EP1114915A1

EP1114915A1 - Tunnelauskleidung

Info

Publication number: EP1114915A1
Application number: EP00100045A
Authority: EP
Inventors: Volker Hentschel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2020-01-04
Also published as: ATE327413T1; DE50012815D1; EP1114915B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tunnelauskleidung, bestehend aus einer Vielzahl von in Ringfugen aneinanderliegenden Tübbingringen, die jeweils aus einzelnen Tübbingen zusammengesetzt sind. Die einzelnen Tübbinge stützen sich in Fugen aneinander ab, wobei die Ringflächen der Tübbinge wenigstens Nuten aufweisen. Die Nuten sind erfindungsgemäß im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung angeordnet und nehmen ein zur Abstützung benachbarter Tübbinge dienendes elastisches Zwischenelement auf. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Tunnelauskleidung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Tunnel, die im Schildvortrieb aufgefahren werden, sind heute meist mit Stahlguß- oder Stahlbeton-Tübbingen ausgekleidet, wobei sich aus Kostengründen Stahlbeton als Standard durchgesetzt hat. Beim Tunnelbau werden die Tübbinge mit dem Fortschreiten der Tunnelvortriebsmaschine zu Tübbingringen zusammengesetzt, die an ihren Ringfugen aneinandergereiht die Tunnelröhre ergeben. Die Tübbingringe nehmen dabei fortwährend Vortriebskräfte der Tunnelvortriebsmaschine auf. Jeder Tübbingring besteht aus mehreren, etwa gleichbreiten Tübbingen, die in Betongelenke bildenden Längsfugen aneinanderliegen. Üblich ist eine Ringteilung mit gleicher Zentrierwinkelgröße je Tübbing, wobei jedoch ein benachbartes Tübbingpaar verkürzt ist und durch einen kleinen Schlußstein ergänzt wird, der die Komplettierung eines Tübbingringes vereinfacht.

Die Tunnelauskleidung aus Tübbingen stützt den Tunnelhohlraum im Boden, nimmt die Vortriebskräfte der Tunnelvortriebsmaschine auf und dichtet den Tunnelhohlraum gegen das Eindringen von Umgebungswasser ab.

Die Funktion der Tunnelauskleidung wird sichergestellt, wenn die Tunnelauskleidung keine Brüche oder Risse aufweist, die zur Instabilität der Tunnelröhre und zum Eindringen von Umgebungswasser führen können.

Tübbinge aus dem Werkstoff Stahlbeton weisen hierbei spezifische Schwachpunkte auf, die in der Art der Anwendung, in den technischen Anforderungen an die Tübbinge und in den Materialeigenschaften begründet sind.

Grundsätzlich ist Stahlbeton gut geeignet, um Druckkräfte zu übertragen. Bei den an einer Tunnelauskleidung aus Tübbingen auftretenden Druckkräften handelt es sich insbesondere um äußere Radialdruckkräfte, die beispielsweise durch den Wasserdruck und das Gewicht des Erdreichs und der oberflächigen Bebauung hervorgerufen werden, und um Axialdruckkräfte, die durch Vortriebskräfte in Längsrichtung durch die Tunnelvortriebsmaschine verursacht werden.

Wichtige Voraussetzung für die bruch- und rißbildungsfreie Übertragung der Druckkräfte ist, daß die dabei entstehenden Kontaktspannungen möglichst gleichmäßig im Tübbing verteilt sind.

Dadurch, daß die Tübbinge einzeln und nacheinander in Ringformation an den bestehenden Tunnel gebaut werden, kommt es allerdings trotz hoher Präzisionsanstrengungen bei der Montage bisweilen zu unverträglichen Ungenauigkeiten.

Diese Ungenauigkeiten führen dazu, daß die Kontaktflächen der Tübbinge nicht vollflächig aneinander liegen, wodurch keine homogene Kontaktspannung bei der Übertragung der einwirkenden Druckkräfte sichergestellt werden kann. Dadurch kann es zu Brüchen, Rissen oder zu sogenannten Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen kommen. Diese Schäden sind nicht nur von ästhetischer Bedeutung, sondern können die Festigkeit und die Dichtigkeit des gesamten Tunnels beeinträchtigen.

Unverträgliche Spannungskonzentrationen, die zu Brüchen, Rissen, Abplatzungen und Undichtigkeiten führen, entstehen aber nicht nur durch die Montage, sondern auch durch eine ungleichmäßige Verteilung der von außen auf die Tunnelauskleidung wirkenden Druckkräfte, wodurch Verformungen der Tübbingröhre hervorgerufen werden können.

In standfesten Böden ist die Abstützung der Tübbingröhre bzw. der einzelnen Tübbingringe durch den Baugrund normalerweise ausreichend, so daß die Verformung der Tübbingringe ein verträgliches Maß nicht überschreitet. In weicheren Böden hingegen reicht die Abstützung der Tübbingröhre nicht aus und es kommt zu Verformungen, die zu unverträglichen Ungenauigkeiten und infolgedessen zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen führen können.

Als Maßnahme, die die mangelnde Abstützung kompensiert, dient eine Koppelung in den Ringfugen benachbarter Tübbingringe mit tangential versetzten Längsfugen, die dann gemeinsam als biegesteife Tübbingröhre wirken. Die Koppelung der senkrecht zur Tunnelachse orientierten Ringfugen dient dabei der Querkraftübertragung und als Montagehilfe.

Bekannt sind Ringfugenformen, die von Ring zu Ring mit Nut und Feder, Topf und Nocke oder separaten Steckbolzen in engen Grenzen beweglich gekoppelt sind. Diese verschiedenartigen Fugenkonstruktionen sollen die Formgenauigkeit, die Formstabilität und die Kraftübertragung verbessern.

Die DE 44 43 046 A1 beschreibt beispielsweise eine Tübbinganordnung zum Auskleiden von Tunneln, bei der die Koppelkräfte über eine Nut-Feder-Paarung übertragen werden.

Alle Fugenkonstruktionen haben gemeinsam, daß die Koppelelemente ein konstruktives Spiel zueinander aufweisen. Zwei geometrisch korrekt zusammengebaute Ringe sind demgemäß trotz der formschlüssigen Konstruktion der Koppelelemente zunächst nur kraftschlüssig miteinander verbunden.

Später nach dem Zusammenbau auftretende äußere Belastungen führen nach Überwindung der Reibungskraft zunächst zu lokalen Relativverschiebungen in den Fugen und beseitigen dann das Spiel der Koppelelemente, wodurch die zusätzlich erforderliche Querkraftübertragung erst möglich wird.

Nachteilig an den bekannten Ausführungsformen der Tübbinge ist, daß aufgrund des konstruktiven Spiels der Koppelelemente und der darauf zurückzuführenden Relativverschiebungen in den Fugen die Formgenauigkeit der Tübbingröhre nur unzureichend sichergestellt werden kann.

Ein konstruktives Spiel der Koppelelemente ist einerseits erforderlich, damit kein lokal konzentrierter Betonkontakt zwischen den Tübbingen entsteht, andererseits ist dadurch keine spontane Querkraftübertragung möglich.

Somit ergibt sich eine Zwangslage. Bei den derzeit bekannten Tunnelauskleidungen aus Tübbingen bestehen Formungenauigkeiten, die zu ungleichmäßigen Kontaktspannungen bei der Übertragung der einwirkenden Druckkräfte und damit zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen führen. Es besteht außerdem die Gefahr, daß die stabile Kreisform der Tübbingringe verloren geht und Undichtigkeiten durch klaffende Längsfugen entstehen.

Da bekannt ist, alle Tübbingfugen mit einem im Randbereich der Tübbinge verlaufenden Dichtrahmen gegenüber dem Eindringen von Umgebungswasser abzudichten, können aufgrund der Relativverschiebungen in den Fugen die Dichtungen undicht werden.

Die Formungenauigkeit der Tübbingröhre kann außerdem Setzungen im Boden verursachen.

Zu unverträglichen Ungenauigkeiten der Tübbingröhre kommt es weiterhin durch tangentiale Verdrehungen in den Längsfugen.

Da der im Schutze des Schildes einer Tunnelvortriebsmaschine montierte Tübbingring im Laufe der Vortriebsbewegung radial progressiv belastet wird, bildet sich über die Ringbreite eine exzentrische Belastung aus. Durch die exzentrischen Druckkräfte wird die Längsfugenverbindung mit einem Drehmoment um die Flächennormale belastet, das in der glatten Kontaktfläche benachbarter Tübbingringe kraftschlüssig übertragen werden muß.

Mangels montagemäßiger Vorspannung führt die Belastung nach Überwindung der Reibungskraft allerdings zu unerwünschten Relativverschiebungen der Tübbinge untereinander und damit zu Formungenauigkeiten der Tübbingröhre.

Die Formungenauigkeiten führen zu ungleichmäßigen Kontaktspannungen bei der Übertragung der Druckkräfte und damit zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen.

Es besteht wiederum die Gefahr, daß die stabile Kreisform der Tübbingringe verloren geht und klaffende Längsfugen entstehen.

Zum Stand der Technik zählen auch Tübbinge, die an gewünschten Kontaktpunkten der Ringfuge mit plastisch verformbaren Distanzelementen beklebt sind. Diese sollen Absprengungen an den Beton-Tübbingen verhindern, indem direkter Betonkontakt vermieden wird.

Diese Distanzelemente sind nicht Bestandteil der geometrischen Fugenkonstruktion. Bedingt durch relativ kleine Fügekräfte beim Zusammenbau des Ringes bewirkten die unkomprimierten Distanzplatten erhöhte zusätzliche Bewegungsfreiheiten.

Die dann nachträglich einwirkenden, großen Vortriebs- und Außendruckkräfte komprimieren die Distanzplatten, wodurch unkontrollierte und ungleichmäßige Relativverschiebungen zwischen den Tübbingen eintreten. Der Tübbingring nimmt bei dieser Belastung nicht zwangsläufig die planmäßig gewünschte Form an.

Die Relativverschiebungen können wiederum an anderen Stellen zu unverträglichen Ungenauigkeiten und Spannungskonzentrationen führen, die zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen und infolgedessen zu Instabilitäten und Undichtigkeiten der Tunnelauskleidung beitragen.

Prinzipiell hat sich herausgestellt, daß die heute üblichen Distanzplatten ungeeignet sind, bei der Kraftübertragung zwischen den Tübbingen für definierte und vertretbare Kontaktpressungen zu sorgen und so die definierten Randbedingungen für das statische System zu schaffen, da das plastische Material den Betonkontakt nicht sicher verhindert und die Stoffeigenschaften der Distanzplatten derart streuen, daß ihre Verwendung in einer statischen Berechnung keine eindeutigen Ergebnisse liefert.

In der Längsfuge werden im übrigen keine Distanzplatten eingesetzt, da diese zu erhöhter Labilität der Ringform führen würden. Hier herrscht demnach direkter Betonkontakt, der beim Zusammenfügen der Tübbinge zu Absprengungen an den Beton-Tübbingen führen kann.

Auch die bekannten elastischen Dichtrahmen, die die Fugen gegenüber dem Eindringen von Umgebungswasser abdichten und in einer im Randbereich der Tübbinge verlaufenden, sich ergänzenden Nut eingelegt sind, können durch ihre Rückstellkräfte für die unverträglichen Ungenauigkeiten mitbestimmend sein.

Da erst beim Zusammenfügen der Tübbinge der Dichtrahmen infolge mechanischer Fügekräfte soweit komprimiert wird, daß dieser eine dichtende Wirkung zeigt, ist mit steigendem äußeren Radialdruck auch eine größere Kontaktpressung zwischen den Tübbingen erforderlich. Dadurch erhöhen sich aber auch gleichzeitig die elastischen Rückstellkräfte des komprimierten Dichtrahmens und versuchen, die Fuge auseinander zu drükken.

Hierbei schafft die Anordnung der Dichtrahmen im Randbereich der Tübbinge asymmetrische Lasteinleitungsbedingungen während der Montage der Tübbinge und später für die Übertragung der Vortriebskräfte. Die daraus resultierende ungleichmäßige Verteilung der einwirkenden Druckkräfte führt zu nicht vollflächig aneinanderliegenden Kontaktflächen und damit zu Spannungskonzentrationen an der Oberfläche und im Tübbing, wodurch Brüche und Risse entstehen können, die den Dichtrahmen umlaufen.

Zusätzlich können Relativbewegungen eintreten, die wiederum zu unverträglichen Ungenauigkeiten führen, die zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen und infolgedessen zu Instabilitäten und Undichtigkeiten der Tunnelauskleidung beitragen.

Insbesondere können die Rückstellkräfte der Ringfuge dann zur Dekompression der Dichtung führen, wenn die unterstützende axiale Haltekraft der Vortriebszylinder der Tunnelvortriebsmaschine nicht permanent wirksam ist. Dies ist im regelmäßigen Rhythmus beim Zusammenbau eines neuen Tübbingringes der Fall.

Bei den derzeit eingesetzten Tübbingen wird die Dichtigkeit der Fugen durch die gegenseitige Kontaktpressung und Verdrängung zweier spiegelsymmetrischer Dichtrahmen in ihre jeweilige Aufnahmenut erreicht.

Ausgehend von der optimalen symmetrischen Kompression ist nur ein begrenzter Versatz zulässig, um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Ein Nachteil besteht darin, daß der zulässige Versatz nur auf weniger als die halbe Breite des Dichtrahmens beschränkt ist.

Ein Versatz im Kontakt des Dichtrahmens hat zwangsläufig auch einen Versatz an den Tübbingoberflächen zur Folge. Die Schildschwanzdichtung kann sich dieser stufenartigen Kontur nicht anpassen, so daß die damit verbundene Undichtigkeit an der Schildschwanzdichtung während der gesamten Dauer eines Vortriebsschritts, nämlich einer Tübbingringbreite, existiert.

Da die Ursache eines derartigen Versatzes in einer radialen Relativverschiebung zweier Tübbinge in ihrer Längsfuge liegt, sind damit auch Abweichungen von der Ringform verknüpft. Die ungenaue Ringform als Basis für den nächsten Ring führt leicht zur Eskalation der Ungenauigkeit von Ring zu Ring.

Eine Ausbildung der Fuge als planebene Kontaktfläche bietet zusätzlich keine Begrenzung gegen den ungewünschten Versatz.

Eine konstruktive Vergrößerung der Dichtrahmenbreite wird zum einen durch die Tübbingdicke und zum anderen durch die Koppelelemente der Ringfuge konstruktiv oder geometrisch stark eingeschränkt. Außerdem wirkt sich die Vergrößerung des zulässigen Versatzes kontraproduktiv auf die Dichtigkeit der Schildschwanzdichtung im Zusammenspiel mit der Längsfuge aus.

Unverträgliche Brüche, Risse und Abplatzungen entstehen außerdem durch die Anordnung des Dichtrahmens im Tübbing.

Die Kompressionskraft des Dichtrahmens selbst kann für lokale Risse hinter der Dichtungsnut verantwortlich sein. Eine verstärkende Bewehrungsführung um die Dichtungsnut ist aber mangels ausreichender Betonüberdeckung der Bewehrung nicht möglich.

Die von den Koppelelementen übertragenen Querkräfte können Spannungskonzentrationen und somit Bruchzonen auslösen, die den Dichtrahmen umlaufen.

Die Form der Dichtungsnut erhöht außerdem die Kerbwirkung an der Kontaktfläche der Tübbinge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unverträgliche Ungenauigkeiten und Beschädigungen beim Tunnelausbau mit Tübbingen zu vermeiden, zumindest aber stark zu mindern, und das Eindringen von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum zu verhindern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Anordnen der Nuten im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung eines Tübbings und die Aufnahme eines zur Abstützung benachbarter Tübbinge dienenden elastischen Zwischenelementes in den Nuten ermöglicht das Einleiten der Stützkräfte mittig in den Tübbing, so daß beim Zusammenfügen der Tübbingringe keine asymmetrischen Druckbelastungen an den Kontaktflächen der Tübbinge während der Montage und später bei der Übertragung der Vortriebskräfte auftreten.

Mit Mittelebene der Wandung ist eine gedachte Fläche oder Ebene gemeint, die sich konzentrisch mittig zwischen der äußeren und inneren Mantelfläche eines Tübbings erstreckt.

Die erfindungsgemäße Anordnung verhindert die aus den asymmetrischen Druckbelastungen an den Kontaktflächen der Tübbinge resultierenden Spannungskonzentrationen, die zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen führen können.

Es entstehen weniger unverträgliche Ungenauigkeiten und Beschädigungen, die Stabilität der Tunnelröhre wird erhöht und die Gefahr des Eindringens von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum wird weiter reduziert.

Ein Vorteil besteht darin, daß das elastische Zwischenelement auch als Distanzelement dient. Dadurch können an den Ringfugen nahezu die gesamten Normalkräfte, nämlich die Längskräfte, ohne direkten Betonkontakt, am gesamten Umfang verteilt, übertragen werden.

Durch die Elastizität des Zwischenelementes wird erreicht, daß sich beim Zusammenfügen der Tübbinge das Zwischenelement teilweise in die Nuten verdrängen und komprimieren läßt, so daß die planmäßige Geometrie der Fugenverbindung sichergestellt ist. Die Elastizität des Zwischenelementes sorgt für ein sanftes Zusammenfügen der Tübbinge ab dem ersten Kontaktpunkt, ohne daß es zum direkten Betonkontakt zwischen benachbarten Tübbingen kommt.

Vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Anordnung der Nuten zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes auf die Bewehrungsführung aus. Erst durch die mittige Anordnung der Nuten ist es möglich, die Bewehrungsführung um die Nuten auszuführen. Dieses ist wichtig, da die Kompressionskraft des in den Nuten aufgenommenen elastischen Zwischenelementes zu lokalen Rissen hinter den Nuten führen kann. Bei im Randbereich des Tübbings angeordneten Nuten ist mangels ausreichender Betonüberdeckung die Bewehrung nicht möglich. Hier können sich lokale Risse hinter den Nuten durch Spannungskonzentrationen zu Bruchzonen ausbilden, die einen Bypass für das Eindringen von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum darstellen und insgesamt zur Instabilität der Tunnelröhre führen.

Die erfindungsgemäß angeordneten Nuten zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes haben dagegen den größtmöglichen Randabstand und lassen sich derart stabil bewehren, daß Brüche, Risse und Abplatzungen vermieden werden.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das auf den Stirnflächen im Bereich der gekrümmten Mittelebene angeordnete elastische Zwischenelement keine Verdrehungen benachbarter Stirnflächen ohne Klaffung in der Berührungszone erlaubt. Bei größer werdenden Verdrehungen entsteht eine Abstützung der Stirnflächen in den Randbereichen, was zu einer Öffnung der Berührungszone führt. Aufgrund der mittigen Anordnung des elastischen Zwischenelementes ist die Öffnung bzw. Klaffung in der Berührungszone nur etwa die Hälfte der dem Drehpunkt gegenüberliegenden Randzone und unabhängig davon, ob der Drehpunkt innen oder außen liegt.

Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des elastischen Zwischenelementes besteht darin, daß der Beton im Bereich der Nuten nahezu lunkerfrei verdichtet ist.

Das üblicherweise angewandte Arbeitsverfahren beim Verdichten des Betons führt zur Bildung von Lunkern, die sich an der vom Tunnelhohlraum abgewandten Innenseite der Tübbinge, und zwar im Randbereich, befinden.

Lunker, die sich im Bereich der herkömmlichen Nuten befinden, sind in zweierlei Hinsicht nachteilig. Zum einen erschweren sie das Einlegen des elastischen Zwischenelementes in die Nuten, so daß vor dem Einlegen des elastischen Zwischenelementes immer erst ein zeit- und kostenintensiver Prozeßschritt nötig ist, bei dem die Nuten geglättet werden. Zum anderen ist ein weniger optimal verdichteter Beton anfälliger für Bruch- und Rißbildungen bzw. für Abplatzungen. Dieses wird durch die Kompressionskraft des elastischen Zwischenelementes begünstigt, die zu lokalen Rissen hinter den Nuten führen kann.

Die im nahezu lunkerfrei verdichteten Beton angeordneten Nuten zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes besitzen diese Nachteile nicht, tragen somit zur Stabilität der Tunnelröhre bei und reduzieren die Gefahr des Eindringens von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß das elastische Zwischenelement auch in Nuten auf den Längsflächen der Tübbinge angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Nuten zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes ermöglicht somit auch bei den Längsfugen das mittige Einleiten der Stützkräfte in den Tübbing, so daß beim Zusammenfügen der Tübbinge keine asymmetrischen Druckbelastungen an den Kontaktflächen der Tübbinge während der Montage und der nachträglichen Lastübernahme auftreten.

Dadurch werden die aus den asymmetrischen Druckbelastungen an den Kontaktflächen der Tübbinge resultierenden Spannungskonzentrationen, die zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen führen können, vermieden.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, daß das mittig auf der Längsseite eines Tübbings angeordnete Zwischenelement ein plastisch verformbares, komprimierbares Distanzelement darstellt, wodurch beim Zusammenfügen benachbarter Tübbinge ein direkter Betonkontakt vermieden und lokale Absprengungen an den Beton-Tübbingen verhindert werden. Bisher führten Distanzplatten in den Längsfugen immer zu erhöhter Labilität der Ringform und wurden daher nicht eingesetzt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das elastische Zwischenelement eine Dichtung darstellt.

Dadurch wird die bei der Abstützung benachbarter Tübbinge zwangsläufig auftretende Preßkraft ausgenutzt, um mittels des elastischen Zwischenelementes eine geschlossene Fläche zwischen den benachbarten Tübbingen zu bilden. Dabei hält diese Fläche auch hohen Außendrücken von Umgebungswasser stand.

Die mittige Anordnung dieser Dichtung gewährleistet, daß bei Brüchen, Rissen und Abplatzungen im äußeren oder inneren Mantelbereich der Tübbinge die Fugen weiterhin gegen Umgebungswasser abdichten. Es zeigte sich nämlich, daß die bei der Montage und späteren Druckbelastung auftretenden unverträglichen Ungenauigkeiten hauptsächlich zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen im Randbereich der Tübbinge führen.

Während das Umgebungswasser bei einem im Randbereich eines Tübbings verlaufenden Dichtrahmen die Möglichkeit hat, den Dichtrahmen zu umgehen und in den Tunnelhohlraum vorzudringen, ist dieses bei einem im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung eines Tübbings verlaufenden elastischen Zwischenelementes mit Dichtwirkung ausgeschlossen. Brüche, Risse und Abplatzungen können somit nicht als Bypass für Umgebungswasser wirken.

Aus diesem Grund ist es möglich, auf im Randbereich der Tübbinge verlaufende Dichtrahmen zu verzichten.

Weiterhin ist vorgesehen, daß das elastische Zwischenelement einen inkompressiblen Volumenanteil pro Längeneinheit aufweist, der geringfügig größer ist als das Volumen der Nut, bezogen auf die gleiche Längeneinheit.

Dadurch wird erreicht, daß sich die elastischen Zwischenelemente beim Zusammenfügen der Tübbinge zunächst in die Nuten verdrängen und verdichten lassen. Die Elastizität der Zwischenelemente sorgt für ein sanftes Zusammenfügen der Tübbinge ab dem ersten Kontaktpunkt, ohne daß es zum direkten Betonkontakt zwischen benachbarten Tübbingen kommt.

Beim anschließenden stärkeren Zusammenfügen der Tübbinge zeigt das elastische Zwischenelement ein inkompressibles Verhalten bevor die Tübbinge Betonkontakt haben.

Dieser inkompressible Volumenanteil der elastischen Zwischenelemente ist geringfügig größer als das Volumen der Nuten, bezogen auf die gleichen Längeneinheiten, so daß die gegenüberliegenden Nuten eine nur noch geringfügig geöffnete Kammerung für die komprimierten, aber nicht weiter komprimierbaren elastischen Zwischenelemente bilden. Über die Kontaktpressung der gegenüberliegenden, nicht weiter komprimierbaren Zwischenelemente können Kräfte optimal übertragen und in die Tübbinge eingeleitet werden.

Die elastischen Zwischenelemente besitzen ein definiertes Kraftverformungsverhalten, so daß beim Zusammenfügen der Tübbinge und der dabei auftretenden Kontaktpressungen die elastischen Zwischenelemente in die entsprechend ausgebildeten Nuten aufgenommen werden. Die elastischen Zwischenelemente verformen sich, werden komprimiert und füllen nach dem Zusammenfügen der Tübbinge den Raum zweier gegenüberliegenden Nuten vollständig aus.

In dem Zustand der Inkompressibilität dichten die elastischen Zwischenelemente außerdem optimal gegen das Eindringen von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum ab.

Das elastische Zwischenelement eignet sich, um bei der Kraftübertragung zwischen den Tübbingen für definierte Kontaktpressungen zu sorgen und so die definierten Randbedingungen für das statische System zu schaffen. Das Material verhindert den Betonkontakt sicher, und die Stoffeigenschaften sind derart reproduzierbar, daß die Verwendung des Zwischenelementes in einer statischen Berechnung eindeutige Ergebnisse liefert.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß das elastische Zwischenelement in Kombination mit einer umlaufenden selbstzentrierenden Nut-Feder-Fugenausbildung einsetzbar ist.

Dadurch wird erreicht, daß die Tübbinge ohne Druck- und Spannungskonzentration nahezu spielfrei zusammengefügt werden können. Die großen Längskräfte werden dabei vom zentral angeordneten elastischen Zwischenelement übertragen, während die Nutflanken nur mit untergeordneten Zentrierkräften belastet werden.

Durch die Flankenzentrierung als selbst suchende Zentrierung ist die Spielfreiheit der Koppelelemente gegeben; dies verringert die lokalen Relativverschiebungen und unverträglichen Ungenauigkeiten in den Fugen, so daß bei der Montage und der nachträglichen Druckeinwirkung eine stabile Tübbingröhre entsteht.

Die spielfreie Nut-Feder-Verbindung in der Längsfuge verhindert Radialverschiebungen und Tangentialverdrehungen benachbarter Tübbinge.

Ein Versatz für die Schildschwanzabdichtung ist elimiert.

Die Nut-Feder-Konstruktion bildet vorteilhaft eine Labyrinthkontur, hinter der die elastischen Zwischenelemente im Falle eines Brandes mechanisch gegen direkte Flamm- und Hitzewirkung geschützt sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß eine Zwischenlage auf den schrägen Flanken der Nut aufgebracht ist.

Da die Nut-Feder-Verbindung in der Längsfuge ein Gelenk um die Längsachse bildet, kann durch geeignete Wahl einer Zwischenlage auf den Flanken der Nut die Rotationssteifigkeit erhöht und eindeutig definiert werden.

Als vorteilhafte Ausgestaltung bietet sich als Material für die zusätzliche Zwischenlage ein Elastomer an.

Der spielfreie Tübbingkontakt in Verbindung mit ausreichender Kontaktspannung macht die Verschraubung der Tübbingringe untereinander überflüssig. Es ist eine stufenlos gegeneinander verdrehte Ringposition und damit eine stufenlose Kurveneinstellung möglich.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Nut zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes übergangslos in die Nut-Feder-Verbindung übergeht, so daß es keine zusätzlichen Kerben gibt.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß das elastische Zwischenelement so ausgebildet ist, daß dieses beim Fertigen der Tübbinge in der ihm gegenüberliegenden Tübbingschalung ohne Haltehilfen einklemmbar und fixierbar ist.

Da das elastische Zwischenelement gleichzeitig als Dichtung verwendet wird, fällt der Arbeits- und Materialaufwand für das Vorbereiten der Nut zur Aufnahme der Dichtung und des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes und für das Einkleben mit aggressiven Klebemitteln weg.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht für das einklemmbare und fixierbare elastische Zwischenelement vor, daß das elastische Zwischenelement im Tübbing lösbar einbetoniert ist.

Das elastische Zwischenelement ist somit als entfernbares Kernteil im Tübbing einbetoniert und hinterläßt nach dem Entfernen eine Nut, in die nachträglich wieder ein elastisches Zwischenelement eingeklemmt werden kann.

Dadurch wird erreicht, daß der Arbeits- und Materialaufwand für das Ersetzen eines beschädigten elastischen Zwischenelementes und für das Einkleben mit aggressiven Klebemittel entfällt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte, nach dem Stand der Technik bekannte Tübbingringe mit Nut-Feder-Verbindung und Dichtrahmen im Randbereich,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit planebenen Fugenflächen und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement - im Endzustand,
Fig. 3: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit Koppelelement und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement - im Endzustand,
Fig. 4: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit planebenen Fugenflächen und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement - beim ersten Montagekontakt,
Fig. 5: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit planebenen Fugenflächen und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement - im Endzustand,
Fig. 6: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit umlaufender Nut-Feder-Konstruktion und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement sowie Zwischenlage auf den schrägen Flanken - beim ersten Montagekontakt,
Fig. 7: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit umlaufender Nut-Feder-Konstruktion und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement sowie Zwischenlage auf den schrägen Flanken - im Endzustand und
Fig. 8: einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Tübbingringe mit umlaufender Nut-Feder-Konstruktion und erfindungsgemäßer Anordnung von Nut und Zwischenelement - vor der Montage.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte und nach dem Stand der Technik bekannte Tübbinge 12, 14, die in einer Ringfuge 10 über eine Nut-Feder-Verbindung miteinander gekoppelt sind. In der Zeichnung befinden sich die Außenseiten der Tübbinge 12, 14 oben und die Innenseiten der Tübbinge 12, 14 unten. Jeder Tübbing 12, 14 ist im Bereich der Außenseite mit einer Dichtungsnut 15 ausgerüstet, in die ein Dichtrahmen 17 eingelegt ist. Beim Zusammenfügen der Tübbinge 12, 14 wird die Feder des einen Tübbings 14 mit der Nut des anderen Tübbings 12 in Übereinstimmung gebracht, so daß sich die jeweiligen Dichtrahmen 17 überlappen.

Die Dichtrahmen 17 haben die Aufgabe, die Ringfuge 10 wie auch die Längsfuge gegenüber dem Eindringen von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum abzudichten.

Die Koppelung der radial zur Tunnelachse orientierten Ringfuge 10 durch eine Nut-Feder-Verbindung dient der Querkraftübertragung und als Montagehilfe.

Nachteilig ist, daß die Koppelelemente ein konstruktives Spiel haben, wodurch es bei Belastung der Tübbinge 12, 14 zu Relativverschiebungen in der Fugen 10 kommen kann, die zu unverträglichen Formungenauigkeiten in der Tübbingröhre führen.

Diese Formungenauigkeiten können zu ungleichmäßigen Kontaktspannungen bei der Übertragung der einwirkenden Druckkräfte und damit zu Brüchen, Rissen 30 und Abplatzungen an den Stahlbeton-Tübbingen 12, 14 führen. Es besteht außerdem die Gefahr, daß die stabile Kreisform der Tübbingringe verloren geht.

Bei einer im Randbereich des Tübbings 12, 14 verlaufenden Dichtungsnut 15 ist mangels ausreichender Betonüberdeckung eine ausreichende Bewehrung 32 um die Dichtungsnut 15 nicht möglich. Hier können sich lokale Risse hinter der Dichtungsnut 15 durch Spannungskonzentrationen zu Bruchzonen ausbilden, die einen Bypass für das Eindringen von Umgebungswasser in den Tunnelhohlraum darstellen.

Außerdem führt der direkte Betonkontakt beim Zusammenfügen der Tübbinge 12, 14 und der nachträglichen Belastung häufig zu Absprengungen an den Beton-Tübbingen.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14 mit einer planebenen Fuge 10. Dabei sind erfindungsgemäß Nuten 16 zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes 18 im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung eines Tübbings 12, 14 angeordnet.

Die Anordnung der Nuten 16 und des elastischen Zwischenelementes 18 verhindert beim Zusammenfügen der Tübbingringe 12, 14 asymmetrische Druckbelastungen an den Kontaktflächen der Tübbinge 12, 14 während der Montage und später bei der Übertragung der Vortriebskräfte. Dadurch werden Spannungskonzentration, die zu Brüchen, Rissen und Abplatzungen führen können, vermieden.

Außerdem stellt das elastische Zwischenelement 18 eine verbesserte Dichtung dar. Weil Brüche, Risse und Abplatzungen hauptsächlich im Randbereich der Tübbinge 12; 14 auftreten, besitzt das Umgebungswasser keine Möglichkeit mehr, das mittig verlaufende elastische Zwischenelement 18 zu umgehen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Nuten 16 ist es möglich, die Bewehrungsführung 32 um die Nuten 16 herum auszubilden. Dieses ist wichtig, da die Kompressionskraft des elastischen Zwischenelementes 18 selbst zu lokalen Rissen hinter den Nuten 16 führen kann.

Das elastische Zwischenelement 18 stellt außerdem bei einer mittigen Anordnung ein durchgängiges komprimierbares Distanzelement dar, das den direkten Betonkontakt beim Zusammenfügen der Tübbinge 12, 14 verhindert.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14 mit Koppelelement und einem elastischen Zwischenelement 18, das im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung angeordnet ist.

Die in Fig. 1 dargestellten Brüche bzw. Risse 30 bilden bei den Tübbingen 12, 14 gemäß Fig. 3 keinen Bypass mehr, durch den das Umgebungswasser die Möglichkeit hätte, das elastische Zwischenelement 18 zu umgehen und in den Tunnelhohlraum vorzudringen.

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14. Die Fuge 10 ist planeben ausgebildet. Die Fig. 4 zeigt eine Momentaufnahme während der Montage der Tübbingringe, und zwar den ersten Kontakt zweier benachbarter Tübbinge 12, 14 beim Zusammenfügen.

Die Nuten 16 sind so ausgebildet, daß beim fortschreitenden Zusammenfügen der Tübbinge 12, 14 sich die elastischen Zwischenelemente 18 in die Nuten 16 verdrängen und verdichten lassen, und zwar soweit, bis die elastischen Zwischenelemente 18 nicht weiter komprimierbar sind. Die beiden gegenüberliegenden Nuten bilden dann eine geringfügig geöffnete Kammerung 22. Durch die elastischen Zwischenelemente werden die benachbarten Tübbinge 12, 14 in Kontakt gebracht und stellen eine gleichmäßige Verteilung und Übertragung der dort reduziert einwirkenden Druckkräfte sicher, ohne daß es zu einem direkten Betonkontakt zwischen den Tübbingen 12, 14 kommt.

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14 wie in Fig. 4. Allerdings zeigt Fig. 5 eine Momentaufnahme während der Montage, bei der die Tübbinge 12, 14 soweit zusammengefügt sind, daß sie sich im Endzustand befinden. Die elastischen Zwischenelemente 18 sind in diesem Zustand nicht weiter komprimierbar und fast vollständig von den beiden Dichtungsnuten 16 eingeschlossen, so daß die Tübbinge 12, 14 über die elastischen Zwischenelemente 18 vollflächig miteinander in Kontakt stehen und für eine optimale durch die Pfeile 34 dargestellte Kraftübertragung sorgen.

Fig. 6 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14, bei denen die Nuten zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes mit einer umlaufenden selbstzentrierenden Nut-Feder-Fugenausbildung kombiniert ist. Auf den schrägen Flanken 26 der Nut ist je eine elastische Zwischenlage 24 aufgebracht. Dargestellt ist eine Momentaufnahme während der Montage, bei der die Tübbinge 12, 14 soweit zusammengefügt sind, daß sie sich im ersten Kontakt befinden.

Fig. 7 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14 wie in Fig. 6. Allerdings zeigt Fig. 7 eine Momentaufnahme während der Montage, bei der die Tübbinge 12, 14 soweit zusammengefügt sind, daß sie sich im Endzustand befinden. Außerdem ist eine potentielle Bewehrungsführung 32 innerhalb der Tübbinge 12, 14 angedeutet.

Es ist dargestellt, daß es durch die mittige Anordnung der Nuten 16 überhaupt erst möglich ist, die Bewehrungsführung 32 um die Nuten 16 auszuführen. Dieses ist wichtig, da die Kompressionskraft des elastischen Zwischenelementes 18 selbst zu lokalen Rissen hinter den Nuten 16 führen kann.

Fig. 8 zeigt im Längsschnitt zwei benachbarte Tübbinge 12, 14 mit umlaufender Nut-Feder-Konstruktion. Die Nuten 16 gehen dabei übergangslos in die Nut-Feder-Verbindung über. Das elastische Zwischenelement 18 ist einbetoniert und außerdem so ausgebildet, daß dieses in der Tübbingschalung 28 einklemmbar und fixierbar ist. Dargestellt ist eine Momentaufnahme vor der Montage der Tübbinge 12, 14.

Die in den Figuren 2 bis 8 dargestellten Tübbinge sind bezüglich der konkreten Ausbildung der Koppelelemente, der Nuten 16, der elastischen Zwischenelemente 18 und der Bewehrungsführung 32 nicht auf die in den Figuren dargestellten Beispiele beschränkt. Vielmehr zeigen die Figuren nur prinzipielle Ausbildungen der Erfindung.

Claims

Tunnelauskleidung bestehend aus einer Vielzahl von in Ringfugen (10) aneinanderliegenden Tübbingringen, die jeweils aus einzelnen Tübbingen (12; 14) zusammengesetzt sind, welche sich, eine Gelenkkette bildend, in Fugen aneinander abstützen, wobei die Ringflächen der Tübbinge (12; 14) wenigstens Nuten (16) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (16) im Bereich der gekrümmten Mittelebene der Wandung eines Tübbings (12; 14) angeordnet sind und ein zur Abstützung benachbarter Tübbinge (12; 14) dienendes elastisches Zwischenelement (18) aufnehmen.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) auch in Nuten (16) auf den Längsflächen der Tübbinge (12; 14) angeordnet ist.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) eine Dichtung darstellt.
Tunnelauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) einen inkompressiblen Volumenanteil pro Längeneinheit aufweist, der geringfügig größer ist als das Volumen der Nut (16), bezogen auf die gleiche Längeneinheit.
Tunnelauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) in Kombination mit einer umlaufenden selbstzentrierenden Nut-Feder-Fugenausbildung einsetzbar ist.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage (24) auf den schrägen Flanken (26) der Nut-Feder-Fugenausbildung aufgebracht ist.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (24) ein Elastomer ist.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Flanken (26) der Nut oder Feder so ausgebildet sind, daß eine Kammerung für die komprimierte Zwischenlage (24) entsteht.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (24) in der geringfügig geöffneten Kammerung nicht weiter komprimierbar ist.
Tunnelauskleidung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (16) zur Aufnahme des zur Abstützung dienenden elastischen Zwischenelementes (18) übergangslos in die Nut-Feder-Verbindung übergeht.
Tunnelauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) so ausgebildet ist, daß dieses beim Fertigen der Tübbinge (12; 14) in der ihm gegenüberliegenden Tübbingschalung (28) ohne Haltehilfen einklemmbar und fixierbar ist.
Tunnelauskleidung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (18) im Tübbing lösbar einbetoniert ist.