Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise, bei dem Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung zusammengesetzt werden, um eine geschlossene Auskleidung zu bilden, und der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile mit Perlkies aufgefüllt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach Auffüllen des Zwischenraums mit Perlkies Silikatharz als zementfreie Ringspaltverfüllung unter Druck eingespritzt wird, um den Zwischenraum zu verfüllen und abzudichten und die Tübbingbauteile zu betten.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise, bei dem Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung zusammengesetzt werden, um eine geschlossene Tunnelwand zu bilden, und der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile mit Perlkies aufgefüllt wird.

[0002] Verkehrswegetunnel müssen auch Gebiete durchqueren, in denen geologisch problematische Umgebungsverhältnisse herrschen, wie zum Beispiel Umgebungen mit wasserreaktivem Baugrund. Beispiele für solche geologisch problematischen Umgebungsverhältnisse sind der Queenstone - Tonstein im Bereich der großen Seen in Nordamerika und der Anhydrit im Raum Stuttgart. Bei Tunneln in Tübbingbauweise wird der Ringspalt zwischen der Hohlraumbohrung und den Tübbingbauteilen mit einer Mörtelsuspension verfüllt, um die Tübbingbauteile zu stabilisieren und in dem aufgelockerten Boden einzubetten. Das Einspritzen von Mörtelsuspensionen in denen Ringspalt erfolgt unter Druck.

[0003] Weiterhin kann bei geringeren Anforderungen an die Einbettung die Mörtelsuspension auch durch einen Einkorn-Perlkies ersetzt werden. Diese Bauweise kann aber nur in bestimmten Locker-Festgesteinsformationen mit geringeren Anforderungen an die Bettung oder in stabilen Baugrundverhältnissen eingesetzt werden.

[0004] Beim Bau von Verkehrswegetunnel in Gebieten mit geologisch problematischen Umgebungsverhältnissen kommt es oft zu Schäden an den Tunneln, wenn zum Beispiel in Umgebungen mit wasserreaktiven Lockergesteinen oder Festgesteinen eine Verfüllung des Ringspalts mit Mörtelsuspensionen erfolgt, da es dort aufgrund des Wassergehaltes des Mörtels zu Reaktionen kommt, die zu schädigenden Rückwirkungen auf die Tunnelwand führen. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Mörtelsuspensionen beim Tunnelbau in einigen Gebieten problematisch.

[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bau von Verkehrswegetunneln in Tübbingbauweise anzugeben, mit der einschalige oder zweischalige Hohlraumbauwerke auch bei geologisch problematischen Umgebungsverhältnissen wie quellfähigen Baugründen mit Ringspaltverfüllung verfüllt, gebettet und gedichtet werden können. Weiterhin sollen die Klüftigkeit und etwaige Hohlräume oder Poren des umgebenden Gesteins zementfrei verfüllt und gedichtet werden können.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

[0007] Es ist vorgesehen, dass der Verkehrswegetunnel in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung in einschaliger Bauweise mittels Tübbingbauteilen erstellt wird oder zweischalig, mit einer zusätzlichen Ortbetoninneschale erstellt wird, um eine geschlossene Auskleidung zu erhalten. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile, im Folgenden auch Ringspalt genannt, wird mit Perlkies aufgefüllt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach Auffüllung des Zwischenraums mit Perlkies, Silikatharz als zementfreie Ringspaltverfüllung unter Druck in den Zwischenraum eingespritzt wird, um den Zwischenraum zu verfüllen, abzudichten und die Tübbingbauteile zu betten. Dieser Verpressvorgang wird mit einem Überdruck je nach statischen Erfordernissen ausgeführt. Die Dichtwirkung des ausgehärteten Silikatharzes verhindert gleichzeitig Bewegungen und Reaktionen von Atmosphärilien.

[0008] In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zum Auffüllen des Zwischenraums zwischen den Innenwänden des Hohlraums und den Außenwänden der Tübbingbauteile Mehrkorn-Perlkies, vorzugsweise Zweikorn-Perlkies, verwendet. Die Verbrauchsmenge des Silikatharzes kann hierdurch erheblich reduziert werden.

[0009] Somit ist eine Füllung des Ringspalts, eine Abdichtung und Bettung der Tübbingbauteile möglich, ohne das Wasser oder wässrige Substanzen in den Außenraum außerhalb der Tübbingbauteile gelangt. Somit ist insbesondere der Bau von Tunneln unter problematischen geologischen Verhältnissen in der Umgebung des Hohlraums möglich.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einspritzen von Silikatharz unter so hohem Druck, dass Auflockerungszonen oder eine natürlich vorhandene Klüftigkeit/ Porosität des umgebenden Gebirges verfüllt und gedichtet werden. Vorzugsweise erfolgt dieses Einspritzen mit Silikatharz unter hohem Druck zumindest im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit entlang des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen.

[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform wird modifiziertes, mit Wasser reagierendes Silikatharz zum Einspritzen in den mit Perlkies verfüllten Zwischenraum verwendet, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase zum Abbinden verwendet und somit aufbraucht.

[0012] In einer alternativen Ausführungsform wird modifiziertes, nicht mit Wasser reagierendes Silikatharz zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum verwendet, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase nicht verbraucht, sondern vor sich her schiebt und durch gezielte Austrittsöffnungen entwässert.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform wird quellfähiges Silikatharz in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum einge-presst, das ein Quellmaß von 0,5 bis 1% aufweist, um gleichzeitig aufgelockerte Umgebungsbereiche in einem höheren Maß zu stabilisieren.

[0014] Die Verwendung von Mehrkorn-Perlkies erlaubt eine dichtere Auffüllung des Zwischenraums als Perlkies mit einfacher Korngröße, wodurch weniger Silikatharz benötigt wird. Insbesondere ist die Verwendung von Zweikorn-Perlkies bevorzugt, z.B. mit einer Korngröße aus dem Bereich 2 bis 4 mm und einer Korngröße aus dem Bereich 6 bis 8 mm, zum Beispiel zwei Korngrößen von 3 mm und 7 mm.

[0015] Die Verwendung von Mehrkorn-Perlkiesen mit zu vielen Korngrößen oder sogar mit einer einheitlichen Korngrößenverteilung zum Beispiel im Bereich von 2 bis 8 mm ist nicht bevorzugt, da dann eine so dichte Packung des Mehrkorn-Perlkieses erfolgt, dass nur noch wenig Volumen für das Silikatharz verbleibt; damit wäre dessen Funktion als Dichtungsmaterial eingeschränkt.

[0016] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebauten Verkehrswegetunnels zeigt,

Fig. 2 eine Detailansicht aus der Schnittdarstellung aus Fig. 1 in einem Zwischenstadium des Aufbauverfahrens zeigt, und

Fig. 3 eine Detailansicht wie in Fig. 2, aber nach einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

[0017] Fig. 1 gibt einen Überblick über einen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebauten Verkehrswegetunnel. In dem umgebenden Gestein ist durch eine Tunnelbohrmaschine eine Hohlraumbohrung hergestellt worden. In der Hohlraumbohrung sind Betonfertigteile (Tübbingbauteile) aneinandergesetzt, um eine Auskleidung der Hohlraumbohrung zu bilden. Zwischen den Tübbingsegmenten sind Dichtungen, zum Beispiel aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) vorgesehen. Zwischen den Außenwänden der Tübbingbauteile und der Innenwand der Hohlraumbohrung verbleibt zunächst ein Ringspalt. In Fig. 1 ist dieser Ringspalt über einen unteren Teil des Umfangs ungefüllt gezeigt, während der überwiegende Teil des Umfangs des Ringspalts als mit Perlkies und Silikatharz gefüllt dargestellt ist. Dies soll nur darstellen, dass ursprünglich, vor dem Verfüllen des Zwischenraumes zwischen den Außenwänden der Tübbingbauteile und der Hohlraumbohrung ein Freiraum vorhanden war. Tatsächlich ist der Ringspalt dann nach Verfüllung stets vollständig aufgefüllt, d.h. über den ganzen Umfang. In den Tübbingbauteilen sind Durchdringungen vorgesehen, durch die Zugang zu dem Ringspalt besteht.

[0018] Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines Querschnitts durch einen Verkehrswegetunnel in einem Zwischenstadium des erfindungsgemäßen Aufbauverfahrens. Nach Aneinandersetzen der Tübbingbauteile in der Hohlraumbohrung wird in einem ersten Schritt der verbliebene Ringspalt durch die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen hindurch mit Perlkies gefüllt, vorzugsweise mit Mehrkorn-Perlkies, in diesem Ausführungsbeispiel mit Zweikorn-Perlkies, zum Beispiel mit den Korngrößen 2 mm und 8 mm.

[0019] Fig. 3 zeigt die gleiche Detailansicht des Schnitts durch den Verkehrswegetunnel wie in Fig. 2 nach einem weiteren Verfahrensschritt, nämlich der Injektion von Silikatharz durch die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen. Das Silikatharz wird unter Druck eingespritzt, so dass es alle verbleibenden Hohlräume zwischen den Körnern in der Kornfüllung des Ringspalts auffüllt. Vorzugsweise wird das Silikatharz unter so hohem Druck eingepresst, dass Auslockerungszonen oder eine natürlich vorhandene Klüftigkeit/Porosität des umgebenden Gesteins verfüllt und gedichtet werden. Dies ist in Fig. 3 dadurch dargestellt, dass das schwarze Silikatharz auch entlang einiger Linien außerhalb des Ringspalts in das umgebende Gebirge eingedrungen ist. Dadurch erfolgt eine Vergütung des umgebenden Gebirges. Ein solches Einspritzen von Silikatharz unter hohem Druck ist insbesondere im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, sinnvoll, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit in Längsrichtung des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen. Durch solche Sperren wird verhindert, dass der Verkehrswegetunnel selbst zur Wasserleitung entlang seiner Längsrichtung in das geologisch problematische Gebiet mit wasserreaktiven Bestandteilen beitragen könnte.

[0020] Das Einpressen von Silikatharz mit erhöhtem Druck kann zum Beispiel bei einem Druck von 10 bis 15 Bar erfolgen.

[0021] In den Figuren sind die Durchdringungen in den Tübbingbauteilen, durch die sas Perlkies und das Silikatharz in den Ringspalt eingeführt werden, aus Gründen der vereinfachten Darstellung mit konstantem Durchmesser gezeigt. Tatsächlich sind konische Durchdringungen bevorzugt, deren Durchmesser sich von der Innenwand des Tübbingbauteils zur Außenwand hin vergrößert. Durch die konische Formgebung bleibt die Durchdringung nach Auffüllung mit dem Silikatharz nach dessen Aushärtung dicht verschlossen.

[0022] Als Silikatharz kann zum Beispiel ein 2-komponentiges, nichtschäumendes, leicht flexibilisiertes Injektionsharz auf Silikatbasis zur Injektion von wasserführenden Rissen sowie zur Boden- und Gesteinsverfestigung verwendet werden. Das Silikatharz wird durch Mischen von zwei Komponenten hergestellt, wobei diese Komponenten A und B eine Wasserglas-Komponente A und eine Isocyanate enthaltende Komponente B umfassen. Nach der homogenen Vermischung beider Komponenten entsteht eine viskose Emulsion, die kein weiteres Wasser aus dem Injektionsgebiet aufnimmt, sondern es aufgrund der hohen Dichte vor sich her schiebt. Das bevorzugte Silikatharz hat folgende technische Daten:

Mischungsverhältnis A:B 1:1 Volumenteile

[0023] 

Verarbeitungszeit

ca. 60 Sekunden (abhängig von der Temperatur)

Endaushärtung

ca. 20 Minuten (abhängig von der Temperatur)

Druckfestigkeit

ca. 14 N/mm² (DIN 12190)

Spannungswert

ca. 150 MPa (DIN 53504)

Zugfestigkeit

ca. 2,0 MPa (DIN 53504)

Reissdehnung

ca. 1% (DIN 53504)

Verarbeitungstemperatur

15 - 30°C (Bauteiltemperatur)

[0024] Die beiden Komponenten werden im Mischungsverhältnis 1:1 (Volumenteile) mithilfe von Zweikomponenten-Injektionspumpen direkt aus den Behältern gefördert und durch einen Statikmischer homogen vermischt. Die anfangs flüssige Mischung erreicht schnell einen nicht mehr fließfähigen Zustand und härtet dann rasch ohne Aufschäumen aus.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bau eines Verkehrswegetunnels in Tübbingbauweise, bei dem
Tübbingbauteile in einer maschinell erzeugten Hohlraumbohrung zusammengesetzt werden, um eine geschlossene Auskleidung zu bilden, und
der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Hohlraumbohrung und den Außenwänden der Tübbingbauteile mit Perlkies aufgefüllt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach Auffüllen des Zwischenraums mit Perlkies Silikatharz als zementfreie Ringspaltverfüllung unter Druck eingespritzt wird, um den Zwischenraum zu verfüllen und abzudichten und die Tübbingbauteile zu betten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Perlkies ein Mehrkorn-Perlkies verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von Silikatharz unter so hohem Druck vorgenommen wird, dass Auslockerungszonen des umgebenden Gebirges verfüllt und gedichtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des weiteren Verfüllens mit Silikatharz unter hohem Druck zumindest im Bereich von Übergängen zwischen geologisch problematischen Umgebungen, die mit Wasser reagieren, und geologisch unproblematischen Gebieten, in denen Wasser in der Umgebung der Hohlraumbohrung auftreten kann, vorgenommen wird, um eine Sperre gegen Wasserlängsläufigkeit entlang des Verkehrswegetunnels aus der geologisch unproblematischen in die geologisch problematische Umgebung der Hohlraumbohrung zu erzeugen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies verfüllten Zwischenraum modifiziertes, mit Wasser reagierendes Silikatharz verwendet wird, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase zum Abbinden verwendet und somit aufbraucht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum modifiziertes, nicht mit Wasser reagierendes Silikatharz verwendet wird, das vorhandenes Brauchwasser aus der Bauphase vor sich her schiebt und durch Austrittsöffnungen entwässert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspritzen in den mit Perlkies gefüllten Zwischenraum ein quellfähiges Silikatharz verwendet wird, das ein Quellmaß von 0,5 bis 1% aufweist, um gleichzeitig aufgelockerte Umgebungsbereiche in einem höheren Maß zu stabilisieren.

Zeichnung