Abdichtung und deren Herstellungsverfahren zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten oder dergleichen

Abstract

 Mit einer Abdichtung und einem Herstellungverfahren^l hierfür zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten od. dgl., wird es ermöglicht, die aufwendigen Methoden der Schildvortriebe oder Vereisung zu ersetzen und dabei den Eingriff in den Grundwasserhaushalt auszuschließen sowie die abzubauenden Bodenmassen so aufzubereiten, daß diese im Takt des Untertagebauwerks kontinuierlich, aus gesicherter Position und im Trockenen abgebaut werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Abdichtung aus einer elastischen Abdichthülle (3) besteht, die aus in Form eines Dachs, eines Schirms, eines Gehäuses od. dgl. angeordneten Dichtwänden (2) gebildet ist und die abzubauenden Bodenmassen (5) hermetisch gegen Grundwasser (4) und/oder gegen Luft abdichtet. Bei dem hierfür vorgesehenen Herstellungsverfahren werden die anstehenden Bodenmassen (5) einer trocken vorzutreibenden Baustelle durch eine Abdichthülle gegen das Grundwasser (4) und/oder die Luft abgedichtet, entwässert, unter dem Druck des an der Außenseite der Abdichthülle (3) anstehenden Grundwassers (4) verdichtet und/oder durch Vakuumbeaufschlagung stabilisiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abdichtung sowie ein Herstellungsverfahren hierfür zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten od. dgl.

[0002] Die Grundwasserabsenkung als Bauhilfsmaßnahme bei der Ausführung von Untertagebauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels ist aus Rechts- und Umweltgründen möglichst auszuschließen. Um dennoch die tiefen "offenen" Baugruben unterhalb des Grundwasserspiegels im Trockenen ausführen zu können, ist es erforderlich, den Baustellenbereich mit wasserdichten Verbauwänden zu umschließen, die bis zur Tiefe einer wasserundurchlässigen Bodenschicht geführt werden müssen.

[0003] Da solche Verbauwände außer der großen Tiefe auch gegen den äußeren Druck des Grundwassers bemessen sein müssen, ist diese Bauweise sehr aufwendig.

[0004] Noch aufwendiger sind die unterirdischen "geschlossenen" Baugruben. Solche Baugruben werden im Schildvortrieb unter Druckluft oder bei flüssigkeitsgestützter Ortsbrust aufgefahren, oder das Grundwasser wird im Baustellenbereich vereist.

[0005] Die genannten Verfahren mit geschlossenen Baugruben sind extrem aufwendig.

[0006] Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Abdichtung und ein Verfahren.zu schaffen, mittels denen eine trockene Baugrube geschaffen werden kann, und zwar ohne nachhaltige Beeinflussung des Grundwasserspiegels.

[0007] Diese Aufgabe wird bei der Abdichtung gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0008] Die erfindungsgemäß vorgesehene Abdichtung, die zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten od. dgl., dient, besteht aus einer elastischen Abdichthülle, die aus in Form eines Daches, Schirms, eines Gehäuses od. dgl. angeordneten Dichtwänden gebildet ist und die abzubauenden Bodenmassen hermetisch gegen Grundwasser und/oder gegen Luft abdichtet.

[0009] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die elastischen Dichtwände der Abdichthülle aus einem ausgehärteten, durch Injizieren unter Druck in den Boden einbringbaren Gemisch auf der Basis Bentonit/Füller/Zement und/oder Feststoff/Bitumen bestehen.

[0010] Zweckmäßigerweise ist jede Dichtwand der Abdichthülle derart ausgebildet, daß sie aus durch Injizieren gebildeten Dichtungslamellen und/oder sich überschneidenden Säulen besteht.

[0011] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Abdichtung ergibt sich, wenn die Dichtwände der Abdichthülle von einer an der Oberfläche oder unterhalb dieser liegenden zentralen Firstlinie aus divergierend schräg nach unten bis in den wasserundurchlässigen Boden verlaufen. Diese zentrale Firstlinie, die ein Arbeitstunnel od. dgl. sein kann, stellt bei der dachartig oder schirmartig ausgebildeten Abdichthülle dann, im Querschnitt gesehen, die obere Spitze des betreffenden Querschnittdreicks dar. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, mit der Abdichthülle eine geringstmögliche Oberfläche bei größtmöglichem Effekt vorzusehen.

[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, die Abdichthülle bodenseitig unterhalb der abzubauenden Bodenmassen durch einen flächigen Soilcrete-Körper zu verschließen, der aus einer verfestigten, durch Injizieren eingebrachten Suspension besteht.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die abzubauenden und die untertage verbleibenden Bodenmassen so aufzubereiten, daß deren Abbau kontinuierlich, aus gesicherter Position und im Trockenen erfolgen kann. Dabei ist das erfinderische Verfahren weniger aufwendig als die bekannten Verfahren des Schildvortriebs oder der Vereisung.

[0014] Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die in einer Abdichthülle der trocken vorzutreibenden Baustelle anstehenden Bodenmassen gegen das Grundwasser und die Luft abgedichtet, entwässert, unter dem Druck des an der Außenseite der Abdichthülle anstehenden Grundwassers verdichtet und/oder durch Vakuumbeaufschlagung stabilisiert, so daß ein belastbarer, standfester und trockener Boden gewonnen wird, der im Takt des Baufortschritts des Untertagebauwerks kontinuierlich ausgebildet und aus geschützter Position und im Trockenen abgebaut werden kann.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die Nachteile der bekannten wasserdichten Umschließungsverfahren weitestgehend aus und beschränkt sich auf die Entwässerung des Bodens im unmittelbaren Bereich der Baugrube bzw. des Untertagebauwerks.

[0016] Dieser Vorteil wird vor allen Dingen dadurch erreicht, daß eine Abdichthülle gebildet wird, die den Bereich der Baustelle für die abzubauenden Bodenmassen gegen das Grundwasser und die Luft abdichtet.

[0017] Die Abdichthülle wird aus Dichtwänden gebildet, deren Form den örtlichen Verhältnissen angepaßt ist und die durch Injizieren einer Flüssigkeitsmischung auf der Basis Bentonit/Füller/Zement oder als Feststoff/ Bitumen-Gemisch als hochgespannter Suspensiönsstrahl mit Drücken von 300 bis 600 bar in die abzudichtenden Bodenmassen ausgebildet werden.

[0018] Die Dichtheit der Abdichthülle wird dadurch gesichert, daß die Dichtwände an ausgespülten und erodierten Stellen mit Injektionsmitteln bei Drücken zwischen 50 und 100 bar nachinjiziert werden.

[0019] Das Ergebnis des Injizierens und Nachinjizierens ist eine homogene, elastische und nach Tiefe, Breite und Höhe exakt bemessene Dichtwand, die aus alterungsbeständigem und umweltfreundlichem Material hergestellt ist.

[0020] Die von der Abdichthülle umschlossene Baugrube kann dann für den eigentlichen Bauvorgang entwässert und trockengehalten werden.

[0021] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Abdichthülle in der Lage ist, sich der Volumenverminderung der Bodenmassen elastisch anzupassen, ohne die Abdichtung zu gefährden. Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Abdichthülle in der Lage ist, die Druckkräfte des Grundwassers auf deren Außenhaut so aufzunehmen, daß eine zusätzliche Verdichtung des Bodens im eingeschlossenen Entwässerungsbereich ausgeglichen wird.

[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den weiteren Vorteil, daß die Abdichthülle bei unerwarteten Undichtheiten durch Nachverpressen mit Hilfe von Ventilrohren nachgedichtet werden kann.

[0023] Die Abdichthülle kann auch als zusätzliche Sicherungsmaßnahme gegen Luftverluste bei Druckluftvortrieben in geringer Bodenüberdeckung verwendet werden.

[0024] Zur Vermeidung von übermäßiger Volumenminderung des Bodens kann dem Injektionsmittel ein Quellmittel beigegeben werden.

[0025] Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet auch die Möglichkeit, die Abdichthülle nach dem Bodenaufsprengverfahren (Soil-fracturing) herzustellen und durch Nachinjektion zu stabilisieren.

[0026] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Abdichthülle im Schnitt mit elastischen Dichtwänden im Bereich des trockenen Tunnelvortriebs,

Fig. 2 elastische Dichtwände in Verbindung mit Arbeitsstollen für den Bereich des trockenen Vortriebs von U-Bahn-Tunneln,

Fig. 3 die Abdichthülle mit elastischen Dichtwänden entwässert und Vakuum-stabilisiert,

Fig. 4 eine Abdichthülle als Soilcrete-Dach, hochgezogen mit First-Nachinjektion,

Fig. 5 eine Abdichthülle als Soilcrete-Dach, tief abgesetzt mit Nachinjektion,

Fig. 6 eine Abdichthülle als Soilcrete-Schirm mit Soil-fracturing sowie Soilcrete-Sohldichtung und

Fig. 7 im Grundriß Dichtwand-Formen.

[0027] Fig 1 zeigt eine von Dichtwänden 2 gebildete Abdichthülle 3, die durch Vakuum-Tiefbrunnen 6 vom Grundwasserspiegel 4 bis auf eine Mergelschicht 8 entwässert wird, so daß U-Bahn-Röhren 1 im Trockenen vorgebaut werden können. Der Außendruck des im Schluff oder Feinsand 7 stehenden Grundwassers 4 wird von den Dichtwänden 2 aufgefangen. Die Dichtwände 2 sind in die Mergelschicht 8 eingebunden. Die Baustelle liegt unterhalb der Bodenanschüttung.

[0028] In Fig. 2 ist die unterirdische Verlegung von U-Bahn-Tunneln 1 unter der Oberkante 10 des Geländes gezeigt. Die Dichtwände 2 schirmen den Grundwasserspiegel 4 ab. Der von den Dichtwänden 2 umschlossene Boden 5 wird durch die Vakuumbrunnen 6, die in den beiden Arbeitsstollen 11 angeordnet sind, entwässert. Dadurch entsteht zwischen den Dichtwänden 2 eine entwässerte und stabilisierte Bodenzone 5, worin der Vortrieb trocken erfolgen kann.

[0029] Fig. 3 zeigt die Verlegung von U-Bahn-Röhren 1, die unter dem Gebäude 12 im Trockenen verlegt werden. Hierfür wird der von den Dichtwänden 2 eingeschlossene Boden 5 von den Vakuum-Tiefbrunnen 6 bis auf die Mergelschicht B entwässert, so daß das Untertagebauwerk im entwässerten und stabilisierten. Boden 5 erstellt werden kann.

[0030] In Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Abdichthülle 3 aus dachförmig angeordneten Dichtwänden 2 besteht. Bei dieser Anordnung wird ein zusätzlicher Verdichtungseffekt durch den Druck des Außenwasserspiegels 4 auf die eingeschlossenen Bodenmassen 5 erreicht. Einer Volumenminderung passen sich die elastischen Dichtwände 2 unmittelbar ohne Beeinträchtigung der Abdichtungsfunktion an. Das Dach der Abdichthülle ist bei dieser Ausführung deutlich zur Oberfläche 13 hin hochgezogen.

[0031] Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist das Dach, d.h. die Dichtwände 2, dagegen deutlich zur Mergelschicht 8 heruntergezogen. Nach dieser Ausgestaltung ist das Volumen der Abdichthülle 3 durch die tiefgesetzten Dichtwände 2 eingeschränkt und der Einwirkbereich eng auf die Entwässerungszone 5 beschränkt. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für tiefliegende Baugruben, um bei einer inneren Vakuum-Entwässerung außer dem Außenwasser 4 auch den Luftzutritt von außen zu unterbinden und damit den Unterdruck für die damit verbundene Bodenstabilisierung besonders wirksam werden zu lassen.

[0032] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Dichtwände 2 tief in die Mergelschicht 8 eingelassen sind, so daß die eingeschlossene Abdichthülle 3 räumlich stark eingeschränkt ausgebildet werden kann. Dadurch wird das Volumen des zu stabilisierenden und zu entwässernden Bodens 5 bei dieser Ausführungsform in günstiger Weise sehr klein. Der Vortrieb der beiden U-Bahnröhren 1 erfolgt im Trockenen. Der Abbau der Bodenmassen aus der Mergelschicht 8 wird dadurch erleichtert, daß diese durch zusätzliche Injektionen nach dem Soil-fracturing-Verfahren verdichtet und stabilisiert werden können. Ein Soilcrete-Körper 14 unter den Profilen der U-Bahn-Röhren 1 dient der Absicherung des Hohlraumbauwerks zur Tiefe hin.

[0033] Fig. 7 zeigt Grundrisse der elastischen Dichtwand 2, die aus Dichtungslamellen 15 oder aus überschneidenden Säulen 16 oder aus deren Kombinationen ausgebildet sein können.

[0034] Etwaige weitere oder zusätzliche Merkmale der Erfindung, die hicht in den Ansprüchen aufgeführt sind, ergeben sich im übrigen deutlich einzeln oder in Kombination miteinander aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung.

Ansprüche

1. Abdichtung zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten od. dgl.,
dadurch gekennzeichnet ,
daß sie aus einer elastischen Abdichthülle (3) besteht, die aus in Form eines Dachs, eines Schirms, eines Gehäuses od. dgl. angeordneten Dichtwänden (2) gebildet ist und die abzubauenden Bodenmassen hermetisch gegen Grundwasser (4) und/oder Luft abdichtet.

2. Abdichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die elastischen Dichtwände (2) der Abdichthülle (3) aus einem ausgehärteten, durch Injizieren unter Druck in den Boden einbringbaren Gemisch auf der Basis Bentonit/Füller/Zement und/oder Feststoff/Bitumen bestehen.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
daß jede Dichtwand (2) aus durch Injizieren gebildeten Dichtungslamellen (15) und/oder sich überschneidenden Säulen (16) besteht.

4. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Dichtungswände (2) der Abdichthülle (3) von einer an der Oberfläche (13) oder unterhalb dieser liegenden zentralen Firstlinie aus divergierend schräg nach unten bis in den wasserundurchlässigen Boden (8) verlaufen (Fig. 4,5,6).

5. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichthülle (3) bodenseitig unterhalb der abzubauenden Bodenmassen (1, 5) durch einen flächigen Soilcrete-Körper (14 bzw. 16) verschlossen ist, der aus einer verfestigten, durch Injizieren eingebrachten Suspension besteht.

6. Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohlraumbauten od. dgl.,
dadurch gekennzeichnet , daß die anstehenden Bodenmasseneiner trocken vorzutreibenden Baustelle durch eine Abdichthülle gegen das Grundwasser und/oder die Luft abgedichtet, entwässert, unter dem Druck des an der Außenseite der Abdichthülle anstehenden Grundwassers verdichtet und/oder durch Vakuumbeaufschlagung stabilisiert werden, so daß ein belastbarer, standfester und trockener Boden gewonnen wird, der im Takt des Baufortschritts des Untertagebauwerks kontinuierlich ausgebildet und aus geschützter Position sowie im Trockenen abgebaut wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet , daß die im Grundwasser liegende Baustelle im Bereich der abzubauenden Bodenmassen von der Abdichthülle gegen das Grundwasser und/oder die Luft abgedichtet wird.

8. Verfahren nach Anspruchen 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Abdichthülle aus Dichtwänden durch Injizieren einer Flüssigkeitsmischung auf der Basis Bentonit/ Füller/Zement oder als Feststoff/Bitumen-Gemisch im hochgespannten Suspensionsstrahl mit Drücken von 300 bis 600 bar in die abzudichtenden Bodenmassen gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d ur c h gekennzeichnet , daß die Dichtwände an ausgespülten und erodierten Stellen mit Injektionsmitteln bei Drücken zwischen 50 und 100 bar nachinjiziert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß durch das Injizieren und Nachinjizieren eine homogene, elastische und nach Tiefe, Breite sowie Höhe exakt bemessene Dichtwand gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die von der Abdichthülle umschlossene Baugrube für den eigentlichen Bauvorgang entwässert und trockengehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß man die Abdichthülle sich der Volumenverminderung der Bodenmassen ohne Gefährdung der Abdichtung elastisch anpassen läßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichthülle die Druckkräfte des Grundwassers auf deren Außenhaut aufnimmt und die zusätzliche Verdichtung des Bodens im eingeschlossenen Entwässerungsbereich ausgleicht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichthülle durch Nachverpressen mit Hilfe von Ventilrohren nachgedichtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichthülle als zusätzliche Sicherungsmaßnahme gegen Luftverluste bei Druckluftvortrieben und bei geringer Bodenüberdeckung ausgenutzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Volumenminderung des Bodens durch Zugabe von Quellmitteln, z.B. Aluminiumpulver oder Tonerdeschmelzzement, zum Injektionsmittel ausgeglichen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichthülle nach dem Bodenaufsprengverfahren (Soil-fracturing) hergestellt und durch Nachinjektion stabilisiert wird.

Zeichnung