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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausschalung einer - insbesondere kreisrunden oder teilweise kreisrunden - Tunnelröhre, bei welchem Verfahren eine Schalung verwendet wird, die sowohl in horizontalen Abständen als auch in unterschiedlichen Höhen Einfüllöffnungen zur Befüllung des Verfüllraums zwischen Tunnelwand und Schalung mit Flüssigbeton aufweist, wobei an den Einfüllöffnungen jeweils ein Injektionselement mit jeweils einem Stellglied angeflanscht ist, welches Stellglied (34; 50) über einen Antrieb in einem Verteilergehäuse mit drei Anschlüssen betätigbar ist, wobei ein erster Anschluss mit der Einfüllöffnung verbunden ist, ein zweiter Anschluss mit einer eingehenden Zufuhr- oder Verbindungsleitung und ein dritter Anschluss mit einer abgehenden Verbindungsleitung. Die übereinander angeordneten Injektionselemente sind jeweils über die Verbindungsleitungen miteinander verbunden. Wenigstens eines der Injektionselemente, insbesondere das unterste Injektionselement ist mit einer an eine Betonpumpe angeschlossenen Zufuhrleitung verbunden. Die Stellglieder zumindest des Großteils der Injektionselemente sind zwischen einer Füllstellung und einer Sperrstellung umstellbar, wobei in der Füllstellung der erste Anschluss und der zweite Anschluss miteinander verbunden sind, und wobei in Sperrstellung der zweite Anschluss und der dritte Anschluss miteinander verbunden sind. Eine derartige Vorrichtung ist aus der
WO 2012/143247 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist es von Nachteil, dass anfangs die Zufuhr des Flüssigbetons über die Einfüllöffnungen aller Injektionselemente erfolgt. Dies führt vermehrt zu Gaseinschlüssen im Beton und ist schwerer zu steuern.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ausschalung einer Tunnelröhre bereitzustellen, die zu einer glatteren Oberfläche der herzustellenden Schalung führt, und die besser zu steuern ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ausschalungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind ebenfalls Gegenstand der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß der Erfindung ist das Stellglied durch einen in dem Verteilgehäuse rotierbar aufgenommenen Rotor gebildet ist, der einen Verbindungskanal aufweist, dessen Enden zur Umfangsfläche des Rotors hin in einem 120 Grad-Winkel öffnen, wobei die drei Anschlüsse zum Rotor hin in einem 120 Grad Winkel zueinander versetz angeordnet sind.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass in der Füllstellung des Stellgliedes die Verbindung zur Einfüllöffnung geöffnet, aber die Weiterleitung in die abgehende Verbindungsleitung unterbrochen ist. Hingegen wird dann in Sperrstellung die Verbindung zur Einfüllöffnung gesperrt aber die Weiterleitung in die abgehende Verbindungsleitung geöffnet (Durchleitungsstellung). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass immer nur über die unterste Einfüllöffnung in Verbindung mit demjenigen Injektionselement Flüssigbeton zugeführt wird, das gerade in Füllstellung ist, wobei dann die Weiterleitung zu den nächst höheren Injektionselementen gesperrt ist, weil das erfindungsgemäße Injektionselement im Gegensatz zum oben genannten Stand der Technik nur zwei der drei Anschlüsse miteinander verbindet. Erst wenn der injizierte Beton die Höhe des entsprechenden Injektionselements erreicht hat, wird von der Füllstellung in die Sperrstellung - und damit in die Durchleitstellung - geschaltet, so dass dann das nächsthöhere Injektionselement mit Beton von der Betonpumpe aus bedient wird. Somit erfolgt die Befüllung des Verfüllraums von dem untersten Injektionselement aus und jeweils voranschreitend zu dem nächst höheren Injektionselement, wobei jeweils nach Erreichen des Füllstands in der Höhe des jeweils einfüllenden Injektionselements dessen Stellglied von Füllstellung auf Sperrstellung umgeschaltet wird, bis der Beton im Verfüllraum den Füllstand in der Höhe des obersten Injektionselements erreicht hat und somit der Verfüllraum vollständig mit Beton gefüllt ist. Dies erlaubt ein automatisiertes Füllverfahren mit einer effizienten Befüllung weitgehend frei von Gasanschlüssen wobei durch die Tatsache, dass immer nur über die nächstgelegenen über dem Flüssigbetonspiegel liegenden Einfüllöffnungen Beton zugeführt wird, der Betonfluss wesentlich homogener verläuft. Der Betonfluss ist somit wesentlich besser steuerbar und führt zu weniger Gaseinschlüssen.
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Mit dieser Vorrichtung kann somit automatisch der Verfüllraum zwischen der Schalung und der Tunnelwand beginnend von unten automatisch gefüllt werden, wobei jeweils, wenn der Füllstand des Betons im Verfüllraum die entsprechende Höhe der gerade einfüllenden Injektionselemente erreicht hat, diese Injektionselemente über den Antrieb bzw. die Steuerung in eine Sperrstellung geschaltet werden, womit die Zufuhr aber auch der Abfluss von Beton über diese Einfüllöffnung unterbunden wird. Im gleichen Augenblick, in dem auf die Sperrstellung geschaltet wird, werden jedoch durch den Verbindungkanal im Rotor die mit dem Injektionselement verbundenen Zufuhr- und/oder Verbindungsleitungen in einer Durchleitstellung miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass bei der Sperrung der Einfüllöffnung automatisch die nächsthöheren Injektionselemente mit der Betonzufuhr verbunden werden, so dass die Zuführung des Betons nun über die nächsthöheren Injektionselemente erfolgen kann. Diese Verfahrensschritte werden wiederholt, bis der Füllstand des Betons im Verfüllraum die Höhe der obersten Injektionselemente erreicht hat, in welchem Fall dann der Verfüllraum vollständig mit Beton gefüllt ist.
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Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stellglieder mittels eines elektrischen oder hydraulischen Antriebs ohne manuelle Hilfe umgestellt. Dies geschieht vorzugsweise automatisch mithilfe von Füllstandssensoren, die mit einer Steuerung zur Betätigung der Stellglieder verbunden sind. Auf diese Weise erhält die Steuerung über die Füllstandssensoren Information darüber, wie hoch der Füllstand des Betons in dem Verfüllraum ist und kann entsprechend die gerade einfüllenden Injektionselemente bei Erreichen des korrespondierenden Füllstandes (in der Höhe der einfüllenden Injektionselemente) von der Füllstellung in die Sperrstellung schalten, woraufhin der Beton dann weiter nach oben zu den nächst höheren Injektionselementen geleitet wird, die nun in die Füllstellung geschaltet werden oder bereits geschaltet sind. Dies geht so weiter, bis der Verfüllraum komplett verfüllt ist. Das Verfüllen erfolgt somit sehr schnell, zumindest weitgehend automatisiert und mit einem wesentlich geringeren Personalbedarf als bislang erforderlich.
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Vorzugsweise wird auch die Betonpumpe in Abhängigkeit von dem Signal der Füllstandssensoren betätigt, so dass, wenn der Füllstand des Betons im Verfüllraum die obersten Injektionselemente erreicht hat, die Betonpumpe abgeschaltet wird. Somit wird auch der Füllvorgang ohne manuelle Einwirkung automatisch beendet.
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Vorzugsweise sind der Verbindungskanal als auch die Anschlüsse kreisrund ausgebildet, so dass der Strömungswiderstand des Injektionselements minimiert ist. Dies erlaubt ein effektiveres Arbeiten mit geringerem Energieverbrauch.
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Für den Antrieb des Rotors bildet sich vorzugsweise einen Elektromotor oder ein Hydraulikantrieb an, die eine effektive Rotationskraft auf den Rotor ausüben können.
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Vorzugsweise verläuft die Innenwand des Verbindungkanals im achsnormalen Schnitt stetig, insbesondere bogenförmig. Sie minimiert somit den Strömungswiderstand und verringert die energiekosten und die Gefahr von Gaseinschlüssen stark.
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Die Erfindung wurde mit senkrechten Verbindungsleitungen zwischen den Injektionselementen und einer horizontalen Zufuhrleitung beschrieben. Selbstverständlich können die Verbindungsleitungen auch die horizontal beabstandeten Injektionselemente miteinander verbinden und es kann eine senkrecht verlaufende Zufuhrleitung vorgesehen sein, die mit den vertikal übereinander angeordneten Injektionselementen verbunden ist. In diesem Fall erfolgt das Verfüllen nicht von unten nach oben sondern in horizontaler Richtung, d.h. in Richtung der Tunnelachse. Aufgrund des Schwerkrafteinflusses ist jedoch das Verfüllen von unten nach oben vorzuziehen.
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Vorzugsweise werden nach dem Verfüllen des Verfüllraums alle Stellglieder aller Injektionselemente in Sperrstellung geschaltet und vom obersten Injektionselement aus wird eine Reinigungsflüssigkeit injiziert, womit eine effektive Reinigung sowohl der Verbindungsleitungen als auch der Injektionselemente und der Stellglieder erreicht wird. Vorzugsweise ist eine Steuerung für alle Injektionselemente vorgesehen, die vorzugsweise mit in unterschiedlicher Höhe im Verfüllraum, insbesondere an der Schalung angeordneten Füllstandssensoren verbunden ist. Die Steuerung ist somit konzipiert, die Umstellung zwischen Füllstellung und Sperrstellung in Abhängigkeit der einzelnen Injektionselemente in Abhängigkeit von den Signalen der Füllstandssensoren vorzunehmen. Dies erfolgt vorzugsweise jeweils so, dass, wenn der Füllstand die Höhe eines Injektionselements erreicht hat, das Stellglied dieses Injektionselements von der Füllstellung in die Sperrstellung geschaltet wird und gleichzeitig in die Durchleitstellung geschaltet wird, so dass das nächste, z.B. nächst höhere, Injektionselement Beton zugeführt bekommt. Somit erfolgt dann die Befüllung des Verfüllraums von unten nach oben. Selbstverständlich kann bei entsprechender horizontaler Erstreckung der Verbindungsleitungen die Befüllung auch in horizontaler Richtung erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens an das oberste Injektionselement eine Reinigungsleitung für eine Reinigungsflüssigkeit anflanschbar. Auf diese Weise können nach dem Verfüllen alle Injektionselemente in Sperrstellung geschaltet werden und von dem obersten Injektionselement aus wird eine Reinigungsflüssigkeit insbesondere auf Wasserbasis eingeführt, die über die gesamten Verbindungsleitungen und Stellglieder nach unten zur Betonpumpe fließt. Auf diese Weise kann auch die Betonpumpe gereinigt werden, insbesondere wenn die Betonpumpe statt im Druckbetrieb dann im Ansaugbetrieb betätigt wird.
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Vorzugsweise ist der oberste Füllstandssensor in der Höhe des obersten Injektionselements oder des obersten Endes der Schalung angeordnet, so dass das Ende des Verfüllvorgangs mittels eines Füllstandsensors erfasst werden kann und der Füllvorgang automatisch abgeschlossen werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der Schalung in definierten horizontalen Abständen Einfüllöffnungen übereinander angeordnet, wobei die untersten Injektionselemente an über eine Zufuhrleitung mit der Betonpumpe verbunden sind. Auf diese Weise kann die Schalung über eine größere Länge mit mehreren senkrechten Reihen von Injektionselementen gleichzeitig befüllt werden, und zwar von unten nach oben.
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Vorzugsweise sind die obersten Injektionselemente zwischen einer Füllstellung und einer Sperrstellung betätigbar, in welcher die Zufuhr des Betons in die oberste Einfüllöffnung gesperrt ist. Die Steuerung ist konzipiert, das oberste Injektionselement in Abhängigkeit von den Signalen der Füllstandssensoren zu betätigen. Wenn das Stellglied des obersten Injektionselement nach Erreichen des Füllstands entsprechend seiner Höhe in die Sperrstellung gestellt wird, ist der Füllvorgang abgeschlossen. Das Injektionselement könnte dann in eine Reinigungsstellung umgestellt werden oder in eine Verbindungsstellung, wenn mit dem obersten Injektionselement eine Reinigungsleitung verbunden ist, durch welche eine Reinigungsflüssigkeit zugeführt wird. Ein derartiger Reinigungsvorgang könnte automatisch einem Füllvorgang nachfolgen.
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Die Stellglieder in den Injektionselementen werden erfindungsgemäß rotativ betätigt. Die axiale Länge des Injektionselements ist damit auch achsnormal zur Einfüllöffnung geringer. Die Steuerung für die Antriebe der Injektionselemente kann eine manuelle Steuerung sein, die zumindest manuell den Antrieb wenigstens eines der Stellglieder in gewünschter Weise aktiviert, z.B. über Schalter oder Druckknöpfe. Es können vorzugsweise mehrere Stellglieder gleichzeitig geschaltet werden. Die Steuerung jedoch auch automatisch erfolgen, z.B. gesteuert über Füllstandssensoren, z.B. Drucksensoren oder optische Sensoren.
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Vorzugsweise ist die Schalung an einem Traggerüst abgestützt, das vorzugsweise auf einem in Längsrichtung des Tunnels verfahrbaren Fahrwerk angeordnet ist. Auf diese Weise kann dann die Tunnelwand über die gesamte Länge des Tunnels in obiger Weise mit einer Betonschicht ausgekleidet werden.
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Folgende Ausdrücke werden synonym verwendet: Verteilergehäuse - Anschlussgehäuse; horizontal - in Tunnelrichtung;
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
- Fig. 1
- eine Schalungsvorrichtung mit Schalung, Traggerüst und längs verfahrbaren Fahrwerk,
- Fig. 2a
- eine Seitenansicht und Stirnansicht der Schalung mit Injektionselementen, Zufuhrleitung, Verbindungsleitung und Betonpumpe zur Erläuterung der Phasen des Füllvorgangs,
- Fig. 2b
- eine Darstellung gemäß Fig. 6a während des Reinigungsvorgangs, und
- Fig. 3a und b
- einen vertikalen Schnitt durch das erfindungsgemäße rotativ betriebene Injektionselement in Sperrstellung und Füllstellung.
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Fig. 1 zeigt eine Tunnelröhre 10 ausschnittsweise mit einer Betoniervorrichtung 12 gemäß der Erfindung umfassend ein Traggerüst 16, das über ein Fahrwerk 14 in Längsrichtung der Tunnelröhre auf Schienen 17 verfahrbar ist. An dem Traggerüst 16 ist eine Schalung 18 und Arbeitsplattformen 21 zu beiden Seitenwänden der Röhre 10 gehalten. Die Tunnelöhre 10 hat eine Tunnelwand 11, die mittels der Betoniervorrichtung mit einer Betonauskleidung 15 zu versehen ist.
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Die Schalung 18 ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber ohne Traggerüst und Fahrwerk detaillierter dargestellt. Die Schalung 18 besteht vorzugsweise aus mehreren einzelnen Schalungselementen, die miteinander in nicht dargestellter Weise verbunden sind. In einem horizontalen Abstand x entlang der Tunnellänge sind zwei senkrechte Reihen von vier übereinander angeordneten Einfüllöffnungen 19 vorgesehen, an welchen Injektionselemente 40a bis 40d angeflanscht sind. Die Zufuhrleitung 22 verbindet die im Abstand x voneinander beabstandeten untersten Injektionselemente 40a. Von dem untersten Injektionselement 40a erstreckt sich jeweils eine Verbindungsleitung 26 zu dem ersten mittleren Injektionselement 40b als auch weiter über eine Verbindungsleitung 26 zu dem darüber angeordneten Injektionselement 40c und schließlich über eine weitere Verbindungsleitung 26 zu dem obersten Injektionselement 40d. Die Verbindungsleitungen 26 verbinden somit alle übereinander angeordneten Injektionselemente 40a bis 40d.
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In Fig. 2a sind die Positionen der Injektionselemente 40a bis 40d von unten nach oben mit den Zahlen 1 bis 4 bezeichnet. Der Einfüllvorgang verläuft derart, dass über die Zufuhrleitung 22 den untersten in der Position 1 angeordneten Injektionselementen 40a Beton zugeführt wird, der in Füllstellung in die Einfüllöffnung 19 fließt, und damit in den Verfüllraum zwischen der Schalung 18 und der Tunnelwand 11.
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Optional können an der Schalung 18 zum Verfüllraum hin Füllstandssensoren angeordnet sein, wobei das Füllverfahren auch prinzipiell ohne die Füllstandssensoren funktioniert. Zu Beginn des Verfüllvorgangs sind alle Injektionselemente 40a-40d in Füllstellung, womit allerdings die oberen Injektionselemente 40b bis 40d von der Betonzufuhr ausgeschlossen ist, weil das unterste Injektionselement entweder die Zufuhrleitung 22 mit der Einfüllöffnung 19 verbinden kann oder mit der Verbindungsleitung 26. Wenn der den Füllvorgang überwachende Arbeiter oder eine Füllstandssensoren-gesteuerte Steuerung erkennt, dass der Beton auf die Höhe der untersten Injektionselemente 40a angestiegen ist, schaltet er über die Steuerung diese untersten Injektionselemente 40a in die Sperrstellung, worauf dann der Beton nur noch über die weiter oben gelegenen Injektionselemente 40b eingefüllt wird. Dies wird fortgeführt, bis der Füllstand den zweiten, den dritten und schließlich den vierten Punkt an den obersten Injektionselementen 40d an Position 4 erreicht hat, womit der Füllvorgang abgeschlossen wäre.
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An das oberste Injektionselement 40d ist eine Reinigungsleitung 38 angeschlossen. Die Injektionselemente 40a bis 40d sind jetzt alle in Sperrstellung geschaltet, in welcher jedoch die an jedes Injektionselement 20 angeschlossenen Verbindungsleitungen 26 bzw. Zufuhrleitung 22 miteinander verbunden sind. Hierdurch kann die über die Reinigungsleitung 38 zugeführte Reinigungsflüssigkeit alle Verbindungsleitungen 26 als auch alle Stellglieder 50 der Injektionselemente 40a bis 40d durchspülen, und möglicherweise auch die Zufuhrleitung 22 und die Betonpumpe 24. Auf diese Weise können somit nach dem Füllvorgang all Injektionselemente 40a bis 40d und Verbindungsleitungen 26 in einem Reinigungsvorgang gereinigt werden, der in Fig. 2b dargestellt ist.
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Die Fig. 3a und 3b zeigen das in den Figuren 1 und 2 verwendete Injektionselement 40 im Detail in senkrechtem Schnitt. Jedes der Injektionselemente 40 hat ein Verteilergehäuse 42 und drei Anschlüssen 44, 46, 48, wobei der dritte Anschluss 48 mit der Einfüllöffnung 19 der Schalung 18 verbunden ist, während die ersten beiden Anschlüsse 44, 46 mit den Verbindungsleitungen 26 verbunden sind. Die drei Anschlüsse 44, 46, 48 sind in einem Winkel von 120° an dem Verteilergehäuse 42 angeordnet. In dem Gehäuse 42 des Injektionselements 40 ist ein als Rotor ausgebildetes zylindrisches Stellglied 50 durch einen nicht dargestellten Antrieb rotierbar angeordnet. In dem Rotor 50 ist ein Verbindungskanal 52 ausgebildet, dessen Enden 54, 56 um 120 Grad versetzt in den Außenumfang des Rotors 50 öffnen, und somit je nach Rotationsstellung des Rotors 50 jeweils zwei der drei Anschlüsse 44, 46, 48 miteinander verbindet. Auf diese Weise können entweder die beiden Verbindungsleitungen 26 in der Stellung des Rotors 50 gemäß Fig. 7a verbunden werden, oder in der Stellung gemäß Fig. 7b jeweils eine Verbindungsleitung 26 mit der Einfüllöffnung 19. Dieses Injektionselement 40 unterscheidet sich von den vorher gezeigten Injektionselementen 20 darin, dass in der Füllstellung die Verbindungsleitungen 26 nicht miteinander verbunden sind. Das heißt entweder ist die Einfüllöffnung 19 mit einer Verbindungsleitung 26 oder Zufuhrleitung 22 verbunden oder die beiden Verbindungs- bzw. Zufuhrleitungen 26, 22 miteinander.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche variiert werden.
Bezugszeichenliste:
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- 10
- Tunnelröhre
- 11
- Tunnelwand
- 12
- Betoniervorrichtung
- 13
- weitgehend ebener Tunnelboden
- 14
- Fahrwerk der Betoniervorrichtung
- 15
- Betonwand hergestellt durch die Betoniervorrichtung
- 16
- Traggerüst zur Abstützung einer Schalung
- 17
- Längsschienen in Tunnelrichtung für das Fahrwerk
- 18
- Schalung, abgestützt am Traggerüst
- 19
- Einfüllöffnungen in der Schalung
- 21
- Arbeitsgerüst
- 22
- Betonzufuhrleitung verbunden mit der Betonpumpe
- 24
- Betonpumpe
- 26
- Verbindungsleitung(en) zwischen den Injektionselementen
- 38
- Reinigungsleitung
- 40a-d
- Injektionselemente mit rotativ angetriebenem Stellglied
- 42
- Verteilergehäuse des Injektionselements
- 44
- erster Anschluss des Injektionselements für die Einfüllöffnung
- 46
- zweiter Anschluss des Injektionselements für die eingehende Verbindungs- oder Zufuhrleitung
- 48
- dritter Anschluss des Injektionselements für die abgehende Verbindungsleitung
- 50
- Rotor des Injektionselements - rotatives Stellglied
- 52
- Verbindungskanal im Rotor
- 54
- erstes Ende des Verbindungskanals
- 56
- zweites Ende des Verbindungskanals
- X
- horizontaler Abstand der vertikalen Reihen von Injektionselementen in Tunnelrichtung
