EP2921643B1 - Schutzelement, Betonelement und Verfahren zur Herstellung eines Betonelements - Google Patents

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EP2921643B1
EP2921643B1 EP14001047.1A EP14001047A EP2921643B1 EP 2921643 B1 EP2921643 B1 EP 2921643B1 EP 14001047 A EP14001047 A EP 14001047A EP 2921643 B1 EP2921643 B1 EP 2921643B1
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EP
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protective
concrete
protective element
section
plastics material
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Gilles Recher
Sylvain ALLAIN
Jörg Riechers
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Herrenknecht AG
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Herrenknecht AG
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    • E21D11/38—Waterproofing; Heat insulating; Soundproofing; Electric insulating
    • E21D11/385—Sealing means positioned between adjacent lining members

Definitions

  • the invention relates to a protective element for connecting to a concrete element of a tunnel construction, which has at least one protective section which has a side facing the concrete element, on which at least one connecting element is provided for producing a holding connection of the protective section to the concrete element, the protective section being a floor section and a wall section and at least one region made of at least one plastic, the protective element having at least one seal which is integrally connected to the protective section, the connection being gas-tight and liquid-tight, and the integral connection of the seal to the protective section by injection molding with the at least one first plastic is produced, and wherein a first section of the wall section of the protective section is produced by injection molding with the at least one first plastic.
  • Such concrete elements or protective elements are made WO 2011/085734 A1 known.
  • Such concrete elements are also known in technical terms as "tubbing" and z. B. used in mechanical tunnel construction using shield driving.
  • tunnel boring machines which comprise a drill head, behind which a cylindrical shield with a shield jacket and a shield tail is arranged.
  • the shield has a smaller outer diameter than the drill head so that there is no direct contact between the tunnel wall and the shield.
  • the concrete elements at the edge of the shield become in the shield tail positioned. They are pressed against the direction of advance against the adjacent concrete elements last attached and connected to them.
  • Several concrete elements together form a ring over the entire circumference of the tunnel.
  • the gap between the ring and the tunnel wall is filled with mortar, e.g. B. to prevent settlement.
  • This type of tunnel construction is a. also used for the construction of sewage pipes, especially of larger collecting pipes.
  • sewage pipes especially of larger collecting pipes.
  • the inside of the tubbings is sealed with a cladding so that no waste water and no gases rising from the waste water enter the concrete through the tunnel walls and can damage it (corrosion).
  • This protective layer is in accordance with WO 2005/024183 A1 made of fiberglass or polyethylene (PE) or according to JP2004132002 made of a synthetic resin and in particular of polyethylene (PE), polypropylene (PP), PVC, polyester or vinyl ester and is firmly anchored in the concrete by means of mechanical anchoring, so that an inseparable connection of the protective layer with the concrete is created.
  • the protective layer is designed so that only the inside of the segment element is covered ( JP2004132002 ) or a side surface of the concrete element is also partially included ( WO2005 / 024183A1 ).
  • a seal is then provided on the side surface, which protrudes beyond the protective layer.
  • the seal is made of an elastic material so that when the individual segments for tunneling are put together, the joints between the adjacent concrete elements are closed by the seal.
  • the concrete element of the WO2005 / 024183A1 itself is manufactured using formwork.
  • a protective layer is placed on the formwork floor in the formwork.
  • Protective layer elements are also placed on the side walls of the formwork.
  • the formwork has a recess into which the seal is inserted.
  • the concrete is then placed in the formwork in connection with reinforcement. After the concrete has hardened, the tubbing is used as a tunnel extension.
  • WO 2011/085734 A1 shows an improvement. In practice, it had been found that the arrangement according to WO2005 / 024183A1 leaks can always occur in the transition between the protective layer and the seal if sufficient care has not been taken in the manufacture of the concrete element when inserting the seal in the formwork and / or when arranging the seal with respect to the protective layer.
  • Polydicyclopentadienes (pDCPD) is disclosed as a particularly advantageous plastic for encapsulation of the seal.
  • the object of the invention is therefore to provide a production method for a concrete element and an improved protective layer, in which the protective element is improved with sufficient liability with regard to the use of materials.
  • the object according to the invention is achieved in that the bottom section of the protective section has at least one second section, that the second section is formed from a further plastic, that the second section has a planar extent, and that the second section is formed by injection molding with the first section is connected.
  • Injection molding here means all processes that can be subsumed under injection molding, i.e. processes in which one or more are used directly
  • Thermoplastics / thermosets / elastomers for example as polymers or monomers, can be introduced into a mold on their own, individually, one after the other or simultaneously (e.g. overmolding / overmolding or multi-component injection molding), or in which monomers are processed that only become polymers in the injection mold (for example reaction overmolding).
  • the second section essentially consists of a film, a plate or a web, which is preferably connected to connecting elements.
  • a further teaching of the invention provides that the bottom section of the protective section is essentially formed from the second section and / or that the connection between the first and the second section is a butt joint, or that the first section at least partially sections encloses.
  • This makes it possible to essentially limit injection molding to the direct connection of the base section to the seal.
  • the one-piece connection of the seal and the connecting elements to the protective section produces a liquid-tight and gas-tight connection in a particularly simple manner. Injection molding can ensure that the protective elements are produced with consistently high quality, so that the protective effect of the protective element is particularly high and of consistently high quality, regardless of the manufacturing process of the concrete element, in relation to the finished concrete element.
  • the protective element is shaped in such a way that, based on the seal, the sealing material is enclosed on at least three sides with the injection molding material.
  • the connecting element is a honeycomb structure, a web, a pin and / or a surface element with openings.
  • the protective section is connected in one piece to the at least one connecting element, the one-piece connection preferably being produced by injection molding the at least one first plastic.
  • surface elements such as honeycomb structures or surface sections with through openings, allow the protective element to be anchored particularly well to the concrete element over the entire surface of the protective element.
  • pins or the like which may extend further into the concrete of the concrete element, can achieve an increased punctual increase in holding force.
  • the protective element in the event of damage to the concrete element and thus any water pressure that may be present from the outside, the protective element should be able to maintain the water pressure completely, it is furthermore particularly advantageous that the connecting elements are freely available in terms of their shape and material selection, and that a corresponding connection between the connecting element and the protective section can be provided by the injection molding, in particular in the case of finding elements which are not made of plastic. Furthermore, in the event that the connecting elements of the injection-molded section of the protective section are also made of the same plastic as the protective element, a particularly large variety of shapes can be provided for the connecting elements due to the injection molding.
  • a further teaching of the invention provides in this context that a ceiling element is also provided, so that a hollow body is produced, into which the concrete and, if necessary, reinforcement is then already introduced during injection molding. This is particularly advantageous if the concrete element must also be protected on its outer sides against aggressive water in the mountains.
  • the plastic is a polydicyclopentadiene (pDCPD), preferably in a form resistant to high temperatures, or a resin, reinforcing elements, such as glass fibers, being added to the plastic resin.
  • pDCPD polydicyclopentadiene
  • a resin, reinforcing elements, such as glass fibers being added to the plastic resin.
  • thermoplastic preferably PE.
  • PE thermoplastic
  • Components made from these, such as sheets, sheets or foils, can be manufactured locally on site, so that considerable transportation and storage costs for the finished products are eliminated.
  • the teaching of the invention provides that a protective element described above is used.
  • a protective element makes it possible to provide an adequate joint seal that provides a corresponding tightness of the protective lining of the tunnel to liquids and gases.
  • the solution of the invention provides that a protective element described above is produced from a plastic by the injection molding process, the finished protective element is inserted into a mold, that the protective element is connected to concrete and is removed from the mold after curing.
  • the prefabrication of the protective element in the injection molding process in which there is an integral connection between the holding elements and the seal with the protective section of the protective element, provides a simple manufacturing process because the above-described possible sources of error in the manufacture of the concrete element are eliminated, since only a single component must be introduced into the formwork so that the source of error in the transition from protective layer to seal is eliminated.
  • a connection with a high holding force between the protective element and the concrete element is provided in a simple manner.
  • the advantage here is that even when the concrete elements are manufactured on site at the place where the tubbing is used, a sufficient, qualitatively constant protective effect is provided for the concrete elements.
  • the top of the concrete elements is also provided with a protective element or a protective layer.
  • This protective element or the protective layer can be provided before the concrete is fed into the formwork or only afterwards, for example by painting or the like.
  • a concrete element 10 ( 1 to 3 ) is a segment segment (tubbing) of a tunnel extension.
  • the segment section has a convex upper side 11 and a lower side 12 (in 1 to 3 covered by a protective element 20).
  • the protective element 20 is arranged on the inside 12 of the concrete element.
  • the protective element 20 has a bottom section 21 and wall sections 22, 23. On these wall sections 22, 23, a receiving area 29 is provided, in which a seal 30 is arranged.
  • the connection between seal 30 and protective element 20 is made by injection molding.
  • the protective element 20 has on its wall sections 22, 23 a first section 25 made of an injection-moldable plastic.
  • the bottom section 21 has a second section 28 with a flat extension.
  • the concrete element 10 is in Fig. 4 shown in section with a first embodiment of the protective element 20 according to the invention.
  • Fig. 5 shows an enlarged section of the corner area Fig. 4 .
  • Further embodiments of the protective element 20 are shown in FIGS 6 to 9 shown.
  • the protective element 20 has, as in Fig. 4 shown, a bottom section 21, on the outer sides of which wall sections 22, 23 are arranged essentially at right angles, but also in any other arrangement.
  • the inside of the base section 21 has pin elements 17.
  • webs can also be arranged parallel to an outer wall and webs to the outer wall arranged at right angles thereto.
  • the webs can, for example, be provided with openings through which the concrete 16 can pass and thus produce a connection which holds particularly well after hardening.
  • a projection 27 is provided which engages the wall section 22, 23 at an angle of 45-90 ° and is also provided with openings 26 for producing a holding connection.
  • the seal 30 is arranged in a receiving area 29.
  • the seal 30 is made of an elastic plastic.
  • the seal 30 has a sealing surface 31 which, when the individual concrete elements are put together, either meets another concrete surface or another sealing surface 31 of a seal 30.
  • the seal has 30 chambers 32 inside. When the concrete elements 10 are assembled, the elastic plastic of the seal 30 is deformed and the chambers 32 are pressed together. Opposite the sealing surface 31 there are holding projections 33 which engage in the plastic of the side wall 22, 23 of the protective element 20. During injection molding, these and the nearby side walls of the seal 30 connect to the plastic of the protective element or are enclosed in a gas-tight manner.
  • a honeycomb structure 24 is arranged on the inside of the bottom section 21 of the protective element 20. This can, for example, be glued to the base section 21 or be anchored in some other way.
  • concrete 16 When the concrete 16 is introduced into the protective element 20, concrete 16 can penetrate into the honeycomb structure 24 and harden there. Due to the high surface area of the honeycomb structure 24, there is a large contact area between the honeycomb structure 24 and the concrete 16, so that 16 high holding forces are present after the concrete has hardened.
  • further connecting elements are provided, which are also webs (not shown) or pin elements 17. It is possible to form the webs and / or pins 17 from a plastic of the protective element 20 or alternatively or additionally to provide them from a different material, for example metal.
  • a reinforcement 15 is provided in addition to the connecting elements in the form of pins 17.
  • the reinforcement is either, as in Fig. 4 shown, on the connecting elements 17 or alternatively can also rest on the honeycomb structure 24 or the bottom portion 21.
  • Fig. 5 shows a section through an inventive concrete element.
  • the reinforcement 15, like the honeycomb structure 24 and the webs or pins 17, is enclosed by the concrete 16.
  • the protective element has a first section 25, which is created by injection molding and comprises the seal 30. It is made from an injection-moldable material during injection molding. Furthermore, the bottom section 21 has a second section 28 of the protective element 20. This is a flat element 34, for example in the form of a sheet, film or plate. An integral part of this Embodiment of the second section 28 are T-shaped pin elements 17. These are either arranged on the flat element or the pin elements 17 are made of the same material as the flat element 34. The connection of the flat element 34 takes place by injection molding of the first section 25.
  • 6 to 9 show various exemplary types of connection of the second section 28 to the first section 25. This can be done abruptly ( 6, 7 and 9 ) or the second section 28 is one-sided (not shown) or both-sided ( Fig. 8 ) encompassed.
  • the flat element forming the second section 28 is provided not only as a component of the bottom section 21 but also as a wall section 22, 23.
  • the jerky connection, as in 6, 7 and 9 has surprisingly been found to be sufficient, in particular when connecting PE as a flat element 34 and pDCPD as an injection-moldable plastic of the first section 25.
  • a concrete element 10 according to the invention is produced in such a way that formwork is provided which has the shape of the concrete element that will later be used.
  • the outer shape can be a segment of a circle.
  • the top view can be either rectangular or trapezoidal, for example.
  • a prepared protective element 20 is inserted into this formwork, which was connected in one piece to the seal 30 during its manufacture. After inserting the protective element 20, the reinforcement 15 is inserted into the formwork and the concrete 16 is poured.
  • the protective element 20 can be designed in such a way that it is a hollow body into which the concrete is introduced, as a result of which the formwork can be dispensed with.
  • the reinforcement 15 is then introduced into the hollow body during manufacture or together with the concrete (fiber reinforcement).
  • the protective element 20 is produced in such a way that an injection mold is produced which reflects the shape of the protective element 20. Subsequently, the seal 30 is provided in the receiving area 29 provided for this purpose in the injection mold.
  • the flat sections 34 are inserted into the mold either as a bottom section 21 or as part of the bottom section 21 and / or as part of the wall sections 22, 23.
  • further connecting means and / or reinforcement 15 can be introduced into the injection mold, provided that they are to be made of a different material than the protective element itself.
  • the injection-moldable plastic is then introduced into the injection mold. After the plastic has hardened, the protective element 20 can be removed from the mold and provided for the production of the concrete element 10.
  • guide holes are provided, into which guide rods (not shown) can be inserted.
  • the guide holes are provided either in the side walls 14 of the concrete elements 10 or as a half element in the side walls 13. When two concrete elements are assembled using the bolts, these half segments then form the guide hole.
  • the concrete elements 10 of the subsequent extension ring of the tunnel extension can be precisely positioned in a simple manner, since these elements also have the guide holes and the guide holes are then inserted into the guide rods.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schutzelement zum Verbinden mit einem Betonelement eines Tunnelausbaus, das wenigstens einen Schutzabschnitt aufweist, der eine dem Betonelement zugewandte Seite aufweist, an der wenigstens ein Verbindungselement zum Herstellen einer haltenden Verbindung des Schutzabschnitts mit dem Betonelement vorgesehen ist, wobei der Schutzabschnitt einen Bodenabschnitt und einen Wandabschnitt und wenigstens einen Bereich aus wenigstens einem Kunststoff aufweist, wobei das Schutzelement wenigstens eine Dichtung aufweist, die einstückig mit dem Schutzabschnitt verbunden ist, wobei die Verbindung gasdicht und flüssigkeitsdicht ist, und die einstückige Verbindung der Dichtung mit dem Schutzabschnitt durch Spritzgießen mit dem wenigstens einen ersten Kunststoff hergestellt ist, und wobei ein erster Abschnitt des Wandabschnitts des Schutzabschnitts durch Spritzgießen mit dem wenigstens einen ersten Kunststoff hergestellt ist.
  • Derartige Betonelemente bzw. Schutzelement sind aus WO 2011/085734 A1 bekannt. Solche Betonelemente werden in der Fachsprache auch als "Tübbing" bezeichnet und werden z. B. eingesetzt beim maschinellen Tunnelbau mittels Schildvortrieb. Dabei werden beispielsweise Tunnelbohrmaschinen eingesetzt, die einen Bohrkopf umfassen, hinter dem ein zylindrisches Schild mit einem Schildmantel und einem Schildschwanz angeordnet ist. Das Schild ist von einem kleineren äußeren Durchmesser als der Bohrkopf, so dass kein direkter Kontakt zwischen Tunnelwand und Schild besteht. Wenn die Tunnelbohrmaschine ein bestimmtes Stück vorangetrieben ist, werden im Schildschwanz die Betonelemente am Schildrand positioniert. Sie werden entgegen der Vortriebsrichtung an die benachbarten zuletzt angebrachten Betonelemente gepresst und mit diesen verbunden. Mehrere Betonelemente zusammen bilden einen Ring über den gesamten Umfang des Tunnels. Der Spalt zwischen Ring und Tunnelwand wird mit Mörtel gefüllt, z. B. um Setzungen vorzubeugen.
  • Dieser Art von Tunnelbau wird u. a. auch für den Bau von Abwasserleitungen eingesetzt, insbesondere von größeren Sammelleitungen. Dabei werden, wie bei anderen möglichen Einsatzzwecken auch, erhöhte Anforderungen an die Dichtigkeit der Verkleidung des Tunnels gestellt. Die Innenseite der Tübbinge wird mit einer Verkleidung abgedichtet, so dass kein Abwasser und keine aus dem Abwasser aufsteigenden Gase über die Tunnelwände in den Beton gelangen und diesen beschädigen können (Korrosion).
  • Aus WO2005/024183A1 und ebenfalls aus JP2004132002 ist bekannt, dass die für den Tunnelausbau verwendeten Tübbings vorproduziert werden, und dass bereits bei der Produktion der Tübbings eine Verkleidung auf der Innenseite angeordnet wird, durch die im zusammengesetzten Zustand der einzelnen Tübbingringe eine Abdichtung der Tunnelwand gegen Wasser und Gase erfolgt. Dabei ist auf dem Betonelement eine Schutzschicht vorgesehen, welche eine einer konvexen äußeren Oberfläche gegenüberliegende innere Oberfläche des Tübbings abdeckt. Diese Schutzschicht besteht gemäß WO 2005/024183 A1 aus Glasfaserkunststoff oder Polyethylen (PE) bzw. gemäß JP2004132002 aus einem synthetischen Harz und hierbei insbesondere aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), PVC, Polyester oder Vinylester und wird mittels mechanischer Verankerung fest im Beton verankert, so dass eine untrennbare Verbindung der Schutzschicht mit dem Beton entsteht. Die Schutzschicht ist dabei so ausgelegt, dass die nur die Innenseite des Tübbingelements abgedeckt wird ( JP2004132002 ) oder auch eine Seitenfläche des Betonelements teilweise ebenfalls miteingeschlossen wird ( WO2005/024183A1 ).
  • Gemäß WO2005/024183A1 wird anschließend an der Seitenfläche eine Dichtung, die über der Schutzschicht hinaussteht, vorgesehen. Die Dichtung ist aus einem elastischen Material hergestellt, so dass bei Zusammensetzen der einzelnen Tübbings zum Tunnelausbau die Fugen zwischen den benachbarten Betonelementen durch die Dichtung verschlossen werden.
  • Das Betonelement der WO2005/024183A1 selbst wird mittels einer Schalung hergestellt. In die Schalung wird eine Schutzschicht auf den Schalungsboden aufgelegt. Des Weiteren werden an die Seitenwände der Schalung ebenfalls Schutzschichtelemente gestellt. Des Weiteren weist die Schalung eine Aussparung auf, in die die Dichtung eingesetzt wird. Anschließend wird in Verbindung mit Bewehrung der Beton in die Schalung eingebracht. Nach Aushärten des Betons wird der Tübbing als Tunnelausbau eingesetzt.
  • WO 2011/085734 A1 zeigt eine Verbesserung dazu. In der Praxis hatte sich ergeben, dass bei der Anordnung gemäß WO2005/024183A1 im Übergang zwischen Schutzschicht und Dichtung immer dann Undichtigkeiten auftreten können, wenn die hinreichende Sorgfalt bei der Herstellung des Betonelements beim Einsetzen der Dichtung in die Schalung nicht aufgewendet wurde und/oder beim Anordnen der Dichtung in Bezug auf die Schutzschicht. Als Lösung hierfür zeigt die WO 2011/085734 A1 , dass das Schutzelement in einer Spritzgussform hergestellt wird, in der die Dichtung eingesetzt wird und mit dem eingesetzten Kunststoff umschlossen wird, wodurch eine flüssigkeitsdichte und gasdichte Verbindung zwischen Dichtung und Schutzelement hergestellt wird. Als ein besonders vorteilhafter Kunststoff zum Umspritzen der Dichtung wird Polydicyclopentadiene (pDCPD) offenbart.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Herstellungsverfahren für ein Betonelement und eine verbesserte Schutzschicht bereit zu stellen, bei dem das Schutzelement bei hinreichender Haftung hinsichtlich des Materialeinsatzes verbessert wird.
  • Hinsichtlich des Schutzschichtelements wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass der Bodenabschnitt des Schutzabschnitts wenigstens einen zweiten Abschnitt aufweist, dass der zweite Abschnitt aus einem weiteren Kunststoff gebildet ist, dass der zweite Abschnitt eine flächige Erstreckung aufweist, und dass der zweite Abschnitt durch Spritzgießen mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.
  • Überraschender Weise hat sich bei einer Suche der Verbesserung des zuvor dargelegten Schutzelements ergeben, dass es möglich ist, wenigstens einen vorbereiteten Abschnitt des Schutzelementes mit dem spritzgussfähigen Kunststoff so zu verbinden, dass eine hinreichende Dichtigkeit des Schutzelements erreicht werden kann. Gleichzeitig lassen sich dadurch auf einfache Weise die Herstellungskosten des Schutzelements senken, da es zum einen möglich wird, die Spritzgussmenge zu reduzieren und dadurch die Herstellung und die Spritzgussform zu vereinfachen.
  • Unter Spritzgießen werden hier sämtliche Verfahren verstanden die sich unter das Spritzgießen subsummieren lassen, also Verfahren, bei denen direkt ein oder mehrere Thermoplaste/Duroplaste/Elastomere beispielsweise als Polymere oder auch Monomere in eine Form alleine, einzeln, nacheinander oder gleichzeitig eingebracht werden, (beispielweise Overmolding/Überspritzen oder Mehrkomponentenspritzgießen), oder bei denen Monomere verarbeitet werden, die erst in der Spritzgussform zu Polymeren werden (beispielsweise reaction overmolding).
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der zweite Abschnitt im Wesentlichen aus einer Folie, einer Platte oder einer Bahn besteht, die bevorzugt mit Verbindungselementen verbunden ist.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Bodenabschnitt des Schutzabschnitts im Wesentlichen aus dem zweiten Abschnitt gebildet ist, und/oder dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt eine Stoßverbindung ist, oder dass der erste Abschnitt den zweiten Abschnitt wenigstens teilweise abschnittsweise umschließt. Hierdurch wird es möglich das Spritzgießen im Wesentlichen auf das direkte Verbinden des Bodenabschnitts mit der Dichtung zu beschränken. Durch das einstückige Verbinden der Dichtung und der Verbindungselemente mit dem Schutzabschnitt wird auf besonders einfache Weise eine flüssigkeitsdichte und gasdichte Verbindung hergestellt. Durch das Spritzgießen kann gewährleistet werden, dass die Schutzelemente mit gleichbleibend hoher Qualität hergestellt werden, so dass in Bezug auf das fertige Betonelement die Schutzwirkung des Schutzelements besonders hoch und von gleichbleibend hoher Qualität, unabhängig vom Herstellungsprozess des Betonelements, ist. Das Schutzelement ist dabei so ausgeformt, dass, bezogen auf die Dichtung, eine zumindest auf drei Seiten vorgesehene Umschließung des Dichtungsmaterials mit dem Spritzgussmaterial vorgesehen ist.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Verbindungselement um eine Wabenstruktur, einen Steg, einen Stift und/oder ein Flächenelement mit Öffnungen handelt. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Schutzabschnitt einstückig mit dem wenigstens einem Verbindungselement verbunden ist, wobei bevorzugt die einstückige Verbindung durch Spritzgießen des wenigstens einen ersten Kunststoffs hergestellt ist. Insbesondere Flächenelemente, wie Wabenstrukturen oder Flächenabschnitte mit durchgehenden Öffnungen, erlauben eine besonders gute Verankerung des Schutzelements mit dem Betonelement über die gesamte Fläche des Schutzelements hinweg. Das zusätzliche Vorsehen von Stiften oder dgl., die ggf. weiter in den Beton des Betonelements hineinreichen, kann eine erhöhte punktuelle Haltekrafterhöhung erreicht werden. Da vorgesehen ist, dass das Schutzelement im Falle einer Beschädigung des Betonelements und damit evtl. von außen anstehendem Wasserdruck das Schutzelement vollständig in der Lage sein soll, den Wasserdruck zu halten, ist es des Weiteren besonders vorteilhaft, dass die Verbindungselemente in ihrer Form und in ihrer Materialwahl zur freien Verfügung stehen, und dass durch das Spritzgießen, insbesondere bei Findungselementen, die nicht aus Kunststoff bestehen, eine entsprechende Verbindung zwischen Verbindungselement und Schutzabschnitt bereit gestellt werden kann. Des Weiteren, für den Fall, dass die Verbindungselemente des spritzgegossenen Abschnitts des Schutzabschnitts ebenfalls aus dem gleichen Kunststoff wie das Schutzelement hergestellt sind, kann, bedingt durch das Spritzgießen, eine besonders hohe Formenvielfalt für die Verbindungselemente bereitgestellt werden.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass des Weiteren auch ein Deckenelement vorgesehen ist, so dass ein Hohlkörper erzeugt wird, in den dann anschließend der Beton und ggf. bereits beim Spritzgießen Bewehrung eingebracht wird. Dieses ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Betonelement auch auf seinen Außenseiten gegen aggressive Wässer im Gebirge geschützt werden muss.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Kunststoff um ein Polydicyclopentadiene (pDCPD), bevorzugt in einer hochtemperaturfesten Form, oder ein Harz handelt, wobei dem Kunststoffharz ggf. Verstärkungselemente, wie beispielsweise Glasfasern, zugesetzt werden. Mit diesem Kunststoff lässt sich eine hohe Produktgeschwindigkeit aufgrund der schnellen Verarbeitungseigenschaften erreichen. Gleichzeitig ist eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit im Einsatz gegeben.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Kunststoff des Flächenelements um einen Thermoplast, bevorzugt PE, handelt. Hierbei handelt es sich um besonders kostengünstige Kunststoffe. Bauteile aus diesen, wie beispielsweise Platten, Bahnen oder Folien lassen sich dezentral vor Ort direkt herstellen, so dass erheblicher Transportaufwand und ggf. auch Lageraufwand der fertigen Produkte entfallen.
  • Hinsichtlich des Betonelements zum Erstellen eines Tunnelausbaus sieht die Lehre der Erfindung vor, dass ein vorbeschriebenes Schutzelement verwendet wird. Durch ein solches Schutzelement wird es möglich, eine hinreichende Fugenabdichtung zu bewirken, die eine entsprechende Dichtigkeit der Schutzauskleidung des Tunnels gegenüber Flüssigkeiten und Gasen bereitstellt.
  • Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sieht die Lösung der Erfindung vor, dass ein zuvor beschriebenes Schutzelement aus einem Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt wird, das fertige Schutzelement in eine Form eingesetzt wird, dass das Schutzelement mit Beton verbunden wird und nach dem Aushärten aus der Form entnommen wird. Durch die Vorfertigung des Schutzelements im Spritzgussverfahren, bei dem eine einstückige Verbindung zwischen Halteelementen und Dichtung mit dem Schutzabschnitt des Schutzelements erfolgt, wird ein einfaches Herstellungsverfahren bereit gestellt, weil die vorbeschriebenen evtl. Fehlerquellen bei der Herstellung des Betonelements eliminiert werden, da lediglich ein einzelnes Bauteil in die Schalung eingebracht werden muss, so dass die Fehlerquelle des Überganges Schutzschicht zu Dichtung eliminiert wird. Gleichzeitig wird auf einfache Weise eine Verbindung mit hoher Haltekraft zwischen Schutzelement und Betonelement bereitgestellt. Vorteilhaft dabei ist, dass auch bei einer vor Ort-Herstellung der Betonelemente am Einsatzort der Tübbings eine hinreichende qualitativ gleichbleibende Schutzwirkung für die Betonelemente bereitgestellt wird.
  • Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass auch die Oberseite der Betonelemente mit einem Schutzelement oder einer Schutzschicht versehen wird. Dabei kann dieses Schutzelement oder die Schutzschicht bereits vor Zuführen des Betons in die Schalung oder auch erst danach, beispielsweise durch einen Anstrich oder dgl., bereitgestellt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Betonelements,
    Fig. 2
    eine zweite räumliche Darstellung des erfindungsgemäßen Betonelements,
    Fig. 3
    eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Betonelements,
    Fig. 4
    eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Betonelement,
    Fig. 5
    einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittansicht eines Eckbereichs gemäß Fig. 4, und
    Fig. 6 bis 9
    verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schutzelements.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Betonelement 10 (Fig. 1 bis Fig. 3) handelt es sich um einen Segmentabschnitt (Tübbing) eines Tunnelausbaus. Der Segmentabschnitt weist eine konvexe Oberseite 11 auf und eine dazu gegenüberliegend angeordnete Unterseite 12 (in Fig. 1 bis 3 verdeckt durch ein Schutzelement 20). An der Innenseite 12 des Betonelements ist das Schutzelement 20 angeordnet. Das Schutzelement 20 weist einen Bodenabschnitt 21 und Wandabschnitte 22, 23 auf. An diesen Wandabschnitten 22, 23 ist ein Aufnahmebereich 29 vorgesehen, in dem eine Dichtung 30 angeordnet ist. Die Verbindung zwischen Dichtung 30 und Schutzelement 20 erfolgt durch Spritzgießen.
  • Das Schutzelement 20 weist an seinen Wandabschnitten 22, 23 einen ersten Abschnitt 25 aus einem spritzgussfähigen Kunststoff auf. Der Bodenabschnitt 21 weist einen zweiten Abschnitt 28 mit einer flächigen Erstreckung auf.
  • Das Betonelement 10 ist in Fig. 4 mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzelements 20 geschnitten dargestellt. Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Eckbereichs zu Fig. 4. Weitere Ausführungsformen des Schutzelements 20 sind in den Fig. 6 bis 9 dargestellt.
  • Das Schutzelement 20 weist, wie in Fig. 4 dargestellt, einen Bodenabschnitt 21 auf, an dessen Außenseiten Wandabschnitte 22, 23 im Wesentlichen rechtwinklig, allerdings auch in beliebiger anderer Anordnung, angeordnet sind. Zur Herstellung einer haltenden Verbindung zwischen dem Schutzelement 20 und dem Betonelement 10 weist die Innenseite des Bodenabschnitts 21 Stiftelemente 17 auf. Alternativ und nicht dargestellt können auch Stege parallel zur einen Außenwand und Stege zur rechtwinklig dazu angeordneten Außenwand angeordnet sein. Die Stege können beispielsweise mit Öffnungen versehen sein, durch die der Beton 16 hindurchtreten kann und damit nach Aushärtung eine besonders gut haltende Verbindung erzeugt. Zur Bereitstellung einer haltenden Verbindung der Wandabschnitte 22, 23 ist ein Vorsprung 27 vorgesehen, der in einem Winkel von 45 - 90° an dem Wandabschnitt 22, 23 angreift und ebenfalls zum Herstellen einer haltenden Verbindung mit Öffnungen 26 versehen ist.
  • In einem Aufnahmebereich 29 ist die Dichtung 30 angeordnet. Die Dichtung 30 besteht aus einem elastischen Kunststoff. Die Dichtung 30 weist eine Dichtfläche 31 auf, die beim Zusammensetzen der einzelnen Betonelemente entweder auf eine andere Betonfläche oder eine andere Dichtfläche 31 einer Dichtung 30 trifft. Im Inneren weist die Dichtung 30 Kammern 32 auf. Beim Zusammensetzen der Betonelemente 10 wird der elastische Kunststoff der Dichtung 30 verformt und die Kammern 32 werden zusammengedrückt. Gegenüberliegend zur Dichtfläche 31 sind Haltevorsprünge 33 angeordnet, die in den Kunststoff der Seitenwand 22, 23 des Schutzelements 20 eingreifen. Diese und die naheliegenden Seitenwände der Dichtung 30 verbinden sich beim Spritzgießen mit dem Kunststoff des Schutzelements bzw. werden von diesem gasdicht umschlossen.
  • In der Ausführungsform des Schutzelements 20 gemäß Fig. 4 ist auf der Innenseite des Bodenabschnitts 21 des Schutzelements 20 eine Wabenstruktur 24 angeordnet. Diese kann beispielsweise mit dem Bodenabschnitt 21 verklebt sein oder anderweitig verankert sein. Beim Einbringen des Betons 16 in das Schutzelement 20 kann Beton 16 in die Wabenstruktur 24 eindringen und dort aushärten. Durch die hohe Oberfläche der Wabenstruktur 24 liegt eine große Kontaktfläche zwischen Wabenstruktur 24 und Beton 16 vor, so dass nach Aushärten des Betons 16 hohe Haltekräfte vorliegen. Unterstützend zur Wabenstruktur 24 sind weitere Verbindungselemente vorgesehen, bei denen es sich ebenfalls um Stege (nicht dargestellt) oder um Stiftelemente 17 handelt. Es besteht die Möglichkeit, die Stege und/oder Stifte 17 aus einem Kunststoff des Schutzelements 20 zu formen oder alternativ bzw. ergänzend diese aus anderem Material, beispielsweise Metall, vorzusehen.
  • In Fig. 4 ist zusätzlich zu den Verbindungselementen in Form von Stiften 17 eine Bewehrung 15 vorgesehen. Die Bewehrung liegt entweder, wie in Fig. 4 dargestellt, auf den Verbindungselementen 17 auf oder kann alternativ auch auf der Wabenstruktur 24 oder dem Bodenabschnitt 21 aufliegen. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Betonelement. Die Bewehrung 15 ist dabei genauso, wie die Wabenstruktur 24 und die Stege bzw. Stifte 17, vom Beton 16 umschlossen.
  • Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist das Schutzelement einen ersten Abschnitt 25 auf, der durch Spritzgießen erstellt wird und die Dichtung 30 umfasst. Er wird aus einem spritzgussfähigen Material beim Spritzgießen hergestellt. Weiterhin weist der Bodenabschnitt 21 einen zweiten Abschnitt 28 des Schutzelements 20 auf. Bei diesem handelt es sich um ein flächiges Element 34, beispielsweise in Form einer Bahn, Folie oder Platte. Integraler Bestandteil in dieser Ausführungsform des zweiten Abschnitts 28 sind T-förmige Stiftelemente 17. Diese sind entweder am flächigen Element angeordnet oder die Stiftelemente 17 bestehen aus dem gleichen Material wie das flächige Element 34. Die Verbindung des flächigen Elements 34 erfolgt durch Spritzgießen des ersten Abschnitts 25.
  • Fig. 6 bis Fig. 9 zeigen verschieden beispielhafte Arten der Verbindung des zweiten Abschnitts 28 mit dem ersten Abschnitt 25. Dieser kann stoßartig erfolgen (Fig. 6, 7 und 9) oder der zweite Abschnitte 28 wird von erstem Abschnitt einseitig (nicht dargestellt) oder beidseitig (Fig. 8) umgriffen. In Fig. 9 ist das den zweiten Abschnitt 28 bildende flächige Element nicht nur als Bestandteil des Bodenabschnitts 21 sondern auch als Wandabschnitt 22, 23 vorgesehen. Das stoßartige Verbinden, wie in Fig. 6, 7, und 9 dargestellt, hat sich überraschender Weise als hinreichend insbesondere bei der Verbindung von PE als flächigem Element 34 und pDCPD als Spritzgussfähigem Kunststoff des ersten Abschnitts 25 erwiesen. Es ist je nach Anforderung an das Schutzelement auch möglich, mehrere flächige Abschnitte 34 ggf. aus unterschiedlichen Materialien vorzusehen, die dann über mehrere erste Abschnitt 25 miteinander über den oder mehrere unterschiedliche spritzgussfähige/n Kunstsoff/e verbunden werden. Dieses gilt sowohl für Bodenabschnitt 21, Wandabschnitt 22, 23 als auch Deckenabschnitte.
  • Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Betonelements 10 erfolgt dergestalt, dass eine Schalung vorgesehen wird, die die Form des späteren Betonelements aufweist. In Abhängigkeit der Form der einzelnen Tunnelausbauelemente 10 kann die äußere Form dabei ein Kreissegmentabschnitt sein. Die Draufsicht kann bspw. entweder rechteckig oder trapezoid ausgeführt sein. In diese Schalung wird ein vorbereitetes Schutzelement 20 eingesetzt, das bei ihrer Herstellung einstückig mit der Dichtung 30 verbunden wurde. Nach Einsetzen des Schutzelements 20 wird die Bewehrung 15 in die Schalung eingesetzt, und der Beton 16 wird eingegossen.
  • Alternativ kann das Schutzelement 20 so ausgeführt sein, dass es ein Hohlkörper ist, in den der Beton eingebracht wird, wodurch auf die Schalung verzichtet werden kann. Die Bewehrung 15 wird dann bereits bei der Herstellung des Hohlkörpers oder zusammen mit dem Beton (Faserbewehrung) in diesen eingebracht.
  • Die Herstellung des Schutzelements 20 erfolgt derart, dass eine Spritzgussform erstellt wird, die die Form des Schutzelements 20 wiedergibt. Anschließend wird in die Spritzgussform die Dichtung 30 an dem dafür vorgesehenen Aufnahmebereich 29 vorgesehen. Weiterhin werden die flächigen Abschnitte 34 in die Form entweder als Bodenabschnitt 21 oder als Teil des Bodenabschnitts 21 und/oder als Teil der Wandabschnitte 22, 23 eingelegt. Zusätzlich können weitere Verbindungsmittel und/oder Bewehrung 15 in die Spritzgussform eingebracht werden, sofern diese aus einem anderen Material als das Schutzelement selber hergestellt sein sollen. Anschließend wird der spritzgussfähige Kunststoff in die Spritzgussform eingebracht. Nach dem Aushärten des Kunststoffes kann das Schutzelement 20 aus der Form entnommen werden und zur Herstellung des Betonelements 10 bereitgestellt werden.
  • An den Seitenwänden 13 des Betonelements 10 sind Hohlräume (nicht dargestellt) angeordnet, in die Bügel (nicht dargestellt) eingesetzt werden, in denen Bolzen (nicht dargestellt) angeordnet werden, um die einzelnen Betonelemente 10 zu einem Ring miteinander zu verbinden. Die Dichtungen 30 der über die Bolzen miteinander verbundenen Betonelemente 10 stoßen aufeinander und sind zusammengepresst, so dass sie den Spalt bzw. die Fuge zwischen den beiden Betonelementen 10 vollständig abdichten. Beim Verkleiden eines Tunnels mit den erfindungsgemäßen Betonelementen 10 ist somit kein Abdichten der Fugen zwischen den Betonelementen 10 notwendig.
  • Des Weiteren sind Führungslöcher (nicht dargestellt) vorgesehen, in die Führungsstäbe (nicht dargestellt) eingesetzt werden können. Die Führungslöcher sind entweder in den Seitenwänden 14 der Betonelemente 10 oder als Halbelement in den Seitenwänden 13 vorgesehen. Beim Zusammensetzen zweier Betonelemente über die Bolzen bilden dann diese Halbsegmente das Führungsloch. Mit Hilfe der Führungsstäbe werden die Betonelemente 10 des nachfolgenden Ausbaurings des Tunnelausbaus auf einfache Weise exakt positionierbar, da diese Elemente ebenfalls die Führungslöcher aufweisen und die Führungslöcher dann in die Führungsstäbe eingeführt werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Betonelement
    11
    Oberseite
    12
    Unterseite
    13
    Seitenwand
    14
    Seitenwand
    15
    Bewehrung
    16
    Beton
    17
    Stiftelement
    20
    Schutzelement
    21
    Bodenabschnitt
    22
    Wandabschnitt
    23
    Wandabschnitt
    24
    Wabenstruktur
    25
    erster Abschnitt
    26
    Öffnung
    27
    Vorsprung
    28
    zweiter Abschnitt
    29
    Aufnahmebereich
    30
    Dichtung
    31
    Dichtfläche
    32
    Kammer
    33
    Haltevorsprung
    34
    flächiges Element

Claims (12)

  1. Schutzelement zum Verbinden mit einem Betonelement (10) eines Tunnelausbaus, das wenigstens einen Schutzabschnitt (21, 22, 23) aufweist, der eine dem Betonelement (10) zugewandte Seite aufweist, an der wenigstens ein Verbindungselement (17, 24) zum Herstellen einer haltenden Verbindung des Schutzabschnitts (21, 22, 23) mit dem Betonelement (10) vorgesehen ist, wobei der Schutzabschnitt (21, 22, 23) einen Bodenabschnitt (21) und einen Wandabschnitt (22, 23) und wenigstens einen Bereich aus wenigstens einem ersten Kunststoff aufweist, wobei das Schutzelement wenigstens eine Dichtung (30) aufweist, die einstückig mit dem Schutzabschnitt (21, 22, 23) verbunden ist, wobei die Verbindung gasdicht und flüssigkeitsdicht ist, und die einstückige Verbindung der Dichtung (30) mit dem Schutzabschnitt durch Spritzgießen mit dem wenigstens einen ersten Kunststoff hergestellt ist, und wobei ein erster Abschnitt des Wandabschnitts (22, 23) des Schutzabschnitts (21, 22, 23) durch Spritzgießen mit dem wenigstens einen ersten Kunststoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (21) des Schutzabschnitts (21, 22, 23) wenigstens einen zweiten Abschnitt aufweist, dass der zweite Abschnitt aus einem weiteren Kunststoff gebildet ist, dass der zweite Abschnitt eine flächige Erstreckung aufweist, und dass der zweite Abschnitt durch Spritzgießen mit dem wenigstens einen ersten Kunststoff mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.
  2. Schutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt im Wesentlichen aus einer Folie, einer Platte oder einer Bahn besteht.
  3. Schutzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt mit Verbindungselementen verbunden ist.
  4. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (21) des Schutzabschnitts (21, 22, 23) im Wesentlichen aus dem zweiten Abschnitt gebildet ist, und/oder dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt eine Stoßverbindung ist, oder dass der erste Abschnitt den zweiten Abschnitt wenigstens teilweise abschnittsweise umschließt.
  5. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbindungselement um eine Wabenstruktur (24), einen Steg, einen Stift und/oder ein Flächenelement mit Öffnungen (26) handelt.
  6. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzabschnitt (21, 22, 23) einstückig mit dem wenigstens einen Verbindungselement (17, 24) verbunden ist.
  7. Schutzelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Verbindung durch Spritzgießen des wenigstens einen ersten Kunststoffs hergestellt ist.
  8. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem spritzgussfähigen ersten Kunststoff um ein Polydicyclopentadiene (pDCPD), oder ein hoch temperaturfestes Polydicyclopentadiene, oder ein Harz, oder ein Harz, in das Glasfasern eingebracht sind, handelt.
  9. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kunststoff des zweiten Abschnitts um einen Thermoplast handelt.
  10. Schutzelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Thermoplast um Polyethylen (PE) handelt.
  11. Betonelement zum Erstellen eines Tunnelausbaus mit einer konvexen äußeren Oberfläche (11) und einer gegenüberliegenden inneren Oberfläche (12), wobei ein Schutzelement (20) über wenigstens ein Verbindungselement (17, 24) mit der inneren Oberfläche (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (20) ein Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Betonelements nach Anspruch 11, bei dem ein Schutzelement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt wird, das fertige Schutzelement (20) in eine Form eingesetzt wird, das Schutzelement (20) mit Beton (16) verbunden wird und nach dem Aushärten aus der Form entnommen wird.
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