Verfahren zur Begrenzung von Setzungen beim Herstellen unterirdischer Hohlräume

Abstract

 Verfahren zur Begrenzung von Setzungen an der Oberfläche (1) bei Herstellung eines unterirdischen, sich längserstreckenden Hohlraumes, insbesondere eines Tunnels (2), durch Ausbruch von Material, wie Lockergestein, Erdreich, od.dgl. Dabei wird bereits vor dem Ausbruch des Materials durch Spannungsumlagerungen dadurch ein Gebirgstragring ausgebildet, daß in den beiden seitlichen Bereichen des zu schaffenden Hohlraumes, den sogenannten Ulmen (4), z.B. durch Volumsvermehrung (5), Anhebungen des Materials bewirkt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung von Setzungen an der Oberfläche bei Herstellung eines unterirdischen Hohlraumes, insbesondere eines Tunnels, durch Ausbruch von Material, wie Lockergestein, Erdreich od.dgl.

[0002] Bei der Herstellung eines Tunnels in Bodenformationen, welche insbesondere durch Lockergestein oder Erdreich gebildet sind, besteht das Problem, daß während des Ausbruches des Materials zur Herstellung des Tunnels und während der Auskleidung des Tunnels an der Geländeoberfläche Setzungen auftreten, welche vorgegebene zulässige Werte überschreiten. Wenn der Tunnel unterhalb von freiem Gelände hergestellt wird, kommt dem Auftreten von Setzungen keine besondere Bedeutung zu. Wenn jedoch ein Tunnel im verbauten Gebiet hergestellt wird, können Setzungen in Abhängigkeit der Tangentenneigung der Selzungsmulde zu Schäden an der Bebauung führen, weswegen gewährleistet werden muß, daß die Setzungen bzw. die Tangentenneigungen innerhalb vorgegebener Werte verbleiben.

[0003] Es wird hiezu darauf hingewiesen, daß aufgrund des Ausbruches des Materials im Boden Spannungsumlagerungen mit zugehörigen Verformungen bedingt werden, die einen Gebirgstragring wirksam werden lassen. Derartige Verformungen im Boden treten insbesondere in den Bereichen seitlich des Hohlraumes, den sogenannten Ulmen, auf, durch welche in der Folge an der Geländeoberfläche Setzungen verursacht werden, die vorgegebene Grenzwerte überschreiten.

[0004] Der gegenständlichen Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines unterirdischen, sich längs erstreckenden Hohlraumes, insbesondere eines Tunnels, zu schaffen, durch welches Setzungen bzw. Tangentenneigungen von Setzungsmulden im Bereich der Geländeoberfläche auf vorgegebene maximale Werte beschränkt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß bereits vor Herstellung des Hohlraumes in den beiden seitlichen Bereichen, den sogenannten Ulmen, eine Anhebung bewirkt wird, wodurch sich durch Spannungsumlagerungen ein Gebirgstragring ausbildet. Hiedurch werden beim Ausbruch des Materials zur Hohlraumherstellung Setzungen weitgehend verringert bzw. auf vorgegebene maximale Werte beschränkt. Vorzugsweise werden die Anhebungen durch Volumsvermehrungen in Ulmenbereichen bewirkt. Dies kann durch Materialinjektion bzw. durch Hochdruckbodenvermörtelung bewirkt werden. Alternativ dazu können in den beiden Ulmenbereichen Schlitze gefräst werden, welche nachfolgend ausgepreßt werden.

[0005] Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Anhebung in Ulmenbereichen dadurch bewirkt, daß eine Vorspannung derselben gegenüber der überfläche, z.B. durch Mikropfähle mit Fußerweiterung, erfolgt.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Tunnel, in schematischer Darstellung,

Fig. 2: ein Diagramm, an dem die Hebung bzw. Setzung des Bodens während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert ist, und

Fig. 3: die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Herstellung eines Tunnels samt Tunnelanschluß.

[0007] In Fig. 1 ist unterhalb der Oberfläche 1 der geplante Tunnel 2 dargestellt, welcher in der Folge durch eine Auskleidung 3 ausgesteift wird. Um während des Ausbruches des Materials, insbesondere von Lockergestein bzw. von Erdreich, die hierdurch verursachten Verformungen, welche Setzungen bedingen, und welche insbesondere von den beiden seitlichen Bereichen des zukünftigen Tunnels, den sogenannten Ulmen, bedingt werden, weitgehend vermeiden zu können, werden vor Ausbruch des Materials in den Bereichen der Ulmen 4 Anhebungen durchgeführt, welche insbesondere durch Volumsvermehrungen 5 bewirkt werden. Durch die Anhebungen wird um den zukünftigen Tunnel 2 durch Spannungsumlagerungen ein Gebirgstragring 6 ausgebildet, welcher schematisch dargestellt ist. Sobald in weiterer Folge der Tunnel 2 ausgebrochen wird, werden durch diesen bereits vorweg hergestellten Gebirgstragring Verformungen und dadurch bedingte Setzungen auf ein vorgegebenes Höchstmaß beschränkt. Die Anhebung kann durch Volumsvermehrung, wie durch Bodeninjektionen, Hochdruckbodenvermörtelung oder Fräsen von Schlitzen und Aufpressen des Materials oder auch durch Vorspannung der Ulmenbereiche gegenüber der Oberfläche bewirkt werden.

[0008] Bei einer Bodeninjektion werden die Hohlräume des Bodens, welche in Lockerböden, durch Poren, Risse, Spalten oder Klüfte gebildet sind, ganz oder teilweise mit Injektionsgut gefüllt. Dabei wird das Injektionsgut über Bohrungen derart in den Boden eingebracht, daß es unter Verdrängung der in den Hohlräumen befindlichen Luft bzw. des darin befindlichen Grundwassers diese weitgehend ausfüllt. Hiedurch wird eine Verbesserung der Bodenkennwerte bewirkt. Durch Weiterführung der Bodeninjektion und zugehöriger Aufsprengung wird in diesen Bereichen eine Volumsvermehrung bewirkt, die zu den gewünschten Spannungsumlagerungen führt.

[0009] Bei einer Hochdruckbodenvermörtelung wird das Lockergestein nach Herstellung einer Bohrung mittels eines Schneidstrahl aus Wasser oder eines Wasser/Luftgemisches aufgeschnitten und gelöst. Gleichzeitig wird der gelöste Boden mit einer Suspension von Zement oder Bentonitzement so vermischt, daß nach Abbinden ein homogener Bodenmörtel in Säulen- oder Scheibenform gebildet wird. Hierbei erfolgt auch ein teilweiser Austausch des Bodens durch das Suspensionsgut, wobei ein Rückfluß über das Bohrloch erfolgt. Da der Schneidstrahl mit sehr hohem Druck arbeitet, können durch Regulierung der Druckhöhe des Rückflusses durch das Bohrloch Hebungen erzeugt werden, wodurch gleichfalls die angestrebten Spannungsumlagerungen bewirkt werden.
Beim Fräsen von Schlitzen und Aufpressen derselben werden in den Ulmenbereichen, z.B. in der Art der Hochdruckbodenvermörtelung, Schlitze hergestellt, in welche das Preßgut eingebracht werden kann, wodurch die angestrebte Volumsvermehrung erzielt wird.

[0010] Bei der Vorspannung der Ulmenbereiche gegenüber der Geländeoberfläche werden Zugpfähle, welche in den Ulmenbereichen mit Fußerweiterungen ausgebildet sind, hergestellt. Durch Vorspannen der hierdurch erfaßten Ulmenbereiche gegenüber der Oberfläche werden Anhebungen bewirkt, wodurch die angestrebten Spannungsumlagerungen erzielt werden. Hierfür können auch Erdanker herangezogen werden.

[0011] Anhand des Diagramms der Fig. 2 ist die Hebung bzw. Setzung der Geländeoberfläche während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Zeitraum, währenddessen in den Ulmenbereichen Bohrungen oder Schlitze hergestellt werden, tritt eine geringfügige Setzung ein. Sobald in weitere Folge diese Schlitze oder Hohlräume durch Injizieren mit Material ausgefüllt werden, erfolgt eine Anhebung des Bodens im Einflußbereich der Volumsvermehrung.

[0012] Die Ausbildung des angestrebten Stützgewölbes ist dann erreicht, wenn ein direkter Zusammenhang zwischen Volumsvermehrung und Hebung besteht. Nach Beendigung des Vorganges zur Anhebung des Materials in den Ulmenbereichen können Nachsetzungen auftreten, welche jedoch im Vergleich zur Hebung des Bodens geringfügig sind.

[0013] In Fig. 3 der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Längstunnels 10 und eines Quertunnels 11 erläutert. Hierzu wird darauf hingewiesen, daß Verformungen insbesondere in den seitlichen Bereichen des Anschlusses der beiden Tunnel 10 und 11 mitbedingt werden. Demnach werden vor allem in diesen beiden Bereichen 13 Anhebungen vorgenommen, welche insbesondere durch Volumsvermehrung bewirkt werden, wodurch sich über diesen Bereichen ein Gebirgstragring 14 ausbildet, durch welchen bei und nach dem Ausbruch des Materials Setzungen auf vorgegebene Ausmaße 15 beschränkt werden. Die für die Ausbildung des Gebirgstragringes vorweg erforderlichen Gelände-Hebungen sind in Form von Isohypsen 12 dargestellt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Begrenzung von Setzungen an der Oberfläche bei Herstellung eines unterirdischen, sich längserstreckenden Hohlraumes, insbesondere eines Tunnels, durch Ausbruch von Material, wie Lockergestein, Erdreich, od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß bereits vor dem Ausbruch des Materials durch Spannungsumlagerungen ein Gebirgstragring ausgebildet wird, und zwar dadurch, daß in den beiden seitlichen Bereichen des zu schaffenden Hohlraumes, den sogenannten Ulmen, z.B. durch Volumsvermehrung, Anhebungen des Materials bewirkt werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumsvermehrung in den Ulmenbereichen dadurch bewirkt wird, daß in diese Material injiziert wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumsvermehrung in den Ulmenbereichen dadurch bewirkt wird, daß in diesen eine Hochdruckbodenvermörtelung bewirkt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumsvermehrung in den Ulmenbereichen dadurch bewirkt wird, daß in diese Schlitze gefräst werden, welchen nachfolgend ausgepreßt werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebungen in den Ulmenbereichen durch eine Vorspannung derselben gegenüber der Oberfläche, z.B. durch Mikropfähle mit Fußerwieterung, bewirkt werden.

Zeichnung