 14, 15), wobei in jeder Reihe sämtliche Kanäle direkt (d.h. ohne Versatz) über den Rillennuten (7, 8, 9) angeordnet sind, und zwar unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B), die von der Profilbasisseite (16) aus zum Profilrücken (17) hin geradlinig und durchgehend verlaufen. Sämtliche Stege (A, B) sind dabei senkrecht zur Profilbasisseite (16) bzw. parallel zur Längsmittelebene Y angeordnet, und zwar ähnlich dem Aufbanprinzip gemäß EP-A-0 306 796. Die Kanäle sind im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt, wobei der bogenförmige Teil (18, 19) der Kanäle aufeinander zugerichtet ist. Die mittig angeordneten Seitenflanken (20, 20') und die dem Profilrücken (17) zugewandten Seitenflanken (21, 21') gehen unter Winkeländerung ineinander über.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Dichtungsprofil (22) gemäß Fig. 7 lieget den Rillennuten (23, 24, 25) und Kanälen (26, 27, 28, 29, 30, 31) unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B) folgendes Strukturprinzip zugrunde: Während die im Profilzentrum angeordneten Stege (B) senkrecht zur Profilbasisseite (32) verlaufen, sind die Außenstege (A) schräg zur Profilmitte gerichtet, und zwar in einem Winkel α von 10 ± 3° (bezogen auf Längsmittelebene Y). Ferner weist das Dichtungsprofil zusätzliche Stege (Linienführung C) auf, die in einem Winkel β von 45 ± 5° (bezogen auf Längsmittelebene Y) unter gleichzeitiger Tangierung der Seitenflanke (33, 33') und der Kanäle (26, 29, 30; 28, 30, 31) auf die Profilmitte zuverlaufen. Die Kanäle (27, 30) im Profilzentrum sind im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt, wobei der bogenförmige Teil (36, 37) dieser Kanäle zueinander angeordnet ist. Die über den äußeren Rillennuten (23, 25) sich befindenden Kanälen sind im Querschnitt gesehen von asymmetrischer (Kanäle 26, 28 der ersten Reihe) bzw. von kreisförmiger Gestalt (Kanäle 29, 31 der zweiten Reihe). Die mittig angeordneten Seitenflanken (33, 33') und die zum Profilrücken (35) zugewandten Seitenflanken (34, 34') gehen unter Winkeländerung ineinander über.
  • Die Tabelle 2 faßt nun hinsichtlich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 6 und 7 die Ergebnisse von expermimentellen Dichtheitsprüfungen unter tunnelspezifischen Kriterien zusammen. Dabei ist festzuhalten, daß das erfindungsgemäße Dichtungsprofile (Fig. 7) eine wesentlich höhere Dichtleistung hat als die Profiltypen gemäß Fig. 2 bis 6. Dies wird besonders ersichtlich bei einem Vergleich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 3 und 7 (Tabelle 3). Dabei zeichnet sich das Dichtungsprofil (Fig. 7) in Verbindung mit dem Stegensystem (A, B, C) und einer Härte in Shore A von 70° durch eine besonders hohe Dichtleistung von 26 bar aus.
  • Auch wenn das Ausführungsbeispiel (Fig. 7) ausschließlich auf ein Dichtungsprofil mit offenen Rillennuten eingeht, so ist das erfindungsgemäße Strukturprinzip der zweireihigen Anordnung der Kanäle auch auf Profile mit ganz oder teilweise geschlossenen Rillennuten (GB-A-2 017 194) anwendbar.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002

Claims (9)

  1. Dichtungsprofil (22) aus elastomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut (4, 5) versehene Tunnel-Segmente (2,3), das
    a) an seiner Basisseite, (32) in Längsrichtung verlaufende Rillennuten (23, 24, 25),
    b) ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle (26 bis 31), die mehrreihig, insbesondere zweireihig, angeordnet sind sowie
    c) Seitenflanken (33, 33', 34, 34'), die nach dem Einsetzen des Profils in die Nut (4, 5) keinen Segmentkontakt (im unbelasteten Zustand) haben, aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    d) in jeder Reihe sämtliche Kanäle (26, 27, 28 ; 29, 30, 31) direkt (d.h. ohne Versatz) über den Rillennuten (23, 24, 25) angeordnet sind, und zwar unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B), die von der Profilbasisseite ( 32) aus zum Profilrücken ( 35) hin geradling und durchgehend verlaufen,
    wobei die im Profilzentrum angeordneten Stege (B) senkrecht zur Profilbasisseite (32) verlaufen, während die Außenstege (A) schräg zur Profilmitte (Längsmittelebene Y) gerichtet sind; sowie unter Bildung zusätzlicher Stege (Linienführung C), die schräg zur Profilmitte gerichtet sind, und zwar unter Tangierung der Seitenflanken (33, 33') und der Kanäle (26, 29, 30; 28, 30, 31).
  2. Dichtungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Reihe die gleiche Anzahl von Kanälen ist.
  3. Dichtungsprofil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzahlverhältnis von Kanälen zu Rillennuten 2 : 1 beträgt.
  4. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenstege (A) in einem Winkel α von 10 ± 3° (bezogen auf Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverlaufen.
  5. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (C) in einem Winkel β von 45 ± 5° (bezogen auf Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverlaufen.
  6. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (26, 27, 28) der ersten Reihe (von der Profilbasisseite 32 aus betrachtet) im Querschnitt gesehen eine andere Gestalt (Konfiguration und/oder Größe) aufweisen als die Kanäle (29, 30, 31) der zweiten Reihe.
  7. Dichtungsprofil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 30) im Profilzentrum im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt sind, wobei der bogenförmige Teil (36, 37) dieser Kanäle zueinander angeordnet ist, und daß die über den äußeren Rillennuten (23, 25) angeordneten Kanäle im Querschnitt gesehen von asymmetrischer (Kanäle 26, 28 der ersten Reihe) bzw. von kreisförmiger (Kanäle 29, 31 der zweiten Reihe) Gestalt sind.
  8. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittig angeordneten Seitenflanken (33, 33') und die zum Profilrücken (35) zugewandten Seitenflanken (34, 34') unter Winkeländerung ineinander übergehen.
  9. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte in Shore A 70 ± 5° beträgt.
EP91101335A 1990-02-07 1991-02-01 Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente Expired - Lifetime EP0441250B1 (de)

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