EP3913186B1 - Verfahren zum bau eines verkehrswegetunnels, eines leitungsstollens oder eines druckwasserstollens in tübbingbauweise - Google Patents

Verfahren zum bau eines verkehrswegetunnels, eines leitungsstollens oder eines druckwasserstollens in tübbingbauweise Download PDF

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EP3913186B1
EP3913186B1 EP20175790.3A EP20175790A EP3913186B1 EP 3913186 B1 EP3913186 B1 EP 3913186B1 EP 20175790 A EP20175790 A EP 20175790A EP 3913186 B1 EP3913186 B1 EP 3913186B1
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EP
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filler
reactive resin
polymerization
tunnel
annular gap
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EP3913186A1 (de
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Götz Tintelnot
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TPH Bausysteme GmbH
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TPH Bausysteme GmbH
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    • 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
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/02—Water-ways
    • E02B9/06—Pressure galleries or pressure conduits; Galleries specially adapted to house pressure conduits; Means specially adapted for use therewith, e.g. housings, valves, gates

Definitions

  • the present invention relates to a method for building a traffic tunnel, a line tunnel (pipes for electricity, water or gas) or a pressurized water tunnel (headrace tunnel for hydroelectric power plants) using segment construction, in which segment components are assembled in a machine-made hole in the rock in order to form a closed lining Form a segment tube, and the annular gap between the bore and the outer wall of the segment tube is filled with a reaction resin and filler that hardens through polymerization.
  • the reaction resin is injected into the annular gap through channels that penetrate the wall of the terminal components.
  • Pearl gravel and reaction resin components are conveyed from containers on a downstream conveyor, whereby the reaction resin components are mixed and fed into the annular gap together with or after the pearl gravel be injected.
  • This can also be done using so-called pilaster strips, which open into the annular gap.
  • the process has the advantages of using a water-free annular gap filling and immediately providing a stable rescue of the scheduled components through the blown-in pearl gravel, the disadvantages are that compressors installed on the follower are required to blow in the pearl gravel, which are large and heavy in operation have a high power requirement.
  • EP 3 101 041 A1 describes a method for building a tunnel structure using segment construction according to the preamble of claim 1, wherein the filler is a bulk material, for example in the form of rock chippings, rubble, gravel or sand, in particular pearl gravel.
  • the filler is a bulk material, for example in the form of rock chippings, rubble, gravel or sand, in particular pearl gravel.
  • an acrylate composition is injected into the annular gap, the acrylate composition being a free-radically curable acrylate composition.
  • EP 2 706 192 describes a method for building a pressure tunnel using segment construction for hydroelectric power plant construction, whereby the annular gap between the inner wall of a bore and the outer wall of the segment components is filled with multi-grain pearl gravel and mortar.
  • a hardening injection agent is injected into the spaces between the outer walls of the segment components and films covering them, whereby the edges of the films are tightly connected to the outer walls of the segment components, so that the films bulge into the annular gap due to the injected injection agent.
  • EP 3 034 520 A1 describes radically curable reactive resin compositions that are intended to be used for structural purposes, in particular for anchoring anchoring elements in boreholes.
  • the reaction resin composition can Fillers are added to form a mortar mass which is then introduced into a borehole, for example.
  • Another problem associated with grout occurs when the surrounding materials in the bore are very dry and hygroscopic, which removes water from the mortar, which is referred to as the mortar "dying out of thirst" and impairs its solidification.
  • Another disadvantage can occur in very humid environments in which grout that has not yet hardened can be washed out (eluted) by running water.
  • the filler is a cement-containing composition and that the reaction resin that hardens by polymerization is fed to the filler before or during conveyance into the annular gap.
  • the reaction resin is mixed with the filler and distributed therein.
  • the reaction resin that hardens by polymerization is a reaction resin that hardens by polyaddition, polycondensation or by free radical polymerization.
  • a reaction resin based on acrylate or silicate resin or based on polyurethane is a reaction resin that hardens by polyaddition, polycondensation or by free radical polymerization.
  • the curing behavior of the reaction resin can be adjusted in the desired manner in order to ensure, on the one hand, rapid curing in the annular gap and, on the other hand, to prevent premature curing during transport to the annular gap.
  • Portland cement is used as cement.
  • the filler is used in the form of an aqueous suspension, which is mixed with the polymerization-curing reaction resin and distributed therein.
  • the filler is supplied in mortar form and mixed as homogeneously as possible with the reaction resin that hardens through polymerization.
  • the hardened annular gap filling is composed of zones of hardened reaction resin and hardened mortar distributed therein, and possibly zones of aggregate (aggregate) contained therein.
  • the filler is used as an anhydrous powder to which the polymerization-curing reaction resin is added.
  • the cement does not set; rather, the cement then has a pure filler function in contrast to a binder function in the case of mortar.
  • the filler contains a proportion of aggregate in addition to a cement proportion.
  • the quantitative ratios of reaction resin and added filler are such that the mixture produced of polymerization-curing reaction resin and filler contains 5 to 50% by volume of reaction resin; The mixture preferably contains 10 to 20% by volume of reaction resin.
  • the filler is mixed with the reaction resin that hardens by polymerization and distributed therein by conveying these two components through a mixing device after the reaction resin and filler have been combined; preferably this is Mixing device a static mixer or a compulsory mixer.
  • a static mixer has a line in the form of a tube through which the components to be mixed are conveyed. There are flow-conducting elements in the pipe that divide the material flow and bring it together again, thereby achieving mixing.
  • a compulsory mixer comprises a stationary container in which a mixing tool, for example with a propeller, screw or blades, rotates. Commonly used compulsory mixers are colloidal mixers and dissolvers.
  • Fig. 1 to 3 the field of application of the method according to the invention is explained.
  • the drilling in the subsurface is carried out by a tunnel boring machine, in the exemplary embodiment shown a shield machine 1, which is simplified in a side plan view Fig. 2 is shown above.
  • the shield machine 1 is provided at the front with a cutting wheel 2, to which is connected behind a shield jacket 4, which is formed by a steel cylinder sleeve with a slightly smaller diameter in relation to the cutting wheel 2.
  • the devices and machines necessary for operation are housed in the shield jacket 4; in particular, drives, a propulsion mechanism and devices for installing the segment components 10 made of concrete to form the tunnel lining are housed in the interior of the shield jacket 4.
  • the tubbing components 10 are installed a few meters behind the cutting wheel 2, i.e. very shortly after the production of the relevant bore section, for which purpose a robot-like device, the so-called erector (not shown), is used to install the tubbing components 10 in the rear part of the shield jacket 4. the so-called shield tail 6 is used.
  • the tunnel boring machine is advanced by mechanical feed means that attach to the front side, i.e. the frontmost ring of segment components of the tunnel lining, and advance the tunnel boring machine supported on it.
  • Fig. 1 a schematic sectional view is shown in the upper area of a hole that has just been made, with only an upper end area of the shield tail of the tunnel boring machine 6 and of the tunnel lining only an upper end region of the last installed rings of tubbing components 10 is shown. As in Fig. 1 shown, successive rings of tubbing components 10 are sealed by seals 12.
  • the outer diameter of the cutting wheel 2 is slightly larger than the outer diameter of the adjoining shield jacket 4, which is why the bore in the surrounding mountains has a slightly larger diameter than the shield jacket 4. Furthermore, from the detailed view in the lower part of Fig. 2 It can be seen that since the segment components 10 are assembled at the rear inside the shield tail to form a ring, which then moves out of the shield tail 4 to the rear when the tunnel boring machine is advanced, the outer diameter of the ring segment composed of the segment components is therefore still smaller than the diameter the hole in the mountain created by the cutting wheel 2. Therefore, there remains a free space between the outer shell of the tunnel lining formed by the segment components 10 and the inner wall of the hole in the mountain created by the cutting wheel 2. This space is called an annular gap. As explained in the introduction, the annular gap must be filled with an injection compound in order to embed and store the tunnel lining in the bore.
  • reaction resin and a filler containing cement are brought together in a container of a compulsory mixer 20 located inside the tail of the shield and mixed by a compulsory mixer rotating in the container 20.
  • the mixed injection agent is then driven by a pump 22 from the compulsory mixer 20 and conveyed through a line.
  • the injection agent is fed into a line 24, which initially leads radially outwards into the outer wall of the shield tail, there in a cavity in the shield tail 6 has a bend of 90° and in another section runs parallel to the longitudinal axis of the cylindrical shield tail 6 to its end, where the line 24 opens towards the annular gap.
  • lines 24 which are also present in conventional tunnel boring machines and are referred to as pilaster strips.
  • the injection medium will be pumped from the container of the compulsory mixer 20 through the line leading out of the container 20 by means of the pump 22 and further through the pilaster strip 24 into the annular gap, so that as the drilling progresses through the tunnel boring machine, the resulting annular gap is continuously filled the tunnel lining and the surrounding mountains 102 an annular gap filling 100 is formed.
  • the segment components 10 are each provided with an injection opening 11 that penetrates the segment component. These injection openings 11 are normally closed by seals. The injection openings 11 serve to fill any existing or newly created cavities in the annular gap after the annular gap filling 100 has hardened by injecting mixed reaction resin and filler again.
  • FIG. 4 An embodiment of the present invention is illustrated very schematically.
  • a supply of cement 50, a supply of sand 52 and a supply of further mineral aggregate 54 are shown schematically.
  • Cement 50, sand 52 and aggregate 54 are brought together and mixed in the desired ratio and then conveyed as filler into the container of a compulsory mixer 20, which is designed, for example, as a colloidal mixer.
  • monomer components A and B are conveyed via pumps 60 and brought together in a Y-piece and mixed in a static mixer 62.
  • the reaction resin is then conveyed further through a line into the container of the compulsory mixer 20.
  • the filler composed of cement, sand and mineral aggregate and the reaction resin formed from the monomer components A, B are mixed with one another in the compulsory mixer 20, in which a mixing tool rotates.
  • a mixing tool rotates.
  • the compulsory mixer only the mixing tool is shown schematically, whereas the drive that drives it is omitted to simplify the illustration.
  • the injection agent mixed from the filler described and the reaction resin is conveyed through an outlet from the container of the compulsory mixer 20 and by a pump 70 through a further line which leads to a pilaster strip 24 through which the injection agent is injected into the annular gap, as above in connection with Figures 1 and 2 described.
  • the cementitious filler is formed by an aqueous cement suspension.
  • cement 50 (schematically indicated by a cement bag) is filled into the container 22 and mixed therein with water supplied from a water container 24, after which the cement suspension is pumped via a line into an aeration tank 80.
  • the cement-water suspension is circulated by a rotating propeller.
  • two pumps 60 convey two monomer components A, B, which are brought together behind the outlet of the pumps 60 and pressed through a static mixer 62. From the outlet of the static mixer 62, the reaction resin is conveyed into an inlet of a static mixer 64.
  • the static mixer 64 also has a second entrance for the line from the loading tank 80 through which the cement suspension is supplied.
  • the reaction resin and the cement suspension are mixed together in the mixer 64, and for this purpose the mixer 64 can also be designed as a static mixer.
  • the mixer 64 After mixing the cement suspension and reaction resin, the resulting mixture is further conveyed for injection into the annular gap, i.e. in particular into the pilaster strips 24, the exit openings of which open into the annular gap at the end of the shield tail 6.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels, eines Leitungsstollens (Leitungen für Elektrizität, Wasser oder Gas) oder Druckwasserstollens (Triebwasserstollen für Wasserkraftanlagen) in Tübbingbauweise, bei dem Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Bohrung im Gestein zusammengesetzt werden, um eine geschlossenen Auskleidung in Form einer Tübbingröhre zu bilden, und der Ringspalt zwischen der Bohrung und der Außenwand der Tübbingröhre durch ein durch Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz und Füllstoff verfüllt wird.
  • Ein derartiges Tunnelbauverfahren in Tübbingbauweise ist aus EP 2 706 147 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der Ringspalt zwischen der Außenwand der Tübbingröhre und dem umgebenden Gebirge mit Füllstoff, in diesem Fall in Form von Perlkies, und mit einem durch Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz verfüllt. In dem das Reaktionsharz unter Druck in den Ringspalt injiziert wird und dort schnell auswertet, wird der Ringspalt verfüllt und abgedichtet und werden die Tübbingbauteile in der Bohrung gebettet. Als Beispiel für geeignete Reaktionsharze sind Silikatharz und Polyurethanharz angegeben. Da die Ringspaltverfüllung wasserfrei ist, kann das Verfahren auch in Gebieten angewendet werden, in denen geologisch problematische Umgebungsverhältnisse herrschen, beispielsweise Umgebungen mit wasserreaktiven Materialien, wie etwa Tonstein oder Anhydrit. In dem beschriebenen Beispiel wird das Reaktionsharz durch Kanäle, die die Wand der Terminbauteile durchdringen, in den Ringspalt eingespritzt. Perlkies und Reaktionsharzkomponenten werden aus Behältern auf einem Nachläufer gefördert, wobei die Reaktionsharzkomponenten gemischt und zusammen mit oder nach dem Perlkies in den Ringspalt injiziert werden. Dies kann auch durch sogenannte Lisenen erfolgen, die in den Ringspalt münden. Während das Verfahren die Vorteile hat, eine wasserfreie Ringspaltverfüllung zu verwenden und durch den eingeblasenen Perlkies sofort eine stabile Rettung der Terminbauteile bereitzustellen, bestehen Nachteile darin, dass zum Einblasen des Perlkieses auf dem Nachläufer installierte Kompressoren benötigt werden, die groß und schwer sind und im Betrieb einen hohen Strombedarf haben.
  • EP 3 101 041 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bau eines Tunnelbauwerks in Tübbingbauweise gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, wobei der Füllstoff ein Schüttgut ist, z.B. in Form von Felssplit, Geröll, Kies oder Sand, insbesondere Perlkies. In den Ringspalt wird zusätzlich zum Einbringen des Schüttguts eine Acrylatzusammensetzung eingespritzt, wobei es sich bei der Acrylatzusammensetzung um eine radikalisch aushärtbare Acrylatzusammensetzung handelt.
  • EP 2 706 192 beschreibt ein Verfahren zum Aufbau eines Druckstollens in Tübbingbauweise für den Wasserkraftwerksbau, wobei der Ringspalt zwischen der Innenwand einer Bohrung und der Außenwand der Tübbingbauteile mit Mehrkorn-Perlkies und Mörtel aufgefüllt wird. Zum Nachdichten wird ein aushärtendes Injektionsmittel in Zwischenräume zwischen den Außenwänden der Tübbingbauteile und diese abdeckende Folien eingespritzt, wobei die Folien an den Rändern dicht mit den Außenwänden der Tübbingbauteile verbunden sind, so dass sich die Folien durch das eingespritzte Injektionsmittel in den Ringspalt hinein vorwölben.
  • EP 3 034 520 A1 beschreibt radikalisch härtbare Reaktionsharz-Zusammensetzungen, die zu bauliche Zwecken, insbesondere zur Verankerung von Verankerungselementen in Bohrlöchern eingesetzt werden sollen. Der Reaktionsharz-Zusammensetzung können Füllmittel hinzugefügt werden, um eine Mörtelmasse zu bilden, die dann z.B. in einem Bohrloch eingeführt wird.
  • Grundsätzlich einfacher sind herkömmliche Tunnelbauverfahren, bei denen der Ringspalt um die Tübbingaußenwand mit Verpressmörtel gefüllt wird, da Mörtel einfacher zu handhaben und zu fördern ist als Perlkies. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in EP 0 931 909 A1 beschrieben. Das Verfahren hat aber auch eine Reihe von Nachteilen, die damit zusammenhängen, dass der Verpressmörtel eine wässrige Suspension von Zement und Füllstoffen (Sand) darstellt. Wie oben schon angedeutet, kann eine solche Ringspaltverfüllung in wasserreaktiven Umgebungen nicht eingesetzt werden. Ein weiterer Nachteil besteht in der mangelnden Frühfestigkeit des eingespritzten Verpressmörtels; in EP 0 931 909 A1 wird daher dem Verpressmörtel ein Thixotropierungsmittel und Kalksandsteinmehl hinzugefügt, um eine rasche Anfangsscherfestigkeit durch Thixotropie, eine gute Fließfähigkeit und nach einem betriebsbedingten Stillstand ein Wideranpumpen mit geringem Druck zu ermöglichen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass ungeachtet des Zusatzes von Thixotropierungsmittel die Aushärtung des Verpressmörtels viel Zeit beansprucht.
  • Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit Verpressmörtel tritt bei sehr trockenen und hygroskopischen Umgebungsmaterialien in der Bohrung auf, die dem Mörtel Wasser entziehen, was als "Verdursten" des Mörtels bezeichnet wird und dessen Verfestigung beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil kann in sehr feuchten Umgebungen auftreten, in denen noch nicht ausgehärteter Verpressmörtel durch fließendes Wasser ausgewaschen (eluiert) werden kann.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels oder eines Wasserstrahlens in Tübbingbauweise so auszugestalten, dass bei Verwendung von durch Polymerisation aushärtendem Reaktionsharz als Komponente der Ringspaltverfüllung ein kostengünstig und einfach handhabbares Material als Füllstoff einsetzbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Füllstoff eine Zement enthaltende Zusammensetzung ist, und dass dem Füllstoff vor oder während der Förderung in den Ringspalt das durch Polymerisation aushärtende Reaktionsharz zugeführt wird. Das Reaktionsharz wird mit dem Füllstoff durchmischt und darin verteilt. Auf diese Weise ist es möglich, durch im Vergleich zu Mörtel relativ schnell aushärtendes Reaktionsharz in kurzer Zeit eine ausreichende Anfangsfestigkeit der Ringspaltverfüllung zu erreichen, während ein einfach zu handhabender und kostengünstiger Füllstoff in Form von einer zemententhaltenden Zusammensetzung damit kombiniert wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das durch Polymerisation aushärtende Reaktionsharz ein durch Polyaddition, Polykondensation oder durch radikalische Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz. Besonders bevorzugt wird ein Reaktionsharz aus Acrylat- oder Silikatharzbasis oder auf Polyurethanbasis verwendet. Durch die Formulierung der Komponenten des Reaktionsharzes kann das Aushärtungsverhalten des Reaktionsharzes in gewünschter Weise angepasst werden, um ein einerseits ein schnelles Aushärten im Ringspalt zu gewährleisten und andererseits ein vorzeitiges Aushärten bereits während des Transports zum Ringspalt zu verhindern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Zement Portland-Zement verwendet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Füllstoff in Form einer wässrigen Suspension eingesetzt, die mit dem durch Polymerisation aushärtenden Reaktionsharz vermischt und darin verteilt wird. In diesem Fall wird der Füllstoff also in Mörtelform zugeführt und mit dem durch Polymerisation aushärtenden Reaktionsharz möglichst homogen vermischt. Im Ergebnis treten dann neben der Aushärtung des Reaktionsharzes auch Aushärtung von durch Abbinden von Zementbereichen auf, so dass die ausgehärtete Ringspaltverfüllung sich aus darin verteilten Zonen von ausgehärtetem Reaktionsharz und ausgehärtetem Mörtel, gegebenenfalls darin enthaltenen Zonen von Zuschlag (Gesteinskörnung) zusammensetzt.
  • Alternativ wird der Füllstoff als wasserfreies Pulver eingesetzt, dem das Polymerisation aushärtende Reaktionsharz beigemischt wird. In diesem Fall tritt mangels Wasser kein Abbinden des Zements auf, vielmehr hat auch der Zement dann eine reine Füllstofffunktion im Gegensatz zu einer Bindemittelfunktion im Fall von Mörtel.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Füllstoff neben einem Zementanteil einen Anteil an Gesteinskörnung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mengenverhältnisse von Reaktionsharz und beigemischtem Füllstoff so, dass die hergestellte Mischung aus durch Polymerisation aushärtendem Reaktionsharz und Füllstoff 5 bis 50 Vol.-% Reaktionsharz enthält; vorzugsweise enthält die Mischung 10 bis 20 Vol.-% Reaktionsharz.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Füllstoff mit dem durch Polymerisation aushärtenden Reaktionsharz durchmischt und darin verteilt, indem nach Zusammenführung von Reaktionsharz und Füllstoff diese beiden Komponenten durch eine Mischvorrichtung gefördert werden; vorzugsweise ist die Mischvorrichtung ein statischer Mischer oder ein Zwangsmischer. Ein statischer Mischer hat eine Leitung in Form eines Rohrs, durch das die zu mischenden Komponenten gefördert werden. In dem Rohr befinden sich strömungsleitende Elemente, die den Stoffstrom aufteilen und wieder zusammenführen, wodurch die Vermischung erreicht wird. Ein Zwangsmischer umfasst einen ruhenden Behälter, in dem ein Mischwerkzeug, z.B. mit Propeller, Schnecke oder Schaufeln, rotiert. Verbreitet verwendete Zwangsmischer sind Kolloidalmischer und Dissolver.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • Fig. 1 eine schematische Detailansicht im Schnitt im Bereich eines Schildschwanzes einer Tunnelbohrmaschine zeigt, hinter der fortlaufend Tübbingbauteile zur Bildung einer Tübbingröhre eingesetzt werden,
    • Fig. 2 eine schematische seitliche Draufsicht auf eine Tunnelbohrmaschine mit einem vordere Schneidrad und einem daran anschließenden Schildmantel und darunter im Schnitt ein Detail im vertikalen oberen Endbereich der Tunnelbohrmaschine und der Bohrung mit eingesetzten Tübbingen zeigt,
    • Fig. 3 eine perspektivische Ansicht im Querschnitt quer zur Längsachse der Tunnelbohrung mit eingebauten Tübbingteilen und einer Verfüllung eines Ringspalts zwischen Außenwänden der Tübbingteile und der Bohrung im Gebirge zeigt,
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung der Herstellung der Injektionsmasse zur Ringspaltverfüllung zeigt, wobei pulverförmiger Füllstoff mit einem Reaktionsharz gemischt wird, um die für die Verfüllung des Ringspalts vorgesehene Injektionsmasse zu erzeugen, und
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung der Herstellung der Injektionsmasse zur Ringspaltverfüllung zeigt, wobei hier zementhaltiger Füllstoff zunächst mit Wasser gemischt wird, um eine Suspension zu bilden, die anschließend in einem Mischer mit Reaktionsharz vermischt wird, um die für die Verfüllung des Ringspaltes vorgesehene Injektionsmasse zu bilden.
  • Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 das Einsatzfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Die Herstellung der Bohrung im Untergrund erfolgt durch eine Tunnelbohrmaschine, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Schildmaschine 1, die in seitlicher Draufsicht vereinfacht in Fig. 2 oben gezeigt ist. Die Schildmaschine 1 ist vorne mit einem Schneidrad 2 versehen, an das dahinter ein Schildmantel 4 anschließt, der durch eine Stahlzylinderhülse mit im Verhältnis zum Schneidrad 2 etwas kleinerem Durchmesser gebildet ist. Im Schildmantel 4 sind die zum Betrieb notwendigen Geräte und Maschinen untergebracht, insbesondere sind im Innenraum des Schildmantels 4 Antriebe, eine Vortriebsmechanik und Geräte zum Einbau der Tübbingbauteile 10 aus Beton zur Bildung der Tunnelauskleidung untergebracht. Der Einbau der Tübbingbauteile 10 erfolgt wenige Meter hinter dem Schneidrad 2, also sehr kurz auf die Herstellung des betreffenden Bohrungsabschnitts folgend, wobei dazu ein roboterartiges Gerät, der sogenannte Erektor (nicht gezeigt), zum Einbau der Tübbingbauteile 10 im hinteren Teil des Schildmantels 4, dem sogenannten Schildschwanz 6, zum Einsatz kommt. Der Vortrieb der Tunnelbohrmaschine erfolgt durch mechanische Vorschubmittel, die an der Stirnseite, also dem vordersten Ring aus Tübbingbauteilen der Tunnelauskleidung ansetzen und die Tunnelbohrmaschine darauf abgestützt vorschieben.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung im oberen Bereich einer gerade hergestellten Bohrung gezeigt, wobei von der Tunnelbohrmaschine nur ein oberer Endbereich des Schildschwanzes 6 und von der Tunnelauskleidung nur ein oberer Endbereich der zuletzt eingebauten Ringe aus Tübbingbauteilen 10 gezeigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind aufeinanderfolgende Ringe aus Tübbingbauteilen 10 durch Dichtungen 12 abgedichtet.
  • Aus dem Detail im unteren Teil von Fig. 2 ist zu erkennen, dass der Außendurchmesser des Schneidrads 2 etwas größer als der Außendurchmesser des anschließenden Schildmantels 4 ist, weswegen die Bohrung im umgebenden Gebirge einen etwas größeren Durchmesser als der Schildmantel 4 hat. Ferner ist aus der Detailansicht im unteren Teil von Fig. 2 zu ersehen, dass, da die Tübbingbauteile 10 hinten im Inneren des Schildschwanzes jeweils zu einem Ring zusammengesetzt werden, der dann beim Vorschieben der Tunnelbohrmaschine aus dem Schildschwanz 4 nach hinten hinauswandert, der Außendurchmesser des aus den Tübbingbauteilen zusammengesetzten Ringsegments daher noch einen geringer als der Durchmesser der vom Schneidrad 2 erzeugten Bohrung im Gebirge ist. Daher verbleibt ein Freiraum zwischen dem Außenmantel der durch die Tübbingbauteile 10 gebildeten Tunnelauskleidung und der Innenwand der durch das Schneidrad 2 erzeugten Bohrung im Gebirge. Dieser Zwischenraum wird als Ringspalt bezeichnet. Der Ringspalt muss wie einleitend erläutert mit einer Injektionsmasse verfüllt werden, um die Tunnelauskleidung in der Bohrung zu betten und zu lagern.
  • Zur Erzeugung der Injektionsmasse für die Ringspaltverfüllung werden in einem im Inneren des Schildschwanzes befindlichen Behälter eines Zwangsmischers 20 Reaktionsharz und ein Zement enthaltender Füllstoff zusammengeführt und durch einen im Behälter 20 rotierenden Zwangsmischer gemischt. Anschließend wird das gemischte Injektionsmittel angetrieben durch eine Pumpe 22 aus dem Zwangsmischer 20 und durch eine Leitung gefördert. Das Injektionsmittel wird in eine Leitung 24 eingespeist, die zunächst radial nach außen in die Außenwand des Schildschwanzes führt, dort in einem Hohlraum des Schildschwanzes 6 eine Biegung von 90° hat und in einem weiteren Abschnitt parallel zur Längsachse des zylindrischen Schildschwanzes 6 bis zu dessen Ende verläuft, wo sich die Leitung 24 zum Ringspalt hin öffnet. Es können mehrere dieser Leitungen 24 vorhanden sein, die auch bei herkömmlichen Tunnelbohrmaschinen vorhanden sind und als Lisenen bezeichnet werden.
  • Am hinteren Ende des Schildschwanzes 6 befinden sich sowohl an der Innenwand als auch an der Außenwand Bürstendichtungen 8, die den Endbereich des Schildschwanzes 6 einerseits gegenüber der Außenwand des zuletzt gebildeten Rings aus Tübbingbauteilen 10 und andererseits die Außenwand des Schildschwanzes 6 gegenüber dem umgebenden Gebirge abdichtet. Diese Bürstendichtungen 8 sollen gewährleisten, dass keinesfalls aus dem Ende der Lisene 24 in den Ringspalt gedrücktes Injektionsmaterial über die Verfüllung des Ringspaltes hinaus auch über den Endbereich des Schildschwanzes 6 hinaus nach vorne gedrückt wird.
  • Auf diese Weise wird das Injektionsmittel aus dem Behälter des Zwangsmischers 20 durch die aus dem Behälter 20 führende Leitung mittels der Pumpe 22 und weiter durch die Lisene 24 in den Ringspalt gepumpt werden, so dass mit Fortschreiten der Bohrung durch die Tunnelbohrmaschine kontinuierlich der entstehende Ringspalt zwischen der Tunnelauskleidung und dem umgebenden Gebirge 102 eine Ringspaltverfüllung 100 gebildet wird. Dabei sind in der Regel mehrere Lisenen 24 vorhanden, z.B. sechs um den Umfang des Schildschwanzes 6 herum verteilte Lisenen, die um den Umfang herum verteilt Injektionsmaterial in den Ringspalt fördern, um diesen zu verfüllen und nach Aushärtung der Ringspaltverfüllung 100 eine stabile Bettung für die aus den Tübbingbauteilen 10 zusammengesetzte Tunnelauskleidung zu bilden.
  • In Fig. 3 ist zu sehen, dass die Tübbingbauteile 10 jeweils mit einer das Tübbingbauteil durchdringenden Injektionsöffnung 11 versehen sind. Diese Injektionsöffnungen 11 sind normalerweise durch Dichtungen verschlossen. Die Injektionsöffnungen 11 dienen dazu, dass nach Aushärten der Ringspaltverfüllung 100 eventuell noch bestehende oder neu entstandene Hohlräume im Ringspalt durch nochmalige Injektion von gemischtem Reaktionsharz und Füllstoff zu verfüllen.
  • In Fig. 4 ist sehr schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Schematisch ist ein Vorrat an Zement 50, ein Vorrat Sand 52 und ein Vorrat an weiterer mineralischer Gesteinskörnung 54 dargestellt. Zement 50, Sand 52 und Gesteinskörnung 54 werden in dem gewünschten Verhältnis zusammengeführt und gemischt und dann als Füllstoff in den Behälter eines Zwangsmischers 20 gefördert, der beispielsweise als Kolloidalmischer ausgebildet ist. Parallel dazu werden Monomerkomponenten A und B über Pumpen 60 gefördert und in einem Y-Stück zusammengeführt und in einem statischen Mischer 62 gemischt. Anschließend wir das Reaktionsharz weiter durch eine Leitung ebenfalls in den Behälter des Zwangsmischers 20 gefördert. Der aus Zement, Sand und mineralischer Gesteinskörnung zusammengesetzte Füllstoff und das aus den Monomerkomponenten A, B gebildete Reaktionsharz werden in dem Zwangsmischer 20, in dem ein Mischwerkzeug rotiert, miteinander vermischt. Von dem Zwangsmischer ist lediglich schematisch das Mischwerkzeug gezeigt, wohingegen der dieses antreibenden Antriebs zur Vereinfachung der Darstellung fortgelassen ist. Das aus dem beschriebenen Füllstoff und dem Reaktionsharz gemischte Injektionsmittel wird durch einen Auslass aus dem Behälter des Zwangsmischers 20 und durch eine Pumpe 70 durch eine weitere Leitung gefördert, die zu einer Lisene 24 führt, durch die das Injektionsmittel in den Ringspalt gespritzt wird, wie oben im Zusammenhang mit Figuren 1 und 2 beschrieben.
  • In Fig. 5 ist wiederum sehr schematisch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert. In diesem Fall wird der zementhaltige Füllstoff durch eine wässrige Zementsuspension gebildet. Hier wird Zement 50 (schematisch durch einen Zementsack angedeutet) in den Behälter 22 gefüllt und darin mit aus einem Wasserbehälter 24 zugeführten Wasser gemischt, wonach die Zementsuspension über eine Leitung in ein Belebungsbecken 80 gepumpt wird. In dem Belebungsbecken 80 wird die Zement-Wasser-Suspension durch einen rotierenden Propeller umgewälzt. Parallel dazu fördern zwei Pumpen 60 zwei Monomerkomponenten A, B, die hinter dem Ausgang der Pumpen 60 zusammengeführt und durch einen statischen Mischer 62 gedrückt werden. Vom Ausgang des statischen Mischers 62 wird das Reaktionsharz in einen Eingang eines statischen Mischers 64 gefördert. Der statische Mischer 64 hat auch einen zweiten Eingang für die Leitung aus dem Belegungsbecken 80, durch die die Zementsuspension zugeführt wird. In dem Mischer 64 werden das Reaktionsharz und die Zementsuspension miteinander vermischt, wobei hierzu der Mischer 64 ebenfalls als statischer Mischer ausgebildet sein kann. Nach Vermischung von Zementsuspension und Reaktionsharz wird das resultierende Gemisch weiter zur Injektion in den Ringspalt gefördert, also insbesondere in die Lisenen 24, deren Ausgangsöffnungen am Ende des Schildschwanzes 6 in den Ringspalt münden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels, eines Leitungsstollens oder eines Druckwasserstollens in Tübbingbauweise, bei dem
    Tübbingbauteile (10) in einer maschinell erzeugten Bohrung im Gestein zusammengesetzt werden, um eine geschlossenen Auskleidung in Form einer Tübbingröhre zu bilden, und
    der Ringspalt zwischen der Bohrung und der Außenwand der Tübbingröhre durch ein durch Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz und Füllstoff verfüllt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine Zement enthaltende Zusammensetzung ist und dass dem Füllstoff vor oder während der Förderung in den Ringspalt das durch Polymerisation aushärtende Reaktionsharz zugeführt wird, das mit dem Füllstoff durchmischt wird und darin verteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als durch Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz ein durch Polyaddition, Polykondensation oder durch radikalische Polymerisation aushärtendes Reaktionsharz verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsharz auf Acrylat- oder Silikatharzbasis oder auf Polyurethanbasis verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement Portland-Zement verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in Form einer wässrigen Suspension eingesetzt wird, der das durch Polymerisation aushärtende Reaktionsharz beigemischt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff als wasserfreies Pulver eingesetzt wird, dem das durch Polymerisation aushärtende Reaktionsharz beigemischt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff neben Zement einen Anteil an Gesteinskörnung enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellte Mischung aus durch Polymerisation aushärtendem Reaktionsharz und Füllstoff 5 bis 50 Vol.-% Reaktionsharz enthält, vorzugsweise 10 bis 20 Vol.-% Reaktionsharz.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff mit dem durch Polymerisation aushärtenden Reaktionsharz durchmischt und darin verteilt wird, indem nach Zusammenführung von Reaktionsharz und Füllstoff beide Komponenten durch eine Mischvorrichtung, vorzugsweise durch einen statischen Mischer (64) oder einen Zwangsmischer (20), vermischt werden.
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