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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung oder zur
Verschalung eines Tunnels mit einer transportablen, an den Stirnenden und gegen
den Tunnelboden offenen, ansonsten geschlossenen, mit einem bogenförmigen Querschnitt
versehenen Kammer, die aus elastischen, von einem Druckmittel aufblähbaren und flächenförmig
gegen die umgebenden Tunnelwände preßbaren Hohlkörpern besteht, deren Hohlräume
im wesentlichen radial zur Tunnellängsachse verlaufen sowie ein Verfahren zum Betrieb
einer derartigen Vorrichtung.
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Eine bekannte Vorrichtung dieser Art nach der GB-PS 1 446 311 weist
nach dem Prinzip einer Luftmatratze längsverlaufende schlauchförmige Hohlkörper
auf, die zwischen zwei plattenförmigen Wänden eines Hohlkörpers angeordnet sind.
Die schlauchförmigen Hohlkörper und die isie einhüllenden plattenförmigen Wände
bestehen aus einem passenden Polymer oder aus einem elastomeren Material und dienen
als kurzzeitige Dach- und Wandabstützung vor einer Tunnelmaschine, wenn diese Maschine
kurzzeitig von der Tunnelseite zurückgezogen wird.
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Diese vorbekannte Vorrichtung ist jedoch mit dem Nachteil einer nur
geringen Tragfähigkeit sowie
einer geringen JJaltbarkeit gegenüber
spitzen Vorsprüngen und demzufolge auch nur einer geringen Lebensdauer behaftet.
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Ganz Entsprechendes gilt auch für eine Vorrichtung nach der DE-OS
29 23 016, die aus einer Hülle aus flexiblem Material zur Aufnahme von Förderbänder
und abbindefähigen Stoffen für das Ausfüllen von Hohlräumen, insbesondere im Bergbau,
mit Ein- und Austrittsöffnungen dient, die über Ventile zu verschließen sind. Die
Hülle ist mit die Öffnungen verbindenden Schläuchen und ihre Wandungen wahlweise
mit Bewehrungseinlagen versehen.
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Diese Vorrichtung bleibt als verlorene Verschalung in dem jeweiligen
Hohlraum. Über die Bewehrungseinlagen ist außer ihrem Verstärkungszweck hinsichtlich
ihrer Ausbildung und Anordnung nichts Konkretes ausgesagt.
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Schließlich sind aus der DE-OS 24 15 106 flexible, kissenartige Kunststoffbehälter
bekannt, die zwischen dem Verzug und dem abzustützenden Gebirge im Grubenausbau
Verwendung finden und mit wenigstens einem Anschluß zum Zuführen von Flüssigkeit
in den Kunststoffbehälter versehen sind. Diese Behälter sind mit Bewehrungseinlagen,
z.B. aus Stahl, Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff, versehen. Mit ihnen
soll der Zeitaufwand für die Ausbauarbeiten gegenüber bekannten Ausbauten wesentlich
gesenkt werden. Außerdem soll die Unfallgefahr beim Ausbau verringert und die Grubensicherheit
erhöht werden.
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Diese einem gänzlich anderen Verwendungszweck als dem Gegenstand
der GB-PS 1 446 311 zuzuordnenden Kissen, sind zweifellos durch die vorbeschriebenen
Platten gegen Beschädigungen von spitzen Gegenständen geschützt. Jedoch ist ihre
Tragfähigkeit sehr begrenzt, was insbesondere für den Fall gilt, wenn die Platten
als Bewehrungseinlagen in die kissenartigen Behälter eingelegt oder lediglich punktweise
befestigt sind.
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Dann ist und bleibt die Tragfähigkeit auf die jeweilige Tragfähigkeit
des flexiblen Materials und dem jeweiligen Innendruck der Kunststoffbehälter beschränkt.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Beibehaltung
der Vorteile der aus flexiblen Hohlkörpern bestehende Kammer eine höhere Festigkeit,
Lebensdauer und Tragfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus entropieelastischem Material bestehenden
Hohlräume an ihrer Außen-und/oder Innenseite mit zur Tunnellängsachse gleichlaufenden,
zueinander einen Abstand aufweisenden Bewehrungsleisten aus Stahl versehen sind,
mit denen der größte Teil der Kontaktfläche des entropieelastischen Materials der
Hohlkörper unbewaglich verbunden ist, die aus ihrer ursprünglich relativ spannungsfreien
ebenen Form durch Biegung in die jeweilige Betriebsform unter eine Vorspannung
gesetzt
sind.
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Durch diese Ausbildung wird eine Vorrichtung geschaffen, die einerseits
durch ihre Bewehrung eine erhebliche Schlag-, Stoß- und Kratzfestigkeit erhält und
die andererseits durch die aus entropieelastischem Material bestehenden Hohlkörper
wie Korsettstangen wirken. Da die Bewehrungsleisten mit dem größten Teil der Kontaktfläche
des entropieelastischen Materials unbeweglich verbunden sind, verliert das entropieelastische
Material in diesen Bereichen einen erheblichen Teil ihrer Dehnfähigkeit und Flexibilität.
Durch die zusätzliche Vor spannung durch Biegung der ursprünglich im wesentlichen
spannungsfreien ebenen Form in ihre Betriebsform erhält die Vorrichtung eine Tragfähigkeit,
die selbst in unaufgeblähtem Zustand mehr als das 16-fache der Tragfähigkeit einer
rein flexiblen Form, beispielsweise gemäß dem Stand der Technik, aufweist. Durch
die beiden, auf den ersten Blick zunächst widersinnig scheinenden Maßnahmen, eines
aus entropieelastischem Material bestehenden Hohlkörpers einerseits und der Aufhebung
eines großen Teils der gummielastischen Eigenschaft dieses Hohlkörpers durch die
mit ihm an den Kontaktflächen unbeweglich befestigten Bewehrungsleisten zuzüglich
der aufgebrachten Vor spannung andererseits wird eine Vorrichtung hoher Festigkeit,
Lebensdauer und Tragfähigkeit gewährleistet, die dennoch die gewünschte Flexibilität
sicherstellt und deren Tragfähigkeit durch die Aufblähbarkeit
der
Hohlkörper noch zusätzlich erhöht werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Kontaktfläche
des entropieelastischen Materials der Hohlkörper an die Bewehrungsleisten vulkanisiert
oder mit diesen durch Klebung verbunden sein. Alternativ ist auch - wenngleich auch
nicht so vorteilhaft - eine Klemmung des entropieelastischen Materials des Hohlkörpers
mit den Bewehrungsleisten, z.B. mittels einer Gegendruckplatte und Schrauben, möglich.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Bewehrungsleisten für jeden Hohlkörper
etwa 1000 mm lang, 30 mm breit und 2 mm dick gestaltet worden und weisen zueinander
einen seitlichen Parallelabstand von etwa 3 mm auf.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht jede
Kammer aus mindestens zwei, vorteilhaft drei miteinander lösbar verbundenen Hohlkörpern,
von denen ein jeder wiederum mindestens zwei Hohlräume aufweist. Jeder Hohlraum
ist im wesentlichen mit einem elliptischen Querschnitt versehen, um auf diese Weise
einseitige, unter Umständen zu Rissen führende Kerbspannungen auszuschließen.
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Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Kammer zumindest
in ihrem bogenförmig verlaufenden Bereich aus den entropieelastischen Hohlkörpern,
die von innen nach außen aus einer Unterplatte, die einzelnen Hohlräume begrenzenden,
gleichfalls radial zur Tunnellängsachse verlaufenden
Stegleisten
und einer Oberplatte zusammengesetzt sind, die beispielsweise eine Gesamtdicke von
100 mm aufweisen kann.
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Um die einzelnen Hohlkörper miteinander gelenkig kuppeln -zu können,
weist jeder Hohlkörper zwischen der Unterplatte und der Oberplatte angeordnete Gelenkleisten
auf, die an beiden Enden über die Breite des Hohlkörpers hinausragen, mit -einer
Durchgangsbohrung versehen und an einem Ende zum versatzlosen Anschluß abgekröpft
sind.
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Soweit die Vorrichtung als Nachrißtunnel im Bergbau Verwendung finden
soll, weist die Kammer unterhalb ihres bogenförmigen Verlaufes jeweils einen im
wesentlichen zum Tunnelboden geraden Verlauf auf, der beispielsweise von mindestens
einem mit Gleitkufen versehenen, bekannten Stempel gebildet ist, über den der entropieelastische
Bereich der Kammer höhenverstellbar ist. Zur Erzielung der Vor spannung gemäß Anspruch
1 ist zwischen den Endbereichen der entropieelastischen Hohlkörper ein hydraulisches,
vorzugsweise teleskopierendes Zugelement lösbar befestigt.
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Dieses Zugelement kann nach Verformung der Hohlkörper aus ihrer ursprünglich
ebenen in die jeweilige Betriebsform und nach Arretierung bzw.
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Verkeilung der Enden der Hohlkörper gelöst bzw.
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zum freien Durchgang abgenommen werden.
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Ferner ist die Kammer vorteilhaft an ihren Stirnenden mit Transport-
und/oder Montageösen versehen.
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Soweit die Vorrichtung gemäß Anspruch l als vorübergehende, wieder
verwendbare Verschalung benutzt werden soll, sind die auf der Unter- und/oder Oberplatte
der Hohlkörper angeordneten Bewehrungs leisten von einer durchgehenden, an der den
Wänden der verschalten Form zugekehrten Seite mit einer glatten entropieelastischen
Schicht überdeckt, so daß einerseits eine leichte Lösbarkeit der Vorrichtung und
andererseits eine hohe Oberflächengüte der aus der Verschalung entstehenden Form
sichergestellt ist.
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Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen
ersichtlich. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen
beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 die schematische Seitenansicht auf die neue als
Vorpfänd- und Bergeableitschild im Bergbau eingesetzte Vorrichtung, Fig. 2 die Draufsicht
auf eine aus drei Hohlkörpern mit je zwei Hohlräumen bestehende Kammer in ebener,
relativ spannungsfreier Querschnittsform, Fig. 3 die perspektivische Ansicht der
Kammer von Fig. 2 in radial gebogenem Betriebszustand ohne die an den beiden Bogenenden
noch zu befestigenden, gerade verlaufenden Teile der Kammer, Fig. 4 einen Querschnitt
durch einen Streb im Bergbau mit der neuen Vorrichtung mit
einem
durch Gebirgsbewegungen verengten Tunnelquerschnitt, Fig. 5 die Ansicht von Fig.
4 bei stark axialem Versatz des Tunnelquerschnittes, Fig. 6 die Draufsicht auf einen
Hohlkörper gemäß Fig. 2 mit insgesamt vier zwischen der Unter- und der Oberplatte
angeordneten Gelenkleisten, Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII/VII
von Fig. 6 in vergrößerter Darstellung, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der
Ausschnittvergrößerung VIII von Fig. 3 auf die Gelenkverbindung mittels der Gelenkleisten
zwischen zwei Hohlkörpern, Fig. 9 die Ausschnittvergrößerung IX von Fig. 6, Fig.
10 eine Teilschnittansicht entlang der Linie X/X von Fig. 3 durch einen mit den
Bewehrungsleisten versehenen Hohlkörper, und Fig. 11 eine Teilschnittansicht durch
einen Hohlkörper, deren mit der Oberplatte verbundene Bewehrungsleisten von einer
glatten, entropieelastischen Schicht überdeckt sind.
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Gemäß den Figuren 1 bis 5 besteht die neue Vorrichtung aus einer
transportablen, an den Stirnenden 1', 1" und gegen den Boden 2' des Tunnels 2 offenen,
ansonsten jedoch geschlossenen Kammer 1.
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Die Kammer 1 ist mit einem bogenförmigen Querschnitt versehen und
im dargestellten Fall aus drei einzelnen, zueinander beweglichen Körpern 3 zusammengesetzt,
von denen ein jeder wiederum zwei Hohlräume 4 aufweist. Die Hohlräume 4 sind über
die in Fig. 2 dargestellten Zufuhrleitungen 5 von einem Druckmittel, z.B. Luft oder
Wasser, aufblähbar und flächenförmig gegen das Gebirge 6 preßbar.
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Gemäß den Fig. 1, 3 sowie 4 und 5 verlaufen die Hohlkörper 3 bogenförmig
im wesentlichen radial zur Tunnellängsachse 7, wie anschaulich aus den Fig. 1 und
3 entnommen werden kann.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß jeder Hohlkörper 3 durch eine durchgehende
Stegleiste 8 in zwei gleiche Hohlräume 4 unterteilt ist.
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Wie aus Fig. 7 entnommen werden kann, ist die Querschnittsform der
Stegleisten 8 entscheidend für die Querschnittsform der Hohlräume 4, die einmal
elliptisch ausgebildet sein kann oder - wie dargestellt - aus zwei zueinander parallel
laufenden Längsseiten 9, 10 mit abgerundeten Endbereichen 11, 12 besteht. Jeder
Hohlkörper setzt sich aus einer Unterplatte 13, den Stegleisten 8 und einer Oberplatte
14 zusammen.
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Auf der Außenseite 15 und/oder auf der Innenseite 16 ist ein jeder
Hohlkörper 3 mit zur Tunnellängsachse 7 gleichlaufenden, zueinander einen Abstand
A aufweisenden Bewehrungsleisten 17 aus Stahl, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl,
versehen. Eine
jede dieser Bewehrungsleisten 17 ist mit dem größten
Teil ihrer Kontaktfläche 18, vorzugsweise mit der gesamten Fläche 18, mit der entsprechenden
Kontaktfläche des entropieelastischen Materials der Hohlkörper 3 unbeweglich, entweder
durch Vulkanisieren oder durch Klebung -oder durch Klemmung, z.B. mittels einer
nichtdargestellten Gegendruckplatte und Schrauben, durch Reib- und Formschluß verbunden.
Dadurch verliert im Bereich der Fläche 18 der Bewehrungsleisten 17 das entropiee-lastische
Material der Unterplatte 13 und der Oberplatte 14 einen großen Teil seiner Dehnfähigkeit
und Entropieelastizität.
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Das gilt beispielsweise gemäß den Fig. 6 und 8 schon dann, wenn die
Bewehrungsleisten für jeden Hohlkörper eine Länge L von etwa 1000 mm, eine Breite
B von 30 mm und eine Dicke D von 2 mm sowie zueinander einen seitlichen Abstand
A von etwa 3 mm aufweisen. Dabei kann die Gesamtdicke eines Hohlkörpers in unbeaufschlagtem
Zustand etwa 100 mm betragen.
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Gemäß den Fig. 6, 8 und 9 weist jeder Hohlkörper 3 zwischen seiner
Unterplatte 13 und seiner Oberplatte 14 Gelenkleisten 19 auf, die an beiden Enden
19', 19" über die Breite des Hohlkörpers 3 hinausragen, mit einer Durchgangsbohrung
20 versehen und an ihrem einen Ende 19' abgekröpft sind.
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Auf diese Weise kann gemäß Fig. 9 das eine Ende 19' einer Gelenkleiste
19 eines Hohlkörpers 3 mit dem geraden Ende 19" der Gelenkleiste 19 des
benachbarten
Hohlkörpers 3 versatzlos, z.B. mittels einer Schraubverbindung 21, gelenkig verbunden
werden.
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Eine teilweise Schnittansicht durch einen Hohlkörper 3 der vorbeschriebenen
Art ist in Fig. 10 dargestellt.
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Dabei sind gleiche Teile der Fig. 1 bis 3 und 6 bis 8 mit gleichen
Bezugsziffern versehen. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, sind die ursprünglich
gleichen Abstände A, a aufgrund der Vorspannung in der Druck- und Zugzone des Hohlkörpers
3 zwischen den Bewehrungsleisten 17 auf der der Außenseite 15 zugeordneten Oberplatte
14 größer als die Abstände a zwischen den Bewehrungsleisten 17 auf der der Druckseite
zugeordneten Unterplatte 13.
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In Fig. 11 sind mit der Fig. 10 übereinstimmende Teile mit gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Diese Zeichnung zeigt im wesentlichen einen Teilschnitt durch einen
Hohlkörper 3, der an seiner Außenseite 15 zur Verschalung dient. Aus diesem Grunde
sind die der Außenseite 15 zugekehrten Bewehrungsleisten 17 auf der Oberplatte 14
mit einer glatten, entropieelastischen Schicht 22 überdeckt, so daß für die auf
diese Weise verschalte Baukörper schicht 24 eine Oberfläche 23 hoher Güte entsteht.
Außerdem ist auf diese Weise die aus mehreren Hohlkörpern 3 bestehende Kammer nach
Abbindung der Baukörperschicht 24 leicht lösbar.
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Soweit die Innenseite 16 der Hohlkörper 3 zur Außenverschalung einer
nichtdargestellten Baukörperschicht verwendet werden soll, können auch die auf dieser
Innenseite 16 angeordneten Bewehrungsleisten 17
von einer entsprechenden
zusätzlichen, glatten entropieelastischen Schicht 22 überdeckt sein.
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Die Betriebsweise der neuen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der
Fig. 1, 4 und 5 anhand eines Strebes 25 mit einem durch Gebirgsbewegungen verengten
Tunnel 26 beschrieben.
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In dem mit Ausbaubögen versehenen Streb 25 ist eine Bühne 27 sowie
eine Laufkatze 28 für die Bühnengewichte angeordnet. Unabhängig von der Bühne 27,
der Laufkatze 28 und den sonstigen nichtdargestellten Gestängen in dem Streb 25
wird die aus drei Hohlkörpern 3 bestehende Kammer 1 mit den Transport- und Montageösen
29 in den verengten Tunnel 26 gezogen. Auch unmittelbar unterhalb des Arbeitsbereiches
30 weist die Kammer 1 infolge der Bewehrungsleisten 17 eine hohe Festigkeit und
Tragfähigkeit auf. Soweit die Tragfähigkeit der Kammer 1 in unaufgeblähtem Zustand
nicht für die Aufnahme der auftretenden Kräfte ausreichen sollte, wird über die
Zufuhrleitungen 5 ein Druckmittel wie Luft oder Wasser in die Hohlräume 4 der einzelnen
Hohlkörper 3 geleitet. Dadurch wird ohne wesentliche Volumenveränderung der Hohlkörper
3 eine erhebliche höhere Tragfestigkeit erzielt.
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Um während der Aufstellphase der Kammer 1 die einzelnen Hohlkörper
3 ohne Schwierigkeiten aus ihrer ursprünglich ebenen, relativ spannungsfreien Form
in die jeweilige, gebogene Betriebsform überführen zu können, ist gemäß Fig. 4
zwischen
den Endbereichen 3', 3" der entropieelastischen Hohlkörper 3 ein hydraulisches Zugelement
31, z.B. ein teleskopierender Hydraulikstempel, lösbar befestigt. Mittels dieses
Zugelementes 31 kann die Form der Hohlkörper 3 und damit die gesamte Kammer 1 durch
mehr oder weniger starkes Zusammenziehen der Enden 3', 3" der jeweiligen Querschnittsform
des Tunnels 26 angepaßt werden. Diese Wirkung kann sodann von den an beiden Enden
3', 3" angeordneten Hydraulikstempeln 32, 33 unterstützt und auf diese Weise die
gesamte Kammer 1 gegen das Gebirge 6 gepreßt werden.
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Je nach Ausbildung und Querschnittsgröße der Kammer l kann dort entweder
eine Lok 34 und eine Förderbandanlage 35 Platz finden. Luft-, Wasser-und sonstige
Versorgungsleitungen 36, 37 können sowohl gemäß Fig. 4 außerhalb als auch gemäß
Fig. 5 innerhalb der Kammer 1 verlaufen.
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Sobald die Arbeiten in dem betreffenden Tunnelabschnitt beendet sind,
wird der Druck in den aufblähbaren, entropieelastischen Hohlkörpern 3 ganz oder
teilweise vermindert, sodann die Vorrichtung unter Vorspannung zu ihrem neuen Bestimmungsort
an den Montage- und Transportösen verschoben und erneut der erforderliche Druckmitteldruck
in den Hohlräumen 4 der entropieelastischen Hohlkörper 3 hergestellt. Je nachdem,
ob die entropieelastischen Hohlkörper 3 mit unterschiedlichen Drücken oder alternierend
vom Druckmittel und ein anderes Mal drucklos beaufschlagt werden, kann ein Versatz
zur
Tunnellängsachse 7 sowohl durch diese unterschiedliche Druckmittelbeaufschlagung
als auch durch die in radialer Richtung des Doppelpfeiles 38 wirkende Vor spannung
der Hohlkörper 3 bewirkt werden.
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Es versteht sich, daß die vorbeschriebene Vorrichtung sowohl beim
Ausbau eines durch Gebirgsbewegungen verengten Tunnels im Bergbau, als auch beim
normalen Tunnel-Straßenbau in gebirgigem Gelände als auch als temporäre, versetzbare
Verschalung Verwendung finden kann. Dabei ist es auch möglich, z.B. bei einem bekannten
Bohrkopf zum Ausfräsen eines Tunnels, die Kammer 1 im Querschnitt kreisrund zu gestalten,
in denen der Bohrkopf konzentrisch angeordnet vorschiebt.
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Und schließlich ist es möglich, die Kammer 1 unabhängig von ihrer
Querschnittsform sowohl als Innen- als auch als Außenverschalung zu verwenden.
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Als Vorpfänd- und Bergeableitschild kann der untere Teil der Kammer
1 neben den Stempeln 32 und 33 mit gelenkig miteinander verbundenen Leitschilden
39, 40 aus Metall oder gleichfalls aus entropieelastischen, parallel zur Tunnellängsachse
7 verlaufenden Hohlkörpern 3 gemäß Fig. 2 versehen sein.
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1,Vorrichtung und Verfahren zur Absicherung und Verschalung eines
Tunnels" Stückliste:
| Kammer 1 |
| Stirnenden der Kammer 1 1' 1" |
| Tunnel 2 26 |
| Tunnelboden 2' |
| Hohlkörper 3 |
| Endbereiche von Hohlkörper 3' 3" |
| Hohlräume 4 |
| Zufuhrleitung 5 |
| Gebirge 6 |
| Tunnellängsachse 7 |
| Stegleiste |
| Längsseiten von 9 10 |
| Hohlräumen 4 |
| Endbereiche von 11 12 |
| Längsseiten 9, 10 |
| Unterplatte von 13 |
| Hohlkörper 3 |
| Längsseiten 9, 10 11 12 |
| Unterplatte von 13 |
| Hohlkörper 3 |
| Oberplatte von Hohlkörper 14 |
| Außenseite von Hohlkörper 15 |
| Innenseite von Hohlkörper 16 |
| Bewehrungsleisten 17 |
| Abstand von Bewehrullgsleisten 17 A a |
| Länge von Bewehrungsleisten 17 L |
| Breite von Bewehrungsleisten 17 B |
| Dicke von Bewehrungsleisten D |
| Kontaktfläche 18 |
| Gelenkleisten 19 |
| Enden von Gelenkleisten 19 19' 19" |
| Durchgang sbohrung 20 |
| Schraubverbindung 21 |
| entropieelastisches Schild 22 |
| Oberfläche von Baukörperschicht 24 23 |
| Baukörperschicht 24 |
| Streb 25 |
| Bühne 27 |
| Laufkatze 28 |
| Montage- und Transportösen 29 |
| Arbeitsbereich 30 |
| Zugelement 31 |
| Hydraul iks tempel 32 33 |
| Lok 34 |
| Förderanlage 35 |
| Versorgungsleitungen 36 37 |
| DoppelpfeiL 38 |
| Leitschild 39 40 |