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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdübelungs-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Beim
Bau von unterirdischen Bauwerken, insbesondere von Tunneln, werden
Maschinen eingesetzt, die mit einem rotierenden Schneidrad sich durch
das Erdreich vorarbeiten. An das Schneidrad schließt sich
ein zylindrischer Schild von begrenzter Länge an, der mit dem Schneidrad
im Erdreich weiterwandert. Zur Abstützung der so entstehenden tunnelförmige Röhre gegenüber dem
umgebenden Erdreich wird noch innerhalb des Schildes eine sogenannte
Tübbingauskleidung
gefertigt, die aus einzelnen Tübbingringen
besteht, die in Längsrichtung
des gegrabenen Tunnels über
ihre Stirnseiten miteinander verbunden sind. Jeder Tübbingring
ist in Umfangsrichtung aus einer Anzahl von vorzugsweise kreisbogen-förmigen aus
Beton bestehenden Ringelementen zusammengesetzt. Die Ringelemente
benachbarter Tübbingringe
sind in Umfangsrichtung, ähnlich
wie bei einem Mauerwerk, gegeneinander versetzt. Die Verbindung
der Tübbingringe
miteinander erfolgt über
Dübelverbindungen
an den sich senkrecht zur Vortriebsrichtung er streckenden Stirnseiten
der Ringelemente. Diese Dübelverbindungen, von
denen mindestens zwei an jeder der genannten Stirnseiten der Ringelemente
vorhanden sind, bestehen aus einem Dübelbolzen und je einem Dübelloch in
jeder der beiden aneinander grenzenden Stirnseiten zweier in Vortriebrichtung
aneinander grenzenden Ringelemente. Mit dem sich weiter vorarbeitenden
Schneidrad wird das dem Schneidrad abgewandte Ende des Schildes,
der die zuletzt montierten Tübbingringe
zunächst
umgibt, von diesen weggezogen, so daß das Erdreich sich belastend
um die äußere Wand
der miteinander verbundenen Tübbingringe
legt. Durch die Kräfte
des umgebenden Erdreiches wird einerseits der Durchmesser der Tübbingringe
verkleinert, und andererseits können
durch die ungleichmäßige Verteilung
der äußeren Kräfte die Tübbingringe
von der Kreisform leicht abweichen.
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Die
Dübelverbindung
dienen einerseits dazu, beim Aufbau eines weiteren Tübbingringes
innerhalb des Schildes die Ringelemente bis zum Einbau des sogenannten
Ringschlußsteines
an den Stirnflächen des
letzten bereits eingebauten Tübbingringes
vorübergehend
zu halten, und andererseits zur Übertragung
von Querkräfte
in der fertigen Tübbingauskleidung
in Tunnellängsrichtung
und zur Verhinderung von Verformungssprünge zwischen benachbarten Tübbingringen
infolge Belastung durch das Erdreich. Ein Beispiel einer Tübbingauskleidung
der vorbeschriebenen Art zeigt
1 der
EP 0 979 927 A1 .
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Obwohl
die Ringelemente mit relativ hoher Genauigkeit hergestellt werden,
können
sie bereits unvermeidbare Maßabweichungen
infolge ihrer Herstellungstoleranzen aufweisen. Bei der Montage
im Schild erfahren die Ringelemente einbaubedingte Abweichungen
von ihrer Sollage in der Tunnelauskleidung. Beim Zusammenbau im
Schild zu einem vollständigen
Tübbingring
werden die Ringelemente bei Eindrücken des Ring schlußsteins
in Umfangsrichtung verschoben. Weitere Verschiebungen werden durch
die Belastung durch das Erdreich bewirkt.
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Zahlreiche
Verdübelungs-Vorrichtungen
der vorbeschriebenen Art sind bereits bekannt. Der im Querschnitt
runde Dübelbolzen
hat entweder eine zylindrische Form oder eine in Richtung zu seinen
Enden sich konisch verjüngende
Form, wobei der Dübelbolzen
von köcherförmigen der
Bolzenform entsprechend angepaßten
Dübellöchern formschlüssig aufgenommen
wird. Alle bekannten Verdübelungs-Vorrichtungen
sind durch unterschiedliche konstruktive Maßnahmen mit einer beschränkten Anpassungsfähigkeit
an Abweichungen der Ringelemente von ihrer Solllage versehen, die
auf eine begrenzte Schwenkbarkeit und Verformung des Dübelbolzens in
den Dübellöchern abzielen.
Zu solchen Maßnahmen
gehören:
- – Die
Verwendung von Stahlbolzen hoher Festigkeit, deren zugehörigen Dübellöcher mit
nachgiebigen, elastisch verformbaren Innenwandungen versehen sind,
zum Beispiel mit in den Beton des Ringelements eingegossenen Hülsen aus
dickwandigem Kunststoff.
- – Die
Verwendung von elastisch verformbaren Kunststoffbolzen und unnachgiebigen
im Beton der Ringelemente vorgesehenen Dübellöchern.
- – Die
Verwendung von Bolzen mit einem massiven oder rohrförmigen Kern
mit einer elastisch verformbaren Ummantelung aus Kunststoff und unnachgiebigen
im Beton der Ringelemente vorhandenen Dübellöchern.
- – Die
Anbringung von konischen Aufweitungen (Anfasungen) der Dübellöcher an
ihren Mündungen
in die Ringfuge zwischen den Tübbingringen zwecks
Vergrößerung des
Verformungs- und Verdrehungsspielraums des Dübelbolzens.
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Trotz
der vorgenannten Maßnahmen
konnten bisher Risse im Beton der Ringelemente oder unzulässige Verformungen
des Dübelbolzens
nicht vermieden werden.
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Aus
der
EP 0 572 371 A1 ist
eine Verdübelungs-Vorrichtung
für die
Verdübelung
von Ringelemnten eines Tübbingringes
mit den Ringelementen eines benachbarten Tübbingringes bekannt, bei der jedes
Ringelement mit seiner Stirnseite über mindestens zwei Dübelverbindungen
mit der Stirnseite eines oder zweier Ringelemente des benachbarten
Tübbingringes
verbunden ist. Dabei ist stets eine der beiden Dübelverbindungen eines Ringelementes
als Festlager ausgebildet, so daß an dieser Dübelverbindung keine
tangentiale Verschiebung zwischen den beiden Ringelementen benachbarter
Tübbingringe
möglich ist.
Bei der zweiten Dübelverbindung
eines Ringelementes ist eines der beider zugehörigen Dübellöcher als Langloch in Umfangrichtung
der Tübbingringe ausgebildet.
Zwischen benachbarten Ringelementen eines Tübbingringes sind als "Stauchelemente" verformbare Federn
eingefügt.
Auf diese Weise ist es möglich,
daß unter
Belastung der Tübbingring
dank der jeweils einen Langlochverbindung pro Ringelement und der
Federn zwischen den Ringelementen des Tübbingrings in Umfangsrichtung
zusammengedrückt
werden kann, sein Durchmesser sich also verkleinern kann. Solche
Tübbingringe
werden für
den sogenannten "nachgiebigen" Tunnelbau verwendet, also
dort, wo mit starken Belastungen der Tunnelröhre zu rechnen ist, wie zum
Beispiel bei Tunnelausbauten in Böden und Gebirgen mit schlechter
Eintragfähigkeit
oder hohem Verformungspotential.
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4 der
EP 0 572 371 A1 zeigt
zwar ein Ringelement, bei welchem beide Dübellöcher eines Ringelementes als
Langlöcher
ausgebildet sind. Dabei wird jedoch der Dübel in einem der beiden Langlöcher durch
eine nicht verformbare Einlage in tangentialer Richtung unverschiebbar
mit dem Ringelement des benachbarten Tübbingringes verbunden. Die
Verwendung von mehreren Langlöchern
in einem Ringelement dient lediglich dazu, einheitliche Ringelemente
verwenden zu können,
bei denen alle Löcher der
Einfachheit halber die gleiche Ausbildung haben.
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Aus
der
EP 0 651 135 A2 ist
eine Vorrichtung zur generellen Verbindung zweier Glieder bekannt. Soweit
sich diese Druckschrift speziell auf die Anwendung der beschriebenen
Vorrichtung bei Tübbingauskleidungen
für den
Tunnelbau bezieht, dient die Vorrichtung nicht der stirnseitigen
Verbindung zweier benachbarter Tübbingringe,
sondern der Verbindung benachbarter Ringelemente ein und desselben
Tübbingringes
in Umfangrichtung. Für
diese Verbindung sind auf der. einen Seite der beiden zu verbindenden Flächen zwei
kurze Rechtecklöcher
vorhanden und auf der anderen Seite ein kurzes und ein längeres Rechteckloch
(
4 bis
6 der
EP 0 651 135 A2 ). In allen
Rechtecklöcher
in den beiden Verbindendungsflächen
sind Hülsen
aus nachgiebigem Material eingelassen, die mit in Längsrichtung
der Hülsen verlaufenden
Rillen oder Sägezahngewinde
versehen sind. Mit entsprechenden Rillen beziehungsweise Sägezahngewinde
sind die Verbindungsdübel
versehen. Bei der Verbindung werden die Rillen beziehungsweise Sägezahngewinde
der Langlochhülsen und
der Dübelbolzen
derart miteinander verzahnt, daß die
Dübel in
Längsrichtung
unter Zugspannung geraten, wodurch die Berühungsflächen fest gegeneinander gezogen
werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdübelungs-Vorrichtung, bei der
zwischen den Ringelementen eines Tübbingringes, abgesehen von
stets vorhandenen dünnen
Dichtungen, keine Federn oder andere Stauchelemente vorhanden sind.
Solche Tübbingringe
werden beim sogenannten "unnachgiebigen" Tunnelausbau verwendet,
bei welchem die Last des umgebenden Erdreiches relativ klein ist.
Solche Tübbingringe
haben bereits nach dem Zusammenbau und vor der Belastung durch das umgebende
Erdreich praktisch ihren endgültigen Durchmesser.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdübelungs-Vorrichtung der eingangs genannten Art
zu entwickeln, bei der unzulässige
Verformungen des Dübelbolzens
und/oder eine unzulässige
Beschädigung
des Ringelements bei der Ringmontage und der späteren äußeren Belastung durch das Erdreich
weitgehend vermieden werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Verdübelungs-Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Die
Verdübelungs-Vorrichtung
gemäß der Erfindung
ermöglicht
es, die Ringelemente bei der Montage in eine Lage zu zwingen, bei
der die Abweichung der Ringelemente von ihrer Sollage auf ein für das Gesamtsystem
verträgliches
Maß begrenzt
wird. Durch die Ausbildung eines der zu einer Dübelverbindung gehörenden beiden
Dübellöcher als
Langloch in Umfangsrichtung wird ein ausreichender Spielraum für Verschiebungen
der Ringelemente in Umfangsrichtung geschaffen, wodurch Zwängungen
abgebaut und Beschädigungen
der Ringelemente oder der Dübelbolzen
vermieden werden.
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Anhand
des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung
näher erläutert werden.
Es zeigen
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1 einen
kleinen Ausschnitt aus einem radialen Schnitt durch eine Tübbingauskleidung,
welcher Ausschnitt die zu einer Dübelverbindung gehörenden Teile
zeigt,
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2 und 3 je
einen Schnitt in Umfangsrichtung der Tübbingauskleidung längs der
Linie I-I in 1, wobei 2 die theoretische
Sollage der Ringelemente zueinander zeigt und 3 eine mögliche tatsächliche
Montagelage,
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4 die
Ansicht eines Dübelrundloches
an der senkrecht zur Tunnellängsachse
liegenden Stirnseite eines Ringelements,
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5 die
Ansicht eines Dübellangloches
an der senkrecht zur Tunnellängsachse
liegenden Stirnseite eines Ringelements,
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6 einen
größeren Ausschnitt
eines Schnittes in Umfangsrichtung durch die Verdübelungs-Vorrichtungen
der Tübbingauskleidung
im Zustand des Montierens eines Ringelements, und
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7 die
gleiche Darstellung wie 6 im idealen fertig montierten
Zustand.
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Die 1 und 2 zeigen
zwei zueinander senkrechte Schnitte durch ein Ausführungsbeispiel einer
Verdübelungs-Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung.
Mit 4 und 7 sind Ausschnitte zweier Ringelemente
bezeichnet, die sich an der Ringfuge 9 (6) zwischen
zwei benachbarten Tübbingringen
gegenüber
liegen. Das linke Ringelement 5 weist ein konisches Dübelrundloch 3 auf,
in das ein Dübelbolzen 2 kraftschlüssig eingesetzt
ist. Das gegenüberliegende Ringelement 7 ist
mit einem sich in Umfangsrichtung des Tübbingringes erstreckenden Dübellangloch 6 versehen,
das ebenfalls ko nisch ausgebildet ist und dessen radiale Abmessung
an die rechten Hälfte
des konischen Dübelbolzens 2 angepaßt ist.
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Der
im Ausführungsbeispiel
gezeigte Dübelbolzen
besteht aus einem hohlen Stahlkern
2a, der mit einer Hülle
2b aus
einem nachgiebigen Kunststoff, zum Beispiel einem Elastomer, an
dem sich auch die Dübelringe
2c befinden, überzogen
ist. Ein solcher Dübelbolzen
ist bereits bekannt aus der
EP
0 931 908 A1 .
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Während 2 die
beiden Ringelemente 4 und 7 in ihrer idealen gegenseitigen
Sollage in Umfangsrichtung zeigt, zeigt 3 eine bei
der Montage mögliche
von der Sollage abweichende Fehllage (Istlage).
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Beide
sackartigen Dübellöcher 3, 6 sind
an ihrer Mündung
in die Ringfuge mit einer Anfasung 9a versehen, die um
das Maß 16 beziehungsweise 18 in das
Dübelloch
hineinragt. Dadurch wird eine zusätzliche verbesserte Anpassungsfähigkeit
des Dübelbolzens 2 an
unerwünschte
Abweichungen eines Ringelements von der Sollage erreicht, da die
Anfasung eine größere Neigung
(Querstellung) der Dübelbolzenachse
ermöglicht.
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Die
Länge des
Langloches 6 in Umfangsrichtung beträgt etwa das 1,5 bis 3,5-fache
der radialen Länge
des Dübelloches 6.
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4 zeigt
das Dübelrundloch 3 in
einer Ansicht von der Ringfuge 9 aus. 5 zeigt
die entsprechende Ansicht des Dübellangloches 6.
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6 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Schnitt in Umfangsrichtung durch die
Zylinderwand der Tübbingauskleidung.
Die zu den beiden benachbarten Tübbingringen 21, 22 gehörenden Ringelemente 7 einerseits
und 4.2 und 4.1 andererseits liegen sich an der
Ringfuge 9 mit ihren Stirnseiten 5, 8 gegen über. Der
in 6 gezeigte obere Tübbingring 21 ist bereits
vollständig
eingebaut, während
der untere Tübbingring 22 im
Zustand der Montage dargestellt ist. Die Dübelbolzen 2 werden
zunächst
querkraftschlüssig
in die Dübelrundlöcher 3 der
Ringelemente 4, 1 und 4, 2 eingesetzt.
Dann werden diese Ringelemente mit den Bolzen 3 nacheinander
in die Dübellanglöcher 6 der
Ringelemente 7 des Tübbingrings 21 eingesetzt,
wobei die Ringelement 4, 1 und 4, 2 in
radialer Richtung unverschiebbar festgelegt sind, jedoch im Umfangsrichtung
noch verschiebbar sind. Erst nach Einbau aller Ringelemente 4 des
Tübbingrings 22 wird
dank des Langlochcharakters der Dübellanglöcher 6 die endgültige, weitgehend
spannungsfreie Lage in der Tübbingauskleidung 10 erreicht.
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7 zeigt
die ideale Sollage der Ringelementen zueinander nach der Montage.
In der Praxis werden sich die Dübelbolzen 2 nicht
in der idealen axialen Mittellage im Dübellangloch 6 befinden,
sondern von dieser idealen Lage bestimmungsgemäß abweichen.
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Zur
Erleichterung der Montage der Ringelemente empfiehlt es sich, den
radialen Bewegungsspielraums des Dübelbolzens 2 in dem
Dübellangloch 6 gegenüber dem
Bewegungsspielraum des Dübelbolzens 2 in
dem Dübelrundloch 3 um
ein geringes Maß d
größer zu machen.
Vorzugsweise wird diese Vergrößerung so
gewählt,
daß die
folgenden Bedingungen erfüllt
sind: D – d ≦ D1 ≦ D + dund D2 ≧ D1
+ d,wobei
- D
- = Solldurchmesser
des konischen oder nichtkonischen Dübelrundlochs (3),
- d
- = zulässige Fertigungstoleranz
des Dübelrundloches
(3),
- D1
- = zulässiger Istdurchmesser
des Dübelrundloches 3,
- D2
- = radiales Istmaß des konischen
oder nichtkonischen Dübellangloches
(6).
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Dübelrundlöcher 3 und
die Dübellanglöcher 6 konisch
ausgebildet, wobei der Dübelbolzen 2 mit
entsprechenden konischen Längsabschnitten
versehen ist. Vorzugsweise sind diese beiden Abschnitte, wie beim
Ausführungsbeispiel,
gleich lange Hälften
des Dübelbolzens,
was aber nicht zwingend ist. Entsprechendes gilt für die Tiefen
der Dübellöcher. Grundsätzlich kann
auf die Konizität
der Dübelrundlochen und/oder
der Dübellanglöcher verzichtet
werden, wobei auch der Dübelbolzen
entsprechend anzupassen ist. Die Dübelverbindung gemäß der Erfindung
läßt sich
mit allen bekannten Dübelbolzen
verwirklichen.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
befinden sich die Dübellanglöcher 6 an
der in Vortriebsrichtung weisenden Stirnseite der Ringelemente und die
Dübelrundlöcher 3 an
der der Vortriebsrichtung 11 abgewandten Stirnseite. Dies
ist natürlich
nicht zwingend. Der Einbau kann auch in umgekehrter Weise erfolgen,
so daß die
Ringelemente 5 mit ihren Dübelrundlöchern 3 in die Vortriebsrichtung 11 weisen
und die Ringelemente des folgenden einzubauenden Tübbingrings
mit ihren Dübellanglöchern 6 auf
die Dübelbolzen
aufgeschoben werden, die sich bereits in den Dübelrundlöchern 3 des zuvor
eingebauten Tübbingringes
befinden. Es ist auch nicht, wie beim Ausführungsbeispiel, zwingend erforderlich,
daß alle Dübelrundlöcher an
der einen Stirnseite des Ringelements vorhanden sind und alle Dübellanglöcher an der
gegenüberliegenden
Stirnseite. Auch eine gemischte Anbringung ist möglich.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
liegt die in 5 gezeigte Längsachse 12 des Dübellanglochs 6 auf
einem Umfangs kreis um den Mittelpunkt des Tübbingrings. Grundsätzlich kann
diese Mittelachse 12 jedoch auch eine Gerade sein, das
Dübellangloch sich
also in tangentialer Richtung erstrecken. Die Anordnung in Umfangsrichtung
ist jedoch die vorteilhaftere, da bei ihr bei Verschiebungen der
Ringelemente in Umfangsrichtung geringere Zwängungen auftreten.