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Rohre für kurvenförmige Tunnel, sowie Verfahren zum Bau kurvenförmiger
Tunnel.
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Die Erfindung betrifft Rohre für im Rohrvortriebsverfahren unter
Verwendung von Preßstationen hergestellte Tunnel mit zumindest teilweise kurvenformigem
Verlauf, insbesondere für Tunnel für Sammler. Außerdem befaßt sich die Erfindung
mit einem Verfahren zum Bau von zumindest teilweise kurvenförmig verlaufenden Tunneln
nach dem Rohrvortriebsverfahren mit einem vorderen Schild und mit Preßstationen.
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Im allgemeinen werden Tunnel, beispielsweise solche für Sammler,
so geplant, daß sich der Tunnel zwischen den gewünschten Endpunkten gerade erstreckt,
und es ist bekannt, den Tunnel durch aneinandergereihte Rohre zu bilden. Dabei wird
üblicherweise das Rohrvortriebsverfahren angewendet, so daß lediglich ein Anfahrschacht
erforderlich ist, während die übrigen Arbeiten unter der Erde erfolgen.
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In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, daß der gewünschte problemlose
geradlinige Verlauf eines Tunnels nicht immer möglich ist. Vielmehr besteht in manchen
Fällen auch die Notwendigkeit, zumindest in der Horizontalen von dem geraden Verlauf
abzuweichen und mit dem Tunnel eine Kurve zu beschreiben. Der Bau eines solchen
Tunnels stößt aber mit den bisher für den Tunnel verwendeten Rohren auf Schwierigkeiten.
Die gebräuchlichen Rohre sind 2,5 bis 3,5 Meter lang, je nach Rohrdurchmesser. Man
könnte nun zwar daran denken, kürzere Rohre zu verwenden, um so einen kurvenförmigen
Verlauf des Tunnels
zu ermöglichen; diese Lösung ist aber wegen
des großen Fugenanteils als nachteilig einzustufen. Im übrigen würden sich auf diese
Weise nur sehr leicht gekrümmte Strecken realisieren lassen, deren Radien im allgemeinen
über 1000 Meter liegen.
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Kleinere Kurvenradien - etwa in der Größenordnung von 150 Meter -
lassen sich mit den bekannten Rohren aus den nachfolgend geschilderten Gründen beim
Rohrvortriebsverfahren nicht realisieren.
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Bei dem bekannten Rohr vortriebsver fahren werden die Rohre bzw.
der durch mehrere hintereinanderliegende Rohre gebildete Rohrstrang mittels Zwischenpreßstationen
vorgetrieben, und es ist leicht einzusehen, daß der Rohrstrang beim Durchfahren
einer Kurve dazu neigt, abzudriften bzw. "auszubrechen".
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Die einzelnen Rohre haben die Tendenz, trotz der üblichen äußeren
Stahlringe seitlich. auszubrechen, da die durch die Kurvenfahrt bedingte Klaffung
der Rohrfugen nur begrenzt von den üblicherweise zwischen den einzelnen Rohren befindlichen
Holzfuttern ausgeglichen werden kann. Die Holzfutter wirken als Puffer, die nur
minimale Verkantungen aufnehmen können.
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Bei nur sehr leicht gekrümmten Strecken läßt sich das Abdriften der
Rohrstränge beim Durchfahren einer Kurve unter Umständen noch beherrschen, bei sehr
engen Kurven besteht aber die Gefahr des Versteuerns und der Zerstörung der Rohre
infolge zu großer Zwängungskräfte.
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Es ist beim Bau eines Tunnels mit einer geraden Strecke und einer
Kurvenstrecke auch schon vorgeschlagen worden, die gerade Strecke im üblichen Rohrvortriebsverfahren
und das Kurvenstück mit einem anderen Bauverfahren getrennt herzustellen. Denkbar
ist zum Beispiel das Auffahren der Kurvenstrecke mit einem Schild und der anschließende
Einbau von
leichten Tübbingen, die als vorübergehender Ausbau dienen.
Der endgültige Ausbau des Kurvenstückes erfolgt dann durch Herstellen einer Ortbetonröhre
mit einer Schalung.
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Wenn sich auf diese Weise auch relativ kleine Kurvenradien bewältigen
lassen, so ist doch der hierfür erforderliche Wechsel des Bauverfahrens mit einem
erheblichen Aufwand verbunden und deshalb als nachteilig anzusehen. Es fehlte also
bisher an der Möglichkeit, ohne Wechsel des Bauverfahrens -also unter Beibehaltung
des bewährten Rohrvortriebverfahrens -mit den bekannten Rohren einen Tunnel zu bauen,
der neben einem geraden Verlauf auch eine Kurve mit einem relativ kleinen Kurvenradius
beschreibt.
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Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, solche
Rohre für den Tunnelbau zu schaffen, die auf einfache Weise den Bau von Tunneln
mit Kurven ermöglichen, und die sowohl für die gerade Streckenführung als auch für
die gekrümmte Strecke verwendbar sind. Außerdem soll durch die Erfindung ein einfaches
Verfahren zur Herstellung eines Tunnels mit solchen Rohren angegeben werden.
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Ausgehend von den im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten
Rohren erfolgt die Lösung der zuerst genannten Aufgabe dadurch, daß die Rohrspiegel
der Rohre an den Rohrenden schräg zur Rohrachse geneigt verlaufen und radial auf
den Mittelpunkt des Radius der Kurve ausgerichtet sind.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme der schrägen Rohrspiegel vermeidet
in fortschrittlicher Weise alle eingangs geschilderten Nachteile und ermöglicht
ohne weiteres einen kurvenförmigen Verlauf des Tunnels mit sehr kleinem Kurvenradius.
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Letzterer kann bei der Erfindung ohne weiteres bis auf etwa 100 Meter
herabgesetzt werden, was bisher nicht möglich gewesen ist.
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Bei gerader Streckenführung verbleiben zwischen den einander benachbarten
Rohren wegen der schräg verlaufenden Rohrspiegel keilförmige Fugen, die ein Keilfutter
aufnehmen können. Somit lassen sich beim Rohrvortriebsverfahren problemlos gerade
Strecken realisieren, ohne daß die schrägen Rohrspiegel dabei stören. Die keilförmigen
Fugen können gleichermaßen auch Zwischenpreßstationen aufnehmen, so daß das vorteilhafte
Rohrvortriebsverfahren zum Tunnelbau beibehalten werden kann.
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In der Kurve selbst liegen die Rohre ohne Keilfutter direkt mit ihren
Rohrspiegeln aneinander, da der Keilwinkel dem Mittelpunktswinkel des Kreisabschnittes
der zugehörigen Kurve entspricht. Somit läßt sich auch im Bereich der Kurve eine
mittige Kraftübertragung der Vorschubkräfte erzielen, womit ein seitliches Ausweichen
der Rohre unterbunden wird.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die außen verlaufende
Mantelfläche der Rohre dem Kurvenverlauf angepaßt sein, während der Innenmantel
der einzelnen Rohre seine gerade verlaufende Form durchaus beibehalten kann. Wenn
die auf die Kurve bezogen außen verlaufende Mantelfläche der Rohre kreisförmig ausgebildet.wird,
sind die beim Vorschub im Außenbereich in der Kurve auf die Mantelfläche einwirkenden
Kräfte etwa gleichmäßig verteilt, wodurch einem Ausbrechen einzelner Rohre entgegengewirkt
wird.
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Die in der Kurve außen verlaufende Mantelfläche der nebeneinander
liegenden Rohre muß nicht unbedingt dem Kurvenverlauf identisch angepaßt sein, sondern
es ist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch möglich,
die Mantelfläche der Rohre polygonartiy auszubilden. Die Abweichung
der
Mantellinie von dem geradlinigen Verlauf bzw. von der rundum zylindrischen Rohrform
weist dabei an den Rohrenden im Ulmenbereich ein Maximum auf, und geht zur Firste
und zur Sohle hin gegen Null. In der Rohrmitte bzw. dem mittleren Rohrbereich entspricht
der Rohraußendurchmesser damit dem üb--lichen Kreis, während die Rohre an den Rohrenden
im Ulmenbereich eine geringfügige Abflachung aufweisen, die zur Firste und Sohle
hin in den ursprünglichen Kreisquerschnitt übergeht.
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Verfahrensmäßig erfolgt die Lösung der weiter oben erwähnten Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch, daß in den durch einen Schild bzw. Schneidschuh erzeugten
Hohlraum nacheinander Rohre eingebracht werden, deren beide Rohrspiegel schräg zur
Rohrachse verlaufen und auf den Mittelpunkt des Radius der Kurve ausgerichtet sind.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt besteht also darin, daß die nacheinander
eingebrachten Rohre sowohl für den geraden als auch für den gekrümmten Tunnelverlauf
verwendet werden Ein grundlegender Gedanke ist also darin zu sehen, daß die Rohre
nach der gewünschten Krümmung ausgelegt werden, aber auch für den geraden Bereich
verwendet werden.
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Es ist dabei auch möglich, daß auch im geraden Strekkenverlauf die
Rohre direkt-mit ihren Rohr spiegeln aneinander liegen. Zu diesem Zweck sieht eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß aufeinanderfolgende
Rohre derart gegeneinander um ihre Längsachse verdreht werden, daß die weiter oben
schon erwähnten keilförmigen Fugen nicht entstehen, sondern die schrägen Rohrspiegel
direkt aufeinanderliegen. In dem Übergangsbogen zwischen dem geraden Streckenverlauf
und der Kurve werden die Rohre dann in der Weise gegeneinander verdreht, daß zwischen
ihnen wieder die-kreisförmigen Fugen entstehen, deren Breiten kontinuierlich abnehmen,
bis in
der Kurve selbst dann die Rohrspiegel wieder direkt aneinander
liegen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Rohres mit schräg
zur Rohrachse verlaufenden Rohrspiegeln an den beiden Enden, Fig. 2 die Seitenansicht
eines Rohres gemäß Fig. 1, Fig. 3 die mögliche Anordnung mehrerer Rohre mit schrägem
Rohrspiegel für eine gerade Streckenführung, Fig. 4 bis 7 schematische Darstellungen
zur Erläuterung des Rohrvortriebverfahrens, Fig. 8 die Anordnung mehrerer Rohre
längs einer geraden Strecke mit daran anschließendem Übergangsbogen sowie daran
anschließendem Kreisbogen, Fig. 9 die Querschnittsansicht eines Rohres, Fig.10¢die
Querschnittsansicht längs der Linie I - I in Fig. 7, und Fig.ll die Anordnung von
gegeneinander verdrehbaren Keilringen zwischen einzelnen Rohren.
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Wie in den Fig. 1 und 2 besonders deutlich zu erkennen ist, verlaufen
die äußeren Rohrenden des Rohres 1 nicht -wie bisher - senkrecht zur Rohrachse;
vielmehr besutzt das Rohr 1 zwei jeweils unter einem gleichen Winkel schräg zur
Rohrachse
geneigt verlaufende Rohrspiegel 2. Wenn man - wie Fig.
2 verdeutlicht - die Ebenen der schräg geneigten Rohrspiegel 2 bis zu ihrem Schnittpunkt
verlängert, erhält man den Radius R eines Kreisbogens, den ein mit den Rohren 1
aufgebauter Tunnel beschreiben kann. Die Neigung der Rohrspiegel 2 in Bezug auf
die Rohrachse ist also entsprechend dem gewünschten Kurvenverlauf gewählt.
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Trotz der schrägen Rohrspiegel 2 lassen sich die Rohre 1 dennoch
auch für einen geraden Streckenverlauf des Tunnels verwenden, wozu sich zwei Möglichkeiten
anbieten. Zum einen ist es gemäß Fig. 3 möglich, die benachbarten Rohre 1 durch
Drehung um ihre Längsachse so anzuordnen, daß die gegenüber liegenden Rohrspiegel
2 parallel zueinander verlaufen.
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Andererseits lassen sich die Rohre 1 in der geraden Streckenführung
auch so nebeneinander anordnen, daß zwischen benachbarten Rohren 1 die in den 5,
7 und 8 zu erkennenden keilförmigen Fugen 4 entstehen.
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Die zuletzt genannte Lösung hat den Vorteil, daß sich der dem Kreisbogen
B einleitende Übergangsbogen A ohne weiteres einleiten läßt, während es bei der
zuerst genannten Lösung erforderlich ist, die Rohre im Übergangsbogen A so um ihre
Längsachse zu verdrehen, daß die keilförmigen Fugen 4 entstehen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in den Fig. 4 bis 7 schematisch
im Längsschnitt und in der Draufsicht das hier angewandte Rohrvortriebsverfahren
mit den schrägen Rohrspiegeln dargestellt, welches an sich bekannt ist, so daß hier
nur die wesentlichen Funktionen erläutert zu werden brauchen. Es sei angenommen,
daß unterhalb eines Gewässers 18 ein Tunnel innerhalb des Bodens 20 gebaut werden
soll. Nach Errichtung eines Anfahrschachtes 16 beginnt der Tunnelbau mit Hilfe eines
Schneidschuhes oder Schildes 12, beispielsweise des
Thixschildes
der Anmelderin. Wenn der Schild 12 sich vorgearbeitet hat, werden dom Anfahrschacht
16 her die Rohre B bis H mit einer nicht dargestellten üblichen Hauptpreßstation
vorgepreßt. Zusätzlich sind in an sich bekannter Weise in größeren Abständen Zwischenpreßstationen
angeordnet. Mit fortschreitendem Tunnel läßt sich das Vorpressen somit taktweise
durchführen.
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Es ist wichtig, daß dem Schild 12 Rohre folgen, die entsprechend
den schrägen Rohrspiegeln 2 für einen kurvenförmigen Verlauf ausgelegt sind. Bis
zum Erreichen der Kurve in der Geradeausfahrt befinden sich zwischen den benachbarten
Rohren keilförmige Fugen 4, die mit herausnehmbaren Stahlkeilen 6 oder mit gegeneinander
verdrehbaren Keilringen 14 (vgl.
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Fig. 11) überbrückt werden.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel weisen die Rohre 1 eine
mittlere Länge von 3,5 Meter auf. Die Rohrspiegel 2 sind so abgeschrägt, daß sich
bei aneinander liegenden Rohrspiegeln ein Kurvenradius von R = 135 Meter ergibt.
Für den Kurvenbereich werden dabei etwa 47 Rohre 1 benötigt.
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In Fig. 8 sind für einen sich in Richtung des Pfeiles C erstreckenden
Tunnel im Grundriß der gerade Bereich mit den Rohren la und lb, der Übergangsbogen
mit den Rohren lc, ld, le, sowie mit dem eigentlichen Kreisbogen B mit den Rohren
lf und lgltusw. dargestellt. Am Beginn des Übergangsbogens A werden die Stahlkeile
6 mit hydraulischen Pressen 8 ausgebaut.
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Dies kann ohne Verzögerung der ablaufenden Rohrvorpressung erfolgen,
wenn der Ausbau der Stahlkeile in einer Vorschubpause des taktweisen Vorpressens
erfolgt. Die Pressen 8 zum Ausbau der Stahlkeile 6 verbleiben im Übergangsbogen
A zwischen den einzelnen Rohren lc, ld, le, wobei die Breite der Fugen 4 allmählich
geringer wird, bis die Rohrspiegel 2 im Bereich des Kreisbogens parallel zueinander
verlaufen. Im Rohrinneren
sind über den Fugen 4 Führungskonstruktionen,
vorzugsweise stählerne Führungsringe (nicht dargestellt) im Zusammenhang mit den
Stahlkeilen vorgesehen, und zwar zusätzlich zu den üb lichen äußeren Stahlringen.
Die Pressen 8 werden am Beginn des Kreisbogens ausgebaut, während die Führungsmuffen
innerhalb des Rohrquerschnittes verbleiben können. Da die Fugen 4 zwischen den einzelnen
Rohren 1 im Kreisbogen B geschlossen sind, kann eine mittige Kraftübertragung der
Vorschubkräfte erfolgen, wodurch ein seitliches Ausweichen der Rohre 1 unterbunden
wird.
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Am Ende des Kreisbogens B, wenn ein weiterer Übergangsbogen mit anschließendem
geraden Streckenverlauf folgt, werden die erwähnter Pressen 8 wieder neu eingebaut,
und im geraden Verlauf des Tunnels werden wiederum die Stahlkeile 6 in die keilförmigen
Fugen 4 eingebracht. Deren maximale Breite beträgt bei dem weiter oben angegebenen
Rohren von 3,5 Meter Länge etwa 10 cm. Im Kreisbogen B liegen die Rohrspiegel 2
nach dem Ausbau der Stahlkeile 6 mit 30 mm verbleibendem Holzfutter plan aneinander.
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In vorteilhafter Weise lassen sich gemäß Fig. 9 und 10 Rohre 1 verwenden,
die - von der Rohrmitte zu den Rohrenden hin kreisförmig zunehmend - mit einer seitlichen
Einschnürung von etwa 1,5 cm ausgebildet sind. Damit paßt sich die Rohrform im äußeren
Kurvenrand des Kreisbogens B dem Kurvenradius nahezu ideal an.
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Wie die in Fig. 9 gezeigte Querschnittsansicht einer Rohrwand verdeutlicht,
besitzt die Mantelfläche 10 einen polygonartigen Verlauf. In der Rohrmitte bzw.
dem mittleren Rohrbereich entspricht der Außendurchmesser dem üblichen Kreis, während
an den Rohrenden im Ulmenbereich eine geringe Abflachung
10a vorgesehen
ist. Durch die gestrichelt gezeichnete Linie 22 ist angedeutet, daß diese Abflachung
zur Firste und zur Sohle hin gegen Null geht, so daß der ursprüngliche Kreisquerschnitt
entsteht. Anstelle des polygonartigen Verlaufs der Mantelfläche 10 kann es auch
zweckmäßig sein, diese in der äußeren Form direkt dem Kreisbogen des Tunnels anzupassen.
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Die Erfindung ermöglicht auch den Bau von Tunneln, bei denen die
Kurve ihre Richtung wechselt. Zu diesem Zweck werden in die keilförmigen Fugen 4
gegeneinander verdrehbare Keilringe 14 gemäß Fig. 11 eingesetzt. Durch gegenseitiges
Verdrehen der beiden Keilringe 14 lassen sich sowohl eine Rechtsals auch eine Linkskurve
einleiten, wobei der mittlere Abstand der beiden Keilringe auf der mittleren Rohrachse
konstant bleibt. Bei einem Richtungswechsel ist es allerdings erforderlich, die
Rohre 1 zuvor um 180 ° um ihre Längsachse zu drehen.
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Die Keilringe 14 werden erst nach Beendigung des gesamten Vorpreßvorganges
ausgebaut.
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Wie schon zuvor im Zusammenhang mit dem Einsatz von Stahlkeilen 6
erwähnt, können auch bei Verwendung der Keilringe die stählernen Führungskonstruktionen
(nicht dargestellt) eingesetzt werden. Die Führungskonstruktionen werden zusätzlich
zu den an sich bekannten äußeren Stahlringen über den Fugen 4 vorgesehen und sollen
vor allem in der Phase des Zusammenfahrens der Rohrenden, wenn diese nur über die
hydraulischen Pressen 8 miteinander verbunden sind, die Rohrenden am gegenseitigen
Versetzen hindern. Im übrigen können die inneren Führungsringe gegebenenfalls auch
während der ganzen Kurvenfahrt als zusätzliche Sicherung gegen ein mögliches seitliches
Ausweichen einzelner Rohre 1 dienen.
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Normalerweise ist es völlig ausreichend, wenn die Kurve - wie bei
der vorhergehenden Beschreibung vorausgesetzt -in der Horizontalen verläuft. Gleichwohl
ermöglicht die Erfindung aber auch andere Kurvenverläufe, die von der horizontalen
Richtung abweichen. Zu diesem Zweck brauchen lediglich die einzelnen Rohre 1 mit
den schrägen Rohrspiegeln 2 um ihre Längsachse gegeneinander verdreht zu werden.
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