EP1362981A1 - Verfahren zur Verbindung von Betonformteilen - Google Patents

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EP1362981A1
EP1362981A1 EP03010782A EP03010782A EP1362981A1 EP 1362981 A1 EP1362981 A1 EP 1362981A1 EP 03010782 A EP03010782 A EP 03010782A EP 03010782 A EP03010782 A EP 03010782A EP 1362981 A1 EP1362981 A1 EP 1362981A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
joint
cavities
ring
recesses
structural parts
Prior art date
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Granted
Application number
EP03010782A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1362981B1 (de
Inventor
Gereon Dipl.-Ing. Behnen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bilfinger SE
Dywidag Bau GmbH
Original Assignee
Walter Bau AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Walter Bau AG filed Critical Walter Bau AG
Publication of EP1362981A1 publication Critical patent/EP1362981A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1362981B1 publication Critical patent/EP1362981B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
    • E21D11/083—Methods or devices for joining adjacent concrete segments

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a force and / or positive and / or sealing connection between in a joint colliding prefabricated structural parts of structures made of steel, steel or Prestressed concrete, especially between segments for the production of tunnels, Studs or the like.
  • Tubbing rings For lining a tunnel opened by means of a tunnel boring machine one usually uses a large number of abutting ones in ring joints Tubbing rings, each consisting of individual, butting in longitudinal joints Tubbingen are composed.
  • the segments can be made of steel or reinforced concrete consist; they can also be prestressed in the sense of prestressed concrete.
  • the individual segments are supported against each other in the ring and longitudinal joints; in both joints pressure forces must be applied, to a lesser extent, namely in Dependence on the constructively designed stiffness, also bending moments and Lateral forces are transmitted.
  • the pressure forces mainly follow in the ring joints the driving forces generated during the tunneling, in the longitudinal joints from the Load from the mountain pressure or a back pressure and the groundwater.
  • the transfer of transverse forces in the joints is only static in very soft floors required to increase the rigidity of the tunnel lining and thus associated reduction of deformations but desired constructively.
  • the segments With the usual single-layer segmental lining, the segments have to be above also guarantee the permanent watertightness of the tunnel tube.
  • the segments For this are usually made of elastic in the circumferential grooves in the ring joints Materials such as rubber, plastic or the like as intermediate elements arranged, for example glued or concreted.
  • Each other Opposing profiles can also be used when installing the segment rings additional security can be pre-tensioned using a temporary screw connection.
  • offset is in the usual constructive coupling of Segment rings are usually taken into account by the fact that the construction must have sufficient “play” (slip); otherwise it happens impermissible constraints between the rings and damage caused by this, for example flaking.
  • the object of the invention is to provide a possibility create to the above, in the manufacture of segmental linings to master problems that arise.
  • the basic idea of the invention is the coupling between in a joint colliding parts of the building, especially between the segments of a Tunnel or tunnel lining generally only after the assembly of the Parts of the building, i.e. the tubbing rings, are advisable only after they have occurred Primary deformations due to load application after leaving the shield tail to produce and in that the cavities formed in the coupling surfaces with Materials are filled that are liquid to viscous for the introduction and only assume elastic or elastoplastic behavior after filling.
  • the method according to the invention has the Advantage that the assembly of the segment ring "n + 1" without consideration about deformations that have occurred on the segment ring "n” can occur, d. H. that a Alignment of the segments in an "absolutely correct” position is possible. An identification of the Deformation of the segment ring "n” for positioning is not necessary. To Solidification of the material pressed into the cavities is above it Properties precisely defined and calculable coupling forces can be transferred.
  • the method according to the invention thus has the advantage that a slip-free, Low deformation, precisely defined and arithmetically detectable ring coupling from Segment rings can be achieved.
  • tubbing assembly is also simplified. This is the exact alignment and fitting the segments onto the previous, already deformed segment ring not necessary anymore; rather, the installation of the individual segments can become one Ring completely independent of the previous segment ring. Since at the no subsequent restoring forces can occur after the inventive pressing the otherwise usual tubbing screw connection is no longer required. These advantages will still be there reinforced when the coupling elements in the form of compression dowels on tensile forces be interpreted.
  • thermoplastic elastomers have been found to be multi-phase Polymers (e.g. polypropylene matrix) with embedding of highly cross-linked synthetic Elastomers according to DIN 7724.
  • Thermoplastic elastomers behave in the service temperature range entropy-elastic (rubber-elastic), so they usually correspond to the factory built-in elastomers, but go into a liquid with increasing temperature (thermoplastic) state about. This change of state is reversible.
  • the Flow temperature is, for example, in the case of thermoplastic PUR elastomers Of the order of about 180 ° C.
  • the invention is applied to a tunnel lining from reinforced concrete tubbings explained. If this is also the main area of application of the Represents invention, is an extension of the application to other building materials, such as B. steel and other joint structures in construction with power transmission and Tightness requirements e.g. B. in container construction, silo construction or the like of course possible.
  • FIG. 1 and 2 are sections of longitudinal sections through a Segment lining of a tunnel with a cross section through an annular joint and Possibility of power transmission shown in different construction phases, namely in Fig. 1 in the installed state and in Fig. 2 in the final state.
  • the tubbing lining which is labeled 1 in total, consists of individual Tubbings 2 and 3, which are each assembled into a ring.
  • the Tubbing rings each referred to as ring “n” and “n + 1" according to their installed condition are colliding in an annular joint 4, in which the power transmission between the neighboring tubbing rings must be ensured.
  • the installation of the segments 2 and 3 and their assembly to form segments takes place in known manner in the protection of the tail 5 of a - not shown - tunnel boring machine, which continues in a tail seal 6.
  • the ring gap 7 between the shield tail 5 or the lining 1 and the mountains 8 is with a pressing material 9 pressed.
  • the end faces of the segments 2 and 3 which form the annular joint 4 have recesses 10 and 11 which are each in the axis S n or S n + 1 .
  • the recesses 10 and 11 thus lie opposite one another with respect to the annular joint 4 and form a cavity.
  • An injection channel 12 opens into the recess 10 and a ventilation channel 13 or vice versa into the recess 11.
  • the end faces of the segment rings n or n + 1 touch each other directly in the ring joint 4; the ring joint 4 is closed to the earth side by a joint seal 14; a suitable joint seal can be attached to the air side.
  • FIG. 1 shows the installed state of the two segment rings n or n + 1 forming the ring joint 4, in which the joint offset V of the ring axes S n or S n + 1 occurs
  • FIG. 2 shows the final state in which the Tübbingring n + 1 has adapted to the ovalized shape of the tubbing ring n due to the external load acting on it.
  • the cavity formed from the recesses 10 and 11 is pressed through the injection channel 12 in the manner according to the invention; the pressing material is indicated at 15. If there is still a residual offset "V" in this phase, this is not harmful in the context of the invention.
  • thermoplastic elastomer is preferably used as the pressing material 15, plasticized in a - not shown - heating tool and by means of a corresponding press-pump tool, which is also not the subject of the invention is, through the press-fit channels 12 into those formed from the recesses 10 and 11 Cavities of the ring joints 4 is injected.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the compression of the cavities to produce dowels can be done before, during or after the tunnel boring machine continues to advance and the associated operation Shield tail feed; in any case, it should take place when the deformations of the tubbing rings caused by the state of construction have occurred.
  • the passage of normal forces through the ring joint 4 can be done in a manner known per se Way by concrete-concrete contact or by inserting joint plates. If these joint plates are provided with a central opening, the Diameter corresponds to that of the recesses 10, 12 and they are on the Fixed the place of the recesses, then at the same time a seal against penetration of the grouting material into the joint gap.
  • the specified plastics generally correspond to their material law "steel elastic" according to DIN 7724 in a precisely defined form and are therefore able to the shear forces assigned to them as a function of the determined deformations transferred to.
  • plastics technology are sufficient thermoplastic materials available to the optimal for each individual case To be able to select material. The material must have sufficient shear strength with elasticity against shear deformation.
  • FIG. 7 A section through such a recess 10a is shown in FIG. 7.
  • the Recess 10a, into which a press-fit channel 12a opens, has here, for example at the end a widening 16 in the form of an anchor head; is still an expansion 17 indicated, which also represent a thread-like profile, for example can.
  • a dowel connection according to the invention off-center arrangement, bending moments can also be assigned the usual screw connections for such a dowel connection There is no guarantee of the preload for sealing profiles.
  • FIGS. 1 and 2 using the example of a dowel connection between adjacent tubbing rings colliding in a ring joint 3 and 4 show the application of the invention to the Production of a ring joint seal.
  • 3 and 4 each show this Excerpts from longitudinal cuts through a segmental lining with a cross section through an annular joint in different construction phases, namely in Fig. 3 in the installed state and 4 in the final state.
  • the segment ring n In the installed state shown in FIG. 3, the segment ring n has just left the tail 5 again; the external loads already act on him, under the effect of which he has ovalized himself.
  • the segment ring n + 1 was just installed; it still has the "absolutely correct" position with the longitudinal axis S n + 1 .
  • the offset between the axis S n of the segment ring n and the axis S n + 1 of the segment ring n + 1 is again denoted by V.
  • the end faces of the segments 2a and 3a forming the annular joint 4 here comprise one Tongue and groove connection.
  • a recess 20 in the form of an annular groove
  • the opposite Front surface of the - right - tubbing 2a has an annular strip 21 as a spring (Fig. 4).
  • the ring groove 20 has a larger width than the ring bar 21, so that in the finished assembled state remains a two-chamber cavity in which one of the Pressing channel 22 accessible from the inside of the lining 1a opens.
  • the End faces of the segment rings n or n + 1 can be in the ring joint 4 immediately touch or be sealed to the air or earth side by seals 23.
  • a sliding possibility may be provided on the end face of the ring bar 21 24 may be provided.
  • FIG. 3 shows the installation state in which the joint offset V of the ring axes S n and S n + 1 still occurs between the segment rings n and n + 1
  • FIG. 4 shows the final state in which the segment ring n + is also present 1 has adapted to the ovalized shape of the segment ring n due to the external load acting on him.
  • the ring joint 4 including the cavities between the ring groove 20 and the ring strip 21 is pressed in the manner according to the invention; the grouting material is indicated at 25.
  • 3 and 4 refer to the seal of the ring joints between tubbing rings 5 and 6 show a segment lining of a tunnel Possibility of sealing the longitudinal joints.
  • 5 shows a detail a cross section through a tunnel lining 1b, in which the to a tubbing ring Composite segments 2b, 2bb form a longitudinal joint 30.
  • This longitudinal joint 30 can basically be designed in the same way as the ring joints, d. H. in the End faces of the individual segments can have corresponding depressions be arranged, the one after the joining of two adjacent segments form a single or multi-chambered cavity.
  • Fig. 6 one in the left half Section through the longitudinal joint along the line VI-VI in Fig.
  • both the seal can also serve as a power transmission, is a cheaper introduction of force in the Segmental concrete is given, so that in principle also a reduction in segmental thickness can be realized compared to conventional joint constructions.
  • thermoplastic elastomers are used as the grouting material, can become a leak due to the reversible behavior of such materials Joint by heating, pouring out the material and re-injection molding, if necessary, even renewed several times. Even after emergency situations Example fire exposure is a renewal of the joint material without further ado possible.

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Abstract

Zur kraft- und/oder formschlüssigen und/oder abdichtenden Verbindung von in einer Fuge zusammenstoßenden vorgefertigten Bauwerksteilen, insbesondere Tübbingen zur Herstellung von Tunneln, Stollen oder dergleichen sind in den die Fuge (4) bildenden Flächen der Bauwerksteile (2, 3) durch Ausnehmungen (10, 11) Hohlräume gebildet, die nach dem Zusammenfügen der Bauwerksteile durch Materialien ausgepresst werden, die zum Zeitpunkt ihres Eindringens flüssig bis zähflüssig sind und die danach in ein elastisches oder elastoplastisches Verhalten übergehen. Dadurch, dass die Kopplung der Bauwerksteile erst nach dem Zusammenfügen, insbesondere erst nach etwa aufgetretenen Primärverformungen erfolgt, können insbesondere bei Tübbingauskleidungen die erst nach der Montage infolge Einwirkung äußerer Kräfte auftretenden Verformungen berücksichtigt und in den Fugen exakt definier- und berechenbare Koppelkräfte übertragen werden. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer kraft- und/oder formschlüssigen und/oder abdichtenden Verbindung zwischen in einer Fuge zusammenstoßenden vorgefertigten Bauwerksteilen von Bauwerken aus Stahl, Stahloder Spannbeton, insbesondere zwischen Tübbingen zur Herstellung von Tunneln, Stollen oder dergleichen.
Stand der Technik
Zur Auskleidung eines mittels einer Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnels verwendet man üblicherweise eine Vielzahl von in Ringfugen aneinanderstoßenden Tübbingringen, die jeweils aus einzelnen, in Längsfugen aneinanderstoßenden Tübbingen zusammengesetzt sind. Die Tübbinge können aus Stahl oder Stahlbeton bestehen; sie können auch im Sinne von Spannbeton vorgespannt sein.
Die einzelnen Tübbinge stützen sich in den Ring- und Längsfugen gegeneinander ab; in beiden Fugen müssen in der Regel Druckkräfte, in geringerem Umfang, nämlich in Abhängigkeit von der konstruktiv ausgebildeten Steifigkeit, auch Biegemomente und Querkräfte übertragen werden. Die Druckkräfte folgen in den Ringfugen vor allem aus den beim Vortrieb entstehenden Vortriebskräften, in den Längsfugen aus der Belastung aus dem Gebirgsdruck bzw. einer Hinterpressung und dem Grundwasser. Die Übertragung von Querkräften in den Fugen ist nur in sehr weichen Böden statisch erforderlich, zur Erhöhung der Steifigkeit der Tunnelauskleidung und einer damit verbundenen Reduzierung von Verformungen aber konstruktiv erwünscht.
Die Übertragung von Querkräften in den Ringfugen erfolgt üblicherweise durch "Nut-Feder-", "Topf-Nocke-" oder Dübelverbindungen. Als Dübel gelangen Hartholzdübel oder Kunststoffdübel, gegebenenfalls mit Stahlkern, zur Anwendung; sie werden einseitig an den Tübbingen angebracht und bei der Montage in Dübellöcher in den gegenüberliegenden Tübbingen eingefädelt (DE 101 19 988 A1). Je nach Kopplungssystem ist eine linien- oder punktförmige Querkraftübertragung zwischen benachbarten Tübbingringen möglich.
In den Längsfugen wird üblicherweise auf eine konstruktive Querkraftverbindung verzichtet; hierfür wird die vorhandene Reibungskomponente als ausreichend angesehen.
Bei den üblichen einschaligen Tübbingauskleidungen müssen die Tübbinge darüber hinaus auch die dauerhafte Wasserdichtigkeit der Tunnelröhre gewährleisten. Hierzu werden in den Ringfugen üblicherweise in umlaufenden Nuten Profile aus elastischen Werkstoffen wie Gummi, Kunststoff oder dergleichen als Zwischenelemente angeordnet, zum Beispiel eingeklebt oder einbetoniert. Jeweils einander gegenüberliegende Profile können bei dem Einbau der Tübbingringe auch als zusätzliche Sicherung mittels temporärer Verschraubung vorgespannt werden.
Die Montage der Tübbingringe erfolgt regelmäßig im Schutz des Schildschwanzes der Tunnelbohrmaschine. Hierbei wirken auf den Tübbingring keine äußeren Lasten, so dass dieser im Idealfall exakt die theoretische Kreisform annimmt. Nach dem Zusammenbau jeweils eines Tübbingringes gerät dieser im Zuge des weiteren Vortriebs aus dem Bereich des Schildschwanzes heraus; der dadurch entstehende Ringspalt zum Gebirge hin wird mit einem geeigneten Verpressmittel hinterpresst. Diese Ringspaltverpressung stellt eine primäre Belastung des Tübbingrings dar, die im Endzustand noch durch Boden- und Wasserdrücke überlagert wird.
Durch diese äußeren Belastungen kommt es zu Verformungen, überwiegend einer "Ovalisierung" des geschlossenen Tübbingringes. Diese Verformungen haben zur Folge, dass der bereits belastete vorletzte Tübbingring "n", der gerade den Schildschwanz verlassen hat, und der gerade montierte Ring "n+1", der sich noch im Schutze des Schildschwanzes befindet, nicht dieselbe Achslinie, sondern einen gegenseitigen Versatz aufweisen. Ein zusätzlicher Versatz resultiert aus unvermeidlichen Herstelltoleranzen bei der Montage der Tübbingringe.
Diesem Versatz ("Offset") wird bei der üblichen konstruktiven Kopplung von Tübbingringen meist dadurch Rechnung getragen, dass die Konstruktion ein ausreichendes "Spiel" (Schlupf) aufweisen muss; andernfalls kommt es zu unzulässigen Zwängungen zwischen den Ringen und hierdurch bedingten Schäden, beispielsweise Abplatzungen.
Richtet man sich, wie allgemein üblich, bei der Montage des Ringes "n+1" am vorhergehenden Ring "n" aus, was "zwangsweise" durch eine Nut-Feder-Verbindung oder ähnliches geschehen kann, so wird diesem Ring "n+1" schon im unbelasteten Zustand eine gewisse Ovalisierung aufgezwungen. Wenn dieser Fehler auch bei der Schlusssteinmontage teilweise ausgeglichen werden kann, resultieren weitere Abweichungen von der Solllage aus unvermeidlichen Montagetoleranzen. Jedenfalls erfährt dieser von der Ideallinie in unbestimmter Form abweichende Ring "n+1" beim Verlassen des Schildschwanzes und Aufbringen der äußeren Lasten zusätzliche Verformungen, die zu einem insgesamt undefinierten Verformungs- und Zwangsspannungszustand führen; insbesondere sind die in der Ringfuge wirkenden Koppelkräfte undefiniert.
Diese Koppelkräfte werden in den Ringfugen üblicherweise über Reibung, oft in Verbindung mit Nut-Feder- oder Topf-Nocke-Verbindungen übertragen. Dabei erfolgt bis zum Anliegen der einander gegenüberliegenden Koppelflächen noch keine Kraftübertragung, allenfalls durch Reibung; nach Anliegen erfolgt dagegen ein nahezu diskontinuierlicher Sprung zu einer weitgehend starren Verbindung, zumindest für eine Vorzeichenrichtung der Koppelkräfte.
Auch bei einer theoretisch möglichen Ausrichtung des Tübbingringes "n+1" an der Ideallinie, d. h. unabhängig vom vorherigen Tübbingring "n", führt der planmäßige Versatz bei der Ringmontage in Kombination mit unvermeidlichen Montagetoleranzen und vor allem den auftretenden Verformungen bei Belastung zu einem undefinierten Zustand bezüglich der Koppelkräfte in der Ringfuge. Jedenfalls ist es nicht möglich, die Geometrie der Koppelelemente ("Nut-Feder"- oder "Topf-Nocke"-Verbindung) auf alle möglichen Verformungs- und gegenseitigen Verdrehungszustände auszulegen und somit in der Ringfuge exakt definierte Koppelkräfte zu erzeugen.
Bei Dübelverbindungen kann der infolge des Versatzes erforderliche Schlupf zwischen benachbarten Tübbingen zwar durch Dübel-Langlöcher erzeugt werden (DE 101 19 988 A1). Dennoch wirkt sich dieser systembedingt erforderliche Schlupf konstruktiv sehr nachteilig aus, da es zu einer Kraftübertragung erst nach dem Anliegen der jeweils gegenüberliegenden Krafteintragungsflächen kommt, das heißt erst nach dem Auftreten von dem Schlupf entsprechenden, aber grundsätzlich unerwünschten Verformungen des Tübbingringes. Da diese Verformungen zudem ungleichmäßig über den Ringumfang verteilt sind, ist das resultierende statische System hochgradig unbestimmt, rechnerisch nicht erfassbar und mit unzulänglichen Steifigkeiten ausgestattet.
Als Resultat dieser Problematik können verschiedene Schadensbilder auftreten, insbesondere:
  • Undichtigkeiten durch unzulässigen Versatz der elastischen Profile,
  • unzulässige Beanspruchungen der Nutflanken, die zu Abplatzungen und damit Undichtigkeiten und reduzierten Steifigkeiten führen,
  • ungenügende Ringsteifigkeit durch mangelnde Kopplung der Tübbinge in der Ringfuge, die zu Ringverformungen und Setzungen führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um die vorbeschriebenen, bei der Herstellung von Tübbingauskleidungen auftretenden Probleme zu beherrschen.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Kopplung zwischen in einer Fuge zusammenstoßenden Bauwerksteilen, insbesondere zwischen den Tübbingen einer Tunnel- oder Stollenauskleidung grundsätzlich erst nach dem Zusammenbau der Bauwerksteile, also der Tübbingringe, zweckmäßig erst nach etwa aufgetretenen Primärverformungen infolge Lastaufbringung nach Verlassen des Schildschwanzes herzustellen und zwar dadurch, dass in den Koppelflächen gebildete Hohlräume mit Materialien verfüllt werden, die zum Einbringen flüssig bis zähflüssig sind und erst nach dem Verfüllen ein elastisches oder elastoplastisches Verhalten annehmen.
Infolge seiner Fließeigenschaften passt sich ein solches Material beliebigen Formen der Hohlräume an und füllt diese vollständig aus. Nach Erhärten bzw. Abkühlen in den Betriebszustand bildet dieses Material ein Kraftübertragungs- und/oder Dichtelement in der Bauwerksfuge.
Bei der Herstellung einer Tübbingfuge hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Montage des Tübbingringes "n+1" ohne Berücksichtigung etwa aufgetretener Verformungen am Tübbingring "n" erfolgen kann, d. h. dass eine Ausrichtung der Tübbinge in "absolut richtiger" Lage möglich ist. Eine Ermittlung der Verformungen des Tübbingrings "n" zur Positionierung ist nicht erforderlich. Nach Verfestigung des in die Hohlräume eingepressten Materials sind über dessen Eigenschaften exakt definierte und berechenbare Koppelkräfte übertragbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat damit den Vorteil, dass eine schlupffreie, verformungsarme, exakt definierte und rechnerisch erfassbare Ringkopplung von Tübbingringen erzielt werden kann.
Dabei handelt es sich um einen besonders verformungsarmen Tunnelausbau, der höchsten Anforderungen an Steifigkeit und geringen zulässigen Setzungen bei anspruchsvollen Verhältnisse zum Beispiel in stark besiedelten Gebieten und weichem Boden gerecht wird.
Durch eine einfache Fugenausbildung wird auch die Konstruktion der Schalungen zur Herstellung der Tübbinge vereinfacht; es ergeben sich nur geringe Anforderungen an die Toleranzen bei Herstellung und Montage der Tübbinge.
Schließlich wird auch die Tübbingmontage vereinfacht. So ist ein exaktes Ausrichten und Einpassen der Tübbinge an den vorhergehenden, bereits verformten Tübbingring nicht mehr erforderlich; vielmehr kann der Einbau der einzelnen Tübbinge zu einem Ring völlig unabhängig von dem vorhergehenden Tübbingring erfolgen. Da bei der erfindungsgemäßen nachträglichen Verpressung keine Rückstellkräfte auftreten, kann die sonst oft übliche Tübbingverschraubung entfallen. Diese Vorteile werden noch verstärkt, wenn die Kopplungselemente in Form von Verpressdübeln auf Zugkräfte ausgelegt werden.
Zur Herstellung von Fugendichtungen ist das erfindungsgemäße Verfahren
  • unabhängig voneinander und auch einzeln - sowohl für die Ringfugen als auch für die Längsfugen eines Tübbingausbaus anwendbar. Nach der Montage eines vollständigen Tübbingrings können auch die Längsfugen, diese allerdings zweckmäßig noch vor Verlassen des Schildschwanzes, verfüllt werden. Hierdurch treten insbesondere bei der Montage der Schlusssteine keine Relativverschiebungen der Dichtungen mehr auf. Durch Dichtschotte können die Fugenhohlräume der Längs- und Ringfugen gegeneinander abgetrennt werden, so dass eine unabhängig voneinander erfolgende Verfüllung (zum Beispiel Längsfugen noch im Schildschwanz, Ringfugen bei oder unmittelbar nach Verlassen des Schildschwanzes) möglich ist.
Über die Aufbringung eines Druckes auf das verflüssigte Material bis zum Erhärten/Erkalten kann auch eine Vorspannung aufgebracht werden. Hierdurch kann bei Bedarf auch eine geringfügige Spreizung eines Tübbingrings erzeugt werden, beispielsweise um eine Kraftübertragung in den Längsfugen über das Fugenmaterial und nicht wie sonst über Betonkontakt zu erzielen.
Als Materialien für diesen Zweck sind grundsätzlich alle Materialien geeignet, die die statischen Anforderungen erfüllen; dies können neben Zement- oder Kunstharzmörtel alle anderen geeigneten Kunststoffe sein wie z. B. Thermoplaste, insbesondere TPV, aber auch Duoplaste, insbesondere PV-Elastomere. Als besonders zweckmäßig haben sich thermoplastische Elastomere (TPE) erwiesen, bei denen es sich um mehrphasige Polymere (z. B. Polypropylenmatrix) mit Einbettung hochvernetzter synthetischer Elastomere nach DIN 7724 handelt.
Thermoplastische Elastomere verhalten sich im Gebrauchstemperaturbereich entropieelastisch (gummielastisch), entsprechen also den üblicherweise werkmäßig eingebauten Elastomeren, gehen mit zunehmender Temperatur aber in einen flüssigen (thermoplastischen) Zustand über. Diese Zustandsänderung ist reversibel. Die Fließtemperatur liegt beispielsweise bei thermoplastischen PUR-Elastomeren in der Größenordnung von etwa 180° C.
Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale und vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt
Fig. 1
einen Querschnitt durch eine Ringfuge eines Tübbingausbaus mit Dübelverbindung im Einbauzustand,
Fig. 2
den entsprechenden Querschnitt im Endzustand,
Fig. 3
in entsprechender Weise einen Querschnitt durch eine Ringfuge mit Fugendichtung im Einbauzustand und
Fig. 4
den entsprechenden Querschnitt im Endzustand,
Fig. 5
einen Querschnitt durch eine Längsfuge eines Tübbingausbaus mit Fugendichtung,
Fig. 6
eine teilweise geschnittene Ansicht einer Längsfuge und schließlich
Fig. 7
eine Möglichkeit zur Ausgestaltung einer in einer Fugenfläche vorzusehenden Ausnehmung zur Aufnahme von Zugkräften.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung in Anwendung auf eine Tunnelauskleidung aus Stahlbetontübbingen erläutert. Wenn dies auch das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung darstellt, so ist eine Ausweitung der Anwendung auch auf andere Baustoffe, wie z. B. Stahl und andere Fugenkonstruktionen im Bauwesen mit Kraftübertragungsund Dichtigkeitsanforderungen z. B. im Behälterbau, Silobau oder dergleichen selbstverständlich möglich.
In den Fig. 1 und 2 sind jeweils Ausschnitte aus Längsschnitten durch eine Tübbingauskleidung eines Tunnels mit Querschnitt durch eine Ringfuge und Möglichkeit zur Kraftübertragung in dieser in unterschiedlichen Bauphasen dargestellt, nämlich in Fig. 1 im Einbauzustand und in Fig. 2 im Endzustand.
Die Tübbingauskleidung, die insgesamt mit 1 bezeichnet ist, besteht aus einzelnen Tübbingen 2 und 3, die jeweils zu einem Ring zusammengesetzt sind. Die Tübbingringe, die jeweils nach ihrem Einbauzustand als Ring "n" und "n+1" bezeichnet sind, stoßen in einer Ringfuge 4 zusammen, in der die Kraftübertragung zwischen den benachbarten Tübbingringen sicherzustellen ist.
Der Einbau der Tübbinge 2 und 3 und deren Montage zu Tübbingringen erfolgt in an sich bekannter Weise im Schutze des Schildschwanzes 5 einer - nicht dargestellten - Tunnelbohrmaschine, der sich in eine Schildschwanzdichtung 6 fortsetzt. Der Ringspalt 7 zwischen dem Schildschwanz 5 bzw. der Auskleidung 1 und dem Gebirge 8 ist mit einem Verpressmaterial 9 verpresst.
In dem in Fig. 1 dargestellten Einbauzustand hat der Tübbingring n gerade den Schildschwanz 5 verlassen; auf ihn wirken bereits die äußeren Lasten, unter deren Wirkung er sich verformt ("ovalisiert") hat. Der Tübbingring n+1 wurde gerade montiert; er hat noch die "absolut richtige" Lage mit der Längsachse Sn+1. Dabei ist deutlich ein Versatz V zwischen der Achse Sn des Tübbingrings n und der Achse Sn+1 des Tübbingrings n+1 zu erkennen.
Die die Ringfuge 4 bildenden Stirnflächen der Tübbinge 2 und 3 weisen Ausnehmungen 10 und 11 auf, die jeweils in der Achse Sn bzw. Sn+1 liegen. Die Ausnehmungen 10 und 11 liegen so bezüglich der Ringfuge 4 einander gegenüber und bilden einen Hohlraum. In die Ausnehmung 10 mündet ein Einpresskanal 12 und in die Ausnehmung 11 ein Entlüftungskanal 13 oder umgekehrt. Die Stirnseiten der Tübbingringe n bzw. n+1 berühren sich in der Ringfuge 4 unmittelbar; die Ringfuge 4 ist zur Erdseite hin durch eine Fugendichtung 14 abgeschlossen; eine entsprechende Fugendichtung kann zur Luftseite hin angebracht werden.
Während Fig. 1 den Einbauzustand der beiden die Ringfuge 4 bildenden Tübbingringe n bzw. n+1 zeigt, in der der Fugenversatz V der Ringachsen Sn bzw. Sn+1 auftritt, zeigt Fig. 2 den Endzustand, in dem sich auch der Tübbingring n+1 durch die inzwischen auf ihn wirkende äußere Belastung der ovalisierten Form des Tübbingrings n angepasst hat. In diesem Zustand wird der aus den Ausnehmungen 10 und 11 gebildete Hohlraum durch den Einpresskanal 12 in erfindungsgemäßer Weise verpresst; das Verpressmaterial ist bei 15 angedeutet. Wenn in dieser Phase noch ein Restversatz "V" verblieben sein sollte, ist das im Rahmen der Erfindung unschädlich.
Als Verpressmaterial 15 dient vorzugsweise ein thermoplastisches Elastomer (TPE), das in einem - nicht dargestellten - Heizwerkzeug plastifiziert und mittels eines entsprechenden Press-Pump-Werkzeugs, das ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung ist, durch die Einpresskanäle 12 in die aus den Ausnehmungen 10 und 11 gebildeten Hohlräume der Ringfugen 4 eingespritzt wird. Je nach Zusammensetzung des Materials sind für die Plastifizierung Temperaturen bis etwa 200 °C erforderlich, die für als Fertigbetonteile ausgebildete Tübbinge unschädlich sind. Nach Erkalten des Materials stellt sich ein elastischer bzw. elastoplastischer Zustand ein, der die Übertragung von Kräften in der Ringfuge 4 gewährleistet.
Die Verpressung der Hohlräume zur Erzeugung von Dübeln kann vor, während oder nach dem weiteren Vortrieb der Tunnelbohrmaschine und dem damit verbundenen Vorschub des Schildschwanzes erfolgen; sie sollte jedenfalls dann erfolgen, wenn die durch den Bauzustand bedingten Verformungen der Tübbingringe eingetreten sind.
Die Durchleitung von Normalkräften durch die Ringfuge 4 kann in an sich bekannter Weise durch Beton-Beton-Kontakt oder durch Einlegen von Fugenplättchen erfolgen. Werden diese Fugenplättchen mit einer zentrischen Durchbrechung versehen, deren Durchmesser demjenigen der Ausnehmungen 10, 12 entspricht und werden sie an der Stelle der Ausnehmungen befestigt, dann gelingt so zugleich eine Abdichtung gegen ein Eindringen des Verpressmaterials in den Fugenspalt.
In entsprechender Weise können auch Dübelverbindungen an den Längsfugen der Tübbingringe hergestellt werden. Die in Ringrichtung wirkenden Normalkräfte werden üblicherweise durch Betonkontakt der Stirnflächen übertragen.
Nach Erkalten in dem durch die Ausnehmungen 10, 11 gebildeten Hohlraum verhalten sich die angegebenen Kunststoffe entsprechend ihrem Materialgesetz, in der Regel "stahlelastisch" nach DIN 7724 in genau definierter Form und sind somit in der Lage, die ihnen zugewiesenen Querkräfte in Abhängigkeit von den ermittelten Verformungen zu übertragen. In der Kunststofftechnik stehen in ausreichendem Maße thermoplastische Materialien zur Verfügung, um für jeden Einzelfall das optimale Material auswählen zu können. Das Material muss eine ausreichende Schubfestigkeit bei gleichzeitiger Elastizität gegen Scherverformungen aufweisen.
Es ist weiterhin möglich, in die Ausnehmungen 10 bzw. 11 vor oder während der Montage Stahlstäbe oder ähnliches geringeren Durchmessers einzulegen, die nach dem Verpressen eine "Bewehrung" und Verstärkung der Dübelverbindung bilden. Die fertiggestellte Dübelverbindung weist dann eine ähnliche Wirkungsweise auf wie herkömmliche Kunststoffdübel mit Stahlkern ohne den Nachteil des beschriebenen Schlupfes und der Nachgiebigkeit.
In entsprechender Weise ist es auch möglich, den Ausnehmungen eine besondere Form zu geben, um gegebenenfalls auch Zugkräfte in der Ringfuge 4 aufnehmen zu können. Ein Schnitt durch eine solche Ausnehmung 10a ist in Fig. 7 dargestellt. Die Ausnehmung 10a, in die wieder ein Einpresskanal 12a mündet, hat hier beispielsweise am Ende eine Aufweitung 16 in Form eines Ankerkopfes; weiterhin ist eine Aufweitung 17 angedeutet, die beispielsweise auch eine gewindeartige Profilierung darstellen kann. In diesem Fall können einer erfindungsgemäßen Dübelverbindung durch außermittige Anordnung auch Biegemomente zugewiesen werden oder es können durch eine derartige Dübelverbindung die üblichen Verschraubungen zur Gewährleistung der Vorspannkräfte für Dichtprofile entfallen.
Während die Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 am Beispiel einer Dübelverbindung zwischen benachbarten, in einer Ringfuge zusammenstoßenden Tübbingringen erläutert wurde, zeigen die Fig. 3 und 4 die Anwendung der Erfindung auf die Herstellung einer Ringfugendichtung. Auch hier zeigen die Fig. 3 und 4 jeweils Ausschnitte aus Längsschnitten durch eine Tübbingauskleidung mit Querschnitt durch eine Ringfuge in unterschiedlichen Bauphasen, nämlich in Fig. 3 im Einbauzustand und in Fig. 4 im Endzustand.
In dem in Fig. 3 dargestellten Einbauzustand hat der Tübbingring n wieder gerade den Schildschwanz 5 verlassen; auf ihn wirken bereits die äußeren Lasten, unter deren Wirkung er sich ovalisiert hat. Der Tübbingring n+1 wurde gerade montiert; er hat noch die "absolut richtige" Lage mit der Längsachse Sn+1. Der Versatz zwischen der Achse Sn des Tübbingrings n und der Achse Sn+1 des Tübbingrings n+1 ist wieder mit V bezeichnet.
Die die Ringfuge 4 bildenden Stirnflächen der Tübbinge 2a und 3a umfassen hier eine Art Nut-Feder-Verbindung. In der Stirnfläche des - linken - Tübbings 3a befindet sich eine Ausnehmung 20 in Form einer Ringnut, während die gegenüberliegende Stirnfläche des - rechten - Tübbings 2a eine ringförmige Leiste 21 als Feder aufweist (Fig. 4). Die Ringnut 20 hat eine größere Breite als die Ringleiste 21, so dass im fertig montierten Zustand ein zweikammeriger Hohlraum verbleibt, in den ein von der Innenseite der Auskleidung 1a her zugänglicher Einpresskanal 22 mündet. Die Stirnseiten der Tübbingringe n bzw. n+1 können sich in der Ringfuge 4 unmittelbar berühren oder zur Luft- bzw. Erdseite hin durch Dichtungen 23 abgeschlossen sein. Ebenso kann an der Stirnfläche der Ringleiste 21 gegebenenfalls eine Gleitmöglichkeit 24 vorgesehen sein.
Während Fig. 3 den Einbauzustand zeigt, in der zwischen den Tübbingringen n bzw. n+1 noch der Fugenversatz V der Ringachsen Sn bzw. Sn+1 auftritt, zeigt Fig. 4 den Endzustand, in dem sich auch der Tübbingring n+1 durch die inzwischen auf ihn wirkende äußere Belastung der ovalisierten Form des Tübbingrings n angepasst hat. In diesem Zustand wird die Ringfuge 4 einschließlich der Hohlräume zwischen Ringnut 20 und Ringleiste 21 in erfindungsgemäßer Weise verpresst; das Verpressmaterial ist bei 25 angedeutet.
Während die Fig. 3 und 4 sich auf die Dichtung der Ringfugen zwischen Tübbingringen einer Tübbingauskleidung eines Tunnels beziehen, zeigen die Fig. 5 und 6 eine Möglichkeit für die Dichtung der Längsfugen. So zeigt Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine Tunnelauskleidung 1b, in der die zu einem Tübbingring zusammengesetzten Tübbinge 2b, 2bb eine Längsfuge 30 bilden. Diese Längsfuge 30 kann grundsätzlich in gleicher Weise ausgebildet sein wie die Ringfugen, d. h. in den Stirnflächen der einzelnen Tübbinge können einander entsprechende Vertiefungen angeordnet sein, die nach dem Zusammenfügen zweier benachbarter Tübbinge einen ein- oder mehrkammerigen Hohlraum bilden. In Fig. 6, die in der linken Hälfte einen Schnitt durch die Längsfuge entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 mit Ansicht der Fugenfläche eines Tübbings und in der rechten Hälfte einen Schnitt durch den Tübbing zeigt, sind Vertiefungen 31 in der Fugenfläche des Tübbings 2bb angedeutet, die durch eine Längsrippe 32 voneinander getrennt sind. Auch hier führt ein Einpresskanal 33 von der Luftseite der Tunnelauskleidung 1 her in die Hohlräume zum Einpressen des erfindungsgemäßen Materials.
Die Längsfugen werden nach Montage eines vollständigen Tübbingrings, zweckmäßig noch vor Verlassen des Schildschwanzes, in erfindungsgemäßer Weise verfüllt. Hierdurch treten insbesondere bei der Montage des Schlusssteins keine Relativverschiebungen der Dichtungen auf. Durch eine Abschottung 34 in Verbindung mit provisorischen Dichtungen 35 können die Fugenhohlräume der Längs- und Ringfugen 30 bzw. 4 gegeneinander abgegrenzt werden, so dass die Hohlräume unabhängig voneinander verpresst werden können. Durch Bildung von einzelnen Kammern kann eine Mehrfachdichtung erzeugt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Einbringung der Dichtung von Ring- und Längsfugen können alle wesentlichen Probleme des konventionellen Tübbingausbaus behoben werden. Folglich wird eine deutlich verbesserte Qualität des Tübbingausbaus erzielt und der Nachbesserungsaufwand deutlich verringert. Durch die vereinfachte Montage der Tübbingringe ergeben sich auch Kosten- und Zeitvorteile im Tübbingausbau.
Durch weitgehend mittige Anordnung des Zwischenelements, das sowohl der Dichtung als auch der Kraftübertragung dienen kann, ist eine günstigere Krafteinleitung in den Tübbingbeton gegeben, so dass grundsätzlich auch eine Reduzierung der Tübbingdicke gegenüber herkömmlichen Fugenkonstruktionen realisiert werden kann.
Wenn als Fugenverpressmaterial thermoplastische Elastomere verwendet werden, kann infolge des reversiblen Verhaltens solcher Materialien eine undicht gewordene Fuge durch Erwärmen, ausfließen lassen des Materials und erneutes Einspritzgießen, bei Bedarf sogar mehrfach, erneuert werden. Auch nach Havariesituationen, zum Beispiel Brandbelastung, ist eine Erneuerung des Fugenmaterials ohne weiteres möglich.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen einer kraft- und/oder formschlüssigen und/oder abdichtenden Verbindung zwischen in einer Fuge zusammenstoßenden vorgefertigten Bauwerksteilen von Bauwerken aus Stahl, Stahl- oder Spannbeton, insbesondere zwischen Tübbingen zur Herstellung von Tunneln, Stollen oder dergleichen,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch Ausnehmungen in den die Fuge bildenden Flächen der Bauwerksteile gebildete Hohlräume nach dem Zusammenfügen der Bauwerksteile durch Materialien ausgepresst werden, die zum Zeitpunkt ihres Einbringens flüssig bis zähflüssig sind und die danach in ein elastisches oder elastoplastisches Verhalten übergehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume durch einander gegenüberliegende Ausnehmungen in den die Fuge bildenden Flächen der Bauwerksteile gebildet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume erst nach etwa aufgetretenen Primärverformungen der Bauwerksteile ausgepresst werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hohlräume bildenden Ausnehmungen so gestaltet werden und/oder das Verpressmaterial so gewählt wird, dass außer parallel zur Fuge wirkenden Koppelkräften auch rechtwinklig zur Fuge wirkende Zugkräfte und/oder Biegemomente übertragbar sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hohlräume bildenden Ausnehmungen so gestaltet werden und/oder das Verpressmaterial so gewählt wird, dass zwischen den die Fuge bildenden Bauwerksteilen eine Abdichtung des Fugenzwischenraumes erzielt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ausnehmungen vor dem Zusammenfügen der Bauwerksteile Bewehrungselemente eingelegt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume vor dem Einbringen des Verpressmaterials zu den Außenflächen der Bauwerksteile hin zumindest vorläufig abgedichtet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Druckbeaufschlagung des Verpressmaterials beim Einbringen in die Hohlräume eine Vorspannung auf die Bauwerksteile erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auspressen der Hohlräume Kunststoffe, insbesondere thermoplastische Elastomere (TPE) verwendet werden, die zum Einbringen durch Zufuhr von Wärme verflüssigt werden.
  10. Einheit aus mindestens zwei in einer Fuge zusammenstoßenden, vorgefertigten Bauwerksteilen aus Stahl, Stahl- oder Spannbeton, insbesondere Tübbinge zur Herstellung von Tunneln, Stollen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der die Fuge (4, 30) bildenden Flächen der Bauwerksteile (2, 3) Ausnehmungen (10, 11, 31) vorgesehen sind, die nach dem Zusammenfügen jeweils einen Hohlraum bilden, der durch Materialien ausgepresst werden kann, die zum Zeitpunkt ihres Einbringens flüssig bis zähflüssig sind und die danach in ein elastisches oder elastoplastisches Verhalten übergehen.
  11. Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Fuge bildenden Flächen der Bauwerksteile (2, 3) einander entsprechende Ausnehmungen (10, 11) vorgesehen sind.
  12. Einheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Bauwerksteile Bewehrungselemente angeordnet sind, die über die jeweilige Außenfläche vorstehen und in die entsprechende Ausnehmung des gegenüberliegenden Bauwerksteils hineinragen.
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