[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bau eines Tunnels gemäss Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung dazu.
[0002] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Tunnel allgemein ein Durchgang durch
ein Erdreich verstanden, insbesondere auch kleinere Durchgänge wie z.B. Stollen.
[0003] Ein gängiges Verfahren zum Bau eines Tunnels besteht darin, vorgefertigte Tunnelelemente
von der einen Seite mit einer geeigneten Maschine ins Erdreich zu pressen. Dieses
Verfahren hat u.a. den Nachteil, dass es Baulärm und Erschütterungen verursacht.
[0004] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bau
eines Tunnels sowie eine Vorrichtung dazu anzugeben, so dass insbesondere Baulärm
und Erschütterungen reduziert werden.
[0005] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäss dem Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung
gemäss dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst. Die weiteren Ansprüche geben
bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen
Vorrichtung an.
[0006] Gemäss Anspruch 1 werden Start- und Zielportal verbindende Bohrungen erstellt, in
welche Spannelemente eingeführt werden. Mittels Presszylinder, welche auf der Seite
des Startportals angeordnet und über die Spannelemente mit dem Zielportal in Wirkverbindung
stehen, werden ein Vortriebsteil und Tunnelelemente ins Erdreich eingezogen. Dieses
Verfahren hat u.a. den Vorteil, dass das Zielportal bei der Errichtung des Tunnels
als Verankerung miteinsetzbar ist. Dadurch kann der Vortrieb der Tunnelelemente nicht
durch übliches Einpressen, sondern durch Einziehen erfolgen, wodurch u.a. Baulärm
und Erschütterungen in reduziertem Masse auftreten.
[0007] Vorzugsweise wird ein Flachmaterial, z.B. in Form von Blech, miteingezogen, das zwischen
Erdreich und Tunnelelementen angeordnet ist. Dadurch kann der Einzugswiderstand klein
gehalten werden, da u.a. verhindert wird, dass Erdmaterial mitgestossen wird beim
Einziehen der Tunnelelemente. Weiter ist es möglich, ein Schmiermittel zwischen Flachmaterial
und Tunnelelement einzupressen.
[0008] Weitere spezifische Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung sowie deren Vorteile
sind aus folgender Beschreibung und Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels ersichtlich.
Es zeigen
Fig. 1 eine gemäss der Linie I-I in Fig. 2 geschnittene Seitenansicht einer Einzugsvorrichtung
nach Einzug einer Anzahl von Tunnelelementen,
Fig. 2 die Situation aus Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht,
Fig. 3 die Situation aus Fig. 1 in einer Vorderansicht,
Fig. 4 den vorderen Teil der Einzugseinrichtung aus Fig. 1 in einer perspektivischen
Ansicht,
Fig. 5 eine Detailansicht aus Fig. 1, und
Fig. 6 ein einzelnes Tunnelelement in einer perspektivischen Ansicht.
[0009] Figuren 1 und 2 zeigen eine mögliche Ausführungsform der Einzugsvorrichtung, wie
sie sich beim Einzug von vorgefertigten Tunnelelementen 1 (vgl. Fig. 6) im Erdreich
5 darstellt. Der zu errichtende Tunnel befindet sich zwischen dem Startportal 2 und
dem Zielportal 3, welche jeweils Aussparungen für die Tunnelelemente 1 sowie für Spannelemente
10 aufweisen. Diese erstrecken sich vom Zielportal 3 bis über das Startportal 2 hinaus
und ermöglichen es, das Zielportal 3 als Gegenverankerung beim Einzug der Tunnelelemente
1 einsetzen zu können.
[0010] Die Spannelemente 10 sind am Zielportal 3 via Stahlträger 11 sowie am Startportal
2 verschraubt. Als Spannelemente 10 eignen sich u.a. Stäbe, z. B. Spannstahlstäbe.
[0011] Das Ende 10a eines jeweiligen Spannelements 10 beim Startportal 2 steht mit einer
Presseinrichtung in Wirkverbindung. Die Presseinrichtung umfasst Presszylinder 16,
welche mit der (nicht dargestellten) Maschineneinheit verbunden und einzeln ansteuerbar
sind. Die Presszylinder 16 wirken z.B. hydraulisch und sind hier als Hohlraumzylinder
ausgebildet, so dass das Ende 10a eines Spannelements 10 hindurchführbar ist. Das
Ende 10a ist mittels lösbarer Verbindung fest mit dem Zylindergehäuse 16a eines Presszylinders
16 verbindbar. Zu diesem Zweck weist z.B. das Ende 10a ein Gewinde auf, welches am
Zylindergehäuse 16a mittels schraubbarer Rückhalteplatte gesichert werden kann.
[0012] Hier sind vier Presszylinder 16 gezeigt. Die genaue Anzahl der Presszylinder 16 ist
an die entsprechende Dimensionierung des zu errichtenden Tunnels ausgelegt und kann
daher auch mehr oder weniger als vier sein. Entsprechend ist die Anzahl der Spannelemente
10 an die Anzahl der Presszylinder 16 angepasst.
[0013] Die Hubstange 16b eines jeweiligen Presszylinders 16 wirkt auf eine Zwischenkonstruktion
18, an welcher das zuletzt eingeführte Tunnelelement 1 stirnseitig zumindest teilweise
anliegt und welche dafür sorgt, dass die von den Presszylindern 16 aufgebrachte Presskraft
gleichmässiger auf das anliegende Tunnelelement 1 verteilt wird.
[0014] Der Boden am Startportal 2 ist als Auflager 14 ausgebildet, auf welchem die Zwischenkonstruktion
18 sowie ein einzuziehendes Tunnelelement 1 aufliegen können. Die Spannelemente 10
sind durch die Zwischenkonstruktion 18 hindurchgeführt. Diese ist in Einzugsrichtung
8 gesehen auf dem Auflager 14 hin und her verschiebbar angeordnet und ist u.a. aus
Stahlträgern aufbaubar, beispielsweise in Form von vier, rahmenförmig angeordneten
Trägern.
[0015] Die Länge der Enden 10a der Spannelemente 10 sind so an die Länge des Tunnelelements
1 angepasst, dass zwischen Startportal 2 und Zwischenkonstruktion 18 zumindest ein
Tunnelelement 1 Platz findet.
[0016] Die Presszylinder 10 sind entlang den Spannelementen 10 hin und her verschiebbar
angeordnet. Durch entsprechendes Nachschieben kann somit ein Tunnelelement 1, welches
länger ist als der Hub der Presszylinder 10, soweit ins Erdreich gepresst werden,
dass ein nächstes Tunnelelement 1 einführbar ist.
[0017] Am Vortriebskopf der eingezogenen Tunnelelemente 1 befindet sich ein Vortriebsteil
20, welches hier als Press-Schneidteil ausgebildet ist. In Einzugsrichtung 8 gesehen
entsprechen Breite und Höhe des Vortriebsteils 20 im Wesentlichen der Breite bzw.
Höhe eines Tunnelelements 1. Wie auch Figuren 3-5 genauer zeigen, ist das Vortriebsteil
20 in Form eines Rahmens mit einem Durchgang 21 aufgebaut, durch welchen hindurch
Erdmaterial in den bereits gebildeten Tunnelabschnitt gelangen kann. Das Vortriebsteil
20 ist z.B. aus Metallteilen aufgebaut.
[0018] Das Vortriebsteil 20 ist fest mit dem zuerst eingezogenen Tunnelelement 1 verbunden,
vorzugsweise durch Verschraubungen 22. Das Vortriebsteil 20 umfasst oben, unten und
seitlich ein Schneidelement 25a, 25b, 25c. Das obere und untere Schneidelement 25a,
25b sind hier keilförmig ausgebildet. Die seitlichen Schneidelemente 25c sind in Form
von Schneidplatten ausgestaltet. Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, ist in Einzugsrichtung
8 gesehen das obere Ende 25a des Vortriebsteils 20 weiter vorne angeordnet als das
untere Ende 25b.
[0019] Das jeweilige Schneidelement 25a, 25b ist z.B. in Form eines Kasten ausgebildet und
umfasst einen Innenraum zur Aufnahme einer Blechrolle 26a, 26b sowie einen Längsschlitz
28a, 28b, durch welchen hindurch das Ende des Bleches 27a, 27b nach aussen geführt
ist. Das abgerollte Blech 27a, 27b befindet sich zwischen dem Erdreich 5 und der oberen
bzw. unteren Aussenseite der eingezogenen Tunnelelemente 1 und ist am Startportal
2 befestigt (vgl. Befestigungsstellen 29a, 29b in Fig. 1).
[0020] Der Innenraum des Schneidelements 25a, 25b ist von vorne des Durchgangs 21 zugänglich,
z.B. durch Vorsehen eines wegnehmbaren Deckels. Dadurch kann bei Bedarf, wenn eine
Blechrolle 26a, 26b vollständig abgerollt ist, eine neue Blechrolle in den Innenraum
einfügt und das Ende des Bleches mit dem Ende des abgerollten Bleches verbunden werden.
[0021] Das Blech 27a, 27b dient als Gleitfläche der Tunnelelemente 1 beim Einziehen sowie
als Trennfläche zwischen Erdreich 5 und Tunnelelementen 1, sodass beim Einziehen insbesondere
ein Mitschleppen bzw. Vorwärtsstossen des Erdmaterials (sogenanntes Mitreiten) verhindert
wird. Als Blech 27a, 27b ist z.B. solches aus Stahl einsetzbar. Anstelle von Blech
sind auch andere flächige Materialien als Gleit- und Trennfläche denkbar, welche beim
Einzug abgerollt wird.
[0022] Zur weiteren Reduzierung des Widerstandes beim Einziehen ist eine Schmiermitteleinrichtung
vorgesehen, welche Zuleitungen 35a, 35b aufweist, die von Seiten des Startportals
2 zu den einzelnen Tunnelelementen 1 führen. Diese sind hier am Boden sowie an der
Decke mit durchgehenden Rohren 36a, 36b, z.B. Eisenrohren, versehen, die fluidisch
mit den Zuleitungen 35a, 35b verbunden sind. Diese sind z.B. durch Rohre gebildet,
die unter der Decke und über dem Boden eines Tunnelelements 1 mittig montiert und
mit den Rohren 36a, 36b verschraubt sind.
[0023] Durch die Zuleitungen 35a, 35b und Rohre 36a, 36b ist mittels Pumpe (hier nicht dargestellt)
Schmiermittel zwischen Blech 27a, 27b und der oberen bzw. unteren Aussenseite der
Tunnelelemente 1 injizierbar. Die Tunnelelemente 1 sind hier aussen am Boden sowie
an der Decke mit Querrinnen 1a versehen, die sich nur über einen Teil der Breite des
Tunnelelements 1 erstrecken, d.h. sie reichen nicht bis zu den Kanten des Tunnelelements
1 (vgl. Figuren 2 und 6). Die Querrinnen 1a bewirken eine gleichmässigere Verteilung
des Schmiermittels über die Breite eines Tunnelelements 1. Als Schmiermittel sind
u.a. flüssige und/oder schlammige Materialien geeignet, z.B. Betonit.
[0024] Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform von Tunnelelementen 1, aus denen der fertige
Tunnel gebildet wird. Ein Tunnelelement 1 ist z.B. als Vierkant-Betonrohr ausgebildet
und hat typischwerweise eine Brutto-Querschnittsfläche von 4 bis 24 m
2.
[0025] Durch Einbezug beider Portal 2 und 3 beim Einzug der Tunnelelemente 1 ergibt sich
eine Art "Sandwichtechnik", bei welcher ein Durchgang zwischen zwei griffstellen für
die Zug- und Presskräfte errichtet wird. Ein vorgängiges Graben entfällt und es kann
auf eine Presswand verzichtet werden, wie sie z.B. bei üblichen Pressverfahren zum
Einsatz kommt.
[0026] Ein mögliches Verfahren zur Errichtung eines Tunnels ist wie folgt:
[0027] Nach erfolgtem Aushub für Start- und Zielportal werden beide Portale 2, 3 in Ortbeton
erstellt, wobei Aussparungen für den Einzug der Tunnelelemente 1 sowie für Leerrohre
vorgesehen werden. Anschliessend werden bei den Aussparungen für die Leerrohre Pilot-Bohrungen
durch das Erdreich 5 hindurch erstellt. Beim Zurückziehen des Bohrgestänges wird jeweils
das Leerrohr z.B. in Form eines Kunststoffrohrs eingezogen und anschliessend ein Spannelement
10 eingefügt. Dieses wird an beiden Portalen 2, 3 verschraubt, so dass sich ein kraftschlüssiger
Verbund ergibt.
[0028] Um die Zuglast auf eine grössere Fläche zu verteilen wird quer zum Startportal 2
die Zwischenkonstruktion 18 z.B. in Form von HEW Stahlträgern zwischen Betonwand des
Portals 2 und Ankerplatten der Spannelemente 10 angebracht. Die Zwischenkonstruktion
18 dient als zusätzliche Aufnahmefläche der Einzugslast beim Einzug der Tunnelelemente
1.
[0029] Nach Abschluss der vorerwähnten Arbeiten wird das jeweilige Leerrohr mit dem inliegenden
Spannelement 10 mit Injektionsmörtel verfüllt. Dadurch ergibt sich ein Korrosionsschutz.
Anschliessend werden auf der Seite des Startportals 2 die Installationen für den Einzug
der Tunnelelemente 1 erstellt. Das Vortriebsteil 1 wird mit dem ersten Tunnelelement
1 verschraubt. Die Blechrollen 26a, 26b werden eingelegt und das obere bzw. untere
Blech 27a, 27b wird durch den Schlitz 28a, 28b im Kasten hinausgezogen und aussen
am Startportal 2 an den Stellen 29a, 29b befestigt. Anschliessend wird das Tunnelelement
1 bis an die Aushub-Böschung eingezogen und das Startportal 2 hinterfüllt und verdichtet.
Beim Einzug wird der Einzugswiderstand des Tunnelelements 1 über die Spannelemente
10 auf das Zielportal 3 übertragen.
[0030] Durch diese Einzugstechnik erübrigt sich das Vorsehen einer Presswand und auf der
Seite des Startportals 2 steht mehr Raum für die Räumung der Tunnelelemente 1 zur
Verfügung. Weiter entfallen die Kosten zum Abbrechen und Entsorgen einer Presswand.
Eine weitere Kosteneinsparung wird erreicht, indem die Fundation der beidseitigen
Ortbetonportale 2, 3 reduzierbar ist.
[0031] Das Vorsehen der Bleche 27a, 27b sowie der Schmiermitteleinrichtung erlaubt einen
Einzug mit besonders geringem Widerstand und ohne Mitreiten der Tunnelelementenüberdeckung.
Die Tunnelelemente 1 werden vorzugsweise ölhydraulisch eingezogen und das jeweilige
Blech 27a, 27b wird immer der Einzugslänge entsprechend abgerollt, so dass es ein
unbewegliches Auflager u.a. für das Überdeckungsmaterial bildet.
[0032] Die Hubstangen 16b der Presszylinder 16 werden nach dem Ausstossen wieder eingezogen,
die Rückhalteplatten zur Befestigung der Spannelemente 10 werden vorwärts geschraubt
und gesichert. Es folgt dann der nächste Ausstoss.
[0033] Mittels der Schmiermitteleinrichtung wird durch die Zuleitungen 35a, 35b und Rohre
36a, 36b Schmiermittel, z.B. Betonit eingepresst. Durch Vorsehen der auf der Decke
und Boden eines Tunnelelements 1 erstellten Querrinnen 1a wird ein Verteilen des Schmiermittels
zwischen Tunnelelement 1 und Blech 27a, 27b begünstigt. Dieses bleibt stationär beim
Einziehen der Tunnelelemente 1, sodass insbesondere das darüber liegende Erdmaterial
nicht mitgezogen wird. Das Schmiermittel bildet eine fluide, unter Druck stehende
Schmiermasse, auf welcher die Tunnelelemente 1 "schwimmend" bewegbar gelagert sind.
Insgesamt ergibt sich ein besonders verringerter Einzugswiderstand.
[0034] Durch das eingelegte Blech 27a, 27b, das nicht mit dem Vortrieb mitzieht, sondern
eine, an Ort bleibende Trennung zwischen Tunnelelementen 1 und Überdeckung 5 bildet,
können auch keine Terrainveränderungen auftreten.
[0035] Das Ausbauen des Erdmaterials im Vortriebstunnelelement 1 wird fortlaufend der Vortriebsstrecke
entsprechend ausgeführt. Dabei wird darauf geachtet, dass nicht über das Vortriebteils
20 hinaus geräumt wird, da andernfalls Hohlräume ausserhalb vom Tunnelelementenprofil
entstehen und unerwünschte Terrainsenkungen über dem Vortrieb auftreten. Bei sehr
rolligem und/oder schlammigem Erdmaterial kann je nach Situation vorausinjiziert und
so das Material verfestigt werden.
[0036] Nach Austritt des Vortriebsteils 20 am Zielportal 3 werden die Befestigung der Bleche
27a, 27b an den Stellen 29a, 29b gelöst. Das Vortriebsteil 20 wird abgebaut. Die Bleche
27a, 27b bleiben über und unter dem Tunnel belassen.
[0037] Je nach Situation sind zusätzliche Massnahmen für eine Entwässerung vorzusehen. Wird
diese z.B. bauseits verlangt, so kann nach dem Einbau der Tunnelelemente 1 auf beiden
Seiten sowie darunter mit einem Abstand jeweils ein Stahlrohr eingerammt und entleert
werden. Anschliessend wird ein Sickerrohr in das Stahlrohr eingeschoben. Das Stahlrohr
wird zurückgezogen unter gleichzeitigem Einblasen von Rundkies, wodurch eine funktionsfähige
Entwässerung entsteht.
[0038] Die soweit beschriebenen Massnahmen bilden eine grabenlose Vortriebstechnik, die
vielfältig einsetzbar ist, z.B. zum Bau von Unterführungen für Fussgänger und/oder
Fahrzeuge, Bachdurchlässen, grossräumigen Versorgungskanälen, etc., und die verschiedene
Vorteile mit sich bringt:
- Start- und Zielportal werden miteinander verbunden, so dass eine übliche Presswand
entfallen kann.
- Es können Kosten eingespart werden, da u.a. Transporte und Maschinenstunden verringert
sind.
- Die Technik ist umweltfreundlich, verursacht weniger Baulärm und vermeidet Erschütterungen.
- Nach dem Bau des Tunnels brauchen keine aufwändigen Installationsbauten abgebaut werden.
- Die Überdeckung ist während den Arbeiten weiterhin nutzbar. So braucht z.B. ein bestehender
ÖV- bzw. Privatverkehr oder drgl. nicht umgeleitet werden.
- Ein Errichten des Tunnels ist auch bei geringem Mass an Überdeckung über den eingebauten
Tunnelelementen möglich.
- Mögliche Setzungen des Erdreichs über dem Vortrieb sind gering.
[0039] Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert
ist.
1. Verfahren zum Bau eines sich von einem Startportal (2) zu einem Zielportal (3) erstreckenden
Tunnels aus Tunnelelementen (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Portale (2, 3) verbindende Bohrungen erstellt werden, in welche Spannelemente
(10) eingeführt werden, und dass
mittels Presszylinder (16), welche auf der Seite des Startportals (2) angeordnet und
über die Spannelemente (10) mit dem Zielportal (3) in Wirkverbindung stehen, ein Vortriebsteil
(20) und nachfolgende Tunnelelemente (1) ins Erdreich (5) eingezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Flachmaterial, insbesondere Blech (27a, 27b),
miteingezogen wird, welches zwischen Erdreich (5) und Tunnelelementen (1) angeordnet
ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vortriebsteil (20) eine
oder mehreren Rollen (26a, 26b) des Flachmaterials (27a, 27b) aufweist, welches am
Startportal (2) befestigt ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem eine Schmiermitteleinrichtung
(35a, 35b, 36a, 36b) eingesetzt wird, mittels welcher Schmiermittel zwischen Flachmaterial
(27a, 27b) und Tunnelelementen (1) eingepresst wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vortriebsteil (20) als
Rahmen ausgebildet ist, welcher zur Bildung von Schneidelementen (25a, 25b) nach innen
weisende Flächen aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen Presszylinder (16)
und zuletzt eingeführtem Tunnelelement (1) eine Zwischenkonstruktion (18) zum Verteilen
der Presskraft angeordnet ist, vorzugsweise umfasst die Zwischenkonstruktion Stahlträger.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tunnelelemente (1) an
der Aussenseite Querrinnen (1a) zum Verteilen von Schmiermittel aufweisen, die vorzugsweise
an den Enden geschlossen sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das jeweilige Tunnelelement
(1) als Rohr mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spannelemente (10) durch
Spannstahlstäbe gebildet sind und/oder in Einzugsrichtung (8) der Tunnelelemente (1)
gesehen beabstandet zum Vortriebsteil (20) angeordnet sind.
10. Vorrichtung zum Bau eines sich von einem Startportal (2) zu einem Zielportal (3) erstreckenden
Tunnels aus Tunnelelementen (1), umfassend:
- Spannelemente (10), die ausgelegt sind, in die beiden Portale (2, 3) verbindende
Bohrungen einzuführen,
- Presszylinder (16), welche am Startportal (2) anordbar und über die Spannelemente
(10) mit dem Zielportal (3) in Wirkverbindung bringbar sind, und
- ein Vortriebsteil (20), wobei zwischen diesem und den Presszylindern (16) Tunnelelemente
(1) anordbar sind, so dass mittels der Presszylinder das Vortriebsteil und die Tunnelelemente
ins Erdreich (5) einziehbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Vortriebsteil (20) eine oder mehreren Rollen
(26a, 26b) eines Flachmaterials, insbesondere Blechs (27a, 27b), umfasst, welches
zwischen Erdreich (5) und Tunnelelementen (1) anordbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das Vortriebsteil (20) einen
Durchgang (21) aufweist zum Einleiten von Erdmaterial in den sich bildenden Tunnel
aus Tunnelelementen (1), vorzugsweise ist das Vortriebsteil (20) als Rahmen ausgebildet
mit nach innen weisenden Flächen zur Bildung von Schneidelementen (25a, 25b).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Vortriebsteil (20) in Einzugsrichtung
(8) gesehen, in welcher es ins Erdreich (5) einziehbar ist, ein oberes Ende (25a)
aufweist, das weiter nach vorne ragt als das untere Ende (25b).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Presszylinder (16) Hohlraumzylinder
sind, durch welche die Spannelemente (10) hinduchführbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, umfassend eine Schmiermitteleinrichtung
(35a, 35b, 36a, 36b), mittels welcher Schmiermittel zwischen Flachmaterial (27a, 27b)
und Tunnelelementen (1) einpressbar ist.