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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
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   

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


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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