EP2706146A1 - Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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- 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
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- E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete
Definitions
- the present invention relates to a method of constructing a tunneling traffic tunnel in which tubbing members are assembled in a machined cavity bore to form a closed tunnel wall, and the space between the inner wall of the cavity bore and the outer walls of the tubbing members is filled with bead gravel.
- the traffic tunnel in a machine-generated cavity bore in a single-shell construction is created by means of tubbing components or bivalve, is created with an additional Ortbetoninneschale to obtain a closed lining.
- the space between the inner wall of the cavity bore and the outer walls of the tubbing components, also referred to below as the annular gap, is filled up with pearl gravel.
- silica resin is injected as a cement-free annular gap filling under pressure in the intermediate space to fill the gap, seal and embed the tubbing components. This pressing process is carried out with an overpressure depending on the static requirements.
- the sealing effect of the cured Silicate resin prevents at the same time movements and reactions of atmospheres.
- multi-grain perlkies preferably double-grain perlkies.
- the consumption of the silicate resin can thereby be significantly reduced.
- the injection of silicate resin is carried out under such high pressure that loosening zones and a naturally occurring lumpiness / porosity of the surrounding rock are filled and sealed.
- this injection of silicate resin under high pressure occurs at least in the region of junctions between geologically problematic environments that react with water and geologically unproblematic areas where water may occur in the vicinity of the cavity bore to provide a barrier to water loneliness along the traffic vegetation tunnel geologically unproblematic in the geologically problematic environment of the cavity bore to produce.
- modified water-reactive silicate resin is used for injection into the interstitial space filled with pearl gravel, which utilizes existing spent water from the construction phase for setting and thus consumes.
- modified non-water-reactive silica resin is used for injection into the pebble-filled interstice which does not consume existing process water from the construction phase, but pushes it in front of it and drains it through targeted outlets.
- swellable silica resin is injected into the pebble-filled space having a swelling degree of 0.5 to 1% to stabilize simultaneously loosened environmental areas to a greater extent.
- multigrain perlites allows for a denser filling of the interstice than single grain perlite, requiring less silica resin.
- double-grain perlites is preferred, e.g. with a grain size from the range 2 to 4 mm and a grain size from the range 6 to 8 mm, for example, two grain sizes of 3 mm and 7 mm.
- multigrain bead gravel with too many grain sizes or even with a uniform grain size distribution, for example in the range of 2 to 8 mm is not preferred, since then there is a dense packing of the multigrain Perlkieses that remains only little volume for the silica resin ; thus its function would be limited as a sealing material.
- Fig. 1 gives an overview of a built according to a method traffic tunnel according to the invention.
- a cavity bore has been made by a tunnel boring machine.
- precast concrete Tübbingbaumaschine
- Seals for example of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM)
- EPDM ethylene-propylene-diene rubber
- Fig. 2 shows a detailed view of a cross section through a traffic tunnel in an intermediate stage of the construction method according to the invention.
- the remaining annular gap is filled with pearl gravel, preferably with multigrain perlkies, in this embodiment with double-grain perlkies, for example with particle sizes of 2 mm and 8 mm, through the penetrations in the tubbing components ,
- Fig. 3 shows the same detail view of the section through the traffic tunnel as in Fig. 2 after a further process step, namely the injection of silicate resin through the penetrations in the tubbing components.
- the silica resin is injected under pressure so that it fills any remaining voids between the grains in the grain filling of the annular gap.
- the silicate resin is injected under such high pressure that backfilling zones or a naturally present lumpiness / porosity of the surrounding rock are filled and sealed. This is in Fig. 3 represented by the fact that the black silicate resin has also penetrated into the surrounding mountains along some lines outside the annular gap. This results in a compensation of the surrounding mountains.
- Such injection of silicate resin under high pressure is particularly useful in the area of transitions between geologically problematic environments that react with water and geologically unproblematic areas where water may occur in the vicinity of the cavity bore to provide a barrier to water longitudinality in the longitudinal direction of the To produce traffic tunnel from the geologically unproblematic in the geologically problematic environment of the cavity bore.
- Such barriers prevent the traffic tunnel itself from contributing to the aqueduct along its longitudinal direction into the geologically problematic area of water-reactive constituents.
- Pressing in silicone resin with increased pressure can for example take place at a pressure of 10 to 15 bar.
- the penetrations in the tubbing members, through which the beads and the silica resin are introduced into the annular gap are shown for the sake of simplicity of illustration with a constant diameter.
- conical penetrations are preferred whose diameters differ from the inner wall of the tubbing component to the outer wall increases. Due to the conical shape of the penetration remains sealed after filling with the silica resin after curing.
- silicate resin for example, a 2-component, non-foaming, slightly-flexibilized silicate-based injection resin can be used for injection of water-bearing cracks as well as soil and rock solidification.
- the silicate resin is prepared by mixing two components, these components A and B comprising a waterglass component A and an isocyanate-containing component B. After the homogeneous mixing of the two components, a viscous emulsion is formed, which does not take up any further water from the injection area, but pushes it in front of it due to the high density.
- the preferred silicate resin has the following technical data:
- the two components are conveyed in a mixing ratio of 1: 1 (by volume) using two-component injection pumps directly from the containers and homogeneously mixed by a static mixer.
- the initially liquid mixture quickly reaches a no longer flowable state and then cures quickly without foaming.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise, bei dem Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung zusammengesetzt werden, um eine geschlossene Tunnelwand zu bilden, und der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile mit Perlkies aufgefüllt wird.
- Verkehrswegetunnel müssen auch Gebiete durchqueren, in denen geologisch problematische Umgebungsverhältnisse herrschen, wie zum Beispiel Umgebungen mit wasserreaktivem Baugrund. Beispiele für solche geologisch problematischen Umgebungsverhältnisse sind der Queenstone - Tonstein im Bereich der großen Seen in Nordamerika und der Anhydrit im Raum Stuttgart. Bei Tunneln in Tübbingbauweise wird der Ringspalt zwischen der Hohlraumbohrung und den Tübbingbauteilen mit einer Mörtelsuspension verfüllt, um die Tübbingbauteile zu stabilisieren und in dem aufgelockerten Boden einzubetten. Das Einspritzen von Mörtelsuspensionen in denen Ringspalt erfolgt unter Druck.
- Weiterhin kann bei geringeren Anforderungen an die Einbettung die Mörtelsuspension auch durch einen Einkorn-Perlkies ersetzt werden. Diese Bauweise kann aber nur in bestimmten Locker-Festgesteinsformationen mit geringeren Anforderungen an die Bettung oder in stabilen Baugrundverhältnissen eingesetzt werden.
- Beim Bau von Verkehrswegetunnel in Gebieten mit geologisch problematischen Umgebungsverhältnissen kommt es oft zu Schäden an den Tunneln, wenn zum Beispiel in Umgebungen mit wasserreaktiven Lockergesteinen oder Festgesteinen eine Verfüllung des Ringspalts mit Mörtelsuspensionen erfolgt, da es dort aufgrund des Wassergehaltes des Mörtels zu Reaktionen kommt, die zu schädigenden Rückwirkungen auf die Tunnelwand führen. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Mörtelsuspensionen beim Tunnelbau in einigen Gebieten problematisch.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bau von Verkehrswegetunneln in Tübbingbauweise anzugeben, mit der einschalige oder zweischalige Hohlraumbauwerke auch bei geologisch problematischen Umgebungsverhältnissen wie quellfähigen Baugründen mit Ringspaltverfüllung verfüllt, gebettet und gedichtet werden können. Weiterhin sollen die Klüftigkeit und etwaige Hohlräume oder Poren des umgebenden Gesteins zementfrei verfüllt und gedichtet werden können.
- Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
- Es ist vorgesehen, dass der Verkehrswegetunnel in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung in einschaliger Bauweise mittels Tübbingbauteilen erstellt wird oder zweischalig, mit einer zusätzlichen Ortbetoninneschale erstellt wird, um eine geschlossene Auskleidung zu erhalten. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile, im Folgenden auch Ringspalt genannt, wird mit Perlkies aufgefüllt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach Auffüllung des Zwischenraums mit Perlkies, Silikatharz als zementfreie Ringspaltverfüllung unter Druck in den Zwischenraum eingespritzt wird, um den Zwischenraum zu verfüllen, abzudichten und die Tübbingbauteile zu betten. Dieser Verpressvorgang wird mit einem Überdruck je nach statischen Erfordernissen ausgeführt. Die Dichtwirkung des ausgehärteten Silikatharzes verhindert gleichzeitig Bewegungen und Reaktionen von Atmosphärilien.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zum Auffüllen des Zwischenraums zwischen den Innenwänden des Hohlraums und den Außenwänden der Tübbingbauteile Mehrkorn-Perlkies, vorzugsweise Zweikorn-Perlkies, verwendet. Die Verbrauchsmenge des Silikatharzes kann hierdurch erheblich reduziert werden.
- Somit ist eine Füllung des Ringspalts, eine Abdichtung und Bettung der Tübbingbauteile möglich, ohne das Wasser oder wässrige Substanzen in den Außenraum außerhalb der Tübbingbauteile gelangt. Somit ist insbesondere der Bau von Tunneln unter problematischen geologischen Verhältnissen in der Umgebung des Hohlraums möglich.
- In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einspritzen von Silikatharz unter so hohem Druck, dass Auflockerungszonen oder eine natürlich vorhandene Klüftigkeit/ Porosität des umgebenden Gebirges verfüllt und gedichtet werden. Vorzugsweise erfolgt dieses Einspritzen mit Silikatharz unter hohem Druck zumindest im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit entlang des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird modifiziertes, mit Wasser reagierendes Silikatharz zum Einspritzen in den mit Perlkies verfüllten Zwischenraum verwendet, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase zum Abbinden verwendet und somit aufbraucht.
- In einer alternativen Ausführungsform wird modifiziertes, nicht mit Wasser reagierendes Silikatharz zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum verwendet, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase nicht verbraucht, sondern vor sich her schiebt und durch gezielte Austrittsöffnungen entwässert.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird quellfähiges Silikatharz in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum einge-presst, das ein Quellmaß von 0,5 bis 1% aufweist, um gleichzeitig aufgelockerte Umgebungsbereiche in einem höheren Maß zu stabilisieren.
- Die Verwendung von Mehrkorn-Perlkies erlaubt eine dichtere Auffüllung des Zwischenraums als Perlkies mit einfacher Korngröße, wodurch weniger Silikatharz benötigt wird. Insbesondere ist die Verwendung von Zweikorn-Perlkies bevorzugt, z.B. mit einer Korngröße aus dem Bereich 2 bis 4 mm und einer Korngröße aus dem Bereich 6 bis 8 mm, zum Beispiel zwei Korngrößen von 3 mm und 7 mm.
- Die Verwendung von Mehrkorn-Perlkiesen mit zu vielen Korngrößen oder sogar mit einer einheitlichen Korngrößenverteilung zum Beispiel im Bereich von 2 bis 8 mm ist nicht bevorzugt, da dann eine so dichte Packung des Mehrkorn-Perlkieses erfolgt, dass nur noch wenig Volumen für das Silikatharz verbleibt; damit wäre dessen Funktion als Dichtungsmaterial eingeschränkt.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebauten Verkehrswegetunnels zeigt, -
Fig. 2 eine Detailansicht aus der Schnittdarstellung ausFig. 1 in einem Zwischenstadium des Aufbauverfahrens zeigt, und -
Fig. 3 eine Detailansicht wie inFig. 2 , aber nach einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. -
Fig. 1 gibt einen Überblick über einen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebauten Verkehrswegetunnel. In dem umgebenden Gestein ist durch eine Tunnelbohrmaschine eine Hohlraumbohrung hergestellt worden. In der Hohlraumbohrung sind Betonfertigteile (Tübbingbauteile) aneinandergesetzt, um eine Auskleidung der Hohlraumbohrung zu bilden. Zwischen den Tübbingsegmenten sind Dichtungen, zum Beispiel aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) vorgesehen. Zwischen den Außenwänden der Tübbingbauteile und der Innenwand der Hohlraumbohrung verbleibt zunächst ein Ringspalt. InFig. 1 ist dieser Ringspalt über einen unteren Teil des Umfangs ungefüllt gezeigt, während der überwiegende Teil des Umfangs des Ringspalts als mit Perlkies und Silikatharz gefüllt dargestellt ist. Dies soll nur darstellen, dass ursprünglich, vor dem Verfüllen des Zwischenraumes zwischen den Außenwänden der Tübbingbauteile und der Hohlraumbohrung ein Freiraum vorhanden war. Tatsächlich ist der Ringspalt dann nach Verfüllung stets vollständig aufgefüllt, d.h. über den ganzen Umfang. In den Tübbingbauteilen sind Durchdringungen vorgesehen, durch die Zugang zu dem Ringspalt besteht. -
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines Querschnitts durch einen Verkehrswegetunnel in einem Zwischenstadium des erfindungsgemäßen Aufbauverfahrens. Nach Aneinandersetzen der Tübbingbauteile in der Hohlraumbohrung wird in einem ersten Schritt der verbliebene Ringspalt durch die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen hindurch mit Perlkies gefüllt, vorzugsweise mit Mehrkorn-Perlkies, in diesem Ausführungsbeispiel mit Zweikorn-Perlkies, zum Beispiel mit den Korngrößen 2 mm und 8 mm. -
Fig. 3 zeigt die gleiche Detailansicht des Schnitts durch den Verkehrswegetunnel wie inFig. 2 nach einem weiteren Verfahrensschritt, nämlich der Injektion von Silikatharz durch die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen. Das Silikatharz wird unter Druck eingespritzt, so dass es alle verbleibenden Hohlräume zwischen den Körnern in der Kornfüllung des Ringspalts auffüllt. Vorzugsweise wird das Silikatharz unter so hohem Druck eingepresst, dass Auslockerungszonen oder eine natürlich vorhandene Klüftigkeit/Porosität des umgebenden Gesteins verfüllt und gedichtet werden. Dies ist inFig. 3 dadurch dargestellt, dass das schwarze Silikatharz auch entlang einiger Linien außerhalb des Ringspalts in das umgebende Gebirge eingedrungen ist. Dadurch erfolgt eine Vergütung des umgebenden Gebirges. Ein solches Einspritzen von Silikatharz unter hohem Druck ist insbesondere im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, sinnvoll, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit in Längsrichtung des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen. Durch solche Sperren wird verhindert, dass der Verkehrswegetunnel selbst zur Wasserleitung entlang seiner Längsrichtung in das geologisch problematische Gebiet mit wasserreaktiven Bestandteilen beitragen könnte. - Das Einpressen von Silikatharz mit erhöhtem Druck kann zum Beispiel bei einem Druck von 10 bis 15 Bar erfolgen.
- In den Figuren sind die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen, durch die sas Perlkies und das Silikatharz in den Ringspalt eingeführt werden, aus Gründen der vereinfachten Darstellung mit konstantem Durchmesser gezeigt. Tatsächlich sind konische Durchdringungen bevorzugt, deren Durchmesser sich von der Innenwand des Tübbingbauteils zur Außenwand hin vergrößert. Durch die konische Formgebung bleibt die Durchdringung nach Auffüllung mit dem Silikatharz nach dessen Aushärtung dicht verschlossen.
- Als Silikatharz kann zum Beispiel ein 2-komponentiges, nichtschäumendes, leicht flexibilisiertes Injektionsharz auf Silikatbasis zur Injektion von wasserführenden Rissen sowie zur Boden- und Gesteinsverfestigung verwendet werden. Das Silikatharz wird durch Mischen von zwei Komponenten hergestellt, wobei diese Komponenten A und B eine Wasserglas-Komponente A und eine Isocyanate enthaltende Komponente B umfassen. Nach der homogenen Vermischung beider Komponenten entsteht eine viskose Emulsion, die kein weiteres Wasser aus dem Injektionsgebiet aufnimmt, sondern es aufgrund der hohen Dichte vor sich her schiebt. Das bevorzugte Silikatharz hat folgende technische Daten:
-
- Verarbeitungszeit
- ca. 60 Sekunden (abhängig von der Temperatur)
- Endaushärtung
- ca. 20 Minuten (abhängig von der Temperatur)
- Druckfestigkeit
- ca. 14 N/mm2 (DIN 12190)
- Spannungswert
- ca. 150 MPa (DIN 53504)
- Zugfestigkeit
- ca. 2,0 MPa (DIN 53504)
- Reissdehnung
- ca. 1% (DIN 53504)
- Verarbeitungstemperatur
- 15 - 30°C (Bauteiltemperatur)
- Die beiden Komponenten werden im Mischungsverhältnis 1:1 (Volumenteile) mithilfe von Zweikomponenten-Injektionspumpen direkt aus den Behältern gefördert und durch einen Statikmischer homogen vermischt. Die anfangs flüssige Mischung erreicht schnell einen nicht mehr fließfähigen Zustand und härtet dann rasch ohne Aufschäumen aus.
Claims (7)
- Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise, bei dem
Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung zusammengesetzt werden, um eine geschlossene Auskleidung zu bilden, und
der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile mit Perlkies aufgefüllt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach Auffüllen des Zwischenraums mit Perlkies Silikatharz als zementfreie Ringspaltverfüllung unter Druck eingespritzt wird, um den Zwischenraum zu verfüllen und abzudichten und die Tübbingbauteile zu betten. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Perlkies ein Mehrkorn-Perlkies verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von Silikatharz unter so hohem Druck vorgenommen wird, dass Auslockerungszonen des umgebenden Gebirges verfüllt und gedichtet werden.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des weiteren Verfüllens mit Silikatharz unter hohem Druck zumindest im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, vorgenommen wird, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit entlang des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies verfüllten Zwischenraum modifiziertes, mit Wasser reagierendes Silikatharz verwendet wird, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase zum Abbinden verwendet und somit aufbraucht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum modifiziertes, nicht mit Wasser reagierendes Silikatharz verwendet wird, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase vor sich her schiebt und durch Austrittsöffnungen entwässert.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum ein quellfähiges Silikatharz verwendet wird, das ein Quellmaß von 0,5 bis 1% aufweist, um gleichzeitig aufgelockerte Umgebungsbereiche in einem höheren Maß zu stabilisieren.
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