Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofil (22) aus elastomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut versehene Tunnel-Segmente, das

a) an seiner Basisseite (32) in Längsrichtung verlaufende Rillennuten (23, 24, 25),

b) ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle (26 bis 31), die zweireihig angeordnet sind sowie

c) Seitenflanken(33, 33', 34, 34'), die nach dem Einsetzen des Profils in die Nut keinen Segmentkontakt (im unbelasteten Zustand) haben, aufweist.

Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß

d) in jeder Reihe sämtliche Kanäle (26, 27, 28 bzw. 29, 30, 31) direkt (d.h. ohne Versatz) über den Rillennuten (23, 24, 25) angeordnet sind, u.z. unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B), die von der Profilbasisseite (32) aus zum Profilrücken (35) hin geradlinig und durchgehend verlaufen, wobei

e) zweckmäßigerweise zusätzliche Stege (Linienführung C) vorhanden sind, die schräg zur Profilmitte (Längsmittelebene Y) gerichtet sind, u.z. unter Tangierung der Seitenflanken (33, 33') und der Kanäle (26, 29, 30; 28, 30, 31).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Die Dichtungsrahmen eines Segmentes aus Beton, Stahl, Stahlbeton oder Gußeisen bestehen zumeist aus vier zusammengesetzten strangförmigen Dichtungsprofilen (Profilbänder) aus elastomerem Werkstoff, d.h. aus Gummi oder gummiähnlichem Kunststoff, wobei die Rahmenecken vorzugsweise nach dem Injektion-Molding-Verfahren hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung ist der Tunnelbau in Tübbing-Bauweise mit spezieller Anordnung der Segmente. Häufig genügt es, wenn jedes Segment einen Dichtungsrahmen aufweist. Unter besonderen Umständen kann es jedoch erforderlich werden, jedes Segment mit einem Doppeldichtungsrahmen zu versehen, wobei die beiden parallel verlaufenden Dichtungsrahmen mit einem zusätzlichen Dichtungsquerprofil (EP-A-0 337 177) miteinander verbunden sein können. Die Dichtungsprofile bzw. Dichtungsrahmen befinden sich meistens in einer entsprechenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) des Tunnel-Segmentes. Unter Einwirkung einer Kraft verringert sich der Spaltabstand zweier Tunnel-Segmente von s_o (Abstand im unbelasteten Zustand) auf S₁ (Abstand im belasteten Zustand). Dadurch werden die beiden gegenüberliegenden Elastomerprofile zusammengepreßt, was die Abdichtung des Spaltes zur Folge hat.

[0003] Das erste Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente wurde 1968 für den Elbtunnel in Hamburg entwickelt, wobei das Elastomerprofil vier Rillennuten aufwies. Bei diesem weltweit ersten Tunnelprojekt, bei dem Dichtungsprofile zum Einsatz kamen, bestanden die Segmente aus Gußeisen (World Tunnelling, 12/1989, Seite 459, Fig. 6). Bei späteren Tunnelprojekten in Kontinentaleuropa, Asien, Nord- und Südamerika sowie in Nordafrika wurden in zunehmenden Maße Segmente aus Beton eingesetzt. Die hierfür entwickelten Dichtungsprofile waren zumeist mit Rillennuten und Kanälen strukturiert (DE-U-78 22 476, DE-C-28 33 345, GB-B-2 178 114, EP-A-0 255 600, EP-A-0 306 796, EP-A-0 368 174, EP-A-0 414 137).

[0004] In Großbritannien dagegen wurde erst 1983 damit begonnen, bei Tunnelprojekten die Segmente mit Elastomerprofilen abzudichten (GB-B-2 170 561; Don Valley Intercepting Sewer, 2/1985, Seite 16). Die besondere geologische Struktur Großbritanniens, insbesondere im Südenglamd durch die Kalksteinbodenformation, erlaubte es, daß über einen langen Zeitraum hinweg bei dem Bau von Tunneln auf eine Abdichtung mit Elastomerprofilen verzichtet werden konnte. Dadurch daß heute die relativ dünnwandigen Britischen Standardsegmente aus Beton lediglich mit einer entsprechenden Nut für die Aufnahme der Elastomerprofile ausgestattet werden und zudem durch die Beibehaltung ihrer alten Struktur unter Bildung von Parallelringen große Spaltweiten im Krümmungsbereich von Tunneln erzeugen, ist in Großbritannien eine Tunnelbausituation gegeben, die sich von der kontinentaleuropäischen Tunnelbauweise, die den Einsatz von konischen Ringen vorsieht, grundlegend unterscheidet (World Tunnelling, 11/1990, Seiten 415 - 420). Aus diesem Grunde wurde 1985 ein Spezialdichtungsprofil entwickelt, das eine zweireihige Anordnung von Kanälen, die unter Bildung einer Gitterstruktur versetzt zueinander angeordnet sind, aufweist (GB-B-2 182 987). Dieser sogenannte 'Doppeldecker' ist heute das Standardprofil in Großbritannien (Tunnelprojekte: Sheffield 3/4, Oldham, Liverpool, London Water Ring Main, Kanaltunnel auf der englischen Seite), das bei geforderter Dichtigkeit gegenüber einem üblichen Wasserdruck von etwa 3 bar (z.B. 3,2 bar bei Projekt Sheffield 4) für unterschiedliche Spaltabstände, insbesondere im Bereich S_o von 13 bis 20 mm, eingesetzt werden kann.

[0005] Immer häufiger entstehen große Tunnel projekte in extrem tiefen Lagen. Zur Zeit befindet sich die Eisenbahnverbindung zwischen Frankreich und England in ihrer Bauphase (ADAC Motorwelt, 1/1991, Seiten 16 - 18), wobei sich die drei Tunnelröhren (2 Verkehrstunnel und 1 Service-Tunnel) an der tiefsten Stelle 100 m unter dem Meeresspiegel befinden. Die geforderte Dichtleistung ist 10 bar (20 bar unter Prüfbedingungen). Ein weiteres Projekt dieser Art wird den Großen Belt unterqueren, wobei hier eine Dichtleistung von 8 bar (16 bar unter Prüfbedingungen) gefordert wird. Dies setzt voraus, daß die Elastomerprofile für die Segmente eine langlebige und absolut sichere Dichtfunktion selbst bei starkem Versatz der Segmente besitzen.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, Dichtungsprofile zu entwickeln, die höchsten Anforderungen gerecht werden. Gelöst wird diese Aufgabe in überraschender Weise durch eine Profilstruktur gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 (Merkmalsgruppe d).

[0007] Die Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen sowie in Verbindung mit Daten aus Dichtheitsprüfungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

den abzudichtenden Spalt zweier angrenzender Tunnel-Segmente;

Fig. 2 bis 5

Dichtungsprofile mit zweireihiger Anordnung der Kanäle gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 6, 7

Dichtungsprofile mit der erfindungsgemäßen zweireihigem Anordnung der Kanäle.

[0008] Fig. 1 zeigt dem Spalt (1) (Längs- oder Querspalt) zweier angrenzender Tunnel-Segmente (2, 3) aus Beton, die jeweils mit einer Nut (4, 5) (Nuttiefe d, Nutbreite w) versehen sind. In diese Nuten werden nun entsprechende Dichtungsprofile eingesetzt. Die eigentliche Abdichtung des Spaltes (1) erfolgt durch das Zusammenpressen der gegenüberliegenden Elastomerprofile, wobei sich der Spaltabstand von S_o auf S₁ verringert. Beim Bau von Tunneln muß dabei in Erwägung gezogen werden, daß die Segmente (2, 3) unter einem Versatz X zueinander angeordnet sind. Dieses tunnelspezifische Kriterium muß bei Dichtigkeitsprüfungen stets berücksichtigt werden.

[0009] Fig. 2 zeigt ein Dichtungsprofil gemäß GB-B-2 182 987 mit einer Basisbreite v (≙ Fugenbreite w) und der Höhe h, wobei die im Querschnitt gesehen kreisförmigen Kanäle unter Bildung einer Gitterstruktur versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Gitterstruktur wird durch die Linienführung von Mittelpunkt zu Mittelpunkt der Kanäle schematisch verdeutlicht. Dieses Strukturprinzip liegt auch den Dichtungsprofilen gemäß Fig. 3 bis 5 zugrunde, die im wesentlichen lediglich eine andere Form der Kanäle aufweisen.

[0010] Die Tabelle 1 faßt nun hinsichtlich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 2 bis 5 die Ergebnisse von experimentellen Dichtheitsprüfungen unter tunnelspezifischen Kriterien zusammen. Dabei liegt die durchschnittliche Dichtleistung bei 4 bar, die bei vielen Tunnelprojekten, insbesondere in Großbritannien, den Dichtheitsanforderungen genügt. Dabei haben die unterschiedlichen Formen und Größen der Kanäle keinen wesentlichen Einfluß auf die Dichtleistung. Benford's Aussage (Construction Today, 5/1990, Seite 15), daß verschiedene Konfigurationen und Größen der Kanäle bei gleicher Grundstruktur (d.h. Gitterstruktur) einen wesentlichen Einfluß auf die Höhe der Dichtleistung haben, wird hiermit widerlegt. Wie die Untersuchung zu dem Dichtprofil gemäß Fig. 3 zeigt, kann die Dichtleistung jedoch verbessert werden, wenn die Härte in Shore A von 65° auf 70° erhöht wird. Der Erhöhung der Shore-Härte zwecks Verbesserung der Dichtleistung sind jedoch Grenzen gesetzt, da es sonst zu Ausbrüchen an den Betonsegmenten kommen kann.

[0011] Fig. 6 zeigt nun ein Dichtungsprofil (6) mit zweireihiger Anordnung von Kanälen (10, 11, 12, 13, 14, 15), wobei in jeder Reihe sämtliche Kanäle direkt (d.h. ohne Versatz) über den Rillennuten (7, 8, 9) angeordnet sind, und zwar unter Bildung vom Stegen (Linienführung A, B), die vom der Profilbasisseite (16) aus zum Profilrücken (17) hin geradlinig und durchgehend verlaufen. Sämtliche Stege (A, B) sind dabei senkrecht zur Profilbasisseite (16) bzw. parallel zur Längsmittelebene Y angeordnet. Die Kanäle sind im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt, wobei der bogenförmige Teil (18, 19) der Kanäle aufeinander zugerichtet ist. Die mittig angeordneten Seitenflanken (20, 20') und die dem Profilrücken (17) zugewandten Seitenflanken (21, 21') gehen unter Winkeländerung ineinander über.

[0012] Bei dem Dichtungsprofil (22) gemäß Fig. 7 liegt den Rillennuten (23, 24, 25) und Kanälen (26, 27, 28, 29, 30, 31) unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B) ebenfalls das erfindungsgemäße Strukturprinzip zugrunde. Während die im Profilzentrum angeordneten Stege (B) senkrecht zur Profilbasisseite (32) verlaufen, sind die Außenstege (A) schräg zur Profilmitte gerichtet, und zwar im einem Winkel α von 10 ± 3° (bezogen auf Längsmittelebene Y). Ferner weist das Dichtungsprofil zusätzliche Stege (Linienführung C) auf, die in einem Winkel β von 45 ± 5° (bezogen auf Längsmittelebene Y) unter gleichzeitiger Tangierung der Seitenflanke (33, 33') und der Kanäle (26, 29, 30; 28, 30, 31) auf die Profilmitte zuverlaufen. Die Kanäle (27, 30) im Profilzentrum sind im Querschnitt gesehen im wesentlichen vom halbkreisförmiger Gestalt, wobei der bogenförmige Teil (36, 37) dieser Kanäle zueinander angeordnet ist. Die über den äußeren Rillennuten (23, 25) sich befindenden Kanälen sind im Querschnitt gesehen vom asymmetrischer (Kanäle 26, 28 der ersten Reihe) bzw. von kreisförmiger Gestalt (Kanäle 29, 31 der zweiten Reihe). Die mittig angeordneten Seitenflanken (33, 33') und die zum Profilrücken (35) zugewandten Seitenflanken (34, 34') gehen unter Winkeländerung ineinander über.

[0013] Die Tabelle 2 faßt nun hinsichtlich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 6 und 7 die Ergebnisse von expermimentellen Dichtheitsprüfungen unter tunnelspezifischen Kriterien zusammen. Dabei ist festzuhalten, daß die erfindungsgemäßen Dichtungsprofile eine wesentlich höhere Dichtleistung haben als die Profiltypen gemäß Fig. 2 bis 5. Dies wird besonders ersichtlich bei einem Vergleich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 3 und 7 (Tabelle 3). Dabei zeichnet sich das Dichtungsprofil (Fig. 7) in Verbindung mit dem Stegensystem (A, B, C) und einer Härte in Shore A von 70° durch eine besonders hohe Dichtleistung von 26 bar aus.

[0014] Auch wenn die beiden Ausführungsbeispiele (Fig. 6, 7) ausschließlich auf Dichtungsprofile mit offenen Rillennuten eingehen, so ist das erfindungsgemäße Strukturprinzip der zweireihigen Anordnung der Kanäle auch auf Profile mit ganz oder teilweise geschlossenen Rillennuten (GB-A-2 017 194) anwendbar.

Ansprüche

1. Dichtungsprofil (6, 22) aus elastomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut (4, 5) versehene Tunnel-Segmente (2, 3), das

a) an seiner Basisseite (16, 32) in Längsrichtung verlaufende Rillennuten (7, 8, 9; 23, 24, 25),

b) ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle (10 bis 15; 26 bis 31), die mehrreihig, insbesondere zweireihig, angeordnet sind sowie

c) Seitenflanken (20, 20', 21, 21'; 33, 33', 34, 34'), die nach dem Einsetzen des Profils in die Nut (4, 5) keinen Segmentkontakt (im unbelasteten Zustand) haben, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß

d) in jeder Reihe sämtliche Kanäle (10, 11, 12 bzw. 13, 14, 15; 26, 27, 28 bzw. 29, 30, 31) direkt (d.h. ohne Versatz) über den Rillennuten (7, 8, 9; 23, 24, 25) angeordnet sind, und zwar unter Bildung von Stegen (Linienführung A, B), die von der Profilbasisseite (16, 32) aus zum Profilrücken (17, 35) hin geradlinig und durchgehend verlaufen.

2. Dichtungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im jeder Reihe die gleiche Anzahl von Kanälen ist.

3. Dichtungsprofil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzahlverhältnis von Kanälen zu Rillennuten 2 : 1 beträgt.

4. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stege (A, B) senkrecht zur Profilbasisseite (16) verlaufen.

5. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Profilzentrum angeordneten Stege (B) senkrecht zur Profilbasisseite (32) verlaufen, während die Außenstege (A) schräg zur Profilmitte (Längsmittelebene Y) gerichtet sind.

6. Dichtungsprofil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenstege (A) in einem Winkel α von 10 ± 3° (bezogen auf Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverlaufen.

7. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Stege (Linienführung C) vorhanden sind, die schräg zur Profilmitte (Längsmittelebene Y) gerichtet sind, und zwar unter Tangierung der Seitenflanken (33, 33') und der Kanäle (26, 29, 30; 28, 30, 31).

8. Dichtungsprofil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (C) in einem Winkel β von 45 ± 5° (bezogen auf Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverlaufen.

9. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (10, 11, 12; 26, 27, 28) der ersten Reihe (von der Profilbasisseite 16, 32 aus betrachtet) im Querschnitt gesehen eine andere Gestalt (Konfiguration und/oder Größe) aufweisen als die Kanäle (13, 14, 15; 29, 30, 31) der zweiten Reihe.

10. Dichtungsprofil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kanäle (10 bis 15) im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt sind, wobei der bogenförmige Teil (18, 19) der Kanäle zueinander angeordnet ist.

11. Dichtungsprofil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 30) im Profilzentrum im Querschnitt gesehen im wesentlichen von halbkreisförmiger Gestalt sind, wobei der bogenförmige Teil (36, 37) dieser Kanäle zueinander angeordnet ist, und daß die über den äußeren Rillennuten (23, 25) angeordneten Kanäle im Querschnitt gesehen von asymmetrischer (Kanäle 26, 28 der ersten Reihe) bzw. von kreisförmiger (Kanäle 29, 31 der zweiten Reihe) Gestalt sind.

12. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mittig angeordneten Seitenflanken (20, 20'; 33, 33') und die zum Profilrücken (17, 35) zugewandten Seitenflanken (21, 21'; 34, 34') unter Winkeländerung ineinander übergehen.

13. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte in Shore A 70 ± 5° beträgt.

Zeichnung