WO2002016736A1 - Verfahren und maschine für den tunnelbau, schalelement und schalsystem - Google Patents

Verfahren und maschine für den tunnelbau, schalelement und schalsystem Download PDF

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WO2002016736A1
WO2002016736A1 PCT/EP2001/003726 EP0103726W WO0216736A1 WO 2002016736 A1 WO2002016736 A1 WO 2002016736A1 EP 0103726 W EP0103726 W EP 0103726W WO 0216736 A1 WO0216736 A1 WO 0216736A1
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WO
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formwork
tunnel
concrete
slot
support frame
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/003726
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thiemo Hagedorn
Harald TÜRCK
Ralph Bergmann
Gerhard Lang
Joachim Spod
Josef Haag
Original Assignee
Tachus Gmbh
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Publication date
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Priority to AU2001262158A priority patent/AU2001262158A1/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH 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
    • E21D11/102—Removable shuttering; Bearing or supporting devices therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/0875—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket
    • E21D9/0879—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1053—Making by using boring or cutting machines for making a slit along the perimeter of the tunnel profile, the remaining core being removed subsequently, e.g. by blasting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/108—Remote control specially adapted for machines for driving tunnels or galleries

Definitions

  • the invention relates to a method and a machine for tunnel construction, a formwork element and a formwork system according to the preambles of the independent claims.
  • Corresponding methods and machines are known from DE 196 50 330, DE 198 59 821 and DE 199 14 973.
  • a tunnel construction method is known in which, starting from the face in the mountains, a slot is made leading around the tunnel circumference, a supporting layer is made in the slot from a hardening material and the material is then removed from the face.
  • the slot is dug by a machine that is almost completely in the slot, which pulls a concreting device and suitable formwork elements behind it. The procedure is used repeatedly.
  • the support layer can be produced following a spiral that runs around the circumference of the tunnel and extends in the longitudinal direction of the tunnel.
  • individual rings have been proposed which are built in succession in the direction of advance. Spiral or rings can be inclined so that the upper part is further forward in the direction of advance than the lower part. Accordingly, the face can be inclined so that it is less likely to collapse. An actual realization of this is still pending.
  • the object of the invention is to provide a method and a machine for tunnel construction, which allow the tunnel to be driven quickly through the mountains.
  • a slot is produced on the face in the mountains, preferably running around the circumference of the tunnel, and the head region or the front edge of a formwork element is pushed into the slot, so that a support layer made of a hardening material, preferably concrete, runs around the tunnel circumference. manufactured and then material removed from the face.
  • the support layer can be formed in the slot and / or behind it. To hold the material (concrete) during hardening, a formwork element is pushed into the slot.
  • a scanning element for shuttering and supporting a support layer in tunnel construction can be fastened to a support frame lying in the already dug tunnel so as to be displaceable in the tunnel driving direction.
  • a formwork system has a support frame and several formwork elements that can move independently of one another.
  • a tunneling machine has a tool that digs a slot around the circumference of the tunnel on the face in the mountains. The tool is movably attached to a support frame and can be automatically guided along the desired path by a control.
  • formwork elements are moved along a support frame in the tunnel driving direction to build a concrete layer on the circumference of the tunnel and concrete is filled behind the casing thus formed.
  • the orientation of the support frame can be changed to build a curvature of the tunnel.
  • the formwork elements are then moved along the newly aligned support frame in the tunnel driving direction.
  • adjustable power transmission elements shows a side view of a formwork system to illustrate the procedure when a curvature is to be built in the tunnel
  • FIG. 9 is a view showing the method of using the embodiment of FIG. 8,
  • Fig. 10 shows a diagram for explaining the vacuum concrete technology
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a tunnel to be built to explain a method according to the invention.
  • the tunneling direction is referred to as the z coordinate.
  • a direction from or towards the center of the tunnel is referred to as the radial direction, which would be a directional specification in a cylindrical coordinate system.
  • the circumferential direction would then correspond to a course in the direction of the tunnel circumference.
  • the tunnel cross-section can be circular, but does not have to be.
  • the cross section can, for example, be flattened. If Cartesian coordinates are assumed, x should point vertically upwards, y away from the viewer and z again in the direction of tunnel driving.
  • 17 symbolizes the mountains through which the tunnel is to be driven.
  • 18 symbolizes the already dug tunnel. Typical tunnel diameters can be between 4 and 15 m.
  • 14 is the working face, it is the furthest forward in the tunnel driving direction and is therefore the point from which the tunnel is driven further forward.
  • 15 symbolizes a slot which is dug from the face 14 by a suitable tool 12. The slot runs around the circumference of the tunnel.
  • a support layer 10 made of a hardening material, preferably concrete, is built in it.
  • the cross section of the shaped slot in Fig. 1 is conical in the example shown. However, it can also have other cross-sectional shapes.
  • 16 symbolizes a further support layer, preferably again made of concrete, which serves to further expand the tunnel.
  • a formwork element 13 is pushed into the slot 15.
  • the formwork element can have a comparatively complex front area, which can perceive sealing, holding and or verifying effects.
  • the hardening material preferably concrete 11, is poured into the volume that forms between the formwork element 13 and the rock 17. It hardens there and then takes on a supporting function.
  • the material on the face is removed and transported away.
  • the Gra- ben of the slot in the area of the tunnel brine can be done after digging the overlying face.
  • the process is then repeated by forming the slit 15 further forward, pushing the formwork element 13 into the slit, the volume with concrete 11 and finally digging up material on the face 14.
  • the leading construction of the slot increases the speed of advance, since knives do not have to be driven into the face against the resistance of the mountains. Rather, the material in the area of the future support layer is removed in advance, which allows formwork elements to be pushed forward slightly. Depending on the complexity of the head of the formwork elements, the actual formwork area (the volume to be filled with concrete) can be completely, partially or not at all in the slot and therefore not at all, partially or completely behind the slot or the working face.
  • the face 14 can be inclined (further forward in the direction of advance than below). Typical angles of inclination would be 10 to 45 ° to the vertical, preferably 20 to 35 °.
  • the circulation then runs around the tunnel circumference when the slot is constructed.
  • the support layer can, but does not have to be made all around the tunnel circumference. In the case of tunnels with large diameters in particular, the support layer can be open at the bottom (without sol closing).
  • a plurality of formwork elements 13 a, 13 b are fastened to a support frame 40 in the already dug tunnel 18. They are fastened in a longitudinally displaceable manner, which is indicated by rollers 41 between the support frame 40 and formwork elements 13.
  • the support frame 40 is located behind the face 14 and can extend rearward in the direction of the tunnel.
  • the formwork elements 13 are located functionally between the support frame 40 and the concrete layer 10. The formwork elements 13 can be moved individually and independently of one another in the longitudinal direction of the tunnel.
  • FIG. 4B shows the formwork system in section. The cut is in Fig. 4A in the rear area of the formwork system, one looks from right to left. In Fig. 4B it can be seen that the support frame 40 extends inside the tunnel 18 in the circumferential direction.
  • Several formwork elements 13a-d are slidably attached to the support frame 40. Only some of the formwork elements are identified by reference numerals.
  • the formwork elements not designated can be constructed in exactly the same way as those with reference numbers.
  • the formwork elements can completely or substantially completely cover the support layer or concrete layer 10 in the circumferential direction, small gaps or joints, for example, being able to remain between them.
  • the contact surfaces can also be provided with targeted overlaps.
  • the formwork elements 13 can be contoured in accordance with the curvature of the tunnel profile in the circumferential direction. In the embodiment shown, all formwork elements 13 are indicated as being movable relative to the support frame 40. This may or may not be the case. For example, a bowl element be firmly connected to the frame 40, for example the lower one. If it is to be moved in the longitudinal direction of the tunnel, this is done together with the support frame 40, which must also move in the tunneling direction over time.
  • FIG. 2A shows a formwork element 13 schematically from the side
  • FIG. 2B schematically from above (view of the formwork surface, that is to say the surface lying against the concrete).
  • the formwork elements 13 have at least the task of holding the liquid concrete until it has set and can support itself. If fast-setting concrete is used, this setting can take place within a few minutes, for example within a time of less than 15 minutes, preferably less than 6 minutes. The concrete then holds itself, but has not yet hardened to the extent that it is also load-bearing against external loads (namely the mountain 17 lying on the outside). This hardening can take several hours. Until it is complete, the concrete is not yet fully load-bearing, so that additional support of the concrete is necessary even after it has solidified from the liquid state in order to absorb external loads. This task can also be performed by the formwork elements 13. The front part of a formwork element 13 thus supports the still liquid or straight the concrete, while the rear part serves to support the still young, not yet fully hardened concrete and in particular to absorb the load lying above the concrete.
  • the concrete layer 10 lies over the surface 21.
  • the support frame 40 of the formwork system is in use.
  • 2A-C is on the left in the direction of advance, on the right is in the direction of advance at the rear.
  • 21 symbolizes a formwork board, the surface of which can face upwards in the figure against the concrete.
  • the formwork board will consist of or have a metallic material.
  • Under the formwork board 21 is a formwork frame 22, which is preferably rigid. It can have a comparatively massive construction.
  • Formwork board 21 and formwork frame 22 can be connected to one another so that they cannot move relative to one another in the tunneling direction. This can be done, for example, by a comparatively rigid attachment 24 in the front area of the formwork element 13.
  • Power transmission elements 23 which are adjustable, are provided between formwork board 21 and formwork frame 22. They can be adjustable with regard to their dimensions and / or with regard to the force transmitted by them. For example, they can be fluid-filled cushions or hydraulics, as will be explained later with reference to FIG. 5.
  • At least parts of the radially outer formwork surface of the formwork board 13 are adjustable in the radial direction of the tunnel. This can for example, by the adjustable power transmission elements 23.
  • the adjustability of the power transmission elements 23 can serve several purposes.
  • the formwork board 21 is essentially flat. In general, the formwork board 21 thus extends in the circumferential direction and in the tunneling direction.
  • the plane is only covered by a lateral apron 27, which extends from the plane of the formwork board 21 to the rock in the radial direction. With the apron 27, the liquid concrete is prevented from flowing off to the side. In the area behind the apron 27, it is assumed that the concrete has already set, so that lateral support is no longer necessary. It should be noted that the volume that is created by advancing a sound board can also be closed by skirting adjacent form boards.
  • a formwork board can thus have aprons that do not (only) seal the own formwork volume, but (also) that of the formwork volume of the neighboring formwork board. Such aprons can be on the side of the formwork board and in front of your own formwork volume.
  • FIG. 2B shows a schematic plan view of a formwork element 13. With regard to the installation position in use, the view is from radially outside to radially inside.
  • the formwork frame 22 and the adjustable power transmission elements 23 are indicated by dashed lines under the formwork board 21.
  • aprons 27a on the side
  • 27b at the front
  • two lateral aprons 27a can also be provided on both sides of the formwork board 21 or no lateral apron 27a at all.
  • the formwork board 21 is preferably constructed in such a way that it can be deformed to a certain extent, in particular in the radial direction.
  • slots 25 can be provided in the formwork board, which are suitably positioned and dimensioned.
  • An embodiment is shown in which lateral slots are provided which are spaced apart from one another in the tunneling direction.
  • a "backbone" can remain in the middle of the formwork board.
  • Such slots reduce the inherent rigidity of the formwork board 21, and individual parts thereof can be adjusted independently of one another by the adjustable force transmission elements 23 in their position or in terms of the force transmitted by them.
  • the formwork board 21 can also be constructed from several individual parts which are separated from one another in the circumferential and / or in the direction of advance and are fastened to a common formwork frame 22, if necessary via respective power transmission - supply elements 23.
  • FIG. 2C shows a perspective illustration of a formwork board 21.
  • 2C indicates that the formwork board 21 can be profiled or curved in the tunnel circumferential direction. Again slots 25 can be seen which have the function described above.
  • a power transmission element is symbolized with 23.
  • the slots can also be completely continuous, for example in the circumferential direction, so that a formwork board consists of several individual elements. In the case of individual elements, these can also be provided overlapping, so that one should speak less of a slot than more of a separation.
  • the force transmission elements 23 thus act between formwork board 21 and formwork frame 22.
  • the latter is comparatively rigid, while the former is designed in such a way that certain shapes can be set or made possible by external loads.
  • the connection 24 between formwork board and formwork The frame is preferably such that it does not permit any displacement of the two components against one another in the direction of tunnel driving. It can also be rigid in the radial direction of the tunnel.
  • Fig. 3 shows embodiments of the head of the formwork board 21.
  • "Head means the front part of the formwork board.
  • Figs. 3A and B show that the front edge of the formwork board does not have to be perpendicular to the side edges.
  • An angle can be selected The angle can depend on the position of the formwork board in the formwork system.
  • the front surface 32 of the formwork board can be angled with respect to the radial direction of the tunnel. This results in a striking edge 35 with which material that has fallen into the slot (below in the tunnel) can be passed under when the formwork board is being fed in or with which material that is still firmly in the slot can be scraped off to a small extent.
  • Figure 3B shows that; the side apron 27a is formed so that it tapers towards the rear. This makes stripping easier, the apron easily detaches from the standing concrete when it is pushed forward together with the shell element 13.
  • the length L of the lateral wedge-shaped apron 27a is preferably longer than the feed V of the formwork element 13 in one operation.
  • the wedge shape is chosen in such a way that it is ensured that in the following work step there are still sufficiently dimensioned connections in the flow cross-section to rooms not filled with concrete (which were created due to the presence of the side skirt 27a), so that in the following work step (one step forward ) Concrete in that Volume previously used by the wedge-shaped apron can flow, so that these are still filled.
  • the height H of the head of the formwork board 21 corresponds approximately to the thickness of the concrete layer 10 to be manufactured.
  • Fig. 3C shows that profiles of the aprons can be such that a system of tongue and groove results. This is indicated by the angled inner wall 33 of the front apron 27b. The way in which the support layer rings formed in different working steps engage in the manner of tongue and groove is further indicated by dashed lines.
  • Areas close to the mountains of the aprons 27 can be heated. This can further accelerate the setting of the liquid concrete (for example, at times of less than 10 s). Any remaining leaks between the radial outer edge of an apron and the surrounding rock are quickly blocked by hardened concrete.
  • the heatable areas are indicated in FIGS. 3B and C by reference number 34. It can be, for example, the edges of the aprons 27 close to the mountains.
  • Reference numeral 36 generally indicates a device by means of which concrete can be required in the space between the formwork area and the mountains that results when the formwork element 13 is advanced. Only one line is shown schematically. However, it can be several lines and a mixing device that, for example, concrete and loading Mix accelerator (to accelerate setting) immediately before the outlet. Entry can be through the wall of the front skirt 27b.
  • the filling of the volume created when the formwork element 13 is advanced can take place “synchronously” with the advance. The volume is filled with concrete in the same way as it occurs during the advance. This prevents material from the surrounding mountains from falling into the volume to be filled, so that an undisturbed layer of concrete is created.
  • a tongue 38 can extend from the formwork volume to the front (z direction).
  • Sealing devices 37 can be provided in the tongue 38, for example, with which seals to the mountain 17 can be made.
  • the pillows can be filled. They can be filled with warm water.
  • the sealing device can also be a device for introducing quick-curing material (for example construction foam) between formwork board 13, in particular tongue 38 and mountains 17. It can also be other addition devices for accelerators that accelerate the setting of the concrete. 36 b and c symbolize different lines for concrete and accelerator, 36a a mixing device.
  • the inlet into the formwork volume is at the bottom front in formwork board 21.
  • 3E shows a mechanical design of a sealing device 39.
  • the front is a wedge 39a which is pivotally mounted about an axis 39b and which is pressed elastically against the rock. They are closed at the back so that they are not filled with concrete. They can also be heated be filled with fluid.
  • several wedges 39a can be provided distributed over its width.
  • FIG. 4A A control or regulation for the various components of the formwork system is shown in FIG. 4A by reference numeral 43.
  • the controller 43 can receive signals from a sensor system 44 and suitably control the actuator system 42, in particular the force transmission elements 23, in accordance with the latter.
  • the length of a formwork element 13 in the tunnel driving direction can be greater than half the tunnel diameter or greater than the entire tunnel diameter. Insofar as reference is made to the tunnel diameter and the tunnel cross-section is not circular, reference is made to the largest possible diameter. Typical tunnel diameters can be between 4 and 15 m, preferably between 6 and 10 m.
  • the support frame 40 of the formwork system preferably has at least half the length of one in the tunneling direction.
  • Formwork element further preferably at least 2/3 of the length of a formwork element in the tunneling direction. 4 to 20 formwork elements can be provided over the tunnel circumference, preferably 6 to 15. Their dimension in the circumferential direction can be 1 to 4 meters, preferably 2 to 3.5 meters.
  • Fig. 5 shows embodiments of the adjustable power transmission elements.
  • 5A schematically shows fluid-fillable cushions 50 which are designed to accommodate the pressures etc. desired in each case.
  • the cushion 50 is in fluid communication with a hydraulic source 53 via a connection 51 and a line 52. In between there may be suitable valves etc.
  • a pressure sensor with a derivation 55 is indicated by 54.
  • the pressure sensor can be part of the sensor system 44 and lie in the cushion 50 or also at a location in the line 52 that is in fluid communication therewith.
  • the pressure sensor can be part of the sensor system 44 and lie in the cushion 50 or also at a location in the line 52 that is in fluid communication therewith.
  • a compressible or incompressible medium or a mixture thereof can be selected as the fluid.
  • the fluid For example, air or hydraulic oil are conceivable.
  • the cushion 50 would lie between the formwork board 21 and formwork frame 22.
  • FIG. 5B schematically shows another embodiment.
  • a more or less conventional hydraulic system 56 is indicated between formwork board 21 and formwork frame 22.
  • 57 and 58 are force transmission elements that can be provided in order to avoid excessive force input on the formwork board and / or formwork frame 22. Force or dimension control is also conceivable here.
  • cushions have the advantage that they can allow or absorb shearing movements between the formwork board and the coulter frame (in the z direction and / or in the circumferential direction) in a straightforward manner.
  • considerations regarding the question of how the formwork system can travel “around the curve”, that is to say how a curvature of the tunnel can be built, are explained.
  • it is provided according to the invention first of all of course to dig the slot on the working face in accordance with the desired geometry.
  • the straight line corresponds to the dashed line 66.
  • the curve can optionally be in the horizontal and / or in the vertical plane lie.
  • the radii R of tunnels are rarely less than 500 m. In metro construction, however, they can become narrow, for example, at turning points of up to 150 m.
  • An alignment device is provided for aligning the support frame 40. It can have a position control or position control.
  • the alignment device can have, for example, a schematically indicated setting device 60.
  • it can be a device that acts mechanically between the support frame 40 and the concrete layer 10.
  • it can be attached to the rear end of the support frame 40.
  • These can be hydraulic cylinders which are functionally located between the support frame 40 and the tunnel wall or concrete layer 10 and which "push around" the rear end of the support frame in accordance with the geometric requirements.
  • the tunnel was previously driven along a straight line 66.
  • 61 symbolizes an imaginary longitudinal axis of the formwork system.
  • the tunnel should be advanced along curve 67 be brought.
  • This can be done by extending component 60a while making component 60b smaller.
  • the components 60 can be hydraulically operated stamps. In order to enable movement in both spatial directions (up / down or left / right), at least three components would be possible, which act on the tunnel wall distributed over the circumference of the support frame.
  • the guides of the formwork elements 13 will also be modified accordingly. This is indicated schematically in the transition from the support frame edge 63 to the new edge 64. Accordingly, the further advance of the formwork elements will also take place in accordance with the new direction.
  • the components 60 can also be designed or used for roll control. Tunneling machines tend (due to asymmetrical load or due to external moments) to roll around the z-axis. A counteracting moment about the z-axis can be introduced by the elements 60. The elements 60 would then have to be positioned and controlled in such a way that pairs of forces are generated which deliver the desired torque about the z-axis. These forces can be superimposed on those for steering the frame as described above.
  • the formwork elements 13 can, for example, be constructed in such a way that they are rigid and rigid in the radial direction are radially adjustable to the rear. Then, in particular at the front, the support layer 10 is formed in accordance with the newly aligned heads of the formwork elements 13. To the rear, the support layer continues to be supported by the formwork boards 21 which are still present because of the adjustable force transmission elements 23.
  • a connection which is rigid in the radial direction between the head of a formwork element 13 and the support frame 40 is indicated by a thick connection between the two.
  • a rotatability of the connection is indicated, so that the "lifting" of the support frame 40 does not squash or compress the young concrete at the front.
  • adjustable power transmission elements 23 can also be taken over by the adjustable power transmission elements 23. If, for example, cushions according to FIG. 5A are used and a lifting-up according to FIG. 6 is to take place, the lower cushions would have to be inflated and the upper cushions correspondingly to be released in order to achieve the desired effect.
  • the respective control measures can also be carried out as part of a regulation.
  • a position sensor or position sensor is then advantageously to be used, according to which the control of the individual components can take place.
  • a radially rigid diameter of the formwork system can be provided at one point in the longitudinal direction of the tunnel (front in Fig. 6), but this need not be the case. Rather, adjustable power transmission elements can also be provided at the front. If a radially rigid connection is provided, can these are in front. But this does not have to be the case. For example, it can also be in the middle or in the back.
  • the formwork system can be constructed modularly in such a way that a “standard” support frame 40 is provided, with which various tunnel diameters and geometries can be covered.
  • the adaptation to the specifically desired dimensions and (cross-sectional) geometries takes place through suitable design and dimensioning of the formwork boards.
  • Fig. 7 shows perspective essential components of a tunnel construction machine, as they can be used to implement one of the methods described above. These are the machine parts that have the circumferential slot on the face in the mountains. At the front (in FIG. 7 on the left) there is a digging tool 70 which can be guided automatically, but optionally also manually, along the desired path, so that the slot 15 to be filled with concrete afterwards can be dug in this way.
  • the tool 12, 70 can be a cutting head or a milling head, for example.
  • a longitudinal cutting head 70 is shown as an example and rotates about the longitudinal axis of the arm to which it is attached.
  • the head is in each case in the slot to be built, is guided in a circular or spiral shape (possibly inclined in each case) and in this way mills material from the working face.
  • the tool itself is attached to a first arm 73
  • the movement mechanism of the tool is chosen so that no translational movement is necessary, but that the tool can be guided via rotary movements
  • the embodiment with one translational and two rotational degrees of freedom has the advantage that it can allow smaller sizes.
  • the position of the tool can be set, for example, by means of hydraulic piston 78.
  • hydraulic piston 78 can be part of a control system, wherein a control device 72 receives signals from a sensor system 77 and suitably controls the actuator system, in particular the hydraulic pistons 78.
  • the entire structure can be suspended in a support frame 71, which is located in the already dug tunnel.
  • 79 denotes a conveyor. It is constructed as a screw, which rotates together with the cutting button or milling head 12, 70 and thus conveys the material that has been excavated out of the slot, provided that this is not already done by gravity. If the material is behind the working face, it can be transported away using conventional shoveling equipment (excavators, conveyor belts, suction devices).
  • the tool 70 can be designed so that after digging a
  • Circulation of the slot removes or loosens the face that has then stopped in order to then start the next work step further ahead.
  • the machine can perform a roll control as described above. be seen.
  • Several tools can be provided, for example one for digging the slot and one for digging the material from the face.
  • the tunnel construction machine described above and the formwork system described above are combined with one another. They then have a common support frame 40, 71, on the outside of which the formwork elements 13 are fastened and on the inside of which the pivotable tool 12, 70 is suspended. Only a rollover check is then necessary.
  • a piece of the support layer can be built again by filling the resulting volume between the formwork board and the mountain with liquid concrete. If the milling head has passed position C in the further course, the next formwork element 13E is pushed forward, etc. When a formwork element is advanced, the adjustable power transmission
  • FIGs. 8A and B show another embodiment of the head region of the formwork elements, in particular the formwork boards 13, 21.
  • the formwork board are fixed and radially extending walls provided would prevent the young concrete from flowing away.
  • the sealing to the front can instead take place in such a way that the formwork board is pushed so far forward in the slot 15 that it lies against the foremost boundary of the slot.
  • the formwork board can also be pressed into the mountain with some force in order to achieve tightness at the front edge.
  • additional sealing devices can be provided, for example inflatable air cushions, small plates that can be moved in the direction of advance and possibly force-loaded, and possibly also binding consumables such as construction foam or the like.
  • the chamber to be crumbled with concrete can be sealed in the circumferential direction with a pivotable bulkhead 81 attached to the side of the head.
  • Figs. 8A and B show schematic views.
  • the dimensioning of the formwork board heads can be such that between adjacent formwork board heads they leave a slot extending along the head side (ie in the direction of advance z) so that a bulkhead can be inserted and withdrawn in the radial direction.
  • 82 symbolizes a movement device for moving the bulkhead 81. It can be attached to the formwork board 13, 21. The procedure is then as follows, see FIG.
  • the side of the formwork board 91 lying in the direction of the slot (double arrow U) (on the right in FIG. 9) is thus sealed.
  • the bulkhead 93 is retracted on the rear side of the formwork board head in the slot construction direction, ie retracted so far in the radial direction that it seals the slot with its end face (radially in front). If the heads are dimensioned so that no or only a narrow slot remains between adjacent formwork board heads, the bulkhead can be removed so far in advance that the next formwork board can be advanced. This seals the rear side of the formwork board in the slot direction (left in Fig. 9). The seal forms the flank of the already installed concrete. Then the chamber is filled with concrete and the process is repeated.
  • the structure can be such that the bulkheads are movably attached to the sides of the formwork board.
  • a bulkhead can be provided for each formwork board head be, preferably in each case on the side lying in the direction of slot construction. To simplify the construction, it can be provided to omit pivotable bulkheads on the formwork boards in the region of the circumference in which the slot (and thus the support layer) is made in ascending order, since the open side of the chamber to be filled is located there, so that the liquid concrete cannot flow off.
  • the bulkhead can also act as a protection against the sprinkling of fresh concrete with material detached from the trench. Corresponding to this function, it can be provided, in particular then on all formwork boards regardless of their position on the circumference.
  • Schott is to be understood generally. It can, but does not have to be, movable (metal) plates, for example a thickness of 3 to 15 cm.
  • movable structures are also conceivable, for example inflatable or fillable structures, which lie in the filled state between the formwork head side and the mountains, or combinations of such structures.
  • FIG. 10 Another option is to use vacuum concrete to build the support layer in the slot constructed as described above.
  • the method of installing vacuum concrete is explained in principle with reference to FIG. 10.
  • the term "vacuum” is to be understood jargonally. Negative pressure should also be affected.
  • the number 100 denotes the fresh concrete.
  • a structure 101 is placed which allows water to be extracted from the fresh concrete by means of a vacuum or negative pressure acting on the concrete.
  • a filter layer 102 is placed directly on the fresh concrete, which essentially prevents concrete from passing through, but allows water to pass through.
  • a sealing layer 104 which is airtight, lies above the filter layer and is spaced apart from it by preferably columnar spacers 103.
  • the air between filter layer 102 and sealing layer 104 is first extracted by a suitable suction mechanism (schematically designated 105). Because of the vacuum directly above the concrete, this water is extracted, it seeps through the filter layer 102 into the communicating passageways 106 around the column-like spacers 103 between the filter layer 102 and the sealing layer 104 and is sucked off from there. This removes water from the concrete. At the same time, it is compressed by the air pressure acting on it.
  • a suitable suction mechanism (schematically designated 105). Because of the vacuum directly above the concrete, this water is extracted, it seeps through the filter layer 102 into the communicating passageways 106 around the column-like spacers 103 between the filter layer 102 and the sealing layer 104 and is sucked off from there. This removes water from the concrete. At the same time, it is compressed by the air pressure acting on it.
  • the concrete is so strong immediately after the "vacuum” treatment that it supports itself. It then sets in a conventional manner and reaches its final strength over the course of hours or days. Compared to setting with accelerators, this has the advantage that when a subsequent circulation of the support layer is concreted on, it is concreted on to concrete that has not yet set, so that a good bond is created between the new and previous circulation.
  • filter layer 102 and spacer 103 are a film on which another film is applied as a sealing layer. is laid. This combination forms the structure 101.
  • the porosity of the filter layer is obtained through small holes in the filter layer.
  • the structure consisting of filter layer 102, spacer 103 and sealing layer 104 can, however, also be rigid and possibly even serve directly to hold the young concrete.
  • the individual components of the stem structure 101 can have metallic material or plastic. They can be available individually or as a whole.
  • the structure 101 can form the head region of a formwork board according to FIGS. 3 or 8, or, as shown in FIG. 11, it can be provided there as a covering for a formwork board 13, 21 and possibly a bulkhead 81.
  • a conventional formwork or a formwork as described above can follow in the driving direction behind the abovementioned structure.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Tunnelbau, bei dem an der Ortsbrust im Gebirge ein Schlitz um den Tunnelumfang umlaufend vorauseilend hergestellt, im Schlitz eine um den Tunnelumfang umlaufende Stützschicht aus einem aushärtenden Werkstoff gebildet und dann Material von der Ortsbrust abgetragen wird, wird zum Halten des Werkstoffs während des Aushärtens ein Schalelement in den Schlitz geschoben. Ein Schalelement (13) zum Einschalen und Stützen einer Stützschicht (10) im Tunnelbau ist an einem Stützrahmen (40) verschieblich befestigbar. Ein Schalsystem hat mehrere solche Schalelemente und einen Stützrahmen (40), an dem die Schalelemente verschieblich befestigt sind. Eine Tunnelbaumaschine hat ein Werkzeug (12, 70), das einen um den Tunnelumfang umlaufenden Schlitz (15) an der Ortsbrust (14) im Gebirge (17) gräbt und das beweglich an einem Stützrahmen (71) befestigt ist und durch eine Steuerung (72) automatisch längs der gewünschten Bahn geführt wird. Die Maschine kann ein Schalsystem haben, wobei der Stützrahmen (71) der Tunnelbaumaschine auch derjenige (40) des Schalsystems ist.

Description

Verfahren und Maschine für den Tunnelbau, Schalelement und Schalsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zum Tunnelbau, ein Schalelement und ein Schalsystem gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Entsprechende Verfahren und Maschinen sind aus der DE 196 50 330, der DE 198 59 821 und der DE 199 14 973 bekannt.
Aus der DE 196 50 330 ist ein Tunnelbauverfahren bekannt, bei dem ausgehend von der Ortsbrust im Gebirge ein Schlitz um den Tunnelumfang umlaufend vorauseilend hergestellt, im Schlitz eine um den Tunnelumfang umlaufende Stützschicht aus einem aushärtenden Werkstoff gebildet und dann Material von der Ortsbrust abgetragen wird. Der Schlitz wird von einer fast vollständig im Schlitz steckenden Maschine gegraben, die im Schlitz hinter sich eine Betoniereinrichtung sowie geeignete Schalelemente herzieht. Das Verfahren wird wiederholt angewendet. Die Stützschicht kann einer um den Tunnelumfang umlaufenden und sich in Tunnellängsrichtung erstreckenden Spirale folgend hergestellt werden. Genauso sind einzelne Ringe vorgeschlagen worden, die nacheinander in Vortriebsrichtung aufgereiht gebaut werden. Spirale bzw. Ringe können so geneigt sein, daß der obere Teil in Vortriebsrichtung weiter vorne liegt als der untere Teil. Dementsprechend kann die Ortsbrust geneigt sein, so daß sie weniger einsturzgefährdet ist. Eine tatsäch- liehe Realisierung hierzu steht noch aus. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Maschine für den Tunnelbau anzugeben, die einen schnellen Vortrieb des Tunnels durch das Gebirge erlauben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
In einem Verfahren zum Tunnelbau wird an der Ortsbrust im Gebirge ein Schlitz vorzugsweise um den Tunnelumfang umlaufend vorauseilend hergestellt, in den Schlitz der Kopfbereich bzw. die Vorderkante eines Schalelements geschoben, damit eine vorzugsweise um den Tunnelumfang umlaufende Stützschicht aus einem aushärtenden Werkstoff, vorzugsweise Beton, hergestellt und dann Material von der Ortsbrust abgetragen. Die Stützschicht kann im Schlitz und/oder dahinter gebildet werden. Zum Halten des Werkstoffs (Beton) während des Aushärtens wird ein Schalelement in den Schlitz geschoben.
Ein scnalelement zum Einschalen und Stützen einer Stützschicht im Tunnel- bau ist an einem im schon gegrabenen Tunnel liegenden Stützrahmen in Tunnelvortriebsrichtung verschieblich befestigbar.
Ein Schalsystem weist einen Stützrahmen und mehrere unabhängig voneinander bewegliche Schalelemente auf. Eine Tunnelbaumaschine hat ein Werkzeug, das an der Ortsbrust im Gebirge einen um den Tunnelumfang umlaufenden Schlitz gräbt. Das Werkzeug ist beweglich an einem Stützrahmen befestigt und kann durch eine Steuerung automatisch längs der gewünschten Bahn geführt werden.
In einem Verfahren zum Tunnelbau werden zum Bau einer Betonschicht am Tunnelumfang Schalelemente längs eines Stützrahmens in Tunnelvortriebsrichtung verfahren und hinter die so gebildete Verschalung Beton gefüllt. Zum Bau einer Krümmung des Tunnels kann der Stützrahmen in seiner Aus- richtung verändert werden. Die Schalelemente werden dann längs des neu ausgerichteten Stützrahmens in Tunnelvortriebsrichtung weiter verfahren.
Nachfolgend werden bezugnehmend auf die Zeichnungen einzelne Ausfuhrungsformen der Erfindung beschrieben, es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittzeichnung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Tunnelbauverfahrens,
Fig. 2 mehrere schematische Darstellungen eines Schalelements,
Fig. 3 den vorderen Bereich eines Schalelements,
Fig. 4 den Aufbau und die Einsatzweise eines Schalsystems,
Fig. 5 verschiedene Ausführungsformen zu einstellbaren Kraftübertragungselementen, Fig. 6 eine Seitenansicht eines Schalsystems zur Darstellung der Vorgehensweise, wenn eine Krümmung im Tunnel gebaut werden soll,
Fig. 7 eine Darstellung einer wesentlichen Komponente einer Tunnelbaumaschine,
Fig. 8 A und B eine andere Ausfuhrungsform des vorderen Bereich eines Schalelements,
Fig. 9 eine Ansicht zur Darstellung des Verfahrens des Benützens der Aus- föhrungsform der Fig. 8,
Fig. 10 schematisch eine Darstellung zur Erläuterung der Vakuum- Betontechnologie, und
Fig. 11 die Verwendung von Vakuumbeton in der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines zu bauenden Tunnels zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Tunnelvortriebsrichtung wird als z-Koordinate bezeichnet. Als Radialrichtung wird eine Richtung von der Tunnelmitte weg bzw. zu ihr hin bezeichnet, wobei dies eine Richtungsangabe in einem zylindrischen Koordinatensystem wäre. Die Um- fangsrichtung entspräche dann einem Verlauf in Richtung des Tunnelum- fangs. Es wird jedoch gleich hier darauf hingewiesen, daß der Tunnelquerschnitt kreisförmig sein kann, aber nicht muß. Der Querschnitt kann z.B. un- ten abgeflacht sein. Sofern von kartesischen Koordinaten ausgegangen wird, soll x vertikal nach oben zeigen, y vom Betrachter weg und z abermals in Tunnelvortriebsrichtung.
17 symbolisiert das Gebirge, durch das der Tunnel vorzutreiben ist. 18 symbolisiert den schon aufgegrabenen Tunnel. Typische Tunneldurchmesser können zwischen 4 und 15 m liegen. 14 ist die Ortsbrust, sie liegt in Tunnelvortriebsrichtung am weitesten vorne und ist also die Stelle, von der aus das Tunnel weiter nach vorne vorgetrieben wird. 15 symbolisiert einen Schlitz, der ausgehend von der Ortsbrust 14 durch ein geeignetes Werkzeug 12 gegraben wird. Der Schlitz läuft um den Tunnelumfang herum. In ihm wird eine Stützschicht 10 aus einem aushärtenden Material, vorzugsweise Beton, gebaut. Der Querschnitt des geformten Schlitzes in Fig. 1 ist im gezeigten Beispiel konisch. Er kann aber auch andere Querschnittsformen haben. 16 symbolisiert eine weitere Stützschicht, vorzugsweise abermals aus Beton, die dem weiteren Ausbau des Tunnels dient.
Zur Bildung der Stützschicht 10 wird ein Schalelement 13 in den Schlitz 15 geschoben. Das Schalelement kann einen vergleichsweise komplexen Vor- derbereich haben, der Abdicht-, Halte- und oder Ver lfurikionen wahrnehmen kann. In das zwischen Schalelement 13 und Gebirge 17 sich bildende Volumen wird das aushärtende Material, vorzugsweise Beton 11 , gegossen. Es härtet dort aus und übernimmt dann tragende Funktion. Nach dem Bau des Schlitzes bzw. nach dem Einfüllen des Betons 11 zwischen Gebirge 17 und Schalelement 13 bzw. nach dem Bau zumindest eines Teils der Stützschicht 10 wird das Material an der Ortsbrust entfernt und abtransportiert. Das Gra- ben des Schlitzes im Bereich der Tunnelsole kann nach dem Abgraben der darüberliegenden Ortsbrust erfolgen. Danach wiederholt sich das Verfahren, indem weiter vorne der Schlitz 15 gebildet, das Schalelement 13 in den Schlitz geschoben, das Volumen mit Beton 11 verfällt und schließlich an der Ortsbrust 14 Material abgegraben wird.
Der vorauseilende Bau des Schlitzes erhöht die Vortriebsgeschwindigkeit, da nicht Messer gegen den Widerstand des Gebirges in die Ortsbrust eingetrieben werden müssen. Vielmehr wird das Material im Bereich der zukünftigen Stützschicht vorab entfernt, was ein leichtes Vorschieben von Schalelementen erlaubt. Je nach Komplexität des Kopfes der Schalelemente kann der eigentliche Schalbereich (das mit Beton zu verfullende Volumen) ganz, teilweise oder gar nicht im Schlitz und dafür gar nicht, teilweise oder ganz hinter dem Schlitz bzw. der Ortsbrust liegen.
Die Ortsbrust 14 kann geneigt sein (oben in Vortriebsrichtung weiter vorne als unten). Typische Neigungswinkel wären 10 bis 45° gegen die Vertikale, vorzugsweise 20 bis 35°. Dementsprechend geneigt verläuft dann der Umlauf um den Tunnelumfang beim Bau des Schlitzes. Die Stützschicht kann, muß aber nicht um den Tunnelumfang umlaufend hergestellt werden. Insbesondere bei Tunneln mit großen Durchmessern kann die Stützschicht unten offen (ohne Solschluß) sein.
Bevor bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 Ausföhrungsformen eines Schale- lements 13 beschrieben werden, wird bezugnehmend auf Fig. 4 der Einsatz der Schalelemente in einem Schalsystem beschrieben. Ganz allgemein bedeu- ten gleiche Bezugsziffern gleiche Merkmale, so daß auf deren abermalige vollständigen Beschreibung gegebenenfalls verzichtet wird. An einem Stützrahmen 40 im schon gegrabenen Tunnel 18 sind mehrere Schalelemente 13 a, 13b befestigt. Sie sind längsverschieblich befestigt, angedeutet ist dies durch Rollen 41 zwischen Stützrahmen 40 und Schalelementen 13. Der Stützrahmen 40 befindet sich hinter der Ortsbrust 14 und kann sich in Tunnelrichtung nach hinten erstrecken. Die Schalelemente 13 befinden sich funktional zwischen Stützrahmen 40 und Betonschicht 10. Die Schalelemente 13 können einzeln und unabhängig voneinander in Tunnellängsrichtung verfahren wer- den.
Fig. 4B zeigt das Schalsystem im Schnitt. Der Schnitt liegt in Fig. 4A im hinteren Bereich des Schalsystems, man blickt von rechts nach links. In Fig. 4B erkennt man, daß der Stützrahmen 40 im Inneren des Tunnels 18 sich auch in Umfangsrichtung erstreckt. Mehrere Schalelemente 13a - d sind verschieblich am Stützrahmen 40 befestigt. Lediglich einige der Schalelemente sind durch Bezugsziffern bezeichnet. Die nicht bezeichneten .Schalelemente können genauso aufgebaut sein wie die mit Bezugsziffern versehenen. Die Schalelemente können die Stützschicht bzw. Betonschicht 10 in Umfangs- richtung ganz oder im wesentlichen vollständig abdecken, wobei beispielsweise kleine Spalten bzw. Fugen zwischen ihnen verbleiben können. Die Anlageflächen können auch mit gezielten Überlappungen vorgesehen sein. Die Schalelemente 13 können entsprechend der Krümmung des Tunnelprofils in Umfangsrichtung konturiert sein. In der gezeigten Ausführungsform sind alle Schalelemente 13 als beweglich gegenüber dem Stützrahmen 40 angedeutet. Dies kann, muß aber nicht so sein. Es kann beispielsweise ein Schale- lement fest mit dem Rahmen 40 verbunden sein, beispielsweise das untere. Wenn es in Tunnellängsrichtung verfahren werden soll, erfolgt dies zusammen mit dem Stützrahmen 40, der ebenfalls im Laufe der Zeit in Tunnelvortriebsrichtung wandern muß.
Schon aus den Fig. 4A und B wird ersichtlich, daß die Schalelemente 13 mehr sind als flache Schalbretter. Ihr Aufbau wird nun bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 näher beschrieben.
Fig. 2A zeigt ein Schalelement 13 schematisch von der Seite, Fig. 2B schematisch von oben (Blick auf die Schalfläche, also die am Beton anliegende Fläche).
Ganz allgemein haben die Schalelemente 13 zumindest die Aufgabe, den flüssigen Beton so lange zu halten, bis er abgebunden hat und sich selbst tragen kann. Wenn schnell bindender Beton verwendet wird, kann dieses Abbinden binnen einiger Minuten erfolgen, beispielsweise innerhalb einer Zeit von weniger als 15 min, vorzugsweise weniger 6 min. Der Beton hält sich dann zwar selber, ist aber noch nicht so weit durchgehärtet, daß er auch trag- fähig gegenüber externen Lasten (nämlich dem außen anliegenden Gebirge 17) ist. Dieses Durchhärten kann mehrere Stunden dauern. Bis es abgeschlossen ist, ist der Beton noch nicht voll tragfähig, so daß zum Auffangen externer Lasten eine weitere Unterstützung des Betons auch nach dessen Verfestigung aus dem flüssigen Zustand heraus notwendig ist. Auch diese Aufgabe kann von den Schalelementen 13 übernommen werden. Damit trägt der vordere Teil eines Schalelements 13 den noch flüssigen bzw. gerade abbinden- den Beton, während der hintere Teil zur Stützung des noch jungen, noch nicht vollständig durchgehärteten Betons und insbesondere zur Aufnahme der über dem Beton liegenden Last dient.
In der Seitenansicht der Fig. 2A liegt die Betonschicht 10 über der Fläche 21. Unter der Komponente 22 liegt im Einsatz der Stützrahmen 40 des Schalsystems. In den Fig. 2A - C ist links in Vortriebsrichtung vorne, rechts ist in Vortriebsrichtung hinten. 21 symbolisiert ein Schalbrett, dessen in der Figur nach oben zeigende Oberfläche am Beton anliegen kann. In der Regel wird das Schalbrett aus einem metallischen Material bestehen oder ein solches aufweisen. Unter dem Schalbrett 21 liegt ein Schalrahmen 22, der vorzugsweise biegesteif ist. Er kann eine vergleichsweise massive Konstruktion aufweisen. Schalbrett 21 und Schalrahmen 22 können in Tunnelvortriebsrichtung gegeneinander unverschieblich miteinander verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch eine vergleichsweise starre Befestigung 24 im vorderen Bereich des Schalelements 13 geschehen.
Zwischen Schalbrett 21 und Schalrahmen 22 sind Kraftübertragungselemente 23 vorgesehen, die einstellbar sind. Sie können hinsichtlich ihrer Abmessung und/oder hinsichtlich der durch sie übertragenen Kraft einstellbar sein. Es kann sich bei ihnen beispielsweise um mit Fluid befullbare Kissen oder um Hydrauliken handeln, wie dies bezugnehmend auf Fig. 5 später erläutert wird.
Ganz allgemein sind zumindest Teile der radial außen liegende Schalfläche des Schalbretts 13 in Radialrichtung des Tunnels verstellbar. Dies kann bei- spielsweise durch die einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 erfolgen. Die Einstellbarkeit der Kraftübertragungselemente 23 kann mehreren Zwek- ken dienen.
Zum einen wird es dadurch möglich, das gesamte Schalsystem im Tunnel so auszurichten und zu verfahren, daß Krümmungen des Tunnels gebaut werden können. Zum anderen können durch das Zulassen gezielter Verformungen, insbesondere Schrumpfungen bzw. Stauchungen des noch jungen Betons, bestimmte Punkte in der Gebirgskennlinie angefahren werden, wie dies in der DE 199 14 973 insbesondere bezugnehmend auf dort Fig. 6 und 7 beschrieben ist. Die dort beschriebenen Kriterien können somit als Steuerungs- bzw. Regelungsziel einer Ansteuerung für die einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 dienen.
In Fig. 2A liegt vorne (links) derjenige Teil des Schalelements, der in den Schlitz 15 an der Ortsbrust 14 geschoben wird. Auch in diesem Bereich ist das Schalbrett 21 im wesentlichen eben. Ganz allgemein erstreckt sich somit das Schalbrett 21 in Umfangsrichtung und in Tunnelvortriebsrichtung. In Fig. 2A ist die Ebene lediglich durch eine seitliche Schürze 27 verdeckt, die sich aus der Ebene des Schalbretts 21 heraus hin zum Fels in radialer Richtung erstreckt. Mit der Schürze 27 wird der flüssige Beton am seitlichen Abfließen gehindert. Im Bereich hinter der Schürze 27 wird von schon abgebundenem Beton ausgegangen, so daß ein seitliches Stützen nicht mehr erforderlich ist. Es wird darauf hingewiesen, daß das Volumen, das durch das Vorschieben eines Schallbretts entsteht, auch durch Schürzen benachbarter Schalbretter geschlossen werden kann. Dies kann insbesondere bei einer geneigten Orts- brüst der Fall sein, wo Schalbretter eben wegen der Neigung in Vortriebsrichtung (z-Koordinate) unterschiedliche Positionen haben. Ein Schalbrett kann somit Schürzen aufweisen, die nicht (nur) der Abdichtung des eigenen Schalvolumens dienen, sondern (auch) der des Schalvolumens des Nachbarschal- bretts. Solche Schürzen können am Schalbrett seitlich und vor dem eigenen Schalvolumen liegen.
Fig. 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Schalelement 13. Bezogen auf die Einbaulage im Einsatz erfolgt der Blick von radial außen nach radial innen. Unter dem Schalbrett 21 sind gestrichelt der Schalrahmen 22 und die einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 angedeutet. Vorne (linke) liegen Schürzen 27a (seitlich) und 27b (vorne) zum Halten des flüssigen Betons. Je nach Einbaulage können auch zwei seitliche Schürzen 27a auf beiden Seiten des Schalbretts 21 oder auch gar keine seitliche Schürze 27a vorgesehen sein.
Das Schalbrett 21 ist vorzugsweise so aufgebaut, daß es in bestimmtem Umfang gezielt deformierbar ist, insbesondere in Radialrichtung. Um solche Deformierungen zuzulassen, können Schlitze 25 im Schalbrett vorgesehen sein, die geeignet positioniert und dimensioniert sind. Gezeigt ist eine Ausfüh- rungsform, in der seitliche Schlitze vorgesehen sind, die in Tunnelvortriebsrichtung voneinander beabstandet sind. In der Mitte des Schalbretts kann ein "Rückgrat" verbleiben. Durch solche Schlitze sinkt die Eigensteifigkeit des Schalbretts 21, und einzelne Teile desselben können unabhängig voneinander durch die einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 in ihrer Lage oder hinsichtlich der von ihnen übertragenen Kraft eingestellt werden. (Einfügung zur PCT-Anmeldung:) Wie in Fig. 2A gezeigt, kann das Schalbrett 21 auch aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sein, die in Umfangsund/oder in Vortriebsrichtung voneinander getrennt sind und an einem gemeinsamen Schalrahmen 22 befestigt sind, ggf. über jeweilige Kraftübertra- gungselemente 23.
Fig. 2C zeigt eine perspektivische Darstellung eines Schalbretts 21. Man blickt von radial (Tunnelradius) innen auf das Schalbrett, also letztendlich auf die andere Seite als die, auf die in Fig. 2B geblickt wird. Fig. 2C deutet an, daß das Schalbrett 21 in Tunnelumfangsrichtung profiliert bzw. gebogen sein kann. Abermals sind Schlitze 25 zu sehen, die die oben beschriebene Funktion haben. Mit 23 ist ein Kraftübertragungselement symbolisiert. Die Schlitze können auch ganz durchgehend sein, beispielsweise in Umfangsrichtung, so daß ein Schalbrett aus mehreren Einzelelementen besteht. Bei Einze- lelementen können diese auch überlappend vorgesehen sein, so daß weniger von einem Schlitz als vielmehr von einer Trennung zu sprechen wäre. 29 symbolisiert eine Versteifung des "Rückgrats", die je nach Bedarf die mechanische Steifigkeit festlegen kann. Bei Einzelelementen wäre die Versteifung die Verbindung der Einzelelemente. 24 symbolisiert eine vergleichswei- se feste Verbindungseinrichtung, mit der das Schalbrett 21 mit dem (nicht gezeigten) Schalrahmen 22 verbunden werden kann.
Die Kraftübertragungselemente 23 wirken somit zwischen Schalbrett 21 und Schalrahmen 22. Letzterer ist vergleichsweise biegesteif, während ersteres so ausgelegt ist, daß bestimmte Formgebungen einstellbar sind oder durch äußere Last möglich werden. Die Verbindung 24 zwischen Schalbrett und Schal- rahmen ist vorzugsweise so, daß sie keine Verschiebungen der beiden Komponenten gegeneinander in Tunnelvortriebsrichtung zuläßt. Sie kann auch in Tunnelradialrichtung starr sein.
Fig. 3 zeigt Ausführungsformen des Kopfes des Schalbretts 21. Unter "Kopf wird der vorne liegende Teil des Schalbretts verstanden. Die Fig. 3A und B zeigen, daß die Vorderkante des Schalbretts nicht rechtwinklig zu den Seitenkanten verlaufen muß. Es kann ein Winkel gewählt werden, der an die Neigung der Ortsbrust angepaßt ist und der anders als rechtwinklig ist. Der Winkel kann von der Lage des Schalbretts im Schalsystem abhängen. Die Vorderfläche 32 des Schalbretts kann gegenüber der Radialrichtung des Tunnels abgewinkelt sein. Es ergibt sich dadurch eine markante Kante 35, mit der entweder (unten im Tunnel) in den Schlitz gefallenes Material beim Vorschub des Schalbretts unterfahren oder mit dem gegebenenfalls noch fest in den Schlitz stehendes Material in geringem Umfang abgeschabt werden kann.
Fig. 3B zeigt, daß; die seitliche Schürze 27a so ausgebildet ist, daß sie sich nach hinten verjüngt. Dadurch wird das Ausschalen erleichtert, die Schürze löst sich leicht vom stehenden Beton, wenn sie zusammen mit dem Schale- lement 13 nach vorne geschoben wird. Die Länge L der seitlichen keilförmigen Schürze 27a ist vorzugsweise länger als der Vorschub V des Schalelements 13 in einem Arbeitsgang. Die Keilform wird so gewählt, daß sichergestellt ist, daß im folgenden Arbeitsgang noch im Fließquerschnitt ausreichend dimensionierte Verbindungen zu nicht mit Beton verfüllten Räumen bestehen (die aufgrund eben des Vorhandenseins der seitlichen Schürze 27a entstanden), so daß im folgenden Arbeitsgang (ein Schritt weiter vorne) Beton in das ehemals von der keilförmigen Schürze eingenommene Volumen fließen kann, so daß auch diese noch verfüllt sind. Die Höhe H des Kopfes des Schalbretts 21 entspricht im wesentlichen etwa der Dicke der zu fertigenden Betonschicht 10.
Der Schnitt der Fig. 3C zeigt, daß Profilierungen der Schürzen so sein können, daß sich ein System von Nut und Federn ergibt. Dies ist durch die abgewinkelte Innenwand 33 der vorderen Schürze 27b angedeutet. Weiter hinten gestrichelt angedeutet ist die Art und Weise, wie die in unterschiedlichen Arbeitsschritten gebildeten Stützschichtringe nach Art von Nut und Feder ineinandergreifen.
Gebirgenahe Bereiche der Schürzen 27 können beheizbar sein. Dadurch kann eine weitere Beschleunigung des Abbindens des flüssigen Betons erreicht werden (beispielsweise hin zu Zeiten von weniger als 10 s). Verbleibende Undichtigkeiten zwischen radialer Außenkante einer Schürze und umgebendem Fels werden dadurch schnell durch ausgehärteten Beton zugesetzt. Die beheizbaren Bereiche sind in Fig. 3B und C durch Bezugsziffer 34 angedeutet. Es kann sich beispielsweise um die gebirgenahen Kanten der Schürzen 27 handeln.
Mit Bezugsziffer 36 ist ganz allgemein eine Einrichtung angedeutet, mittels derer Beton in den sich beim Vorschub des Schalelements 13 ergebenden Freiraum zwischen Schalraum und Gebirge gefordert werden kann. Schema- tisch ist lediglich eine Leitung gezeigt. Es kann sich jedoch um mehrere Leitungen und eine Mischeinrichtung handeln, die beispielsweise Beton und Be- schleuniger (zum Beschleunigen des Abbindens) unmittelbar vor dem Auslaß miteinander vermischen. Der Einlaß kann durch die Wand der vorderen Schürze 27b erfolgen. Allgemein kann das Verfullen des beim Vorschub des Schalelements 13 entstehenden Volumens "synchron" zum Vorschub erfol- gen. Das Volumen wird so mit Beton verfüllt, wie es beim Vorschub entsteht. Dadurch wird verhindert, daß Material vom umgebenden Gebirge in das zu verfüllende Volumen fällt, so daß eine ungestörte Betonschicht entsteht.
Fig 3D zeigt den Kopfbereich eines Schalelements, wie es im Schlitz 15 steckt. Eine Zunge 38 kann sich vom Schalvolumen aus nach vorne (z- Richtung) erstrecken. Es können beispielsweise in der Zunge 38 Abdichteinrichtungen 37 vorgesehen sein, mit denen Abdichtungen zum Gebirge 17 hin vorgenommen werden können. Es kann sich beispielsweise um befüllbare Kissen handeln. Sie können mit warmem Wasser gefüllt werden. Die Ab- dichteinrichtung kann auch eine Einrichtung zum Einbringen von schnell aushärtendem Material (bspw. Bauschaum) zwischen Schalbrett 13, insbes. Zunge 38 und Gebirge 17 sein. Es kann sich auch um weitere Zugabeeinrichtungen für Beschleuniger handeln, die das Abbinden des Betons beschleunigen. 36 b und c symbolisiert verschiedenen Leitungen für etwa Beton und Beschleuniger, 36a eine Mischeinrichtung. Der Einlaß in das Schalvolumen ist vorne unten im Schalbrett 21.
Fig. 3E zeigt eine mechanische Ausführung einer Abdichteinrichtung 39. Es handelt sich um vorne um eine Achse 39b schwenkbar gelagerte Keile 39a, die elastisch gegen das Gebirge gedrückt werden. Hinten sind sie geschlossen, damit sie nicht mit Beton verfüllt werden. Auch sie können mit beheiz- tem Fluid gefüllt sein. Für ein Schalelement 13 können mehrere Keile 39a über dessen Breite verteilt vorgesehen sein.
In Fig. 4A ist durch Bezugsziffer 43 eine Steuerung bzw. Regelung für die verschiedenen Komponenten des Schalsystems gezeigt. Ganz allgemein kann die Steuerung bzw. Regelung 43 Signale von einer Sensorik 44 empfangen und nach deren Maßgabe Aktorik 42 geeignet ansteuern, insbesondere die Kraftübertragungselemente 23.
Die Länge eines Schalelements 13 in Tunnelvortriebsrichtung kann größer als der halbe Tunneldurchmesser oder größer als der ganze Tunneldurchmesser sein. Soweit auf Tunneldurchmesser Bezug genommen wird und der Tunnelquerschnitt nicht kreisförmig ist, wird auf den größtmöglichen Durchmesser Bezug genommen. Typische Tunneldurchmesser können zwischen 4 und 15 m liegen, vorzugsweise zwischen 6 und 10 m. Der Stützrahmen 40 des Schalsystems hat in Tunnelvortriebsrichtung vorzugsweise mindestens die halbe Länge eines. Schalelements, weiter vorzugsweise mindestens 2/3 der Länge eines Schalelements in Tunnelvortriebsrichtung. Über den Tunnelumfang können 4 bis 20 Schalelemente vorgesehen sein, vorzugsweise 6 bis 15. Ihre Abmessung in Umfangsrichtung kann 1 bis 4 Meter betragen, vorzugsweise 2 bis 3,5 Meter.
Fig. 5 zeigt Ausfuhrungsformen der einstellbaren Kraftübertragungselemente. Fig. 5A zeigt schematisch fluid-befüllbare Kissen 50, die für die Aufnahme der jeweils gewünschten Drücke etc. ausgelegt sind. Über einen Anschluß 51 und eine Leitung 52 steht das Kissen 50 mit einer Hydraulikquelle 53 in Fluidverbindung. Dazwischen können noch geeignete Ventile etc. liegen. Durch 54 ist ein Drucksensor mit einer Ableitung 55 angedeutet. Der Drucksensor kann Teil der Sensorik 44 sein und im Kissen 50 liegen oder auch an einer damit in Fluidverbindung stehenden Stelle in der Leitung 52. Wenn das Kissen 50 mit Fluid befüllt wird, dehnt er sich aus. Wenn Fluid abgelassen wird, wird er kleiner. Denkbar sind einerseits Volumensteuerung (so daß eine bestimmte Abmessung erreicht wird) oder Drucksteuerung (so daß entsprechend F = p • A eine bestimmte Kraftübertragung erreicht wird).
Als Fluid kann ein kompressibles oder unkompressibles Medium oder eine Mischung hiervon gewählt werden. Denkbar sind beispielsweise Luft oder Hydrauliköl. Im Einsatz würde das Kissen 50 zwischen Schalbrett 21 und Schalrahmen 22 liegen.
Fig. 5B zeigt schematisch eine andere Ausfuhrungsform. Zwischen Schal- brett 21 und Schalrahmen 22 ist eine mehr oder minder herkömmliche Hydraulik 56 angedeutet. 57 und 58 sind Kraftübertragungselement, die vorgesehen sein können, um einen allzu punktuellen Krafteintrag auf Schalbrett und/oder Schalrahmen 22 zu vermeiden. Auch hier ist eine Kraft- oder Abmessungssteuerung denkbar.
Die Verwendung von Kissen hat den Vorteil, daß sie in unaufwendiger Weise Scherbewegungen zwischen Schalbrett und Scharahmen (in z-Richtung und/oder in Umfangsrichtung) zulassen bzw. aufnehmen können. Bezugnehmend auf Fig. 6 werden Überlegungen hinsichtlich der Frage erläu- tert, wie das Schalsystem "um die Kurve" fahren kann, also wie eine Krümmung des Tunnels gebaut werden kann. Um Kurven im Tunnelbau auffahren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, zunächst natürlich den Schlitz an der Ortsbrust entsprechend der gewünschten Geometrie zu graben. Bei engen Kurven können sich dabei (abhängig natürlich auch von der Länge des Vortriebs pro Umlauf der Stützschicht) Verschiebungen im Vergleich der einzelnen Umläufe zueinander von bis zu einigen Zentimetern ergeben, typisch jedoch 0 bis 10 Millimeter. Das Graben des Schlitzes ist insoweit eher unproblematisch, dies kann durch eine geeignete Positionsregelung der Grabvorrichtung eingesteuert bzw. eingere- gelt werden.
Durch die längliche Ausrichtung des Schalsystems und durch sein flächiges Anliegen an der Innenseite der Betonschicht 10 wäre aber a priori ein Vorschieben des Schalsystems immer nur geradeaus möglich, da das System zwar vorne frei wird, aber hinten durch den schon gebauten Tunnel geführt bleibt. In Fig. 6 entspricht die Geradeausrichtung der gestrichelten Linie 66. Nun kann es natürlich bei Tunnels gewünscht sein, diese einer Kurve folgend zu bauen, stark übertrieben angedeutet durch Linie 67. Die Kurve kann dabei wahlweise in der horizontalen und/oder in der vertikalen Ebene liegen. Im Straßenbau liegen Radien R von Tunnelverläufen selten unter 500 m. Im U- Bahnbau können sie jedoch beispielsweise bei Wendepunkten bis zu 150 m eng werden. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß insbesondere die Führung der Maschine durch die hinten liegende Stützschicht nicht zu ungewollter Geradeausfahrt führt. Damit auch das Schalsystem dem gekrümmten Weg folgt, ist vorgesehen, den Stützrahmen 40 des Schalsystems entsprechend der gewünschten Krümmung neu im Tunnel auszurichten. Die Verschiebung der Schalelemente 13 und damit auch der Bau weiterer Abschnitte der Stützschicht erfolgen dann zukünftig entsprechend der neuen Ausrichtung. Beim Neuausrichten des Stützrahmens 40 wird dieser dabei die Schalrahmen 22 in die neue Ausrichtung "mitnehmen", während aufgrund der einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 die Schalbretter 21 nach wie vor am Tunnelumfang anliegen. Beim weiteren Vorschub der Schalelemente 13 werden diese dann entlang der geänderten Ausrichtung vorgeschoben, so daß sie der geänderten Bahn folgen.
Zur Ausrichtung des Stützrahmens 40 ist eine Ausrichteinrichtung vorgesehen. Sie kann eine Lagesteuerung bzw. Lageregelung aufweisen. Die Aus- richteimichtung kann beispielsweise eine schematisch angedeutete Einstel- leinrichtung 60 aufweisen. Es kann sich beispielsweise um eine Einrichtung handeln, die mechanisch zwischen Stützrahmen 40 und der Betonschicht 10 wirkt. Sie kann beispielsweise am hinteren Ende des Stützrahmens 40 angebracht sein. Es kann sich um Hydraulikzylinder handeln, die funktional zwi- sehen Stützrahmen 40 und Tunnelwand bzw. Betonschicht 10 liegen und die das hintere Ende des Stützrahmens entsprechend den geometrischen Anforderungen "herumdrücken".
Im Beispiel der Fig. 6 wird angenommen, daß bisher längs einer geraden Li- nie 66 das Tunnel vorgetrieben wurde. 61 symbolisiert eine gedachte Längsachse des Schalsystems. Ab sofort soll das Tunnel längs der Kurve 67 vorge- bracht werden. Demzufolge wäre es notwendig, für das nächste Segment der Stützschicht die Längsachse der Schalvorrichtung auf die neue Richtung 62 auszurichten. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Komponente 60a ausgefahren wird, während die Komponente 60b kleiner gemacht wird. Beispiels- weise kann es sich bei den Komponenten 60 um hydraulisch betriebene Stempel handeln. Um eine Bewegung in beiden Raumrichtungen (auf/ab bzw. links/rechts) zu ermöglichen, wären mindestens drei Komponenten möglich, die über den Umfang des Stützrahmens verteilt an der Tunnelwand angreifen. Wenn die Längsachse des Stützrahmens 40 von der ehemaligen Ausrichtung 61 auf die neue Ausrichtung 62 eingestellt ist, werden auch die Führungen der Schalelemente 13 dementsprechend verändert ausgerichtet sein. Schematisch angedeutet ist dies im Übergang von Stützrahmenkante 63 auf die neue Kante 64. Dementsprechend wird auch der weitere Vorschub der Schalelemente entsprechend der neuen Richtung erfolgen.
Die Komponenten 60 können auch zur Verrollungskontrolle ausgelegt sein bzw. verwendet werden. Tunnelbaumaschinen neigen (wegen unsymmetrischer Last oder wegen aufgebrachter externer Momente) zum Verrollen um die z-Achse. Durch die Elemente 60 kann ein gegenhaltendes Moment um die z- Achse eingeleitet werden. Die Elemente 60 wären dann so zu positionieren und anzusteuern, daß Kräftepaare erzeugt werden, die um die z- Achse das gewünschte Moment liefern. Diese Kräfte können denen zum Lenken des Rahmens wie oben beschrieben überlagert werden.
In einer bestimmten Ausfiährungsform können die Schalelemente 13 beispielsweise so aufgebaut sein, daß sie in radialer Richtung vorne starr und nach hinten radial einstellbar sind. Dann wird insbesondere vorne die Stützschicht 10 entsprechend den neu ausgerichtet vorgefahrenen Köpfen der Schalelemente 13 gebildet. Nach hinten erfolgt weiterhin die Stützung der Stützschicht durch die wegen der einstellbaren Kraftübertragungselemente 23 nach wie vor anliegenden Schalbretter 21.
In Fig. 6 ist eine in radialer Richtung starre Verbindung zwischen Kopf eines Schalelements 13 und dem Stützrahmen 40 durch eine dicke Verbindung zwischen beiden angedeutet. Mit 65 ist allerdings eine Drehbeweglichkeit der Verbindung angedeutet, so daß das "Herumheben" des Stützrahmens 40 den vorne noch jungen Beton nicht über die Maßen quetscht oder staucht.
Anstelle einer separat vorgesehenen Einstelleimichtung 60 können deren Funktionen auch von den einstellbaren Kraftübertragungselementen 23 über- nommen werden. Wenn beispielsweise Kissen gemäß Fig. 5A verwendet werden und ein Herumheben entsprechend Fig. 6 erfolgen soll, müßten die unteren Kissen aufgepumpt und die oberen Kissen entsprechend abgelassen werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die jeweiligen Steuerungsmaßnahmen können auch im Rahmen einer Regelung erfolgen. Eine Positi- onssensorik bzw. Lagesensorik ist dann vorteilhafterweise einzusetzen, nach deren Maßgabe die Ansteuerung der einzelnen Komponenten erfolgen kann. Ein radial starrer Durchmesser des Schalsystems kann an einer Stelle in Tunnellängsrichtung vorgesehen sein (in Fig. 6 vorne), dies muß aber nicht so sein. Vielmehr können auch vorne einstellbare Kraftübertragungselemente vorgesehen sein. Wenn eine radial starre Verbindung vorgesehen ist, kann diese vorne liegen. Dies muß aber nicht so sein. Sie kann beispielsweise auch in der Mitte oder hinten liegen.
Allgemein kann das Schalsystem modular in der Weise aufgebaut sein, daß ein "Standard" -Stützrahmen 40 vorgesehen ist, mit dem verschiedene Tunneldurchmesser und -geometrien abgedeckt werden können. Die Anpassung an die konkret gewünschten Maße und (Querschnitt-)Geometrien erfolgt durch geeignete Auslegung und dimensionierung der Schalbretter.
Fig. 7 zeigt perspektivisch wesentliche Komponenten einer Tunnelbaumaschine, wie sie zur Umsetzung eines der oben beschriebenen Verfahren verwendet werden können. Es handelt sich um diejenigen Maschinenteile, die den umlaufenden Schlitz an der Ortsbrust im Gebirge haben. Vorne (in Fig. 7 links) sitzt ein Grabwerkzeug 70, das automatisch, gegebenenfalls aber auch manuell längs der gewünschten Bahn geführt werden kann, so daß der nachher mit Beton zu verfüllende Schlitz 15 auf diese Weise gegraben werden kann.
Das Werkzeug 12, 70 kann beispielsweise ein Schneidkopf oder ein Fräskopf sein. Beispielhaft dargestellt ist ein Längsschneidkopf 70, der sich um die Längsachse des Armes, an dem er angebracht ist, dreht. Der Kopf steckt jeweils in dem zu bauenden Schlitz, wird kreislinien- oder spiralförmig (gegebenenfalls jeweils geneigt) gefuhrt und fräst auf diese Weise Material aus der Ortsbrust.
Das Werkzeug selbst ist an einem ersten Arm 73 befestigt Allgemein ist der Bewegungsmechanismus des Werkzeugs so gewählt, daß keine Translationsbewegung notwendig ist, sondern daß das Werkzeug über rotatorische Bewegungen geführt werden kann
Die Ausfxihrungsform mit einem translatorischen und zwei rotatorischen Freiheitsgraden hat den Vorteil, daß sie kleinere Baugrößen erlauben kann.
Die Einstellung der Position des Werkzeugs kann beispielsweise mittels Hy- draulikkolben 78 erfolgen. Diese können Teil einer Regelung sein, wobei eine Regelungseinrichtung 72 Signale von einer Sensorik 77 empfängt und die Aktorik, insbesondere die Hydraulikkolben 78 geeignet ansteuert. Der gesamte Aufbau kann in einen Stützrahmen 71 eingehängt sein, der sich im schon gegrabenen Tunnel befindet.
79 bezeichnet eine Fördereinrichtung. Sie ist als Schnecke aufgebaut, die sich zusammen mit dem Schneidknopf bzw. Fräskopf 12, 70 dreht und die somit losgegrabenes Material aus dem Schlitz herausfördert, soweit dies nicht schon durch die Schwerkraft geschieht. Wenn sich das Material hinter der Ortsbrust befindet, kann es durch herkömmliche Schuttereinrichtungen (Bagger, Förderband, Saugeinrichtungen) abtransportiert werden.
Das Werkzeug 70 kann so ausgelegt sein, daß es nach dem Graben eines
Umlaufes des Schlitzes die dann stehengebliebene Ortsbrust entfernt, bzw. löst, um dann weiter vorne den nächsten Arbeitsschritt zu beginnen. Für die
Maschine kann eine Verrollungskontrolle wie weiter oben beschrieben vor- gesehen sein. Es können mehrere Werkzeuge vorgesehen sein, bspw. eines zum Graben des Schlitzes und eines zum Abgraben des Materials von der Ortsbrust.
5 In einer besonderen Ausführungsform werden die oben beschriebene Tunnelbaumaschine und das oben beschriebene Schalsystem miteinander kombiniert. Sie weisen dann einen gemeinsamen Stützrahmen 40, 71 auf, an dessen Außenseite die Schalelemente 13 befestigt und bei dem innen das verschwenkbare Werkzeug 12, 70 eingehängt ist. Lediglich eine Verrollungs- l o kontrolle ist dann notwendig.
Der konkrete Bau eines Ringes bzw. Ringteiles (bei unvollständigem Umlauf) der Stützschicht erfolgt so, daß der Werkzeugkopf den Schlitz fräsend um den Tunnelumfang hemmgeführt wird. In Fig. 4B kann man beispiels-
15 weise annehmen, daß er sich im Uhrzeigersinn um den Tunnelumfang herum bewegt. Man kann z.B. annehmen, daß der Werkzeugkopf sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Position A in Fig. 4B am Tunnelumfang an der Ortsbrust befindet. Er bewegt sich dann abwärts. Wenn die Position B passiert ist kann das Schalelement 13d nach vorne geschoben werden, so daß
20 abermals ein Stück der Stützschicht gebaut werden kann, indem das sich ergebende Volumen zwischen Schalbrett und Berg mit flüssigem Beton verfüllt wird. Wenn im weiteren Verlauf der Fräskopf die Position C passiert hat, wird das nächste Schalelement 13E nach vorne geschoben, usw. Beim Vorschieben eines Schalelements können die einstellbaren Kraftübertragungse-
25 lemente kurzzeitig entlastet werden, damit die Reibung zwischen Schalbrett und Beton nicht unnötig groß wird. (Nachfolgend Einfügungen zur PCT-Anmeldung:) Figs. 8A und B zeigen eine andere Ausfuhrungsform des Kopfbereichs der Schalelemente, insbesondere der Schalbretter 13, 21. Hier sind weder vorne noch an den Seiten des Kopfes (Bereich in Vortriebsrichtung z vorne) des Schalbretts feste und sich in radialer Richtung erstreckende Wandungen vorgesehen, die das Abfließen des noch jungen Betons verhindern würden. Die Abdichtung nach vorne kann statt dessen so erfolgen, daß im Schlitz 15 das Schalbrett so weit nach vorne geschoben wird, daß es an der vordersten Begrenzung des Schlitzes ansteht. Wenn es die Geologie erlaubt (lockeres Gestein), kann das Schalbrett auch in gewisser Weise mit Kraft in den Berg eingedrückt werden, um an der Vorderkante Dichtigkeit zu erreichen. Ggf. können weitere Dichteinrichtungen vorgesehen sein, bspw. aufblasbare Luftkissen, kleine und in Vortriebsrichtung verfahrbare und ggf. kraftbelastete Platten, evtl. auch abbindende Ver- brauchsmaterialien wie Bauschaum o. ä..
Die Abdichtung der mit Beton zu verfallenden Kammer in Umfangsrichtung kann mit einem seitlich am Kopf angebrachten schwenkbaren Schott 81 erfolgen. Figs. 8A und B zeigen hierzu schematische Ansichten. Die Dimen- sionierung der Schalbrettköpfe kann so sein, daß sie zwischen benachbarten Schalbrettköpfen einen sich längs der Kopfseite (also in Vortriebsrichtung z) erstreckenden Schlitz freilassen, so daß ein Schott in radialer Richtung eingeschoben und zurückgezogen werden kann. 82 symbolisiert eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Schotts 81. Sie kann am Schalbrett 13, 21 an- gebracht sein. Es wird dann wie folgt verfahren, siehe Fig. 9 (Schnitt parallel zur Ortsbrust durch die Kopfbereiche der Schalbretter): Nachdem der Schlitz so weit in Umfangsrichtung (Doppelpfeil U) gebaut wurde, daß ein weiteres Schalbrett 91 vorgeschoben werden kann, wird dieses so weit (in Vortriebsrichtung z) vorgeschoben, daß es an der vordersten Begrenzung des Schlitzes 15 ansteht. Ggf. werden weitere Dichtungsmaßnahmen wie oben insbesondere bezugnehmend auf Figs. 3A bis 3E beschrieben getroffen. Dann wird das Schott 92 an der in Schlitzbaurichtung (Doppelpfeil U) vorne liegenden Seite des Schalbrettkopfes ausgefahren, d. h. in radialer Richtung (Doppelpfeil R) so weit vorgeschoben, daß es am Umfang ansteht. Ggf. können auch hier weitere Dichtungsmaßnahmen wie oben beschrieben getroffen werden. Damit ist die in Schlitzbaurichtung (Doppelpfeil U) vorneliegende Seite des Schalbretts 91 (in Fig. 9 rechts) abgedichtet. Andererseits wird das Schott 93 an der in Schlitzbaurichtung hinten liegenden Seite des Schalbrettkopfes zu- rückgefahren, d. h. in radialer Richtung so weit zurückgezogen, daß es mit seiner Stirnseite (radial vorne) den Schlitz abdichtet. Wenn die Köpfe so dimensioniert sind, daß kein oder nur ein schmaler Schlitz zwischen benachbarten Schalbrettköpfen verbleibt, kann schon vorher das Schott so weit entfernt werden, daß das nächste Schalbrett vorgeschoben werden kann. Damit ist die in Schlitzbaurichtung hintenliegende Seite des Schalbretts (in Fig. 9 links) abgedichtet. Die Abdichtung bildet hier die Flanke des schon verbauten Betons. Dann wird die Kammer mit Beton verfullt, und das Verfahren wiederholt sich.
Der Aufbau kann so sein, daß die Schotts an den Schalbrettkopfseiten beweglich angebracht sind. Es kann pro Schalbrettkopf ein Schott vorgesehen sein, vorzugsweise jeweils an dessen in Schlitzbaurichtung vorneliegender Seite. Zur Vereinfachung des Aufbaus kann es vorgesehen sein, schwenkbare Schotts in dem Bereich des Umfangs, in dem der Schlitz (und damit die Stützschicht) aufsteigend hergestellt wird, an den Schalbrettern wegzulassen, da dort die dann offene Seite der zu verfüllenden Kammer oben liegt, so daß der flüssige Beton nicht abfließen kann.
Das Schott kann auch die Funktion des Schutzes der Berieselung des frischen Betons mit beim Schlitzgraben losgelöstem Material bilden. Es kann entspre- chend dieser Funktion vorgesehen sein, insbesondere dann auch an allen Schalbrettern ungeachtet ihrer Lage am Umfang.
Der Begriff Schott ist allgemein zu verstehen. Es kann, muß sich aber nicht um verschiebliche (Metall-)Platten handeln, beispielsweise einer Dicke von 3 bis 15 cm. Denkbar sind auch andere bewegliche Strukturen, bspw. aufblasbare bzw. befüllbare Strukturen, die sich im befüllten Zustand zwischen Schalbrettkopfseite und Gebirge legen, oder Kombinationen solcher Strukturen.
Eine weitere Möglichkeit ist es, Vakuumbeton zum Bau der Stützschicht im wie oben beschrieben gebauten Schlitz zu verwenden. Die Verbauweise von Vakuumbeton wird bezugnehmend auf Fig. 10 prinzipiell erläutert. Der Begriff "Vakuum" ist dabei jargonhaft zu verstehen. Unterdruck soll davon auch erfaßt sein. In Fig. 10 ist mit Ziffer 100 der frische Beton bezeichnet. Unmittelbar darauf wird eine Struktur 101 gelegt, die es erlaubt, dem frischen Beton Wasser zu entziehen, indem Vakuum bzw. Unterdruck auf den Beton einwirkt. Unmittelbar auf den frischen Beton legt man eine Filterschicht 102, die im wesent- liehen den Durchtritt von Beton verhindert, aber den Durchtritt von Wasser erlaubt. Über der Filterschicht liegt von ihr von vorzugsweise säulenartigen Abstandshaltem 103 beabstandet gehalten eine Dichtschicht 104, die luftdicht ist. Durch einen geeigneten Absaugmechanismus (schematisch mit 105 bezeichnet) wird zunächst die Luft zwischen Filterschicht 102 und Dicht- schicht 104 abgesaugt. Wegen des unmittelbar über dem Beton herrschenden Unterdmcks wird diesem Wasser entzogen, es sickert durch die Filterschicht 102 in die kommunizierenden Gänge 106 um die säulenartigen Abstandshalter 103 hemm zwischen Filterschicht 102 und Dichtschicht 104 und wird von dort abgesaugt. Dem Beton wird so Wasser entzogen. Gleichzeitig wird er durch den auf ihn wirkenden Luftdruck komprimiert.
Dadurch ist der Beton unmittelbar nach der "Vakuum" -Behandlung so fest, daß er sich selbst trägt. Danach bindet er in herkömmlicher Weise ab und erreicht im Verlauf von Stunden bzw. Tagen seine Endfestigkeit. Im Vergleich zum Abbinden mit Beschleunigem hat dies den Vorteil, daß beim Anbetonie- ren eines folgenden Umlaufs der Stützschicht dieser an noch nicht abgebundenen Beton anbetoniert wird, so daß ein guter Verbund zwischen neuem und früherem Umlauf entsteht.
Im herkömmlichen Vakuumbetonbbau sind dabei Filterschicht 102 und Abstandshalter 103 eine Folie, auf die eine weitere Folie als Dichtschicht aufge- legt wird. Diese Kombination bildet die Stmktur 101. Die Porosität der Filterschicht erhält man durch kleine Löcher in der Filterschicht. Die Stmktur aus Filterschicht 102, Abstandshalter 103 und Dichtschicht 104 kann aber auch starr sein und ggf. sogar unmittelbar zum Halten des jungen Betons die- nen. Die einzelnen Komponenten der Stmktur 101 können metallisches Material oder Kunststoff aufweisen. Sie können einzeln oder als Gesamtverbund vorliegen. Die Stmktur 101 kann den Kopfbereich eines Schalbretts nach den Figuren 3 oder 8 bilden, oder sie kann dort, wie in Fig. 11 gezeigt, als Belag eines Schalbretts 13, 21 und ggf. eines Schotts 81 vorgesehen sein. In Vor- triebsrichtung hinter dem o.g. Aufbau kann eine herkömmliche Schalung oder eine Schalung wie oben beschrieben folgen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Tunnelbau, bei dem an der Ortsbmst im Gebirge ein Schlitz vorzugsweise um den Tunnelumfang umlaufend vorauseilend hergestellt, eine Stützschicht aus einem aushärtenden Werkstoff gebildet und dann Material von der Ortsbmst abgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Halten des Werkstoffs während des Aushärtens ein Schalelement in den Schlitz geschoben wird.
2. Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalelement in Tunnelvortriebsrichtung in den Schlitz vorgeschoben wird, wobei das zwischen Schalelement und Gebirge während des Vorschubs entstehende Volumen augenblicklich mit dem Werkstoff verfüllt wird.
3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung des Tunnels mehrere Schalelemente vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung nacheinander und dem den Schlitz grabenden Werkzeug folgend in Tunnelvortriebsrichtung vorgeschoben werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschicht einer um den Umfang geschlossenen Linie folgend hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschicht einer um den Umfang umlaufenden Spirallinie folgend hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspmch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im Umlauf obenliegende Teil der Stützschicht in Tunnelvortriebsrichtung weiter vorne gebildet wird als der im Umlauf untenliegende Teil.
7. Schalelement (13) zum Einschalen und Stützen einer Stützschicht (10) im Tunnelbau, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem im schon gegrabenen Tunnel liegenden Stützrahmen (40) in Tunnelvortriebsrichtung verschieblich befestigbar ist.
8. Schalelement nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außen liegende Schalfläche in Radialrichtung des Tunnels verstellbar ist.
9. Schalelement nach Ansprach 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein radial außen liegendes Schalbrett (21) und einen radial innen liegenden Schalrahmen (22) aufweist, die vorzugsweise in Tunnelvortriebs- richtung vome fest miteinander verbunden (24) sind.
10. Schalelement nach Ansprach 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schalbrett und Schalrahmen einstellbare Kraftübertragungselemente (23) liegen.
11. Schalelement nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungselemente (23) hinsichtlich einer ihrer Abmessungen und/oder der übertragenen Kraft einstellbar sind.
12. Schalelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalbrett (21) mehrere Elemente oder einen oder mehrere Schlitze (25) aufweist, die sich in Tunnelumfangsrichtung erstrecken.
13. Schalelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es in Tunnelvortriebsrichtung eine Länge von mindestens dem halben, vorzugsweise mindestens dem ganzen (größten) Tunneldurchmesser hat.
14. Schalelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es im vorderen Bereich auch ein oder mehrere sich radial erstreckende Schürze (27) aufweist.
15. Schalelement nach Ansprach 14, dadurch gekennzeichnet, daß gebirge- nahe Bereiche (34) einer Schürze (21) beheizbar sind.
16. Schalsystem im Tunnelbau, gekennzeichnet durch mehrere Schalelemente (13a, b) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15, und einen Stützrahmen (40), an dem ein oder mehrere der Schalelemente in Tunnelvortriebsrichtung verschieblich befestigt sind.
17. Schalsystem nach Ansprach 16 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalrahmen (22) gegenüber dem Stützrahmen (40) verschieblich ist.
18. Schalsystem nach Ansprach 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine Ausrichteinrichtung, die die Lage des Stützrahmens (40) im Tunnel einstellen und ändern kann.
19. Schalsystem nach Ansprach 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- richteimichtung eine am in Tunnelvortriebsrichtung hinteren Ende des Stützrahmens angebrachte EinStelleinrichtung (60) aufweist, mit der das hintere Ende des Stützrahmens seitlich und vertikal verschoben werden kann.
20. Schalsystem nach Ansprach 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinrichtung auch zur Vornahme einer Verrollungskontrolle dient.
21. Tunnelbaumaschine mit einem Werkzeug (12, 70), das einen um den Tunnelumfang umlaufenden Schlitz (15) an der Ortsbmst (14) im Ge- birge (17) gräbt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug beweglich an einem Stützrahmen (71) befestigt ist und durch eine Steuemng (72) automatisch längs der gewünschten Bahn geführt wird.
22. Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen Schneid- oder Fräskopf aufweist.
23. Maschine nach Ansprach 21 und/oder 22, gekennzeichnet durch ein Schalsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Stützrahmen (71) der Tunnelbaumaschine auch derjenige (40) des Schalsystems ist.
24. Verfahren zum Tunnelbau, vorzugsweise nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bau einer Betonschicht am Tunnelumfang Schalelemente längs eines Stützrahmens in Tunnelvortriebsrichtung verfahren werden und hinter die so gebildete Verschalung Beton gefüllt wird.
25. Verfahren nach Ansprach 24, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bau einer Krümmung des Tunnels der Stützrahmen in seiner Ausrichtung verändert wird und die Schalelemente längs des neu ausgerichteten
Stützrahmens verfahren werden.
26. Schalelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch ein bewegliches Schott, das vorne am Schalelement, vorzugsweise am Schalbrett 21 längs eines Teils der Seite beweglich angebracht ist.
27. Schalelement nach Ansprach 26, gekennzeichnet durch eine Abdichteinrichtung zum Abdichten einer gebirgenahen Kante des Schotts.
28. Schalelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13 oder 26 und 27, gekennzeichnet durch eine im Bereich des vorderen Endes dem frischen Beton zugewandte Struktur (101), die es erlaubt, dem frischen Beton Wasser zu entziehen, insbesondere indem Vakuum bzw. Unterdrück auf den Beton einwirkt.
29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschicht mit Beton gebildet wird, dem nach dem Verbau Wasser entzogen wird.
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