Die Erfindung betrifft einen Ausbau im Hoch- und Tiefbau, insbesondere einen Ausbau unterirdischer Räume wie Tunnel und Stollen oder Rohrleitungen im standfesten Gebirge.
Besonders häufig finden Befestiger im Tunnelausbau Anwendung. Dabei ist zu unterscheiden zwischen den Tunneln im standfesten Gebirge und im nicht standfesten Gebirge. Ein standfestes Gebirge bricht nach dem Tunnelausbruch nicht ein. Dagegen wird bei einem nicht standfesten Gebirge ein tragfähiger Ausbau des Tunnels erforderlich, der das Gewicht des Gebirges teilweise aufnimmt. Im nicht standfesten Gebirge ist sowohl ein Stahlausbau als auch ein Betonausbau üblich. Es können auch Kombinationen von Stahl und Beton Anwendung finden. Der Betonausbau kann wird zumeist an der Baustelle gefertigt werden. Es sind auch Betonpaneele üblich, die im Werk hergestellt und zur Baustelle transportiert werden.
Im standfesten Gebirge entfällt das Festigkeitsproblem.
Es verbleibt das Problem, wie eine Sicherung gegen herab fallende Steine stattfindet. Das Problem wird üblicherweise mit Spritzbeton gelöst. Dabei wird Beton gegen den Gebirgsausbruch gespritzt, der dort erhärtet und eine schützende Haut bildet.
Ein anderes Problem ist austretendes Gebirgswasser.
Im Winter friert das Wasser. Es besteht die Gefahr herab fallender Eismassen. Dieser Gefahr wird üblicherweise mit einer Folienabdichtung begegnet. Je nach Dicke der Folie wird auch von Bahnen gesprochen. Zum Teil findet sich auch die Bezeichnung Membran.
Die Folienabdichtung leitet das Wasser ab. Zugleich wird mit einer Wärmedämmung ein Frieren des Wassers verhindert.
Die Folienabdichtung wird aus Folienbahnen zusammengesetzt.
Die Folienbahnen werden am Gebirgsausbruch überlappend verlegt, so daß die Folienränder anschließend miteinander verschweißt werden können.
Die Befestigung der Folie erfolgt auf unterschiedliche Weise. Ursprünglich wurden Anker gesetzt und die Folie auf den Ankern zwischen zwei Platten eingespannt. Das geschah unter Lochung der Folie. Man war bemüht, jedes Loch durch eine Dichtung mit zwei beiderseits der Folie angeordnete Neopren-Dichtscheiben zu schließen. Die Dichtung war sehr bescheiden, weil Wasser weiter entlang der Anker durchtreten konnte.
Bei geringen Festigkeitsanforderungen hat sich in der Vergangenheit eine Folienbefestigung mit einem als Rondelle ausgebildeten Befestiger aus Kunststoff durchgesetzt. Die Rondelle wird an das Gebirge oder an eine erste, aufgetragene Spritzbetonschicht genagelt oder angeschossen. Beim Anschießen werden die Rondellen nicht mit einem Hammer oder dergleichen ins Gebirge geschlagen, sondern mittels einer Sprengpatrone in das Gebirge oder in die erste aufgetragene Spritzbetonschicht getrieben.
Die bekannten Rondellen sind zum Beispiel in der
Als besonders günstig wurden Rondellen mit einer Sollbruchstelle angesehen,
Die Kunststoff-Rondellen sind jedoch nur dann zur Befestigung der Folien geeignet, wenn bei der Befestigung der Folien und einem anschließenden Spritzbetonauftrag geringe Kräfte entstehen.
Insbesondere in Tunneln kommen jedoch hohe Kräfte vor. In Eisenbahntunneln wird von den durchfahrenden Zügen ein extremer Luftdruck und anschließend ein extremer Saugzug erzeugt. Die Drücke wirken auf extrem große Flächen, so daß Gesamtdrücke entstehen, die eine ausreichend feste Verbindung des Tunnelausbaus mit dem Gebirge erfordern. Die Drücke sind von der Fahrgeschwindigkeit der Züge abhängig. Hochgeschwindigkeitszüge erhöhen die Drücke noch einmal um ein Vielfaches gegenüber normalen Eisenbahnen. Ähnliches gilt für Kraftfahrzeugtunnel.
Bei solcher Belastung haben sich Rondellen aus Stahl als Befestiger durchgesetzt, die mit Ankern im Gebirge gehalten werden. Die Rondellen haben die Form von Kallotten(Abschnitten einer Hohlkugel) und spannen die Folie zwischen sich ein.
Die bekannten Rondellen haben einen Durchmesser von etwa 150 mm und eine Dicke von 3 bis 4 Millimetern. Solche Rondellen besitzen ein große Festigkeit.
Die bekannten Anker haben Durchmesser von 12 oder 14 oder 16 oder 20mm. Sie bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und sind gebirgsseitig profiliert, um im Gebirge eine hohe Auszugfestigkeit zu entfalten. Für die Anker werden entsprechende Bohrungen in das Gebirge eingebracht. Anschließend werden die Anker mit einem Montagezement oder anderen geeigneten Montagemitteln in den Bohrungen festgesetzt.
Solche Anker können im Unterschied zu der bekannten Nagelkonstruktion richtig große Kräfte aufnehmen. Die Lasten werden in das Gebirge geleitet. Mit den Ankern ist es deshalb möglich, einen Tunnelausbau aufzubauen, der den Belastungen durchfahrender Züge und durchfahrender Kraftfahrzeuge standhält.
An dem freien Ende sind die Anker in der Regel mit einem Gewinde versehen, vorzugsweise entsprechend dem Durchmesser mit metrischen Gewinde M12 oder M14 oder M16 oder M20. An dem gewindeseitigen Ende werden die Stahlrondellen zwischen zwei Schrauben gehalten. Die Schrauben erlauben eine Einstellung der Rondellen auf dem Anker.
Die Anker sind üblicherweise so lang, daß sie über die Stahlrondellen hinaus in den Tunnel ragen. Das dient zur Befestigung eines Drahtgitters als Rückhaltung beim Anspritzen des Betons und zur Versteifung des Tunnelausbaus durch Verbindung mit dem Gebirge.
Das Drahtgitter dient auch zur Armierung der Spritzbetonschicht.
Auf dem Anker kann auch ein Abstandshalter für das Drahtgitter montiert werden. Bekannte Abstandshalter sind sternförmig mit Stangen versehen, um das Drahtgitter möglichst großflächig zu stützen.
Bei der bekannten Bauweise durchstoßen die Anker die Folie.
Eine solche Bauweise ist auch aus der
In der Praxis zeigt sich nämlich, daß das Gebirgswasser an den Ankern entlangläuft. Das gilt sowohl für das aus der
Dadurch stehen Anker und Befestiger bzw. Rondellen unter entsprechender Wasserbelastung. Die Erfindung hat erkannt, daß das Wasser durch das
Schraubengewinde von Rondellen und Anker dringt. Das Wasser läuft dann auch durch die in der Folie entstandene Öffnung. Es kommt zu Leckagen. Selbst eine tropfenweise Leckage führt in entsprechender Zeit zu erheblichen Wassermengen. Das Wasser kann an der Tunnelinnenseite austreten. Im Winter friert das eindringende Wasser. Es bilden sich Eiszapfen, die spätestens bei eintretendem Tauwetter herunterfallen und eine schlimme Unfallgefahr bilden. Außerdem kann das Eis erhebliche Zerstörung am Tunnelausbau verursachen.
Hinzu kommen die Korrosion durch das Gebirgswasser und dessen Salzfracht.
Um das Eindringen von Wasser am Gewinde der Rondelle zu verhindern, ist es bekannt, in die Durchtrittsöffnung der Rondelle einen Gummiring einzusetzen. Der Gummiring hat allerdings nur eine sehr beschränkte Wirkung, weil er nicht ausreichend in die Gewindegänge des Ankers greifen kann. Es ist zwar bekannt, den Gummiring gewindeseitig mit Noppen zu versehen, die besser zwischen die Gewindegänge greifen sollen als ein glatter Ring. Das bewirkt allerdings immer noch keine ausreichende Dichtung.
Auch die
Hinzu kommt der rauhe Baustellenbetrieb, bei dem es ausgeschlossen erscheint, die Ankerbohrungen so einzubringen und die Anker so zu setzen, daß eine notwendige Parallelität entsteht.
Hinzu kommt, daß der Kragen mit einer Verschraubung gegen die Folie gedrückt werden soll, um eine starke Verklebung zu bewirken. Bei unebener Auflagefläche bzw. nicht paralleler Auflagefläche der Folie wird es zu einer einseitigen und punktuellen Klebung kommen. Jede weitere Schraubendrehung kann zu einer Zerstörung der Folie führen.
Hinzu kommt auch, daß diese Lösung versagen muß, wenn keine Anpressung gegen den Gebirgsausbruch möglich ist, weil das Ankerende zu großen Abstand vom Gebirgsausbruch hat. Das ist regelmäßig der Fall, in der Regel sogar gewollt.
Die
Auch die
Nach der
Diese Lösung erscheint gegenüber der oben beschriebenen Lösung mit Kunststofftellern rückschrittlich, weil bei der oben beschriebenen Lösung keine Perforierung der Folie stattfindet. Ohne die Perforierung stellt sich an den Ankern kein Abdichtungsproblem.
Außerdem ist die Bauweise der
Bei standfestem Gebirge kann sich der Gebirgsausbruch fehlt es regelmäßig an einem Spritzbetonschicht auf dem Gebirgsausbruch, die für ein Einbringen der gezeigten Anker geeignet ist.
Im übrigen ist es bekannt, den Tunnel innen mit einer Isolierung zu versehen, um eine Eisbildung zu verhindern.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Tunnelausbau zu verbessern, insbesondere durch bessere Anker. Nach der Erfindung wird das mit den Merkmalen der Patentansprüche erreicht.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die wasserführenden Gewinde der Anker vor der Folienabdichtung enden. Dabei können auch anders geformte Befestiger als Rondellen zur Anwendung kommen. Deshalb wird im Folgenden von Befestigern im Allgemeinen und von Rondellen im Besonderen gesprochen.
Anders als bei den bekannten Rondellen ist bei den erfindungsgemäßen Befestigern wahlweise keine Durchdringung des außenseitigen Befestigers vorgesehen. Das soll ein Eindringen des Ankers in den Befestiger nicht ausschließen. Entscheidend ist, daß jede Öffnung, auch jede kapillare Öffnung verschlossen ist. Das ist ganz sicher der Fall, wenn der Befestiger ohne Durchtrittsöffnung ist.
Die Verbindung des außenseitigen Befestigers mit dem Anker wird ohne Durchtrittsöffnung möglich. Wahlweise erfolgt das mit einem Stutzen. Der Stutzen oder eine stutzenartige Verdickung ist wahlweise an dem außenseitigen Befestiger angeformt. Vorzugsweise wird der Stutzen außenseitig an dem Befestiger angeschweißt oder in sonstiger Weise befestigt ist.
Zum Anker hin besitzt der Stutzen vorzugsweise ein als Gewindeloch ausgebildetes Sackloch.
Der mit dem Stutzen einteilige Befestiger kann zum Beispiel als Formteil gegossen werden.
Vorzugsweise ist der Befestiger aber mehrteilig.
In der mehrteiligen Form kommen verschiedene Ausführungen in Betracht. Zum Beispiel kann der Stutzen ein mit Innengewinde versehenes Sackloch aufweisen und in der gewünschten Länge an dem Befestiger verschweißt sein. Das Gewindeloch besitzt ein dem Ankergewinde angepasstes Gewinde. Die Verschweißung kann innenseitig an dem Befestiger erfolgen. Dann ragt der Stutzen in der mehrteiligen Ausführung durch eine entsprechende Öffnung des Befestigers, so daß innenseitig an dem durchragenden Stutzenende eine umlaufende Schweißnaht gelegt werden kann. Vorzugweise ist der Stutzen bei mehrteiliger Ausführung der Vorrichtung außenseitig an dem Befestiger verschweißt.
Dabei wird die Möglichkeit genutzt, dem Stutzen unterschiedliche Schraubstellungen auf dem Ankerende zu geben. Diese Möglichkeit ist umso größer, je länger der Stutzen ist.
Zugleich kann der gleiche Dorn wie in obigen Beispielen verwendet werden, wenn der Stopfen eine entsprechend größere Länge aufweist. Das läßt sich durch Vorhaltung unterschiedlicher Stopfenlängen erreichen.
Es können auch Gewindestücke vorgesehen sein, die helfen, die richtige Stutzenstellung zu finden.
Es können auch unterschiedliche Dorne vorgesehen sein, mit denen eine Anpassung an die unterschiedliche Schraubstellung des Stutzens erreicht werden kann. Dazu haben die verschiedenen Dorne unterschiedlich lange Gewindestücke, mit denen sie in dem Stutzen verschraubt werden können.
Wahlweise können auch innenseitig am Befestiger Gewindestangen bzw. Dorne vorgesehen sein, deren Länge größere Abstände der Ankerende von der Tunnelmitte kompensiert.
Das außenseitigen Ende des Stutzens kann mit einem Adapter verschlossen werden. Aufgabe des Adapters ist eine Anpassung an die Erfindung. In dem Rahmen soll der Adapter das Gewindeloch des Stutzens verschließen und seinerseits ein Gewindeloch bilden, mit dem der Befestiger auf das Ende des Ankers aufgeschraubt werden kann. In dem Sinne hat der Adapter stutzenseitig einen Gewindezapfen und eine Verdickung. Mit dem Gewindezapfen kann der Adapter in dem Gewindeloch des Stutzens verschraubt werden. Mit der Verdickung kann der Adapter auf dem Stutzen aufsitzen und das Gewindeloch dicht verschließen.
In der Verdickung befindet sich ein als Sackloch ausgebildetes Gewindeloch, dessen Gewinde dem Ankergewinde angepasst ist.
Mit dem Adapter können die oben erläuterten Mängel der bekannten Befestiger beseitigt werden. Das heißt, durch Einschrauben eines Adapters kann ein herkömmlicher Befestiger in einen erfindungsgemäßen Befestiger verwandelt werden.
Das Gewindeloch im Stutzen des herkömmlichen Befestigers kann gegebenenfalls lang genug oder zu kurz sein, um zusätzlich von innen einen Dorn für die Befestigung des Drahtnetzes und für die Verbindung des Spritzbetons mit dem umgebenden Felsen auszunehmen. Ist das Gewindeloch zu kurz, so kann der Adapter einen verlängerten Zapfen aufweisen, der innenseitig vorragt bzw. in den Tunnel ragt und dort einen Dorn bildet.
Der Stutzen bzw. Adapter hat wahlweise ganz oder teilweise eine zylindrische oder ganz oder teilweise eine kantige Form, z.B. die Form eines Sechskants. Solche Stutzen lassen sich von einer Stange mit kreisförmigem Querschnitt oder von einer Stange mit Sechskant-Querschnitt ablängen. Entsprechendes gilt für Rohlinge zur Herstellung eines Adapters.
Der Befestiger kann zunächst mit der Hand verspannt werden, soweit das möglich ist. Für die abschließende Verspannung ist ein Werkzeug von Vorteil. Bei Verwendung einer Spannzange ist nicht erforderlich, daß der Stutzen oder Adapter auf das Verspannen besonders vorbereitet ist. Mit der Spannzange läßt sich durch entsprechende Spannung so viel Reibung erzeugen, daß ein ausreichendes Drehmoment auf den Befestiger oder auf den Adapter übertragen werden kann, um eine ausreichende Verspannung des Befestigers auf dem Anker zu bewirken.
Soweit ein Stutzen oder ein Adapter einen kantigen Querschnitt aufweist, kann zur Verspannung ein Maulschlüssel verwendet werden. Maulschlüssel lassen sich leichter und schneller ansetzen und abnehmen als eine Spannzange.
Wahlweise ist ein zylindrischer Stutzen an dem Befestiger vorgesehen und ist der zylindrische Stutzen mit zwei Schlüssel-Flächen für einen Schraubenschlüssel(Maulschlüssel) versehen. Die Schlüsselflächen können angefräst oder angeschliffen oder angepresst werden. Das Anpressen kann gegenüber der Verwendung von Sechskantprofil wirtschaftlich Vorteile haben.
Mit dem Stutzen bzw. Adapter wird der Befestiger auf den Anker aufgeschraubt. Der Stutzen kann kurz sein oder länger. Je länger der Stutzen bzw. der Adapter ist, desto größer ist der Verstellbereich oder Einstellbereich des Befestigers.
In der gewünschten Montagestellung kann der Befestiger durch eine Kontermutter auf der Gewindestange gesichert werden.
Die Einstellung des Befestigers ist wichtig,
wenn der Gebirgsausbruch mit erheblichen Toleranzen erstellt worden ist und
wenn die Felsbohrungen für die Anker kein Verstellen des Ankers in der Bohrung erlauben oder
wenn die Anker in den Felsbohrungen ohne Rücksicht auf die Lage der mit den Befestigern korrespondierenden Enden montiert worden sind.
Die aus dem Gebirge herausragenden Anker-Enden sind dadurch mehr oder weniger von der idealen Ausbruchslinie für einen Tunnel entfernt. Durch Einstellung kann der Befestiger der idealen Ausbruchslinie angepasst werden.
Besonders großer Einstellungsbedarf ergibt sich im klüftigen Gebirge. Dort ergeben sich zum Teil sehr große Abstände der Ankerenden zur idealen Ausbruchslinie. Wahlweise wird dem mit längeren Ankern Rechnung getragen. Vorzugsweise sind gleiche Anker und Verlängerungsstangen zwischen den Ankern und den Befestigern vorgesehen. Die Verlängerungsstangen sind insbesondere Gewindestangen. Die Verbindung der Verlängerungsstangen zu den Ankern erfolgt dann durch Gewindehülsen. Wahlweise sind die Gewindehülsen separate Teile oder mit der Gewindestange verbunden.
Die Verwendung separater Gewindestangen reduziert den Materialaufwand. Die Verlängerungsstangen können nämlich von langen Gewindestangen auf das jeweils zweckmäßige Maß abgelängt werden.
Das Ablängen ist einfach. Es erfolgt entweder durch Sägen oder durch Trennschleifen. Besonders vorteilhafte Trennschleifer sind Winkelschleifer, die mit einer geeigneten Schleifscheibe bestückt sind. Die bekanntesten Winkelschleifer sind die sogenannten Flex-Geräte. Deshalb wird dieses Arbeiten als Flexen bezeichnet.
Die Verwendung von Gewindestangen, die werksseitig bereits mit einer Gewindehülse vorbereitet worden sind, erleichtert das Arbeiten an der Baustelle. Durch die werksseitige Vorbereitung wird ein Teil der Arbeiten in das Werk verlagert. Dort sind Schweißvorgänge sehr viel besser darstellbar als an der Baustelle. Das gilt sowohl für die Qualität wie auch für die Bearbeitungsdauer.
Eine getrennte Gewindehülse kann auch mit unterschiedlichen Gewinden versehen werden, nämlich mit einem Linksgewinde an dem einen Ende und einem Rechtsgewinde an dem anderen Ende. Die korrespondierenden Enden der Gewindestange und des Ankers sind dann angepasst. Der Vorteil solcher Gewindehülsen ist, daß sie durch Drehen in der gleichen Richtung gleichzeitig die Verschraubung mit beiden korrespondierenden Enden bewirken kann bzw. durch Drehen in der entgegengesetzten Richtung ein gleichzeitiges Lösen von den beiden korrespondierenden Enden bewirken kann.
In den Verschraubungen zwischen Anker und Befestiger bzw. Anker und Hülse bzw. Hülse und Verlängerungsstange bzw. Verlängerungsstange und Befestiger ist ein Mindestmaß in der Überlappung der verschraubten Teile zu berücksichtigen. Das Überlappungsmaß ist materialabhängig und belastungsabhängig. Das Mindestmaß läßt sich mit wenigen Ausreißversuchen feststellen.
Im übrigen ist die Bestimmung des Mindestmaßes und die Annäherung an das Mindestmaß nicht zwingend. Vielmehr bietet es sich aus Sicherheitsgründen und wirtschaftlichen Gründen an, ohne Versuche ein Maß zu wählen, bei dem erkennbare Sicherheit gegeben ist. Dieses Maß kann von Schraubenmuttern gleichen Schraubengewindes abgeleitet werden. Vorzugsweise findet bei der Ableitung der Abmessungen ein Sicherheitsfaktor von mindestens 1,5 Anwendung.
Das gleiche gilt für den Durchmesser der Hülse bzw. den Durchmesser des Stutzens. Auch hier ist das Mindestmaß in Abhängigkeit vom Material und der Belastung zu bestimmen. Für die Belastung der Hülse ist wesentlich, ob und mit welchen Werkzeugen für die Verschraubung an die Hülse gegriffen wird. Auch hier könnte mit einigen Versuchen ein Minimalmaß bestimmt werden. Andererseits bietet sich insbesondere im Falle des Angriffs von Werkzeugen die Abmessung einer Schraubenmutter gleichen Gewindes als Maß für die Hülse an. Vorzugsweise findet auch hier bei der Ableitung der Abmessungen ein Sicherheitsfaktor von mindestens 1,5 Anwendung.
Mit dem erfindungsgemäßen außenseitigen Befestiger wird in weiterer Ausbildung der Erfindung ein innenseitiger Befestiger verspannt. Vorzugsweise besitzt der außenseitige Befestiger dazu innenseitig einen zumindest teilweise mit Gewinde versehenen Dorn.
Für den Dorn gilt ähnliches wie für den oben beschriebenen Stutzen. Der Dorn kann angeformt sein und mit dem außenseitigen Befestiger ein einteiliges Werkstück bilden.
Der Dorn kann aber auch an dem Befestiger angeschweißt oder angeschraubt werden.
Wahlweise kann der Dorn auch an dem oben beschriebenen Stutzen angeformt sein und mit dem Stutzen ein einstückiges Werkstück bilden. Der Dorn kann aber auch an dem Stutzen angeschweißt oder angeschraubt werden.
Wie oben erläutert, kann der Stutzen bei entsprechenden Abmessungen mit dem außenseitigen Befestiger so verschraubt werden, daß der Stutzen mit einer Fläche dichtend an einer korrespondierenden Fläche anliegt.
Die Mehrteiligkeit ist von Vorteil, wenn für den Stutzen und die Hülse gleiches Einsatzmaterial verwendet werden kann. Das gleiche gilt für den Dorn und die Verlängerungsstange. Wahlweise wird die Stange vorbereitet an die Baustelle geliefert. Wahlweise wird die Stange erst an der Baustelle montiert.
Der innenseitige Befestiger ist zur Montage mit einer entsprechenden Öffnung versehen, so daß er sich auf den Dorn schieben und dort mit einer geeigneten Schraube verspannt werden kann.
Vor der Montage des innenseitigen Befestigers wird die Folie auf den Dorn geschoben. Dabei durchdringt der Dorn die Folie. Es wird die Folie allein oder zusammen mit einer Dichtung zwischen beiden Befestigern eingespannt.
Die beiden Befestiger können kreisförmig ausgebildet sein wie herkömmliche Rondellen bzw. Befestiger. Es können sogar die bekannten Stahlrondellen verwendet werden, indem die Öffnung der bekannten Rondellen durch den beschriebenen Stutzen, Dorn bzw. Stange verschlossen wird.
Die Befestiger können auch anders geformt werden, zum Beispiel viereckig mit Abrundungen an den Ecken.
Die Befestiger können eben oder gewölbt ausgebildet sein. Durch Anpassung der Wölbung des Befestigers an die jeweilige Tunnelwölbung wird die Faltenbildung in der Folie reduziert.
Darüber hinaus kann eine Einwärtswölbung bzw. eine Auswärtswölbung am Rand der Befestiger zweckmäßig sein, um eine übermäßige Belastung der Folie am Befestigerrand durch Kantendruck zu vermeiden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Einspannung der Folie am Rand der Befestiger vorgesehen. Das hat den Vorteil einer möglichst großen Verteilung angreifender Kräfte auf die Folie.
Nach der Erfindung sind die Befestiger zur Randeinspannung so ausgelegt, daß sie ohne Folie einander am Rand berühren und die übrigen Befestigerflächen Abstand voneinander haben.
Die Länge des Dorns ist von dem Umfang des Spritzbetonausbaus abhängig. Der Aufbau kann ausschließlich aus Beton bestehen. Der Aufbau kann auch eine Isolierschicht beinhalten. Die Isolierschicht wird dann vorzugsweise gebirgsseitig hinter dem Beton angeordnet.
Der Dorn muß dann durch die Isolierschicht hindurch ragen, um am vorderen Ende das oben beschriebene Drahtgitter und den Abstandshalter zu tragen.
Wahlweise wird der Stutzen durch eine Öffnung des außenseitigen Befestigers hindurchgeführt, bis er folienseitig ausreichend weit gegenüber dem Befestiger vorragt.
In der Lage kann der Stutzen in dem Befestiger verschweißt werden. Durch die Schweißung wird die Öffnung in dem Befestiger geschlossen.
In den Stutzen wird ein Gewindestangenstück als Dorn eingeschraubt. Wahlweise wird der Dorn dabei durch eine Schweißnaht gesichert. Die Schweißnaht verhindert ein Lösen des Dornes und verschließt zugleich den Gewindegang.
Die erfindungsgemäßen Befestiger bestehen vorzugsweise aus Stahl. Stahl läßt sich sehr gut verarbeiten, auch schweißen. Die Verarbeitungsfähigkeit ist besonders vorteilhaft bei sogenanntem Automatenstahl. Mit Automaten sind automatisierte Drehmaschinen und automatisierte Fräsmaschinen bezeichnet. Mit diesen Maschinen lassen sich die nach der Erfindung vorgesehenen besonderen Teile sehr kostengünstig herstellen.
Wegen der vom Gebirgswasser ausgehenden Korrosionsgefahr sind derartige Stahlteile vorzugsweise allseitig mit einem Korrosionsschutz versehen. Bekannt ist ein Korrosionsschutz mit Epoxidharz oder mit Zink. Der Zink wird galvanisch aufgetragen oder durch Tauchen der Werkstücke in einem heißen Zinkbad aufgetragen. Das Tauchen im heißen Zinkbad stellt aber das Problem zugesetzter Gewinde.
Die Beschichtung mit Expoxidharz kann sehr genau dosiert werden und stört die Verschraubung nicht, wenn die Schicht, eine bestimmte Dicke nicht überschreitet.
Wahlweise findet auch rostfreier Stahl Anwendung.
Es können aber auch ungeschäumte Kunststoff Anwendung finden. Besonders geeignet sind dabei Polyamide und Polyester, vorzugsweise verstärkt durch eine Faserarmierung und/oder durch eine Gewebearmierung.
Die Befestiger können unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Es sind Befestiger mit Durchmessern oder Kantenlängen von 10mm bis 2000 mm denkbar. Vorzugsweise kommen Abmessungen von 80 bis 300 mm vor, noch weiter bevorzugt 130 bis 300mm.
Günstig ist auch, wenn die Befestiger eine Krümmung besitzen, die der Tunnelkrümmung angepasst ist. Das bewirkt eine Folien schonende Einspannung zwischen den Befestigern.
Schalenförmige bzw. topfförmige Befestiger sind zwar im Hinblick auf die Einspannung der Folie nicht ganz so günstig. Dafür besitzen solche Befestiger aber eine sehr höhere Stabilität als ein Blech, welches lediglich der Tunnelwölbung angepasst ist. Das erlaubt eine Reduzierung der Blechdicke für die Befestiger. In dem Sinne können Dicken von 2,5 mm und weniger ausreichend sein. Soweit die Erfindung im Vorstehenden anhand eines Tunnelausbaus erläutert worden ist, gilt entsprechendes für die Anwendung der Erfindung auf Stollen
Mit dem Spritzbetonaufbau entsteht eine feste Betonschäle in einem Tunnel, welche durch die Anker mit dem Gebirge verbunden ist. Allerdings unterliegt der Tunnelausbau bei zeitgemäßer Belastung durch Kraftfahrzeuge oder durch Zugverkehr erheblichen Belastungen.
Dieser Verkehr verursacht starke Druckwellen und Saugwellen. Die Stärke ist von dem Volumen der Kraftfahrzeuge und Züge, von deren Geschwindigkeit und von den Abmessungen des Tunnels abhängig.
Durch die Druckwellen und Saugwellen wirken über die oben beschriebenen Anker auf das Gebirge. Deshalb werden erhebliche Anforderungen an die Festigkeit des Ankersitzes im Gebirge gestellt. Das hat in der Praxis dazu geführt, daß Ankerstangen von mindestens 16 mm Durchmesser, vorzugsweise von 20mm Durchmesser Verwendung gefunden haben und die Ankerstangen in gleichmäßigen, verhältnismäßig kurzen Abständen angeordnet sind.
In regelmäßigen Abständen sind Anker in das Gebirge eingebracht worden.
Dazu wurden entsprechende Löcher gebohrt und die Anker mit Montagezement in den Löchern festgesetzt worden. Von den Ankern sind die Mittelachsen 2 dargestellt.
Der Gebirgsausbruch 1 dient der Herstellung eines Tunnels.
Zur Drainage des austretenden Wassers und zur Sicherung gegen herabstützende Steine ist in dem Gebirgsausbruch ein Spritzbetonausbau vorgesehen.
Der Spritzbetonausbau besteht im Groben aus einer Folienschicht 4 und einer Spritzbetonschicht 3. Die Folienschicht 4 ist aus einzelnen Bahnen zusammengesetzt, die überlappend verlegt werden und an den überlappenden Rändern miteinander verschweißt sind. Dabei sind zwei nebeneinander liegende Schweißnähte mit Abstand voneinander vorgesehen. Der Hohlraum zwischen den Schweißnähten wird mit Druckluft beaufschlagt, um die Dichtigkeit der Schweißnähte zu prüfen.
Einzelheiten des Spritzbetonausbaus sind in der
Dabei ist ein Anker 5 schematisch dargestellt. Der Anker 5 ist an dem aus dem Gebirge herausragenden Ende mit einem Befestiger 14 verbunden. An dem Befestiger 14 liegt die Folienschicht 4 an.
An der Folienschichtseite, die dem Befestiger 14 gegenüberliegt befindet sich ein Befestiger 15. Die Befestiger 14 und 15 spannen die Folienschicht 4 zwischen sich ein.
Außerdem tragen die Befestiger einen Abstandshalter 13 für ein Drahtgeflecht 12. Das Drahtgeflecht 12 hat zwei Aufgaben. Es dient dem Aufbau der Spritzbetonschicht 3, indem es ein Herabfallen des von der Folienschicht zurückprallenden Betons verhindert. Zusätzlich bildet das Drahtgeflecht 12 eine Armierung für die Spritzbetonschicht.
Beim Spritzbetonausbau hat der Ausbau im Verhältnis zur Form so viel Gewicht, daß der Ausbau vor Erreichen ausreichender Festigkeit ohne die Anker zusammenbrechen würde. Die Anker leiten das Gewicht des Spritzbetonausbaus in das Gebirge.
Nach der Verfestigung des Spritzbetonausbaus bilden die Anker einen festen Verbund des Ausbaus mit dem Gebirge.
Die
Mit dem außenseitigen Befestiger 20 ist ein Stutzen 22 verschweißt. Der Stutzen 22 ist nicht einfach auf den geschlossenen Boden des Befestigers aufgesetzt, sondern durch eine zentrische Öffnung in dem Boden des Befestigers 20 durchgeführt, so daß der Stutzen 22 innenseitig ein Stück vorrat. Das Maß des Vorragens ist genau abgestimmt auf die Beschaffenheit zweier Dichtungen 27 und 28, welche die in
Die Dichtungen 27 und 28 und die Folienschicht 26 besitzen ausreichende Öffnungen, um über eine als Dorn vorragende Gewindestange 23 und den vorragenden Stutzen 22 geschoben zu werden.
Der Stutzen 22 ist an jedem Ende mit einem Sackloch versehen. Beide Sacklöcher sind durch eine Materialwand voneinander getrennt. In dem folienseitigen Sackloch sitzt die Gewindestange 23 als Dorn.
In dem gegenüberliegenden, außenseitigen Sackloch sitzt in der Einbausituation der Anker.
Die beschriebene Materialwand verhindert eine durch das Gewinde hindurchgehende Leckage.
Die Dichtungen 27 und 28 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Polyethylenschaum mit einem Raumgewicht von 30 kg pro Kubikmeter, in anderen Ausführungsbeispielen von 18 bis 40 kg pro Kubikmeter. Aufgabe der Dichtungen ist es, Ungleichmäßigkeiten in den Oberflächen der Befestiger und der Folie und Schieflagen zwischen den Befestigern auszugleichen. Die Dicke der Dichtungen beträgt dabei 5mm, in anderen Ausführungsbeispielen 3 bis 10 mm. Durch Verspannung der beiden Befestiger erfahren die Dichtungen eine starke Zusammendrückung, so daß der Raumgewicht der Dichtungen nahe an das Raumgewicht ungeschäumten Polyethylens kommt.
Die Dicke der Dichtung wird durch Verspannung der beiden Befestiger auf mindestens 50%, vorzugsweise auf mindestens 70% und noch weiter bevorzugt auf mindestens 90% reduziert. Die Reduktion bezieht sich auf das Schaumvolumen. Bei dieser Betrachtung bleibt das Volumen der ungeschäumten Folie gleichen Kunststoffes und gleichen Flächengewichtes unberücksichtigt. Das heißt, das für die Dickenreduzierung maßgebliche Ausgangsmaß wird um das Dickenmaß der ungeschäumten Folie verringert. Die
Mit dem außenseitigen Befestiger 520 ist ein Stutzen 522 verschweißt. Der Stutzen 522 besitzt zwei mit 528 und 529 bezeichnete Sacklöcher. Das Gewinde in dem Stutzen und an dem Anker ist M16.
Der Stutzen 522 ist nicht einfach auf den geschlossenen Boden des Befestigers aufgesetzt, sondern an eine zentrische Öffnung in dem Boden des Befestigers 520 aufgesetzt und dort verschweißt. Die umlaufende Schweißnaht ist mit 525 bezeichnet. Beide Sacklöcher sind mit Innengewinde versehen. In dem nach außen weisende Sackloch 528 sitzt das Ankerende 526.
Es ist außerdem kein Abstandshalter vorgesehen, so daß die mögliche Zusammenpressung der Dichtungen bei der Einspannung der Folienschicht allein durch die Anpreßkraft einer Spanneinrichtung bestimmt ist. Die Spannvorrichtung besteht aus einer Gewindestange 524 und einer Spannmutter 523. Der innenseitige Befestiger 521 hat wie der außenseitiger Befestiger die Form einer Schale.
In den
Im Ausführungsbeispiel hat der Befestiger 520 einen Außendurchmesser von 300mm, der Befestiger 521 einen Außendurchmesser von 222 mm. In anderen Ausführungsbeispielen können andere Maße gewählt werden.
Der Befestiger 520 ist als Schale so gewählt, daß er in der Stellung nach Fig. 35 den Bestiger 521 vollständig aufnimmt. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch eine Tiefe des Befestigers 520 von 32 mm.
Das weitere Ausführungsbeispiel nach
Der Befestiger 538 ist baugleich zu dem Befestiger 537 und spiegelbildlich angeordnet. Dadurch ergibt sich eine andere Einspannung der Folie zwischen beiden Befestigern als bei den Ausführungsbeispielen nach
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Dichtungen beidseitig selbstklebend ausgebildet. Die Klebeflächen sind vor der Montage durch Siliconbeschichtetes Papier abgedeckt. Das Papier wird zunächst von der Berührungsfläche mit dem Befestiger 20 abgezogen. Danach kann die Dichtung 28 auf dem Befestiger 20 positioniert und angedrückt werden. Anschließend wird von der Berührungsfläche der Dichtung 28 mit der Folienschicht 26 das Papier abgezogen und die Folienschicht gegen die Dichtung gedrückt. Es entsteht ein vorläufiger Halt der Foliendichtung 26. Zur weiteren Montage wird von der Berührungsfläche der Dichtung 27 mit der Folienschicht 26 das Papier abgezogen und die Dichtung 27 an der Folienschicht 26 positioniert und angedrückt.
Danach wird von der Berührungsfläche der Dichtung 27 mit dem innen liegenden Befestiger das Papier abgezogen und der Befestiger 21 auf den Dorn geschoben. Der Befestiger 21 hat eine Öffnung, die zwar geringfügig größer als der Durchmesser der Gewindestange 23 aber zugleich deutlich geringer als der Durchmesser des Stutzens 22 ist.
Nach dem Aufschieben des innen liegenden Befestigers ergibt sich die in
Mit Hilfe einer Schraubenmutter 25 werden die Befestiger 20 und 21 so weit zusammengedrückt, daß die Dichtungen einen gewünschten Druck gegen die Folienschicht einerseits und gegen die Berührungsflächen mit den Befestigern andererseits entfalten.
Dieser Druck bewirkt zugleich eine Einspannung der Folienschicht. Zusammen mit der Klebeverbindung entsteht eine sehr vorteilhafte Halterung der Folienschicht.
Dabei sind die Befestiger mit 30 und 31 bezeichnet. Die beiden Befestiger 30 und 31 schließen eine Folienschicht 32 zwischen sich ein.
Im Unterschied zu der Ausführungsform nach
Um eine Verletzung der Folie zu vermeiden, ist der Befestiger 31 darüber hinaus mit einem gebogenen Rand 33 versehen.
Außenseitig hat der Adapter 42 ein als Gewindeloch ausgebildetes Sackloch 43, mit dem eine Verschraubung auf dem Anker möglich ist.
Auf jeder Gewindestange 102 ist dann eine Dichtungsscheibe 103 aufgeschraubt worden. Darauf ist eine Abdichtungsbahn verlegt worden. Das Verlegen ist in der Weise erfolgt, daß die Folie auf die vorragenden Anker gesteckt worden ist. Dabei durchdringen die Anker 102 die Folie. Die entstehenden Löcher werden mittels weiterer Dichtungsscheiben 105 geschlossen. Die Dichtungsscheiben 103 und 105 spannen die Folie 104 zwischen sich ein und schließen darüber hinaus dicht mit den Ankern 102 ab.
Nach der Montage der Folie 104 im Tunnel wird im Ausführungsbeispiel zunächst eine schnell bindende Zementmilch dünn auf die Folie gedüst. Die getrocknete Zementmilch bildet eine vorteilhafte Grundierung für einen anschließenden Auftrag von Spritzbeton. Der Spritzbeton wird schichtweise aufgetragen, beginnend an der Tunnelsohle. Die dadurch entstehende Spritzbetonschicht ist mit 106 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel verläuft der Tunnel horizontal, so daß der Spritzbeton in horizontalen Lagen verlegt wird, die von unten nach oben an der Folie übereinander gelegt werden. Dabei haben die Lagen eine Breite, die der gewünschten Spritzbetonschichtdicke entspricht.
In anderen Ausführungsbespielen ist eine geringere Breite der Lagen vorgesehen, so daß zunächst eine erste Spritzbetonschicht auf die Folie aufgebracht wird, welche die Folienseite vollständig überdeckt. Danach wird eine weitere Spritzbetonschicht aufgebracht, welche die zuvor erläuterte Spritzbetonschicht vollständig überdeckt. Das wird wiederholt, bis die gewünschte Dicke der Spritzbetonschicht erreicht ist.
Nach der Erstellung der Spritzbetonschicht ragen die Anker noch aus der Betonschicht vor. An den vorragenden Enden sollen Verkleidungsplatten befestigt werden, insbesondere Platten für den Brandschutz. Die Platten werden im Ausführungsbeispiel mit den Ankern 102 und Schraubenmuttern sowie Unterlegscheiben an dem Spritzbetonausbau gesichert. Damit das Gewinde der Anker 102 nicht durch den Spritzbeton unbrauchbar wird, ist das Gewinde durch Kappen beim Auftragen des Spritzbetons geschützt worden.
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