Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton und Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungs­beton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine (1), z. B. Schildvortriebsmaschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung (3) ein Tunnelauskleidungringraum (6) eingerichtet wird, der vortriebsma­schinenseitig von einer Stirnschalung (2) abgeschlossen wird und am rück­wärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton ab­geschlossen ist. In den Tunnelauskleidungsringraum (6) mündet zumindest eine Betonförderleitung (7) ein. Durch die Betonförderleitung (7) wird der Auskleidungsbeton in den Auskleidungsringraum (6) eingepumpt. Die Tun­nelschalung (3) wird nach ausreichendem Erhärten des Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgend, umgesetzt. Es wird mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet, der bei einer Temperatur von et­wa 20° C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, jedoch nach Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70° C schon nach wenigen Minuten nicht mehr verarbeitbar ist. Der fließende Auskleidungsbeton wird im Bereich der Stirnschalung in der Betonför­derleitung durch unmittelbares Einleiten von elektrischer Energie auf die Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70° C erwärmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Her­stellung einer Tunnelauskleidung aus Auskleidungsbeton in Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsmaschine, z. B. Schildvor­triebsmaschine, wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelaus­kleidungsringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitig von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abgeschlossen ist, wobei in den Tunnelauskleidungsringraum zumindest eine Betonförderleitung einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungsbeton in den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tun­nelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärm­ten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb folgendk, umgesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Vor­richtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Bei der Tunnel­schalung kann es sich um eine solche handeln, die aus einzelnen Elementen zusammengesetzt ist, die demontiert und umgesetzt werden können. Es kann sich jedoch auch um eine Gleitschalung handeln, die schrittweise oder mehr oder weniger kontinuierlich dem fortschreiten­den Tunnelvortrieb folgend nachgezogen und in diesem Sinne umgesetzt wird.

[0002] Bei den bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE-OS 35 08 966) wer­den in den in den Tunnelauskleidungsringraum eingepumpten Ausklei­dungsbeton von der Tunnelschalung her während einer vorgegebenen Einwirkzeit elektromagnetische Wellen eingeleitet. Der Auskleidungs­beton erfährt auf diese Weise gleichsam eine dielektrische Erwärmung.

[0003] Um dieses durchzuführen, sind in Schalungselemente der Tunnelscha­lung induktive Sendeantennen für elektromagnetische Wellen in Form von Abstrahlungsspulen oder kapazitive Abstrahlungselemente einge­baut. Die bekannten Maßnahmen haben sich bewährt. Die Zeitspanne bis zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit des eingebrachten Auskleidungsbetons läßt sich beachtlich reduzieren. Die Tunnelschalung kann daher sehr frühzeitig, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb fol­gend, umgesetzt werden. Anders ausgedrückt kann die Länge der Tunnelschalung beachtlich reduziert werden. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen ist der apparative Aufwand jedoch beachtlich, weil die Tunnelschalung mit besonderen, in der beschriebenen Weise eingerich­teten Schalungselementen ausgerüstet werden muß.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfah­ren so zu führen, daß eine besondere Tunnelschalung, mit Schalungs­elementen, die induktive Sendeantennen oder kapazitive Abstrahlungs­elemente aufweisen, nicht mehr erforderlich ist.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß mit einem Aus­kleidungsbeton gearbeitet wird, der bei einer Temperatur von etwa 20° C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, jedoch nach Er­wärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70° C nach 10 bis 30 Minuten, vorzugsweise schon nach etwa 10 Minuten, nicht mehr verarbeitbar ist, und daß der fließende Auskleidungsbeton im Bereich der Stirnschalung in der Betonförderleitung durch unmittel­bares Einleiten von elektrischer Energie auf die Temperatur im Bereich zwischen 40 bis 70° C erwärmt wird. Es versteht sich, daß der Beton etwa 10 Minuten lang verarbeitbar ist. Durch das unmittelbare Einlei­ten der elektrischen Energie wird erreicht, daß in allen Volumenele­menten des fließenden Auskleidungsbetons Wärme erzeugt wird und der Auskleidungsbeton gleichsam durch und durch ohne störenden Tempera­turgradienten (wie er bei einer Erwärmung durch Wärmeleitung auf­tritt) erwärmt wird. Vorzugsweise wird mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet, der nach Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 50° C nach etwa 15 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist. Die Einleitung der elektrischen Energie kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise erfolgen, Insbesondere kann auch im Rahmen der Erfindung der Auskleidungsbeton durch Einleiten von elektromagnetischen Wellen er­wärmt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß der Auskleidungsbeton zwischen Elektroden erwärmt wird. Diese Ausführungsform ist von besonderer Bedeutung. Ohne Schwierigkeiten kann mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet werden, der neben den üblichen Bestandteilen (wie Zement, Sand, Kies und Betonzusatzmittel, wie Verflüssiger und Verzögerer) einen Zusatz von Stahlfasern aufweist. Im übrigen kann mit einem Auskleidungsbeton stets auch Füllstoffe beigemischt werden. Die Ein­leitung der elektrischen Energie erfolgt zweckmäßigerweise in unmittel­barer Nachbarschaft der Stirnschalung. Es kann aber auch ein Ab­stand von einigen Metern verwirklicht werden. Insoweit kann sich das Einleiten der elektrischen Energie im Bereich der Stirnschalung nach den betrieblichen Verhältnissen richten.

[0006] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Beton, der wie an­gegeben eingestellt ist, überraschenderweise in dem Tunnelausklei­dungsringraum in kurzer Zeit so weit erhärtet, daß die Schalung um­gesetzt werden kann, obgleich in den Tunnelschalungsringraum elektri­sche Energie nicht mehr eingeleitet, eine weitere Erwärmung also nicht mehr vorgenommen wird. Es versteht sich, daß nach einer gewissen Zeit die reaktionsbedingte Hydratationswärme frei wird. Die fühlbare Wärme des in den Tunnelauskleidungsringraum eintretenden Aus­kleidungsbetons reicht zusammen mit der Hydratationswärme für die beschleunigte Ansteifung und Erhärtung aus. Andererseits treten auch keine Probleme auf, wenn der normale Betriebsablauf beim Tunnelvor­trieb aus irgendwelchen Gründen gestört wird und der Tunnelvortrieb für eine Zeitspanne von etwa zwei Stunden oder weniger stockt. In diesem Fall bleibt der Auskleidungsbeton in der Betonförderleitung ausreichend fließfähig, um bei Wiederaufnahme des Betriebes durch Einpumpen von weiterem Auskleidungsbeton weitergefördert zu werden. Es versteht sich, daß bei einer solchen Störung die Einleitung der elektrischen Energie unverzüglich unterbrochen wird. Dann findet auch im Bereich dieser Einleitungsstelle ein störendes Erhärten des Auskleidungsbetons nicht statt. Im Ergebnis kann bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Tunnelschalung sehr frühzeitig umgesetzt werden und folglich kann mit verhältnismäßig kurzer Tunnelschalung gearbeitet werden. Von besonderem Vorteil ist die Tat­sache, daß mit sehr einfachen Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens gearbeitet werden kann.

[0007] Eine solche Vorrichtung ist in ihrem grundsätzlichen Aufbau gekenn­zeichnet durch zumindest einen Rohrschuß in der Betonförderleitung, der als Einrichtung für die Einleitung von elektrischer Energie in den Auskleidungsbeton eingerichtet ist. Der Rohrschuß besteht nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung aus einem elektrisch nicht­leitenden Werkstoff, der rohrinnenseitig, z. B. einander gegenüberlie­gende, Elektroden mit außen liegenden Anschlußeinrichtungen für elek­trische Kabel aufweist, die ihrerseits über einen Transformator an das Netzt oder an einen Generator angeschlossen sind. Es kann sich um üblichen Wechselstrom handeln. Eine andere Ausführungsform ist da­durch gekennzeichnet, daß der Rohrschuß aus einen elektrisch nicht­ leitenden Werkstoff besteht und zumindest eine induktive oder kapa­zitive Antenne aufweist, die mit einem zugeordneten Sender verbunden ist. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung übliche Anpassun­gen und Abstimmungen durchgeführt werden müssen. Abzustimmen ist die elektrische Energie, die pro Zeiteinheit in den Auskleidungsbeton eingeführt wird, auf den Mengenstrom. Dazu lehrt die Erfindung, daß die Einrichtung zur Einleitung der elektrischen Energie in den Aus­kleidungsbeton eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, die die Zufuhr an elektrischer Energie nach Maßgabe des Volumenstromes sowie der Anfangstemperatur und der vorgegebenen Endtemperatur. Entsprechend kann auch mit Rohrschüssen unterschiedlicher Länge ge­arbeitet werden.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zei­gen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnel, der für die Herstellung einer Tunnelauskleidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist.

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 in nochmaliger Vergrößerung einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2, ausschnittsweise,

Fig. 4 entsprechend der Fig. 3 die Anordnung für eine andere Aus­führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens des erfindungsgemäße eingesetzten Auskleidungsbetons.

[0009] In der Fig. 1 erkennt man links das Ende 1 einer nicht gezeichneten Tunnelvortriebsmaschine sowie nach rechts anschließend eine Stirn­schalung 2 mit der weiter anschließenden Tunnelschalung aus einer Mehrzahl von Tunnelschalungselementen 3. Es kann sich auch um eine Gleitschalung handeln. Man erkennt ferner in dem umgebenden Gebirge 4 die Tunnelröhre 5. - Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in den Fig. 1 nur die Längsschnitte, nicht aber die Projektionen der ge­nannten Bauteile und Aggregate auf die Zeichenebene dargestellt.

[0010] In den Tunnelauskleidungsringraum 6 zwischen Tunnelschalung aus den Tunnelschalungselementen 3 und Gebirge 4 wird Auskleidungsbeton ein­gepumpt. Dazu dient die oben in Fig. 1 dargestellte Zuführleitung 7. Man erkennt in der Zuführleitung 7 einen besonderen Zuführleitungs­abschnitt 8. Es handelt sich um einen besonderen Rohrschuß, der so eingerichtet ist, daß in seinem Bereich der Auskleidungsbeton in der Zuführleitung 7 durch Zuführung von elektrischer Energie erwärmt werden kann. Dazu wird in den Volumenelementen des Betons Wärme erzeugt und der Auskleidungsbeton wird dadurch vor Eintritt in den Tunnelauskleidungsringraum 6 durch und durch erwärmt, und zwar auf eine Temperatur von 40 bis 70° C, vorzugsweise von 50 bis 60° C. Der Zuführleitungsabschnitt 8, in dem die Erwärmung erfolgt, befindet sich praktisch unmittelbar vor dem Eintritt des Auskleidungsbetons in den Tunnelauskleidungsringraum 6. Es versteht sich, daß Armaturen und Meßeinrichtungen in die Zuführleitung 7, 8 sowie zwischen 8 und der Stirnschalung 2 angeordnet sein können.

[0011] In den Fig. 2 und 3 erkennt man eine elektrolytische Erwärmungsein­richtung 9 mit einem nichtleitenden Rohrabschnitt 8 als Zuführlei­tungsabschnitt der Zuführleitung 7 und darin eingebauten, an der Rohrabschnittsinnenwand 10 anliegenden, den Phasen eines technischen Wechselstromes zugeordneten Elektroden 11, 12. Die Elektroden 11, 12 sind an die entsprechenden Phasen 13, 14 eines leistungsregelbaren Transformators 15 angeschlossen, der in Fig. 1 dargestellt wurde.

[0012] Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ausführungsform für Zweiphasen-Wechsel­strom. Die Elektroden 11, 12 liegen dazu in dem Rohrabschnitt einan­der gegenüber. Bei Dreiphasen-Wechselstrom wären drei Elektroden vor­gesehen und um 120° versetzt zueinander angeordnet.

[0013] In der Fig. 4 erkennt man die Verhältnisse für eine dielektrische Er­wärmungseinrichtung 9 mit einem Rohrabschnitt 8, der induktive und/­oder kapazitive Sendeantennen 16, 17 aufweist, die an einen leistungs­regelbaren Sender angeschlossen sind, der etwa dort angeordnet ist, wo sich in der Fig. 1 der Transformator befindet. Auch hier besteht der Rohrabschnitt 8 aus nichtleitendem Werkstoff, die Sendeantennen 16, 17 sind außen aufgesetzt.

[0014] Aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 entnimmt man, wie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Auskleidungsbeton beim Anmachen eingestellt wird und sich verhält. Auf der Abszissenachse ist die Zeit in Minuten aufgetragen, auf der Ordinatenachse das Aus­breitmaß nach DIN in cm. Bekanntlich wird die Konsistenz eines Frischbetons, d. h. wie weich der Beton ist und wie sich diese Weich­heit mit der Zeit verändert, meßtechnisch mit dem Ausbreitmaß erfaßt.

[0015] Dabei läßt man einen Betonkonus auf einem Schocktisch auseinander­fließen. Der Durchmesser des auseinandergeflossenen Betons ist das Ausbreitmaß. Wenn der Beton nicht mehr auseinanderfließt, befindet er sich in dem Übergangsstadium zwischen "Ende der Verarbeitbarkeit" und "Anfang des Ansteifens". Der weitere Übergang vom Ansteifen bis zum erhärten geschieht allmählich. Der Beton, mit dem erfindungsge­mäß als Auskleidungsbeton gearbeitet wird, weist in den Bereichen "Verarbeitbarkeit" und "Erhärten" die angegebenen Besonderheiten auf. Insoweit kann der Beton nach den herrschenden Lehren der Betontech­nologie eingestellt werden. Diese Einstellung hat überraschenderweise zur Folge, daß in den ersten Minuten bis zur Zeitspanne von etwa 10 bis 30 Minuten ein störendes Ansteifen auch nach der Einleitung der elektrischen Energie bis zu Einstellung der vorgegebenen Temperatur nicht eintritt. Bei einer Temperatur von 20° C ergibt sich die Kurve, die in der Fig. 5 mit dem entsprechenden Parameter versehen ist, bei z. B. 50° C die demgegenüber wesentlich steilere Kurve. Das bedeutet, daß bei 50° C die Auskleidungsbetonmischung wesentlich schneller an­steift. Die Betonerhärtung läuft im Tunnelauskleidungsringraum be­schleunigt ab. Während bei 20° C die Festigkeit auch noch nach zwei bis vier Stunden im Bereich zwischen dem Verarbeitungsende und dem Beginn der Festigkeitsbildung bleibt, stellt sich im Rahmen des er­findungsgemäßen Verfahrens schon nach zwei Stunden eine Festigkeit von 5 N/mm² und nach vier Stunden eine solche von über 20 N/mm² ein.

[0016] Den Merkmalen der Vorrichtungsansprüche 7 und 8 kommt selbständige Bedeutung zu.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Tunnelauskleidung aus Ausklei­dungsbeton im Zuge des Tunnelvortriebs mit einer Tunnelvortriebsma­schine, z. B. Schildvortriebsmaschine
wobei mit Hilfe einer Tunnelschalung ein Tunnelauskleidungs­ringraum eingerichtet wird, der vortriebsmaschinenseitige von einer Stirnschalung abgeschlossen wird und am rückwärtigen Ende der Tunnelschalung durch bereits erhärteten Beton abge­schlossen ist.
wobei in den Tunnelauskleidungsringraum zumindest eine Betonförder­leitung einmündet und durch die Betonförderleitung der Auskleidungs­beton in den Auskleidungsringraum eingepumpt wird, wobei fernerhin die Tunnelschalung nach ausreichendem Erhärten des zu diesem Zweck erwärmten Auskleidungsbetons, dem fortschreitenden Tunnelvortrieb fol­gend, umgesetzt wird, dadurch gekennzeich­net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird,
der sowohl bei einer Temperatur von etwa 20° C über mehr als zwei Stunden verarbeitbar ist, als auch nach Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70° C nach 10 bis 30 Minuten nicht mehr verarbeitbar ist,
und daß der fließende Auskleidungsbeton im Bereich der Stirnschalung in der Betonförderleitung durch unmittelbares Einleiten von elektri­scher Energie auf die Temperatur im Bereich zwischen 40 und 70° C erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der nach Erwärmung auf eine Tem­peratur von etwa 50° C nach etwa 15 Minuten nicht mehr verarbeit­bar ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Auskleidungsbeton durch Einleiten von elektromagne­tischen Wellen erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Auskleidungsbeton zwischen Elektroden erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der neben den üblichen Bestandteilen (Zement, Sand, Kies und Betonzusatzmittel, wie Verflüssiger, Verzögerer) einen Zusatz an Stahlfasern aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­net, daß mit einem Auskleidungsbeton gearbeitet wird, der zusätz­lich Füllstoffe, wie Steinmehle, Flugasche, Silicapulver aufweist.

7. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zu­mindest einen Rohrschuß in der Betonförderleitung, der als Einrich­tung für die Einleitung von elektrischer Energie in den Auskleidungs­beton eingerichtet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschuß aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht und rohrinnenseitig Elektroden mit Anschlußeinrichtung für elektrische Kabel aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschuß aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht und zumindest eine induktive oder kapazitive Antenne aufweist, die mit einem Sender verbindbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Einrichtung zur Einleitung der elektrischen Energie in den Auskleidungsbeton eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf­weist, die die Zufuhr an elektrischer Energie nach Maßgabe des Volumenstromes sowie der Anfangstemperatur und der vorgegebenen Endtemperatur steuert.

Zeichnung