Dokumentenidentifikation |
DE10342280B4 19.10.2006 |
Titel |
Bauverfahren für Tunnelbauwerke in Deckelbauweise unter Druckluft und Bauwerkssohle zum Durchführen des Bauverfahrens |
Anmelder |
Schmitt Stumpf Frühauf und Partner Ingenieurgesellschaft im Bauwesen mbH, 80804 München, DE |
Erfinder |
Frühauf, Wolfgang, 85778 Haimhausen, DE |
Vertreter |
Niedlich, T., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 83607 Holzkirchen |
DE-Anmeldedatum |
12.09.2003 |
DE-Aktenzeichen |
10342280 |
Offenlegungstag |
28.10.2004 |
Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
19.10.2006 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
19.10.2006 |
IPC-Hauptklasse |
E21D 9/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
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IPC-Nebenklasse |
E21D 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
E21D 13/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
E02D 29/055(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
E02D 29/077(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung betrifft ein Bauverfahren für Tunnelbauwerke in
Deckelbauweise unter Einsatz von Druckluft, mit den Verfahrensschritten Betonieren
der Bauwerksdecke, Aushub unter dem Deckel unter Druckluft, Erstellen einer Bauwerkssohle
und weiterer Ausbau des Tunnelbauwerks. Sie betrifft außerdem eine Bauwerkssohle
zum Durchführen dieses Bauverfahrens eines in Deckelbauweise unter Druckluft
aufgefahrenen Tunnels mit einer im Wesentlichen horizontal angeordneten scheibenförmigen
Bauwerksdecke, vertikalen Bauwerksaußenwänden und einer Bauwerkssohle.
Um die Nutzung an der Oberfläche möglichst wenig zu beeinträchtigen,
werden Tunnel insbesondere für unterirdische Verkehrswege häufig in der
sogenannten Deckelbauweise erstellt. Ist das Bauwerk zumindest teilweise drückendem
Wasser, z.B. Grundwasser, ausgesetzt, muß das Bauwerk unter Druckluft aufgefahren
werden. Ein derartiges Verfahren ist u. a. in der Zeitschrift „Tunnel", Heft
7/2001, S. 35 ff. (Bauverlag Gütersloh) beschrieben. Die Erzeugung und Aufrechterhaltung
der Überdruckatmosphäre ist jedoch kostenintensiv und verkompliziert den
Arbeitsablauf, weil z.B. Druckluftschleusen errichtet werden müssen und der
weitere Ausbau sowie der Material- und Gerätetransport durch sie hindurch erfolgen
muß. Außerdem leidet die Qualität des unter Überdruckatmosphäre
eingebauten Betons durch Zugerscheinungen beim Aushärten.
Ein Tunnelbauverfahren unter Druckluft, nämlich zur Erstellung
von Unterwassertunneln, ist aus der DE 3022528
A1 bekannt. Tunnelbauwerke mit gewölbten Tunnelsohlen und/oder Verfahren
zu deren Herstellung zeigen unter anderem die JP2001/032 673, die US
599 817C, die CH 406 274C
und die DD 85 371 C.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bauverfahren unter Einsatz
von Druckluft für Tunnelbauwerke in Deckelbauweise anzugeben, mit dem der Einsatz
von Druckluft weiter reduziert werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Bauwerkssohle anzugeben, die den Einsatz eines derartigen Verfahrens
ermöglicht.
Bei eingangs genannten Verfahren, bei denen in Abhängigkeit von
der Tiefenlage des Tunnelbauwerks unter der Geländeoberkannte zusätzliche
Schritte, wie Voraushub bis auf das Niveau eines Arbeitsplanums, Herstellung einer
Verbauwand, Aushub einer Vorbaugrube bis zum Niveau der Unterseite der Bauwerksdecke
notwendig sein können, wird vorgeschlagen, daß die Bauwerkssohle vom Deckel
weg gewölbt eingebaut wird, anschließend die Druckluft abgeschaltet und
der weitere Ausbau unter Normalatmosphäre fortgesetzt wird. Die gewölbten
Tunnelsohle übernimmt also sie Funktion der Druckluftatmosphäre, indem
sie die auf sie einwirkenden Kräfte z.B. aus Grundwasserdruck durch ihre Gewölbewirkung
an die Bauwerksseitenwände weiterleitet. Die Erfindung verfolgt demnach das
Konzept, die Funktion der Druckluft, nämlich den Gegendruck gegen drückendes
Wasser, möglichst früh durch bauliche Maßnahmen zu ersetzen, um ein
möglichst frühzeitiges Abschalten der Druckluft erzeugenden Apparate zu
erreichen. Damit lassen sich nicht nur Kosten einsparen, sondern eine bessere Betonqualität
derjenigen Bauwerksteile erzielen, die nun wieder unter Normalatmosphäre erstellt
werden. Außerdem ist das Bauwerk damit früher wieder von beiden Seiten
zugänglich, der weitere Baufortschritt nicht mehr gehemmt, sofern –
wie aus Kostengründen häufig – auf eine zweite Druckluftschleuse
verzichtet wurde. Ein besonderer Vorzug der Erfindung beruht darauf, daß sie
auf bekannte Verfahren angewendet werden kann, ohne das eine zusätzliche oder
umfangreiche Prüfung der Bauweisen erforderlich wäre.
Die vorgenannten Vorteile beziehen sich im Wesentlichen auf Bauteile,
die nach Abschalten der Druckluft hergestellt werden, also vornehmlich eine zweite,
innere Schale des Tunnelsohle sowie Innenschalen der vertikalen Bauteilwände.
Daher ist es günstig, möglichst viele, vor allem tragende Bauteile nach
Abschalten der Druckluft zu erstellen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung wird daher die Bauwerkssohle als eine erste Sohle hergestellt, die von
einer zweiten Sohle überbaut wird. Während also die erste Sohle dem druckhaltenden
Effekt dient, aber infolge Aushärtens unter Druckluft noch Qualitätseinbußen
erleidet, kann die zweite Sohle bereits unter Normalatmosphäre und folglich
in höherer Qualität hergestellt werden.
Grundsätzlich kommt für die Herstellung der ersten Bauwerkssohle
jede im Tunnelbau übliche Herstellmethode in Betracht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, daß die erste Bauwerkssohle mittels Spritzbeton und
unter Verwendung einer Bewehrung hergestellt wird, weil sie die einfachste und vor
allem eine bewährte Methode zur Herstellung von Tunnelbauteilen darstellt.
Der Anschluß der gewölbten Sohle an die Bauwerksseitenwände
kann z.B. durch den Einbau von Anschlußbewehrung, Konsolen, Ausklinkungen oder
sonstiger Bauteile sichergestellt werden, die eine sichere Übertragung der
auf die gewölbten Sohle einwirkenden Kräfte an die Bauwerksaußenwände
gewährleisten. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die
gewölbte Sohle lediglich über eine rauhe Arbeitsfuge an den der Tunnelinnenseite
zugewandten Flächen der Bauwerksaußenwände angeschlossen. Die gewölbte
Sohle wird also direkt gegen den rauhen Pfahl betoniert. Auch eine eventuell vorgesehene
zweite Bauwerkssohle kann auf diese Weise an die Seitenwände des Bauwerks angeschlossen
werden. Eine Kraftübertragung erfolgt lediglich über die Verzahung der
gewölbten Sohle mit der rauhen Fläche. Dabei muß der Winkel, in dem
die gewölbte Sohle auf die rauhe Fläche an den Bauwerksaußenwänden
trifft, so geneigt sein, daß die Horizontal- und die Vertikalanteile der von
der Sohle übertragenen Kraft im Verhältnis von etwa 2/1 stehen. Dieser
einfache Anschluß erspart zusätzliche Bauteile oder die Anordnung von
Verbundbewehrung.
Als rauhe Anschlußflächen der gewölbten Sohle an den
Bauwerksseitenwänden eignet sich grundsätzlich jede Fläche, die mit
den Seitenwänden so verbunden ist, daß sie die eingeleiteten Kräfte
übertragen kann. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
auf Innenflächen der Bauwerksaußenwände das Betonkorngerüst
freigelegt und dort die gewölbten Sohle angeschlossen. Durch das Freilegen
des Betonkorngerüsts wird auf denkbar einfache Weise eine mit den Bauwerksaußenwänden
verbundene Fläche geschaffen, die eine Verzahnung der gewölbten Sohle
in der Fuge zu den Bauwerksaußenwänden ermöglicht.
Das Freilegen des Korngerüsts kann durch jedes, z.B. mechanische,
Verfahren erfolgen, das die Standsicherheit der Bauwerksaußenwände nicht
beeinträchtigt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Betonkorngerüst mittels Hochdruckwasserstrahlverfahren freigelegt wird.
Denn nach diesem Verfahren lassen sich große rauhe Flächen schnell und
verfahrensökonomisch erzeugen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch eine Bauwerkssohle
zum Durchführen des Bauverfahrens eines in Deckelbauweise unter Druckluft aufgefahrenen
Tunnels mit einer im Wesentlichen horizontal angeordneten scheibenförmigen
Bauwerksdecke, vertikalen Bauwerksaußenwänden und einer Bauwerkssohle
gelöst, wobei die Bauwerkssohle zweischalig mit einer ersten Bauwerkssohle
und einer zweiten Bauwerkssohle ausgebildet ist, wobei die äußere Schale
die unter Druckluftatmosphäre auf den anstehenden Boden eingebrachte, an die
Bauwerksseitenwände angeschlossene, erste Bauwerkssohle darstellt, die quer
zur Tunnellängsrichtung einen Bogenstich vom Tunnelinnenraum weg aufweist und
zur Aufnahme des Grundwasser- und Quelldrucks des anstehenden Bodens unter Normalatmosphärenbedingung
bemessen ist, und wobei die innere Schale die unter Normalatmosphäre auf die
erste Bauwerkssohle aufbetonierte zweite Bauwerkssohle darstellt. Die Sohle wirkt
als ein Gewölbe, das die z.B. aus Grundwasserdruck resultierenden Kräfte
auf die Sohle an die Bauwerksaußenwände ableitet. Die Erfindung beruht
also auf der Idee, einen infolge Grundwassers oder Quellens des Bodens auftretenden
Druck anstatt durch Gegendruck nun konstruktiv aufzufangen und abzuleiten. Dadurch
können die aufwendigen Druckhaltungsmaßnahmen zu einem früheren Zeitpunkt
abgeschaltet und Kosten gespart werden. Der frühere Verzicht auf das Arbeiten
unter Druckluft erleichtert außerdem den Bauablauf erheblich, weil das Passieren
von Druckluftschleusen mit allen damit zusammenhängenden Einschränkungen,
z.B. hinsichtlich der maximalen Bauteil- und Geräteabmessungen, entfällt.
Weil die unter Überdruckatmosphäre unvermeidlichen Zuglufterscheinungen
die Qualität abbindenden Betons beeinträchtigt, ermöglicht der Einbau
der gewölbten Sohle bessere Betonqualitäten der nach der Sohle hergestellten
Bauteile.
Schließlich trägt die gewölbte Sohle nach den Grundsätzen
bekannter Gewölbe, so daß sie keinen aufwendigen Prüfungen unterzogen
werden muß, sondern sich vielmehr in nach bekannten Verfahren erstellte Bauwerke
problemlos einbinden läßt.
Die Bauwerksaußenwände und die Bauteildecke von in Deckelbauweise
unter Einsatz von Druckluft erstellten Tunneln werden im Allgemeinen unter Normalatmosphäre
hergestellt. Die gewölbte Sohle selbst wird jedoch jedenfalls unter Druckluft
eingebaut. Sie profitiert demnach nicht von den durch sie bezweckten Vorteilen,
sondern erst all jene Bauteile, die nach ihrer Erstellung und Aushärtung unter
Normalatmosphäre eingebaut werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
sieht daher vor, daß die gewölbte Sohle eine erste Sohle als Bestandteil
einer zweischaligen Bauwerkssohle darstellt. Sie wird also von einer zweiten Sohle
überbaut, die unter atmosphärischen Verhältnissen und damit mit qualitativ
besserem Ergebnis aushärten kann. Damit ist es möglich, ein Bauwerk zu
erstellen, dessen tragenden Bestandteile die hohe Qualität von unter Normalbedingungen
ausgehärteten Betonteilen aufweist.
Die gewölbte Sohle kann grundsätzlich in jeder im Tunnelbau
üblichen Weise, also sowohl als Ortbeton- als auch als Fertigteil, erstellt
sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindung sieht vor, daß sie als
bewehrte Spritzbetonsohle ausgeführt ist, weil sie nach dieser Herstellmethode
fugenlos ausgebildet und ohne Schalung hergestellt ist.
Der Anschluß der gewölbten Sohle muß kraftschlüssig
sein und kann durch Konsolen, Anschlußbewehrung, Ausklinkungen oder vergleichbare
Bauteile gewährleistet werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die gewölbte Sohle an dem Tunnelinnenraum zugewandten rauhen Flächen
der Bauwerksaußenwände verzahnt und kraftschlüssig
angeschlossen. Der Anschluß der gewölbten Sohle durch Verzahnung stellt
die einfachste kraftschlüssige Verbindung zu den Bauwerksaußenwänden
dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber
noch näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Tunnelbauwerks in Deckelbauweise
aus einer Bauphase mit bereits überschütteter Bauwerksdecke auf Bauwerksaußenwänden;
2 eine unter Druckluft eingebaute gewölbte Sohle
in einer späteren Bauphase;
3 ein fertiges Tunnelbauwerk mit zweischaligen Bauwerksaußenwänden
und zweischaliger Sohle, und
4 den Anschluß der Sohle an die Bauteilaußenwände
als Detail aus 3
Die 1 bis 3
stellen drei Phasen aus dem Bauablauf eines Tunnelbauwerks 1 dar, das in
Deckelbauweise unter Einsatz von Druckluft erstellt wird. 1
zeigt das Tunnelbauwerk 1 in einem Bauzustand, in dem eine Bauwerksdecke
2 auf einer Bohrpfahlwand 3 aufgelagert ist, die die Bauteilaußenwände
bildet. Anstelle einer überschnittenen Bohrpfahlwand 3 kann auch eine
anderen Bauweise, z.B. eine Schlitzwand, gewählt werden. Das Bauwerk
1, das unter der Geländeoberkante 4 liegt, ist bereits überschüttet,
um die Oberflächennutzung so wenig wie möglich zu beeinträchtigen.
Das Bauwerk 1 durchdringt mehrere Bodenschichten
5, die zum Teil gespanntes Grundwasser führen. Um Wassereinbruch in
das Bauwerk 1 zu verhindern, ist es erforderlich, den Aushub des Tunnelinnenraums
6 unter der Bauwerksdecke 2 unter Druckluft auszuführen.
Unmittelbar nach Herstellung des Aushubs wird mittels bewehrtern Spritzbeton
eine gewölbte Sohle 7 hergestellt. Ihre Anordnung ist in
2 dargestellt. Die gewölbte Sohle 7 wird
auf die Aufnahme des Wasserdrucks aus artesisch gespannten Grundwasser und auf die
Aufnahme des Quelldruckes des anstehenden Bodens a bemessen. Durch die gewölbte
Sohle 7 werden die Bohrpfahlwände 3 am Fuß ausgesteift.
4 zeigt den Anschluß der gewölbten Sohle
7 an die Bohrpfahlwand 3 im Detail. Die Einleitung der Kräfte
von der gewölbten Sohle 7 auf die Pfahlwände 3 erfolgt
über eine aufgerauhte Arbeitsfuge 8, Hierfür wird mit geeigneten
Verfahren, z.B. Hochdruckwasserstrahl- oder mechanischen Verfahren, das Korngerüst
des Betons der Bohrpfahlwand 3 freigelegt. Die gewölbte Sohle
7 wird direkt gegen die aufgerauhte Bohrpfahlwand 3 betoniert,
auf die sie in der aufgerauhte Arbeitsfuge 8 mit einem Neigungswinkel &agr;
auftrifft.
Sobald die gewölbte Sohle 7 ihre Endfestigkeit erreicht
hat, wird die Druckluft Pi abgeschaltet. Der Grundwasser- und Quelldruck
wird dann über die gewölbte Sohle 7 auf die Bohrpfahlwände
3 abgeleitet. Die Kraftübertragung von der gewölbten Sohle
7 auf die Bohrpfahlwände 3 erfolgt über die Verzahnung
freiliegender Zuschlagskörner in den Flächen der aufgerauhten Fuge
8 und ist auf Schubkraftübertragung in Fugen ohne Verbundbewehrung
zu bemessen. Daher muß sichergestellt sein, daß in der aufgerauhten Fuge
8 keine Zugspannungen auftreten, sondern daß sie unter Druckspannung
steht, und die Horizontal- und Vertikalanteile der von der gewölbten Sohle
7 übertragenen Kraft in einem Verhältnis von etwa 2/1 stehen.
3 zeigt das fertige Tunnelbauwerk 1 mit einer
auf die gewölbte Sohle 7 aufbetonierten zweiten Sohle 9 und
Innenwänden 10. Die Einleitung der Kräfte von der zweiten Sohle
9 auf die Bohrpfahlwand 3 erfolgt ebenfalls über die aufgerauhte
Arbeitsfuge 8. Auch die zweite Sohle 9 wird direkt gegen die aufgeraute
Bohrpfahlwand 3 betoniert. Die Herstellung der zweiten Sohle
9, der Innenwände 10 und aller weiterer Ausbauten erfolgt
unter Normalatmosphäre, so daß vor allem das Aushärten des Betons
keine Qualitätseinbußen durch Zuglufterscheinungen infolge der Drucklufthaltung
erleidet.
- 1
- Tunnelbauwerk
- 2
- Bauwerksdecke
- 3
- Bohrpfahlwand
- 4
- Geländeoberkante
- 5
- Bodenschichten
- 6
- Tunnelinnenraum
- 7
- gewölbte Sohle
- 8
- aufgerauhte Arbeitsfuge
- 9
- zweite Sohle
- 10
- Innenwand
- Pi
- Druckluft im Tunnelinnenraum 6
- a
- anstehener Boden
- &agr;
- Neigungswinkel
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Anspruch[de] |
Bauverfahren für Tunnelbauwerke in Deckelbauweise unter Druckluft,
mit den Verfahrensschritten Betonieren der Bauwerksdecke, Aushub unter dem Deckel
unter Druckluft, Erstellen einer Bauwerkssohle und weiterer Ausbau des Tunnelbauwerks,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bauwerkssohle vom Deckel weg gewölbt
eingebaut wird, anschließend die Druckluft abgeschaltet und der weitere Ausbau
unter Normalatmosphäre fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauwerkssohle
als eine erste Sohle herstellt wird, die von einer zweiten Sohle überbaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Bauwerkssohle mittels Spritzbeton und unter Verwendung einer Bewehrung hergestellt
wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die gewölbte Sohle lediglich über eine rauhe Arbeitsfuge an den
der Tunnelinnenseite zugewandten Flächen der Bauwerksaußenwände angeschlossen
wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf Innenflächen der Bauwerksaußenwände deren Betonkorngerüst
freigelegt und dort die gewölbten Sohle angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Betonkorngerüst mittels Hochdruckwasserstrahlverfahren freigelegt
wird.
Bauwerkssohle zum Durchführen des Bauverfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 6 eines in Deckelbauweise unter Druckluft aufgefahrenen Tunnels
mit einer im wesentlichen horizontal angeordneten scheibenförmigen Bauwerksdecke,
vertikalen Bauwerksaußenwänden und einer Bauwerkssohle, wobei die Bauwerkssohle
zweischalig mit einer ersten Bauwerkssohle (7) und einer zweiten Bauwerkssohle
(9) ausgebildet ist, wobei die äußere Schale die unter Druckluftatmosphäre
auf den anstehenden Boden (5) eingebrachte, an die Bauwerksseitenwände
(3) angeschlossene, erste Bauwerkssohle (7) darstellt, die quer
zur Tunnellängsrichtung einen Bogenstich vom Tunnelinnenraum weg aufweist und
zur Aufnahme des Grundwasser- und Quelldrucks des anstehenden Bodens unter Normalatmosphärenbedingung
bemessen ist, und wobei die innere Schale die unter Normalatmosphäre auf die
erste Bauwerkssohle (7) aufbetonierte zweite Bauwerkssohle (9)
darstellt.
Bauwerkssohle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als bewehrte Spritzbetonsohle ausgeführt ist.
Bauwerkssohle nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß sie an dem Tunnelinnenraum zugewandten rauhen Flächen der Bauwerksaußenwände
verzahnt und kraftschlüssig angeschlossen ist.
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Patente PDF
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