TÜBBING AUS BEWEHRTEM BETON

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Tübbing aus bewehrtem Beton, wobei der Tübbing eine Lastübertragungsfläche für eine Längsfuge aufweist.

[0002] Tunnelröhren werden oft im Schildvortrieb mit Tübbingringen hergestellt. Die Tunnelröhre besteht bei der Anwendung dieses Bauverfahrens aus in Tunnellängsrichtung hintereinander angeordneten Tübbingringen. Jeder Tübbingring besteht aus beispielsweise sechs bis zehn über den Umfang des Tübbingrings verteilten einzelnen Tübbingen. Die Tübbinge werden in der Nähe der Tunnelröhre als Fertigteile aus Stahlbeton hergestellt. Zwischen zwei benachbarten Tübbingringen befindet sich die sogenannte Ringfuge. Zwischen den Tübbingen eines Tübbingrings befindet sich die sogenannte Längsfuge.

[0003] Die Tunnelröhre wird durch ihr Eigengewicht und durch in radialer Richtung einwirkende Druckkräfte aus dem an die Tunnelröhre angrenzenden Gebirge bzw. Bodenmaterial belastet. In der Baupraxis treten die radialen Druckkräfte entlang der Längserstreckung der Tunnelröhre oft in unterschiedlicher Größe auf. Die Tübbinge weisen in der Regel eine konstante Dicke in einer Tunnelröhre auf. Die Dimensionierung der Dicke der Tübbinge erfolgt demnach für den Größtwert der radialen Druckkräfte oder es werden in den höher belasteten Abschnitten der Tunnelröhre Sondertübbinge aus Stahl eingesetzt. Tübbinge aus Stahl sind jedoch erheblich teurer als Tübbinge aus Stahlbeton.

[0004] Die Lastübertragungsfläche in der Längsfuge zwischen zwei Tübbingen aus Stahlbeton ist kleiner als die Querschnittsfläche der Tübbinge. Die Querschnittsfläche eines Tübbings in einem Radialschnitt ergibt sich aus dem Produkt der Breite b₁ und der Dicke d₁. Die Breite b₁ eines Tübbings bzw. eines Tübbingrings in Tunnellängsrichtung liegt in der Regel zwischen 1,5 m und 2,5 m. Die Dicke d₁ eines Tübbings liegt in der Regel zwischen 0,2 m und 0,7 m.

[0005] Um Abplatzungen an den Kanten der vorgefertigten Tübbinge aus Stahlbeton zu vermeiden und um eine bessere Einbaubarkeit der Tübbinge zu ermöglichen, wird die für die Übertragung der Druckkraft in Ringrichtung erforderliche Lastübertragungsfläche in einer Längsfuge mit einer Breite b₀, die kleiner ist als die Breite bi, und einer Dicke d₀, die kleiner ist als die Dicke d₁, hergestellt. In der Lastübertragungsfläche in den Längsfugen steht deshalb nur eine Fläche, die sich aus dem Produkt der Breite b₀ und der Dicke d₀ ergibt, zur Verfügung.

[0006] Die Breite b₀ beträgt ungefähr 85 % bis 95 % der Breite b₁. Die Dicke d₀ beträgt ungefähr 45 % bis 55 % der Dicke d₁. Um eine Abschätzung der Querschnittsreduktion in der Längsfuge zu ermöglichen, wird die Größe der Lastübertragungsfläche mit den Mittelwerten der oben angegebenen Bandbreiten (90 % und 50 %) berechnet. Damit ergibt sich, dass die Lastübertragungsfläche nur 45% der Querschnittsfläche des Tübbings beträgt. Bei der Berechnung der von der Lastübertragungsfläche aufnehmbaren Druckkraft darf die einaxiale Bemessungsdruckfestigkeit f_cd des Betons gemäß den Angaben der ÖNORM EN 1992-1-1, Abschnitt 6.7 mit dem Faktor

vergrößert werden. Dieser Faktor ist gleich 1,49 für das oben angegebene Beispiel bei dem die Lastübertragungsfläche b₀ · d₀ gleich 45 % der Querschnittsfläche b₁ · d₁ ist.

[0007] Die in der Längsfuge übertragbare Druckkraft für eine Längsfuge mit einer einaxialen Bemessungsfestigkeit des Betons gleich f_cd bei einer zentrischen Belastung ist dann gleich

[0008] Das entspricht 67 % der Druckkraft, die in den von der Längsfuge entfernten Querschnitten des Tübbings aufgenommen werden kann. Für die Dimensionierung der Dicke d₁ eines Tübbings ist deswegen der Nachweis der Lastübertragung in der Längsfuge maßgebend.

[0009] In der Vergangenheit sind deshalb zahlreiche Vorschläge ausgearbeitet worden, um die in einer Längsfuge zwischen zwei Tübbingen aus Stahlbeton aufnehmbare Druckkraft zu vergrößern.

[0010] Eine Möglichkeit zur Steigerung der in einer Längsfuge aufnehmbaren Druckkraft wird in der AT 518 840 A1 beschrieben. In einem ersten Tübbing und in einem zweiten Tübbing, die im eingebauten Zustand durch eine Druckkraft in der Lastübertragungsfläche der Längsfuge beansprucht werden, werden Verstärkungskörper in den an die Längsfuge angrenzenden Bereichen der Tübbinge eingebaut. Die Verstärkungskörper bestehen aus Stahl oder aus Edelstahl. Die Abmessung eines Kraftübertragungskörpers in der Richtung der Dicke des Tübbings entspricht der Tübbingdicke d₁. Die Höhe der Kraftübertragungskörper wird so groß gewählt, dass die Druckkraft von der Lastübertragungsfläche bis zu der Unterseite des Kraftübertragungskörpers ausgebreitet werden kann und der Beton an der Unterseite des Kraftübertragungskörpers mit den Flächen b₁ mal d₁ gleichmäßig beansprucht wird. Damit wird das Kraftübertragungsproblem in der Längsfuge gelöst. Nachteilig bei der in der AT 518 840 A1 gezeigten Lösung ist, dass

• die Verstärkungskörper aus Stahl oder Edelstahl bestehen und deshalb teuer in der Herstellung sind,
• die Verstärkungskörper aus Stahl an der Außenseite der Tunnelröhre korrodieren können und der Fortschritt des Korrosionsprozesses von der Tunnelinnenseite nicht beurteilt werden kann und
• die Verstärkungskörper im Brandfall rasch ihre Tragfähigkeit verlieren werden.

[0011] In der EP 1 243 753 A1 werden Kopplungselemente aus Stahl beschrieben, die in einer Ringfuge und in einer Längsfuge angeordnet werden können. Die Kopplungselemente ermöglichen eine formschlüssige Verbindung mit einem über den Großteil der Länge des zweiten Tübbings verlaufenden Federelement als Komplementärkopplungselement. Auch kann eine Stahleinlage in die längsfugenseitige Oberfläche eines erfindungsgemäßen Tübbings einbetoniert werden. Ferner kann die gesamte längsfugenseitige Oberfläche des Tübbings von der Stahleinlage gebildet werden. Nachteilig bei der in der EP 1 243 753 A1 gezeigten Lösung ist, dass

• die Kopplungselemente aus Stahl bestehen und deshalb teuer in der Herstellung sind,
• die in der Längsfuge angeordneten Kopplungselemente aus Stahl korrodieren können und
• die Kopplungselemente im Brandfall rasch ihre Tragfähigkeit verlieren werden.

[0012] In der DE 25 22 789 C3 werden Tübbinge mit einer Bewehrung aus länglichen Elementen aus duktilem Gusseisen beschrieben. Eine Druckkraft wird von einem Element aus duktilem Gusseisen über ein Bindemittel, das in einen Zwischenraum eingebracht wird, auf ein Lager und von diesem auf ein Endelement übertragen. Nachteilig bei der in der DE 25 22 789 C3 gezeigten Lösung ist, dass

• die Endelemente und die Lager aus einem metallischen Werkstoff bestehen und deshalb teuer in der Herstellung sind,
• die in der Längsfuge angeordneten Endelemente korrodieren können und
• die Endelemente im Brandfall rasch ihre Tragfähigkeit verlieren werden.

[0013] Eine weitere Ausführungsform für einen Tübbing mit Elementen aus Stahl in einer Längsfuge ist in der JP 1 502 207 aus dem Jahr 1975 beschrieben. Die im modernen Tunnelbau mit Tübbingen übliche Reduktion der Querschnittsfläche in den Längsfugen ist in der JP 1 502 207 nicht dargestellt. Kastenförmige Aussparungselemente aus Stahl werden in den an die Längsfuge angrenzenden Seiten der Tübbinge eingebaut. Diese Aussparungselemente ermöglichen das Verbinden von zwei benachbarten Tübbingen mit einer Schraubverbindung. Zudem wird offenbart, dass an die Aussparungselemente Bewehrungsstäbe angeschweißt sind. Diese Bewehrungsstäbe dienen in erster Linie zur Befestigung der Aussparungselemente im Tübbing. Sie werden aber bei der Übertragung einer Druckkraft in der Längsfuge einen Teil der Druckkraft aufnehmen und in den Beton des Tübbings weiterleiten. Nachteilig bei der in der JP 1 502 207 gezeigten Lösung ist, dass

• die Aussparungselemente aus Stahl bestehen und deshalb teuer in der Herstellung sind,
• die in der Längsfuge angeordneten Aussparungselemente korrodieren können und
• die Aussparungselemente im Brandfall rasch ihre Tragfähigkeit verlieren werden.

[0014] Eine weitere Ausführungsform für einen Tübbing mit Elementen aus Stahl in einer Längsfuge ist in der JP 11 287 093 A beschrieben. Die im modernen Tunnelbau mit Tübbingen übliche Reduktion der Querschnittsfläche in den Längsfugen ist in der JP 11 287 093 A nicht dargestellt. In den an die Längsfugen angrenzenden Seiten der Tübbinge werden C-förmige Stahlelemente, die mit eingeschraubten Bewehrungsstäben im Tübbing verankert sind, eingebaut. Bei der Montage der Tübbinge werden Verbindungselemente aus Stahl in die C-förmigen Stahlelemente eingeschoben. Die JP 11 287 093 A zeigt überdies, dass die Stirnseiten der C-förmigen Stahlelemente im eingebauten Zustand einen Abstand S, der dem zweifachen Abstand T entspricht, aufweisen. Eine Druckübertragung in den Längsfugen über die C-förmigen Stahlelemente ist deshalb in einem Tübbingring nicht möglich.

[0015] Eine weitere Ausführungsform für einen Tübbing mit Bewehrungsstäben im Bereich der Längsfuge ist in der US 1,969,810 beschrieben. Die Tübbinge sind mit in Ringrichtung angeordneten Bewehrungsstäben bewehrt. Zum Zeitpunkt dieser Offenbarung im Jahr 1931 waren nur Bewehrungsstäbe mit glatten Oberflächen verfügbar. Um eine bessere Verankerung der Bewehrungsstäbe im Beton zu erreichen, wird deshalb vorgeschlagen, die Enden der Bewehrungsstäbe aufzuweiten oder eine V-förmige Verankerung herzustellen. Ferner wird vorgeschlagen, die Längsfugen der Tübbinge in benachbarten Tübbingringen gegeneinander zu versetzen, um zu erreichen, dass die Drucknormalkraft in einem Tübbingring im Bereich der Längsfuge über die Ringfuge in den benachbarten Tübbingring geleitet wird und dort teilweise vom Bewehrungsstab aufgenommen wird. Dieser Lastabtragungsmechanismus wird als "circumferential zig-zag path" bezeichnet.

[0016] Dieser Lastabtragungsmechanismus funktioniert in der Realität nicht, weil sich die Ringfugen infolge des Schwindens des Betons öffnen können. Über das Schwindverhalten des Betons lagen in den 30er-Jahren des vorigen Jahrhunderts noch keine ausreichenden Erkenntnisse vor.

[0017] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tübbing zu schaffen, welcher gegenüber den derzeit im modernen Tunnelbau verwendeten Tübbingen eine höhere Tragfähigkeit aufweist und welcher gegenüber den bekannten Tübbingen günstiger herstellbar ist sowie eine höhere Dauerhaftigkeit und eine höhere Brandwiderstandsdauer aufweist.

[0018] Diese Aufgabe wird durch einen Tübbing aus bewehrtem Beton gelöst, wobei der Tübbing eine Lastübertragungsfläche für eine Längsfuge aufweist, wobei im Tübbing mindestens ein Stahlstab mit einer Stirnfläche eingebaut ist, wobei der Stahlstab derart im Tübbing angeordnet ist, dass eine Tangente an eine Schwerachse des Stahlstabs in der Stirnfläche mit einer Normalen auf die Lastübertragungsfläche einen Winkel zwischen 0° und 45° einschließt, und wobei die Stirnfläche in einem Abstand zur Lastübertragungsfläche angeordnet ist, der zwischen 0 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 0 mm und 10 mm, liegt.

[0019] Durch die erfindungsgemäß angeordneten Stahlstäbe im Tübbing - die vorteilhaft zusätzlich zur Bewehrung des Betons vorliegen - kann dieser gegenüber den Tübbingen des Standes der Technik günstiger hergestellt werden und dennoch eine höhere Dauerhaftigkeit und Brandwiderstandsdauer aufweisen. Durch die Stahlstäbe des Tübbings wird zudem eine besonders gute Kraftübertragung an der Lastübertragungsfläche erzielt, die sich zwischen dem Tübbing und einem zu einem selben Tübbingring zugehörigen weiteren Tübbing befindet.

[0020] Versuche mit dem erfindungsgemäßen Tübbing haben ergeben, dass eine Lastübertragung durch die Stahlstäbe selbst dann noch gegeben ist, wenn der genannte Abstand größer als 0 mm ist und sich zwischen der Stirnfläche des Stahlstabs und der Lastübertragungsfläche beispielsweise Beton befindet. Besonders bevorzugt wird insbesondere, wenn zwei oder mehr Stahlstäbe in der erfindungsgemäßen Anordnung im Tübbing vorgesehen sind.

[0021] Bevorzugt ist der Stahlstab ein gerippter Bewehrungsstab, wodurch eine verbesserte Kraftübertragung auf den Beton im Bereich der Längsfuge erzielt wird. Alternativ ist auch ein Stahlstab ohne Rippen einsetzbar.

[0022] In einem Beispiel könnte der Stahlstab gerade sein, z.B. wenn dieser eine Länge hat, die weniger als ein Drittel der Länge des Tübbings in Umfangsrichtung beträgt. Bevorzugt weist der Stahlstab eine Krümmung auf, die im Wesentlichen einer Krümmung des Tübbings entspricht, um eine verbesserte Einbaubarkeit zu ermöglichen.

[0023] Bevorzugt werden die Stahlstäbe in einem Abstand von der Mittelebene des Tübbings eingebaut. Dadurch kann in der Lastübertragungsfläche in der Mittelebene des Tübbings ein Führungsstab eingebaut werden.

[0024] Vorteilhaft ist, wenn der Stahlstab derart im Tübbing eingebaut ist, dass eine Betondeckung zwischen einer Oberfläche des Stahlstabs und einem Rand eines überdrückten Bereichs der Lastübertragungsfläche vorgesehen ist, wodurch der Stahlstab im Vergleich zu einer Anordnung außerhalb des überdrückten Bereichs eine größere Dauerhaftigkeit aufweist. Bevorzugt weist der Stahlstab einen Durchmesser zwischen 10 mm und 100 mm, besonders bevorzugt zwischen 20 mm und 50 mm, auf, wodurch ein guter Kompromiss zwischen der Eignung für die Kraftübertragung und Gewicht bzw. Kosten erzielt wird.

[0025] Wie bereits ausgeführt kann im genannten Abstand beispielsweise jener Beton angeordnet sein, aus dem der Großteil des Tübbings gefertigt ist. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen werden, dass angrenzend an den genannten Abstand eine Aufweitung des Stahlstabs vorgesehen ist, was eine noch bessere Kraftübertragung mit sich bringt.

[0026] Die Aufweitung kann beispielsweise ein aufgeschraubtes Endstück, eine angeschweißte Stahlplatte oder eine Verdickung des Stahlstabs sein. Die Aufweitung kann aus demselben Material gefertigt werden wie der Stahlstab.

[0027] Vorteilhaft ist, wenn der Stahlstab eine Länge hat, die einer abgewickelten Länge des Tübbings abzüglich des zweifachen Abstands entspricht. Der Stahlstab kann somit durch die gesamte Länge des Tübbings verlaufen und eine Kraftübertragung an beiden Enden des Tübbings bewirken. Alternativ könnten kürzere Stahlstäbe jeweils gesondert in der erfindungsgemäßen Anordnung an beiden Enden des Tübbings vorgesehen werden.

[0028] Wenn die Länge des Stahlstabs einer abgewickelten Länge des Tübbings abzüglich des zweifachen Abstands entspricht, ist besonders bevorzugt, wenn die Aufweitung des Stahlstabs angrenzend an einen der Abstände vorgesehen ist. Derartige Tübbinge können in einem Tübbingring so verbaut werden, dass ein Ende des Stahlstabs ohne Aufweitung jeweils zu einem Ende eines Stahlstabs mit Aufweitung ausgerichtet wird. Für derartige Konstruktionen müssen somit nicht zwei verschiedene Arten von Tübbingen herangezogen werden.

[0029] Weiters bevorzugt sind im Tübbing zumindest zwei der genannten Stahlstäbe eingebaut, wobei die beiden Stahlstäbe auf einer gemeinsamen Platte angeordnet sind, die eine höhere Druckfestigkeit als der Beton des Tübbings aufweist. Die Kraftübertragung von zwei oder mehreren Stahlstäben kann somit flächig bewirkt werden, was zwar die Konstruktion des Tübbings erschwert, aber die Kraftübertragung weiter verbessert.

[0030] Die Platte ist bevorzugt aus Stahl gefertigt und beide Stahlstäbe sind an die Platte angeschweißt, womit die Stahlplatte besonders dauerhaft ausgebildet und mit den Stahlstäben verbunden sein kann.

[0031] Vorteilhaft ist, wenn die Stirnfläche des Stahlstabs einen Winkel mit der Schwerachse des Stahlstabs einschließt, der zwischen 60° und 90°, bevorzugt zwischen 75° und 90°, liegt. Somit kann der Stahlstab eine bezüglich der Schwerachse schräge Stirnfläche aufweisen, um den zwischen der Lastübertragungsfläche und der Stirnfläche eingeschlossenen Raum individuell anzupassen.

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich im genannten Abstand ein erhärteter Mörtel, der eine höhere Druckfestigkeit als der Beton des Tübbings aufweist, wobei sich der Mörtel besonders bevorzugt in einer Ausnehmung befindet, die durch ein nach dem Erhärten des Betons entferntes Füllmaterial gebildet wurde. Dadurch kann der Abstand derart ausgefüllt werden, dass die Lastübertragungsfläche beständiger ausgebildet wird.

[0033] Bevorzugt weist der Tübbing während der Herstellung eine Schalung auf, die in einem Abstand von 0,1 mm und 50 mm, bevorzugt 0,1 mm und 10 mm, zu der Stirnfläche des Stahlstabs liegt.

[0034] Weiters bevorzugt ist der Stahlstab ein gerippter Bewehrungsstab, der in Ringrichtung auf der Innenseite und/oder der Außenseite des Tübbings angeordnet ist und mit zwei Biegungen im Bereich der Längsfuge hergestellt ist, sodass zwei unterschiedliche Abschnitte des Stahlstabs parallel zu einer Umfangsrichtung des Tübbings verlaufen. Mit dieser Konstruktion des Tübbings kann ein ohnehin für den Tübbing vorgesehener Bewehrungsstab adaptiert werden, um diesen als erfindungsgemäßen Stahlstab auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Stahlstäbe in den Tübbing eingebracht werden, sodass Gewicht und Kosten gespart werden können.

[0035] Die erfindungsgemäßen Vorteile des einzelnen Tübbings treten insbesondere dann auf, wenn mehrere dieser Tübbinge zu einem Tübbingring zusammengesetzt werden. Ein besonders bevorzugter Tübbingring kann dadurch erzielt werden, indem dieser zumindest einen ersten Tübbing und einen zweiten Tübbing gemäß der oben aufgeführten Ausführungsformen umfasst, wobei sich die Lastübertragungsflächen der Tübbinge zumindest teilweise gegenüberliegen, sodass zwischen diesen eine Längsfuge ausgebildet ist,

wobei sich die Tangente an die Schwerachse in der Stirnfläche des Stahlstabs des ersten Tübbings mit der Lastübertragungsfläche in einem ersten Schnittpunkt schneidet und wobei sich die Tangente an die Schwerachse in der Stirnfläche des Stahlstabs des zweiten Tübbings mit der Lastübertragungsfläche in einem zweiten Schnittpunkt schneidet,

wobei der erste und der zweite Schnittpunkt in einem Abstand zueinander liegen, der kleiner als 50 mm, bevorzugt kleiner als 10 mm, ist. Bei diesem Tübbingring werden somit zwei erfindungsgemäße Tübbinge mit Stahlstäben derart angeordnet, dass eine Kraftübertragung vom Stahlstab eines Tübbings auf den Stahlstab des anderen Tübbings bewirkt wird.

[0036] Bei dem genannten Tübbingring ist vorteilhaft, wenn der Stahlstab des ersten Tübbings einen anderen Durchmesser aufweist als der Stahlstab des zweiten Tübbings. Die Tübbinge können hierbei an ihren Enden unterschiedlich dicke Stahlstäbe aufweisen, sodass der Tübbingring beispielsweise aus identischen Tübbingen hergestellt werden kann.

[0037] Weiters bevorzugt sind der erste und der zweite Tübbing derart zueinander angeordnet, dass die Montageungenauigkeiten in einer zwischen ihnen gebildeten Längsfuge kleiner sind als 20 mm, bevorzugt kleiner als 10 mm, was in der Praxis eine ausreichende Genauigkeit für den erfindungsgemäßen Tübbingring liefert.

[0038] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Tunnelröhre mit sechs Tübbingen;

Fig. 2 das Detail Ader Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 ein der Fig. 2 entsprechendes Detail mit Tübbingen, die einen gegenseitigen Versatz in der Richtung der Dicke aufweisen;

Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt mit Tübbingen, die einen gegenseitigen Versatz in der Richtung der Breite aufweisen;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 4 und der Fig. 5;

Fig. 7 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing hergestellte Längsfuge;

Fig. 8 den Schnitt VIII-VIII der Fig. 7;

Fig. 9 einen abgewickelten Tübbingring mit Längsfugen, die mit dem Tübbing hergestellt wurden;

Fig. 10 das Detail B der Fig. 9;

Fig. 11 ein der Fig. 9 entsprechendes Detail einer mit dem Tübbing hergestellten Längsfuge;

Fig. 12 den Schnitt XII-XII der Fig. 11;

Fig. 13 einen der Fig. 12 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem Tübbing hergestellte Längsfuge;

Fig. 14 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem Tübbing hergestellte Längsfuge;

Fig. 15 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing hergestellte Längsfuge gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 16 einen der Fig. 14 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing hergestellte Längsfuge gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 17 eine Ansicht eines in einer Schalung eingebauten ersten Stahlstabs oder eines zweiten Stahlstabs für eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing herzustellende Längsfuge;

Fig. 18 eine der Fig. 17 entsprechende Ansicht nach dem Einbau eines Füllmaterials;

Fig. 19 eine der Fig. 18 entsprechende Ansicht nach dem Entfernen des Füllmaterials;

Fig. 20 eine der Fig. 19 entsprechende Ansicht nach dem Verfüllen des Hohlraums mit Mörtel;

Fig. 21 eine der Fig. 20 entsprechende Ansicht nach dem Verfüllen des Hohlraums mit Mörtel durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing herzustellende Längsfuge gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 22 einen der Fig. 16 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing hergestellte Längsfuge gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 23 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Tübbing hergestellte Längsfuge.

[0039] In den Fig. 1 bis Fig. 23 sind die bei der Herstellung von Tunnelröhren 11 im Schildvortrieb mit Tübbingen 12 üblicherweise erforderlichen Dichtungen, Befestigungsmittel, Zentriermittel und Injektionsleitungen sowie die in den Tübbingen 12 eingelegte Bewehrung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Bewehrung in einem Tübbing 12 kann aus Betonstahl, Stahlfasern, Kunststofffasern und aus einer Edelstahlbewehrung bestehen.

[0040] Im Folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 bis Fig. 6 Bezug genommen, in denen die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit einem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben ist.

[0041] Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Tunnelröhre 11, die aus sechs Tübbingen 12 besteht. Die Tübbinge 12 weisen eine Dicke d₁ auf. Zwischen den Tübbingen 12 sind Längsfugen 13 angeordnet. Die sechs Tübbinge 12 bilden einen Tübbingring 17. Der Tübbingring 17 wird vorwiegend durch Drucknormalkräfte belastet. Durch Montageungenauigkeiten bei der Herstellung des Tübbingrings 17 und durch die Belastung infolge von Eigengewicht werden Biegemomente im Tübbingring 17 verursacht.

[0042] Die Fig. 2 zeigt, dass in der Längsfuge 13 zwischen einem ersten Tübbing 1 und einem zweiten Tübbing 2, die nachfolgend auch als Tübbinge 12 bezeichnet werden, die Dicke d₁ der Tübbinge 12 auf die Dicke d₀ in der Lastübertragungsfläche 14 reduziert wird. Bei der Herstellung eines Tübbings 12 werden die äußeren Bereiche der Stirnseiten bei den Längsfugen 13 um beispielsweise 3 bis 5 mm gegenüber der Lastübertragungsfläche 14 verschoben. Dadurch entstehen in der Längsfuge 13 Aussparungen 28 mit einer Höhe von beispielsweise 6 bis 10 mm.

[0043] Die Fig. 3 zeigt, dass die Breite b₁ der Tübbinge 12 im Bereich der Längsfuge 13 auf die Breite b₀ reduziert wird. Die Lastübertragungsfläche 14 ergibt sich aus dem Produkt der Breite b₀ und der Dicke d₀. Die Lastübertragungsfläche 14 ist kleiner als die Querschnittsfläche eines Tübbings 12, die sich aus dem Produkt der Breite b₁ und der Dicke d₁ ergibt.

[0044] Um die in der Lastübertragungsfläche 14 aufnehmbare Drucknormalkraft zu vergrößern, werden im ersten Tübbing 1 erste Stahlstäbe 3 und im zweiten Tübbing 2 zweite Stahlstäbe 4 eingebaut. Die Tangente 9 an die Schwerachse 7 in der Stirnfläche 5 eines ersten Stahlstabs 3 und die Tangente 10 an die Schwerachse 8 in der Stirnfläche 6 eines zweiten Stahlstabs weisen dieselben Schnittpunkte 19 mit der Lastübertragungsfläche 14 auf, weil bei diesem Beispiel die ersten Stahlstäbe 3 und die zweiten Stahlstäbe 4 genau gegenüberliegend eingebaut werden und während der Montage der Tübbinge 1 und 2 kein Versatz in der Längsfuge 13 auftritt. Die Stahlstäbe 3 und 4 weisen eine gekrümmte Form auf und bestehen aus gerippten Bewehrungsstäben 20.

[0045] Die Stirnfläche 5 des ersten Stahlstabs 3 und die Stirnfläche 6 des zweiten Stahlstabs 4 weisen von der Lastübertragungsfläche 14 jeweils den Abstand a auf. Zwischen den Stirnflächen 5, 6 befindet sich deshalb eine Betonschicht mit der Höhe 2a. Eigene Versuche haben gezeigt, dass es möglich ist, die Kraft eines ersten Stahlstabs 3, die sich aus der Fläche des ersten Stahlstabs 3 und der Fließspannung des Stahls ergibt, über die Betonschicht in den zweiten Stahlstab 4 zu übertragen. In der dünnen Betonschicht entstehen durch diese Kraftdurchleitung dreiaxiale Druckspannungen, die viel höher sind als die maximal aufnehmbare einaxiale Druckspannung des Betons.

[0046] Die Fig. 4 zeigt ein der Fig. 2 entsprechendes Detail mit einem ersten Tübbing 1 und einem zweiten Tübbing 2, die infolge von Montageungenauigkeiten einen gegenseitigen Versatz v in Richtung der Dicke aufweisen. Die Fig. 5 zeigt einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt mit einem ersten Tübbing 1 und einem zweiten Tübbing 2, die infolge von Montageungenauigkeiten einen gegenseitigen Versatz w aufweisen.

[0047] Die Fig. 6 zeigt, dass infolge dieser Montageungenauigkeiten die Schnittpunkte 19 der Tangenten 9 an die Schwerachsen 7 in den Stirnflächen 5 der ersten Stahlstäbe 3 mit der Lastübertragungsfläche 14 und die Schnittpunkte 19 der Tangenten 10 an die Schwerachsen 7 in den Stirnflächen 6 der zweiten Stahlstäbe 4 mit der Lastübertragungsfläche 14 einen Abstand b aufweisen.

[0048] Die in der Betonschicht übertragbare Kraft ist von der Höhe 2a der Betonschicht und von der Querschnittsfläche der Stahlstäbe abhängig. Wenn das Verhältnis von der Höhe 2a der Betonschicht und dem Durchmesser der Stahlstäbe 3, 4 größer ist als 0,15, kann nicht mehr die volle Tragkraft eines ersten Stahlstabs 3 in einen zweiten Stahlstab 4 übertragen werden. Auch die in der Fig. 4 bis Fig. 6 dargestellte Anordnung der Stahlstäbe 3, 4 mit einem gegenseitigen Abstand b reduziert die über die Betonschicht übertragbare Kraft.

[0049] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 ist in Fig. 7 und Fig. 8 erläutert

[0050] Die Fig. 7 zeigt, dass ein erster Stahlstab 3 und ein zweiter Stahlstab 4 so eingebaut werden, dass sich die Stirnfläche 5 und die Stirnfläche 6 berühren. Die Schnittpunkte 19 der Tangenten 9 und 10 mit der Lastübertragungsfläche 14 sind an derselben Stelle.

[0051] Die in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellte Längsfuge wird durch eine Drucknormalkraft und ein Biegemoment beansprucht. Deswegen ist der überdrückte Bereich 15, der in Fig. 8 schraffiert dargestellt ist, kleiner als die Lastübertragungsfläche 14, die sich bei einer zentrischen Belastung der Längsfuge 13 mit einer Drucknormalkraft einstellen würde.

[0052] Für die Dauerhaftigkeit der Stahlstäbe 3 und 4 ist es besonders vorteilhaft, dass eine Betonüberdeckung c zwischen dem Rand 16 des überdrückten Bereichs 15 und der Oberfläche der Stahlstäbe 3 und 4 vorhanden ist.

[0053] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem Tübbing 12 ist in Fig. 9 und Fig. 10 erläutert.

[0054] Die Fig. 9 zeigt die Abwicklung eines Tübbingrings 17, der aus sechs Tübbingen 12 besteht.

[0055] Die Tübbinge 12 weisen in dieser Ansicht eine rautenförmige oder trapezförmige Form auf.

[0056] Die Längsfugen 13 sind deshalb nicht parallel zur Längsachse der Tunnelröhre 11.

[0057] Die Fig. 10 zeigt, dass wegen der in Fig. 9 dargestellten Anordnung der Längsfugen 13 ein Winkel α zwischen den Schwerachsen 7 und 8 der Stahlstäbe 3 und 4 und der Normalen 18 auf die Lastübertragungsfläche 14 auftritt, weil die Stahlstäbe 3 und 4 parallel zu den in den Ringfugen angeordneten Seitenflächen der Tübbinge 12 eingebaut werden.

[0058] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Stahlstäbe 3 und 4 unter einem Winkel α zu den Schwerachsen 7 und 8 abgesägt. Die Stirnflächen 5 der ersten Stahlstäbe 4 schließen demnach einen Winkel α mit den Schwerachsen 7 ein. Die Stirnflächen 6 der zweiten Stahlstäbe 4 schließen einen Winkel α mit den Schwerachsen 8 ein. Dadurch wird ein Kontaktstoß zwischen den ersten Stahlstäben 3 und den zweiten Stahlstäben 4 in der Längsfuge 13 hergestellt. Ein Kontaktstoß gewährleistet eine besonders effektive Übertragung der Druckkräfte zwischen den ersten Stahlstäben 3 und den zweiten Stahlstäben 4.

[0059] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem Tübbing 12 ist in Fig. 11 und Fig. 12 erläutert.

[0060] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Stahlstäbe 3 und 4 so eingebaut, dass die Tangenten 9 und 10 parallel zur Normalen 18 auf die Lastübertragungsfläche 14 sind. Die Fig. 11 und die Fig. 12 zeigen, dass neben den Stirnflächen 5 und 6 der Stahlstäbe 3 und 4 Aufweitungen 21 hergestellt worden sind. Die Aufweitungen 21 können beispielsweise aus Endstücken 26 aus Stahl bestehen, die auf die mit einem Gewinde versehenen Enden der Stahlstäbe 3 und 4 aufgeschraubt werden. Es wäre auch möglich Stahlplatten an die Enden der Stahlstäbe 3 und 4 anzuschweißen, um eine Aufweitung 21 herzustellen. Es wäre auch möglich durch thermische und/oder mechanische Prozesse eine Verdickung in und neben den Stirnflächen 5 und 6 der Stahlstäbe 3 und 4 anzubringen, um eine Aufweitung herzustellen.

[0061] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem Tübbing 12 ist in Fig. 13 erläutert.

[0062] Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mindestens ein erster Stahlstab 3 mit einer Aufweitung 21 hergestellt und so in einem ersten Tübbing 1 eingebaut, dass der gegenüberliegende mindestens eine zweite Stahlstab 4 einen konstanten Durchmesser aufweist.

[0063] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem Tübbing 12 ist in Fig. 14 erläutert.

[0064] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die ersten Stahlstäbe 3 und die zweiten Stahlstäbe 4 so eingebaut, dass die Stahlstäbe 3 und 4 einen Abstand zu den Mittelebenen der Tübbinge 1 und 2 aufweisen. Der Durchmesser der ersten Stahlstäbe 3 ist größer als der Durchmesser der zweiten Stahlstäbe 4.

[0065] Die ersten Stahlstäbe 3 werden so eingebaut, dass die Stirnflächen 5 direkt in der Ebene der Lastübertragungsfläche 14 liegen. Die zweiten Stahlstäbe 4 werden so eingebaut, dass sie einen Abstand a zwischen den Stirnflächen 6 und der Lastübertragungsfläche 14 aufweisen. Die Länge der zweiten Stahlstäbe 4 entspricht der abgewickelten Länge des Tübbings 2 abzüglich des zweifachen Abstandes a. Das planmäßige Einhalten des Abstandes a zwischen der Lastübertragungsfläche 14 und den Stirnflächen 6 dient zum Ausgleich von Herstellungstoleranzen.

[0066] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer Ausführungsform ist in Fig. 15 erläutert.

[0067] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden mindestens zwei erste Stahlstäbe 3 auf einer Platte 27 befestigt. Die Platte 27 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus Stahl und die Befestigung der Stahlstäbe 3 erfolgt durch einen Schweißvorgang. Die Platte 27 könnte auch aus einem anderen metallischen Baustoff, ultrahochfestem Beton, einem keramischen Baustoff oder aus einem Kunststoff hergestellt werden. Bei diesem Beispiel ist vorteilhaft, dass die Stirnflächen 6 der durch einen Versatz v verschobenen zweiten Stahlstäbe 4 nur um das Maß a von der Oberfläche der im ersten Tübbing 1 eingebetteten Platte 27 aus Stahl entfernt sind. Wie eigene Untersuchungen gezeigt haben, ist die Übertragung der Druckkräfte durch die zwischen den Stirnflächen 5 und 6 von ersten Stahlstäben 3 und zweiten Stahlstäben 4 angeordnete Betonschicht effektiver, wenn der Abstand a klein ist. Weil bei diesem Beispiel die Stirnflächen 6 der zweiten Stahlstäbe 4 auch bei einem Versatz v nur um das Maß a von der Stahlplatte entfernt sind, stellt dieses Beispiel eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar.

[0068] Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die zweiten Stahlstäbe 4 eine Länge auf, die der abgewickelten Länge des zweiten Tübbings 2 abzüglich des zweifachen Abstandes a entspricht. Wenn der Tübbingring 17 beispielsweise aus sechs Tübbingen 12 besteht, werden drei erste Tübbinge 12 mit Platten 27 aus Stahl in den Längsfugen 13 ausgeführt und drei zweite Tübbinge 2 mit zweiten Stahlstäben 4, die eine Länge aufweisen, die der abgewickelten Länge der zweiten Tübbinge 2 abzüglich des zweifachen Abstandes a entspricht.

[0069] Bei der Dimensionierung der Länge und der Breite einer Platte 27 ist, falls die Platte aus einem korrosionsgefährdeten Baustoff wie zum Beispiel Stahl hergestellt wird, darauf zu achten, dass die Platte 27 im überdrückten Bereich 15 der Lastübertragungsfläche 14 angeordnet werden kann.

[0070] Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei, in Dickenrichtung des Tübbings 1 angeordnete, erste Stahlstäbe 3 auf einer gemeinsamen Platte 27 befestigt. Es wäre auch möglich mindestens zwei in Richtung der Breite des Tübbings 1 angeordnete Stahlstäbe 3 auf einer gemeinsamen Platte 27 anzuordnen.

[0071] Die Befestigung von mindestens zwei ersten Stahlstäben 3 auf einer Platte 27 und die Befestigung von mindestens zwei zweiten Stahlstäben 4 auf einer weiteren Platte 27 wäre möglich, würde aber einen erhöhten Aufwand in der Tübbingproduktion bedeuten und nur eine unwesentliche Vergrößerung der Tragfähigkeit der Tübbinglängsfuge 13 bewirken, weil die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist, dass die Druckkraft aus einem ersten Stahlstab 3 entweder direkt oder durch eine dünne Betonschicht in einen zweiten Stahlstab 4 übertragen werden kann. Eine notwendige Voraussetzung für diesen Tragmechanismus ist, dass die Dicke a bzw. 2a der Betonschicht zwischen den Stirnflächen 5 und 6 der Stahlstäbe 3 und 4 klein oder gleich Null ist.

[0072] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 14 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Fig. 16 erläutert.

[0073] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die in Ringrichtung auf der Innenseite und der Außenseite verlegten gerippten Bewehrungsstäbe 20, die einen Teil der Bewehrung des Tübbings 12 bilden, in der Nähe der Längsfuge 13 mit jeweils zwei Biegungen 29 mit einem Radius r ausgestattet, so dass sich die gerippten Bewehrungsstäbe 20 von der Innenseite bzw. der Außenseite des Tübbings 12 entfernen, wodurch zwei unterschiedliche Abschnitte des Stahlstabs 3 parallel zu einer Umlaufrichtung des Tübbings 1 verlaufen. Die Stirnflächen der Stahlstäbe 3 und 4 werden in der Lastübertragungsfläche 14 der Längsfuge 13 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird die ohnehin vorhandene Längsbewehrung des Tübbings 12, die bei der üblichen Ausführungsform in der Nähe der Längsfuge 13 für die Tragfähigkeit der Tübbinge 12 keine Rolle spielt, dazu verwendet, um die Tragfähigkeit der Längsfuge 13 zu vergrößern. Ein Abplatzen der Ecken der Tübbinge 12 kann durch die Anordnung von bügelförmigen Bewehrungsstäben mit kleinen Durchmessern verhindert werden. Diese bügelförmigen Bewehrungsstäbe sind der Übersichtlichkeit halber in der Fig. 16 nicht dargestellt.

[0074] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer neunten Ausführungsform ist in Fig. 17 bis Fig. 20 erläutert.

[0075] Die Fig. 17 zeigt, dass in einer Schalung 22 für einen Tübbing 12 ein erster Stahlstab 3 oder ein zweiter Stahlstab 4 so eingebaut wird, dass er einen Abstand a zur Lastübertragungsfläche 14 aufweist.

[0076] Die Fig. 18 zeigt, dass vor oder nach dem Einbau des Stahlstabes 3 oder 4 zwischen den Stirnflächen 5 oder 6 und der Schalung 22 ein Füllmaterial 23 eingebaut wird. Das Füllmaterial 23 kann beispielsweise aus extrudiertem Polystyrol, einem Elastomer oder aus Holz bestehen.

[0077] Die Fig. 19 zeigt, dass nach dem Erhärten des Betons des Tübbings 12 die Schalung 22 und das Füllmaterial 23 entfernt werden, so dass ein Hohlraum 24 entsteht.

[0078] Die Fig. 20 zeigt, dass anschließend ein Mörtel 25 in den Hohlraum 24 eingebracht wird.

[0079] Der Mörtel 25 kann beispielsweise aus einem spachtelfähigen Mörtel bestehen, der im erhärteten Zustand eine Festigkeit von 50 N/mm² bis 200 N/mm² und vorzugsweise von 60 N/mm² bis 120 N/mm² aufweist.

[0080] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Fig. 21 erläutert.

[0081] Die Fig. 21 zeigt, dass ein Stahlstab 3 oder 4 so eingebaut wird, dass die Tangente 9 oder 10 einen Winkel α zur Normalen 18 auf die Lastübertragungsfläche 14 aufweist und dass die Stirnfläche 5 oder 6 die Lastübertragungsfläche berührt. Die Dicke der Schicht aus Mörtel 25, die den Hohlraum 24 verfüllt, ist deshalb nicht konstant.

[0082] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge 13 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Fig. 22 erläutert.

[0083] Bei diesem Ausführungsbeispiel werden auf der Innenseite und der Außenseite der Tübbinge 12 in Ringrichtung Stahlstäbe 3 oder 4 so eingebaut, dass die von der Längsfuge 13 weiter entfernten Bereiche der Stahlstäbe 3 oder 4 in derselben Lage wie die Längsbewehrung der Tübbinge 12 liegen. Die Stahlstäbe 3 oder 4 weisen jeweils eine Biegung 29 mit einem Radius r auf. Dadurch wird erreicht, dass die Stirnflächen 5 oder 6 der Stahlstäbe 3 oder 4 in der Nähe der Lastübertragungsfläche 14 angeordnet sind. Die Tangenten 9 oder 10 an die Schwerachsen 7 oder 8 in den Stirnflächen 5 oder 6 der Stahlstäbe 6 oder 4 weisen bei diesem Beispiel einen Winkel α von 30 Grad zu der Normale 18 auf die Lastübertragungsfläche 14 auf. Die Stahlstäbe 3 oder 4 werden bei diesem Beispiel zusätzlich zu der in der Fig. 22 nicht dargestellten Längsbewehrung eingebaut. In den Stirnflächen 5 und 6 werden die Drucknormalspannungen der Stahlstäbe 3 und 4 in den Beton der Tübbinge 12 übertragen. Die Drucknormalspannungen der Stahlstäbe 3 und 4 können vom Beton aufgenommen werden, weil der Beton in den Tübbingen 1 und 2 in der Nähe der Lastübertragungsfläche 14 eine Bewehrung aufweist, die in Richtung der Tübbingdicke und in Richtung der Tübbingbreite verlegt ist und die in mehreren Ebenen, die parallel zur Lastübertragungsfläche 14 positioniert sind, angeordnet ist. Eine derartige in einer Ebene parallel zur Lastübertragungsfläche 14 verlegte Bewehrung wird als Leiterbewehrung bezeichnet. Üblicherweise werden zwei bis vier Leiterbewehrungen in einem Tübbing 12 in der Nähe der Lastübertragungsflächen 14 angeordnet. Diese Leiterbewehrungen bewirken, dass bei einer Belastung des Tübbingrings 17 in der Nähe der Lastübertragungsfläche 14 ein dreiaxialer Durchspannungszustand entsteht. Es ist bekannt, dass dreiaxial auf Druck beanspruchter Beton Druckspannungen aufnehmen kann, die viel höher sind als die in einen einaxialen Druckversuch aufnehmbaren Betondruckspannungen. In der Nähe der Biegungen 29 entstehen Querzugkräfte in Dickenrichtungen, die durch Spaltzugbewehrungen aufzunehmen sind. Je größer der Winkel α ist desto größer sind die aufzunehmenden Querzugkräfte. Der Winkel α beträgt bei diesem Beispiel 30 Grad und liegt damit in einem günstigen Bereich. Ein Winkel α von 45 Grad wird die Obergrenze für eine ausführbare Spaltzugbewehrung darstellen.

[0084] Die Herstellung einer beispielhaften Längsfuge mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 ist in Fig. 23 erläutert.

[0085] Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen der erste Stahlstab 3 und der zweite Stahlstab 4 infolge von Herstellungstoleranzen und Lageabweichungen, die während des Einbaus der Tübbinge 12 und durch Druckbeanspruchungen aus dem Gebirge auf den Tübbingring 17 auftreten können, einen so großen gegenseitigen Versatz auf, dass die Stirnflächen 5 und 6 der Stahlstäbe 3 und 4 in der Lastübertragungsfläche 14 nebeneinander zu liegen kommen. Eine direkte Kraftübertragung von dem ersten Stahlstab 3 über eine Kontaktspannung auf den zweiten Stahlstab 4 ist deshalb bei diesem Beispiel nicht möglich. Experimentelle Untersuchungen haben allerdings gezeigt, dass es auch in diesem Fall möglich ist, die Kraft des ersten Stahlstabs 3 in den Beton des zweiten Tübbings 2 und die Kraft des zweiten Stahlstabs 4 in den Beton des ersten Tübbings 1 zu übertragen, wenn der Beton in der Nähe der Lastübertragungsfläche 14 im ersten Tübbing 1 und im zweiten Tübbing 2 durch jeweils zwei bis vier Leiterbewehrungen umschnürt ist. Die vom Beton über Spitzendruck aufnehmbare Kraft ist abhängig von den Querschnittsflächen der Bewehrungsstäbe der Leiterbewehrungen und kann bei idealen Voraussetzungen einen Anteil von über 90% der Fließkraft eines ersten Stahlstabs 3 oder zweiten Stahlstabs 4, die sich aus dem Produkt der Fläche und der Fließspannung der Stahlstäbe 3 oder 4 ergibt, erreichen.

[0086] Die Länge eines Stahlstabes 3 oder 4 kann vorteilhaft so gewählt werden, dass die Tragkraft des Stahlstabes 3 oder 4 über Verbundspannungen entlang der Länge des Stahlstabes 3 oder 4 in den Beton des Tübbings 12 eingeleitet werden kann.

[0087] Die Fließgrenze eines Stahlstabes kann vorteilhaft zwischen 200 N/mm² und 1200 N/mm² und vorzugsweise zwischen 500 N/mm² und 700 N/mm² liegen.

[0088] In den Ausführungsbeispielen wurde die Übertragung von einer Drucknormalkraft über eine Längsfuge 13 zwischen zwei Tübbingen 12 mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 gezeigt. Die Übertragung von Drucknormalkräften über die Ringfuge zwischen zwei Tübbingen 12 ist mit dem erfindungsgemäßen Tübbing 12 auch möglich.

Liste der Bezugszeichen:

[0089] 

1

erster Tübbing

2

zweiter Tübbing

3

erster Stahlstab

4

zweiter Stahlstab

5

Stirnfläche des ersten Stahlstabs

6

Stirnfläche des zweiten Stahlstabs

7

Schwerachse des ersten Stahlstabs

8

Schwerachse des zweiten Stahlstabs

9

Tangente an die Schwerachse des ersten Stahlstabs

10

Tangente an die Schwerachse des zweiten Stahlstabs

11

Tunnelröhre

12

Tübbing

13

Längsfuge

14

Lastübertragungsfläche

15

überdrückter Bereich der Lastübertragungsfläche

16

Rand des überdrückten Bereichs

17

Tübbingring

18

Normale auf die Lastübertragungsfläche

19

Schnittpunkt

20

gerippter Bewehrungsstab

21

Aufweitung

22

Schalung

23

Füllmaterial

24

Hohlraum

25

Mörtel

26

Endstück

27

Platte

28

Aussparung

29

Biegung

Ansprüche

1. Tübbing (12) aus bewehrtem Beton, wobei der Tübbing (12) eine Lastübertragungsfläche (14) für eine Längsfuge (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Tübbing (12) mindestens ein Stahlstab (3) mit einer Stirnfläche (5) eingebaut ist,

wobei der Stahlstab (3) derart im Tübbing (12) angeordnet ist, dass eine Tangente (9) an eine Schwerachse (7) des Stahlstabs (3) in der Stirnfläche (5) mit einer Normalen (18) auf die Lastübertragungsfläche (14) einen Winkel (α) zwischen 0° und 45° einschließt, und

wobei die Stirnfläche (5) in einem Abstand (a) zur Lastübertragungsfläche (14) angeordnet ist, der zwischen 0 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 0 mm und 10 mm, liegt.

2. Tübbing (12) nach Anspruch 1, wobei der Stahlstab (3) ein gerippter Bewehrungsstab (20) ist.

3. Tübbing (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stahlstab (3) eine Krümmung aufweist, die im Wesentlichen einer Krümmung des Tübbings (12) entspricht.

4. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stahlstab (3) in einer Mittelebene des Tübbings (12) eingebaut ist.

5. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahlstab (3) derart im Tübbing (12) eingebaut ist, dass eine Betondeckung (c) zwischen einer Oberfläche des Stahlstabs (3) und einem Rand eines überdrückten Bereichs (16) der Lastübertragungsfläche (14) vorgesehen ist.

6. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stahlstab (3) einen Durchmesser zwischen 10 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 20 mm und 50 mm, aufweist.

7. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei angrenzend an den genannten Abstand (a) eine Aufweitung (21) des Stahlstabs (3) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Aufweitung (21) ein aufgeschraubtes Endstück (26), eine angeschweißte Stahlplatte oder eine Verdickung des Stahlstabs (3) ist.

8. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stahlstab (3) eine Länge hat, die einer abgewickelten Länge des Tübbings (12) abzüglich des zweifachen Abstands (a) entspricht.

9. Tübbing (12) nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 7, wobei die Aufweitung (21) des Stahlstabs (3) nur angrenzend an einen der Abstände (a) vorgesehen ist.

10. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Tübbing (12) zumindest zwei der genannten Stahlstäbe (3) eingebaut sind, wobei angrenzend an den Abstand (a) eine gemeinsame Platte (27) angeordnet ist, die eine höhere Druckfestigkeit als der Beton des Tübbings (12) aufweist, wobei vorzugsweise die Platte (27) aus Stahl gefertigt ist und beide Stahlstäbe (3) an die Platte angeschweißt sind.

11. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Stirnfläche (5) des Stahlstabs (3) einen Winkel mit der Schwerachse (7) des Stahlstabs (3) einschließt, der zwischen 60° und 90°, bevorzugt zwischen 75° und 90°, liegt.

12. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Stahlstab (3) ein gerippter Bewehrungsstab (20) ist, der in Ringrichtung auf der Innenseite und/oder der Außenseite des Tübbings (12) angeordnet ist und mit zwei Biegungen (29) im Bereich der Längsfuge (13) hergestellt ist, sodass zwei unterschiedliche Abschnitte des Stahlstabs (3) parallel zu einer Umfangsrichtung des Tübbings (12) verlaufen.

13. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sich im genannten Abstand (a) ein erhärteter Mörtel (25) befindet, der eine höhere Druckfestigkeit als der Beton des Tübbings (12) aufweist, wobei sich der Mörtel (25) besonders bevorzugt in einer Ausnehmung befindet, die durch ein nach dem Erhärten des Betons entferntes Füllmaterial (23) gebildet wurde.

14. Tübbing (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Tübbing (12) während der Herstellung eine Schalung (22) aufweist, die in einem Abstand von 0,1 mm und 50 mm, bevorzugt 0,1 mm und 10 mm, zu der Stirnfläche (5) des Stahlstabs (3) liegt.

15. Tübbing (12) nach einen der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Stahlstab (3), der in Ringrichtung auf der Innenseite und/oder Außenseite des Tübbings (12) angeordnet ist und mit einer Biegung (29) im Bereich der Längsfuge (13) hergestellt ist, sodass die Stirnfläche (5) des Stahlstabes (3) einen Abstand a zu der Längsübertragungsfläche aufweist.

16. Tübbingring (17) umfassend zumindest einen ersten Tübbing (1) und einen zweiten Tübbing (2), jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei sich die Lastübertragungsflächen (14) der Tübbinge (1, 2) zumindest teilweise gegenüberliegen, sodass zwischen diesen eine Längsfuge (13) ausgebildet ist,

wobei sich die Tangente (9) an die Schwerachse (7) in der Stirnfläche (5) des Stahlstabs (3) des ersten Tübbings (1) mit der Lastübertragungsfläche (14) in einem ersten Schnittpunkt (19) schneidet und

wobei sich die Tangente (10) an die Schwerachse (8) in der Stirnfläche (6) des Stahlstabs (4) des zweiten Tübbings (2) mit der Lastübertragungsfläche (14) in einem zweiten Schnittpunkt (19) schneidet,

wobei der erste und der zweite Schnittpunkt (19) in einem Abstand (b) zueinander liegen, der kleiner als 50 mm, bevorzugt kleiner als 10 mm, ist.

Claims

1. A tunnel lining segment (12) made of reinforced concrete, wherein the tunnel lining segment (12) has a load transfer area (14) for a longitudinal joint (13), characterized in that at least one steel bar (3) with an end face (5) is installed in the tunnel lining segment (12), the steel bar (3) being arranged in the tunnel lining segment (12) in such a way that a tangent (9) to a centroidal axis (7) of the steel bar (3) encloses an angle (α) of between 0° and 45° in the end face (5) with a normal (18) to the load transfer area (14), and wherein the end face (5) is arranged at a distance (a) from the load transfer area (14) which is between 0 mm and 50 mm, preferably between 0 mm and 10 mm.

2. A tunnel lining segment (12) according to claim 1, wherein the steel bar (3) is a corrugated reinforcing bar (20).

3. A tunnel lining segment (12) according to claim 1 or 2, wherein the steel bar (3) has a bend which essentially corresponds to a bend of the tunnel lining segment (12).

4. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 3, wherein the steel bar (3) is installed in a centre plane of the tunnel lining segment (12).

5. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 4, wherein the steel bar (3) is installed in the tunnel lining segment (12) in such a way that a concrete cover (c) is provided between a surface of the steel bar (3) and an edge of an overpressed zone (16) of the load transfer area (14).

6. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 5, wherein the steel bar (3) has a diameter of between 10 mm and 100 mm, preferably of between 20 mm and 50 mm.

7. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 6, wherein an expansion (21) of the steel bar (3) is provided adjacent to the specified distance (a), wherein preferably the expansion (21) is an end piece (26) that has been screwed on, a steel plate that has been welded on or a thickening of the steel bar (3).

8. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 7, wherein the steel bar (3) has a length which corresponds to a developed length of the tunnel lining segment (12) minus twice the distance (a).

9. A tunnel lining segment (12) according to claim 8 in combination with claim 7, wherein the expansion (21) of the steel bar (3) is provided only adjacent to one of the distances (a).

10. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 9, wherein at least two of the aforementioned steel bars (3) are installed in the tunnel lining segment (12), with a common plate (27) being arranged adjacent to the distance (a), which plate has a higher compressive strength than the concrete of the tunnel lining segment (12), wherein preferably the plate (27) is made of steel and both steel bars (3) are welded to the plate.

11. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 10, wherein the end face (5) of the steel bar (3) encloses an angle with the centroidal axis (7) of the steel bar (3), which ranges between 60° and 90°, preferably between 75° and 90°.

12. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 11, wherein the steel bar (3) is a corrugated reinforcing bar (20) which is arranged in the ring direction on the inside and/or the outside of the tunnel lining segment (12) and is manufactured with two bends (29) in the area of the longitudinal joint (13) so that two different sections of the steel bar (3) run parallel to a circumferential direction of the tunnel lining segment (12).

13. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 12, wherein a hardened mortar (25), which has a higher compressive strength than the concrete of the tunnel lining segment (12), is located at the specified distance (a), the mortar (25) being particularly preferably located in a recess which was formed by a filling material (23) that was removed after the concrete had hardened.

14. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 13, wherein, during manufacture, the tunnel lining segment (12) has a formwork (22) which is at a distance of 0.1 mm and 50 mm, preferably 0.1 mm and 10 mm, from the end face (5) of the steel bar (3).

15. A tunnel lining segment (12) according to any of claims 1 to 14, wherein the steel bar (3), which is arranged in the ring direction on the inside and/or the outside of the tunnel lining segment (12), is manufactured with a bend (29) in the area of the longitudinal joint (13) so that the end face (5) of the steel bar (3) is at a distance a from the load transfer area.

16. A tunnel lining segment ring (17) comprising at least a first tunnel lining segment (1) and a second tunnel lining segment (2), each according to any of claims 1 to 15, the load transfer areas (14) of the tunnel lining segments (1, 2) being located, at least partially, opposite one another so that a longitudinal joint (13) is formed between them,

wherein the tangent (9) to the centroidal axis (7) in the end face (5) of the steel bar (3) of the first tunnel lining segment (1) intersects with the load transfer area (14) at a first point of intersection (19) and

wherein the tangent (10) to the centroidal axis (8) in the end face (6) of the steel bar (4) of the second tunnel lining segment (2) intersects with the load transfer area (14) at a second point of intersection (19),

with the first and the second points of intersection (19) being at a distance (b) from one another which is less than 50 mm, preferably less than 10 mm.

Revendications

1. Voussoir de tunnel (12) en béton armé, lequel voussoir de tunnel (12) comporte une surface de transfert de charge (14) pour un joint longitudinal (13), caractérisé en ce qu'au moins une barre d'acier (3) dotée d'une face frontale (5) est intégrée dans le voussoir de tunnel (12),

laquelle barre d'acier (3) est disposée dans le voussoir de tunnel (12) de telle sorte qu'une tangente (9) à un axe de gravité (7) de la barre d'acier dans la face frontale(5) forme un angle (α) de 0° à 45° avec une normale (18) à la surface de transfert de charge (14) et

laquelle face frontale (5) est disposée à un intervalle (a) de la surface de transfert de charge (14) qui est de 0 mm à 50 mm, de préférence de 0 mm à 10 mm.

2. Voussoir de tunnel (12) selon la revendication 1, dans lequel la barre d'acier (3) est une barre d'armature nervurée (20).

3. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel la barre d'acier (3) présente une courbure qui correspond sensiblement à la courbure du voussoir de tunnel (12).

4. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel la barre d'acier (3) est intégrée dans un plan médian du voussoir de tunnel (12).

5. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 4, dans lequel la barre d'acier (3) est intégrée dans le voussoir de tunnel (12) de telle sorte qu'une couverture de béton (c) est prévue entre une face supérieure de la barre d'acier (3) et un bord d'une zone en surpression (16) de la surface de transfert de charge (14).

6. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel la barre d'acier (3) présente un diamètre de 10 mm à 100 mm, de préférence de 20 mm à 50 mm.

7. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 6, dans lequel une extension (21) de la barre d'acier (3) est prévue à l'intervalle (a) susmentionné, laquelle extension (21) est de préférence un embout vissé (26), une plaque d'acier soudée ou un épaississement de la barre d'acier (3).

8. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel la barre d'acier (3) a une longueur qui correspond à la longueur développée du voussoir de tunnel (12) moins le double de l'intervalle (a).

9. Voussoir de tunnel (12) selon la revendication 8 en lien avec la revendication 7, dans lequel l'extension (21) de la barre d'acier (3) est prévue uniquement de façon adjacente à une des intervalles (a).

10. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 9, au moins deux des barres d'acier (3) susmentionnées étant intégrées dans ce voussoir de tunnel (12), une plaque commune (27) qui offre une plus grande résistance à la pression que le béton du voussoir de tunnel (12) étant disposée de façon adjacente à l'intervalle (a), cette plaque (27) étant de préférence fabriquée en acier et les deux barres d'acier (3) étant soudées à la plaque.

11. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 10, dans lequel la face frontale (5) de la barre d'acier (3) forme avec l'axe de gravité (7) de la barre d'acier un angle qui est de 60° à 90°, de préférence de 75° à 90°.

12. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 11, dans lequel la barre d'acier (3) est une barre d'armature nervurée (20) qui est disposée dans la direction circonférentielle sur la face intérieure et/ou la face extérieure du voussoir de tunnel (12) et est fabriquée avec deux flexions (29) dans la zone du joint longitudinal (13) de telle sorte que deux sections différentes de la barre d'acier (3) courent parallèlement à une direction périphérique du voussoir de tunnel (12).

13. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 12, dans lequel dans l'intervalle susmentionné (a) se trouve un mortier durci (25) qui présente une plus grande résistance à la pression que le béton du voussoir de tunnel (12), lequel mortier (25) se trouve de façon particulièrement préférée dans une cavité qui a été formée par un matériau de remplissage (23) enlevé après le durcissement du béton.

14. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 13, lequel voussoir de tunnel (12) comporte pendant la fabrication un coffrage (22) qui se trouve à une distance de 0,1 mm à 50 mm, de préférence de 0,1 mm à 10 mm, de la face frontale (5) de la barre d'acier (3).

15. Voussoir de tunnel (12) selon une des revendications 1 à 14, dans lequel la barre d'acier (3) qui est disposée dans la direction circonférentielle sur la face intérieure et/ou la face extérieure du voussoir de tunnel (12) et est fabriquée avec un coude (29) dans la zone du joint longitudinal (13) de sorte que la face frontale (5) de la barre d'acier (3) présente un intervalle a par rapport à la surface de transfert longitudinale.

16. Anneau de cuvelage (17) comprenant au moins un premier voussoir de tunnel (1) et un deuxième voussoir de tunnel (2), chacun selon une des revendications 1 à 15, les surfaces de transfert de charge (14) de ces voussoirs de tunnel (1, 2) étant disposés au moins partiellement en face l'une de l'autre de sorte qu'un joint longitudinal (13) est formé entre elles, la tangente (9) à l'axe de gravité (7) dans la face frontale (5) de la barre d'acier (3) du premier voussoir de tunnel (1) croisant la surface de transfert de charge (14) à un premier point d'intersection (19) et la tangente (10) à l'axe de gravité (8) dans la face frontale (6) de la barre d'acier (4) du deuxième voussoir de tunnel (2) croisant la surface de transfert de charge (14) à un deuxième point d'intersection (19),
les premier et deuxième points d'intersection (19) se trouvant à une distance (b) l'un de l'autre qui est inférieure à 50 mm, de préférence inférieure à 10 mm.

Zeichnung