DE7626229U1 - STEEL LINING OF TUNNELS FOR ROADS, SUBWAYS AND THE LIKE - Google Patents
STEEL LINING OF TUNNELS FOR ROADS, SUBWAYS AND THE LIKEInfo
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Description
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VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KRE IS LE R KELLER SELTINGFROM KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES FROM KRE IS LE R KELLER SELTING
PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973PATENT LAWYERS Dr.-Ing. by Kreisler f 1973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, KölnDr.-Ing. K. Schönwald, Cologne Dr.-Ing. Th. Meyer, Cologne Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Cologne Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne Dipl.-Chem. Carola Keller, Cologne Dipl.-Ing. G. Selting, Cologne
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Stählerne Auskleidung von Tunneln für Straßen, U-Bahnen u.dgl.Steel lining of tunnels for roads, subways and the like.
Die Erfindung bezieht sich auf eine stählerne Auskleidung von Tunneln für Straßen, U-Bahnen u.dgl., bestehend aus im Abstand voneinander angeordneten Stahlbögen und mit in Richtung der Längsachse des Tunnels verlaufenden und mit den Stahlbögen fest verbundenen profilierten Stahlverzugsblechen, die zusammen mit den Stahlbögen eine Auskleidung von hohlkörper-, schalenförmiger oder ähnlicher Gestalt bilden.The invention relates to a steel lining of tunnels for roads, subways and the like., Consists of at a distance steel arches arranged from one another and with the steel arches running in the direction of the longitudinal axis of the tunnel firmly connected profiled steel warping sheets, which together with the steel arches form a lining of hollow body, form bowl-shaped or similar shape.
Im Bergbau sind Streb- und Stollenausbauten mit Streckenbogen und von Bogen zu Bogen reichenden, aneinandergelegten Bohlen aus Holz, Beton oder Stahlprofilen bekannt. Die Streckenbogen werden dabei im wesentlichen aus warmgewalzten Doppel-Toder Rinnenprofilen gebildet. Diese Bauweise entspricht den im Bergbau üblichen Ansprüchen durchaus, zumal eine solche offene Konstruktion stets durch Verringerung oder VergrößerungIn mining, longwall and tunnel extensions are used with straight lines and from sheet to sheet reaching, juxtaposed planks made of wood, concrete or steel profiles are known. The route arch are essentially formed from hot-rolled double T or channel profiles. This construction corresponds to The usual demands in mining, especially since such an open construction is always reduced or enlarged
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der Abstände, zwischen den Streckenbogen oder auch durch nachträgliche Verstärkungen der Bogenprofile an den auftretenden Gebirgsdruck angepaßt werden kann. Darüber hinaus sind im Bergbau auch größere, den Stollenquerschnitt verändernde Versetzungen und Verschiebungen zulässig, sofern die Gesamtstabilität der Auskleidungskonstruktion nicht beeinträchtigt wird.the distances, between the line arcs or through subsequent reinforcements of the arch profiles can be adapted to the rock pressure occurring. Furthermore Larger dislocations and displacements that change the tunnel cross-section are also permissible in mining, provided that the overall stability of the lining construction is not impaired.
Im Tunnelbau für Straßen, U-Bahnen u.dgl. hat sich dagegen ein solcher Ausbau bislang als unbrauchbar erwiesen, weil die absolute Wasserdichtheit fehlt, die elastische ■Nachgiebigkeit der Auskleidung in Achsrichtung des Tunnels zu gering ist und die im Bergbau durchaus noch zulässigen Setzungen der Auskleidungskonstruktion im Tunnelbau bereits die geforderte Erhaltung des Lichtraumprofils und der Lagetreue der Tunnelröhre gefährden können.In the construction of tunnels for roads, subways and the like, however, such an expansion has so far proven to be unusable, because there is no absolute watertightness, the elastic ■ flexibility of the lining in the axial direction of the tunnel is too low and the subsidence of the lining construction in tunneling, which is still permissible in mining, is already can endanger the required maintenance of the clearance profile and the positional accuracy of the tunnel tube.
Werden Tunnelbauten in Gebieten ausgeführt, die im Wirkungsbereich des Bergbaues liegen und in denen mit nach Größe und Art nicht vorausschätzbaren Gebirgseinflüsseri gerechnet werden muß, sind die bekannten, in bewehrtem Beton oder in Mischbauweise hergestellten Auskleidungen im wesentlichen infolge ihres weitgehend starren Verhaltens ungeeignet. Wenn ein Tunnel nicht in offener Bauweise errichtet, sondern nur unterirdisch aufgefahren werden kann, so sind auch andere stählerne Auskleidungskonstruktionen, die z.B. auf dem Einbringen von Spundwänden und einem diese überspannenden, die Decke des Tunnels bildenden elastischen Faltwerk beruhen, nicht anwendbar.Are tunnels built in areas that are in the area of impact of mining and in which the size and type of unpredictable mountain influences are expected must be, the known linings made in reinforced concrete or in mixed construction are essentially unsuitable due to their largely rigid behavior. If a tunnel is not built using the cut-and-cover method, but can only be driven underground, so are other steel lining constructions that E.g. on the introduction of sheet pile walls and an elastic covering that spans them and forms the ceiling of the tunnel Based on folding, not applicable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Wahrung der wirtschaftlichen Vorzüge des vom Bergbau her im Prinzip bekannten Ausbaues unter Vermeidung der für die Er-The invention is based on the object, while preserving the economic advantages of mining in principle known expansion while avoiding the
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richtung von Tunneln für Straßen, U-Bahnen u.dgl. damit verbundenen Nachteile einen stählernen Ausbau zu schaffen, der allen, an solche Bauwerke zu stellenden Ansprüchen auch dann genügt, wenn die Tunnel in bergbaulichen Einwirkungsgebieten und dazu noch im unterirdischen Vortriebsverfahren erstellt werden missen, wo starke, im voraus nicht klar bestimmbare Lastkomponenten durch Längungen, Kürzungen, Versetzungen, Erdtreppen, Senkungen usw. auftreten können. Die Erfindung zeichnet sich hierzu dadurch aus, daß die Stahlbögen aus Bogenprofilen mit zum Tunnelinnern gerichteten offenen Profi!querschnitt bestehen und mit den angrenzenden Verzugsblechen abgedichtet verbunden sind, wobei Bogenprofile und Verzugsbleche einen dicht geschlossenen, sich in jeder Achse elastisch v-rhaltenden i Auskleidungshüllkörper bilden. Vorzugsweise bestehen die j Bogenprofile und die profilierten Verzugsbleche aus kalt- | geformtem Stahlblech.direction of tunnels for roads, subways and the like. The disadvantages associated with creating a steel extension, which satisfies all the demands to be made of such structures, even if the tunnels are in areas affected by mining and must also be created in the underground tunneling method, where strong, in advance Unclearly determinable load components occur due to elongations, reductions, displacements, earth stairs, subsidence, etc. be able. The invention is distinguished for this in that the steel arches are made of arched profiles with the inside of the tunnel oriented open professional cross-section and connected to the adjacent warping sheets in a sealed manner are, where arched profiles and warping plates form a tightly closed, elastically v-rhalting i in each axis Form lining shell bodies. The arched profiles and the profiled warping sheets preferably consist of cold | shaped sheet steel.
Bei dieser Gestaltung des Hüllkörpers wirken die Stahlbögen und auch die mit diesen verbundenen Verzugselemente so hinreichend elastisch-plastisch, daß sie den auftretenden Gebirgseinflussen durch Formänderungen so weit folgen können, wie dies zur Wahrung des Lichtraumprofils und der vorgegebenen Lage der Tunnelröhre allenfalls zuilässig ist und der Hüllkörper dennoch diesen Einflüssen so weit widerstehen kann, daß die Gesamtstabilität und die äußersten Formänderungsgrenzen gewahrt bleiben. Darüber hinaus werden somit auch die Voraussetzungen zur Ausbildung von Fließgelenken erfüllt, ohne letztlich das elastische Gesamtsystem zu gefährden. Ftrner gestattet die Konstruktion die leichte Ausführung von Bögen im Tunnelverlauf, da nicht die Grund-, sondern nur die Verzugsbleche als Zwischenele-With this design of the enveloping body, the steel arches and also the distortion elements connected to them act in this way sufficiently elastic-plastic that they can follow the occurring rock influences through changes in shape so far, how this is possibly permitted to maintain the clearance profile and the given position of the tunnel tube and the enveloping body can nevertheless withstand these influences to such an extent that the overall stability and the outermost deformation limits be preserved. In addition, the requirements for the formation of plastic hinges are thus also met fulfilled without endangering the overall elastic system. Ftrner allows the construction to Easy execution of arches in the tunnel, because not the base, but only the warping sheets as intermediate elements
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mente durch entsprechende Zuschnitte der vorgegebenen Tunnelführung angepaSt werden müssen.ments by appropriate cuts of the given tunnel layout need to be adjusted.
Pur die Bogenprofile wird ein offener, kaltgeformter Profilquerschnitt - vorzugsweise hutförmiger Gestalt - vorgesehen, dessen offene Seite nach innen, d.h. zum Tunnelinnern gerichtet ist. Dieses Profil ist durch die erfindungsgemäße Formgebung sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung besonders elastisch. Die Bogenprofile können entsprechend dem vorgesehenen Tunnelquerschnitt als geschlossener Ring, Rahmen, Bogen von kreisförmiger, elliptischer oder ähnlicher Form ausgebildet sein, oder aus einzelnen, unmittelbar an der Baustelle zusammengesetzten Teilsegmenten bestehen. Der Boden des hutförmigen Bogenprofils kann von jeder Seite bevorzugt einwärts geneigt ausgebildet sein. Ferner kann das hutförmige Bogenprofil anschließend an die Abkantungen rücklaufende, d.h. zur Tunnelwand gerichtete Schenkel aufweisen, wobei die Schenkel mit den Abkantungen einen Winkel von maximal 900 bilden sollen.For the arched profiles, an open, cold-formed profile cross-section - preferably hat-shaped - is provided, the open side of which is directed inwards, ie towards the inside of the tunnel. Due to the shape according to the invention, this profile is particularly elastic both in the transverse and in the longitudinal direction. The arched profiles can be designed as a closed ring, frame, arch of circular, elliptical or similar shape in accordance with the intended tunnel cross-section, or consist of individual subsegments assembled directly at the construction site. The bottom of the hat-shaped arched profile can preferably be designed to be inclined inwards from each side. Further, the hat-shaped sheet profile may then returning to the bent portions, that is directed towards the tunnel wall leg, wherein the legs are at the bent portions form an angle of maximum 90 0th
Die zwischen den Bogenprofilen anzubringenden Verzugsbleche können profiliert, z.B. in Längsrichtung sinus-, trapez- oder mäanderförmig gestaltet, der Bogenform der Tunnelröhre bzw. den Stahlbögen gemäß gebogen und zusätzlich in Richtung der Tunnelwand dachförmig gedrückt ausgebildet sein. Auf diese Weise erreichen die Verzugselemente bei größter Stabilität auch ein gutes Formänderungsvermögen, insbesondere bei kritischen Längungen und Verkürzungen.The warping sheets to be attached between the arch profiles can be profiled, e.g. sinusoidal, trapezoidal or meandering in the longitudinal direction, the arched shape of the tunnel or bent in accordance with the steel arches and additionally formed in a roof-shaped manner in the direction of the tunnel wall. In this way, the distortion elements also achieve good deformability, in particular with the greatest stability with critical elongations and shortenings.
Die Wasserdichtheit der Gesamtauskleidung wird dadurch erzielt, daß einerseits die bogenförmigen Verzugsbleche durch Verschweißen oder unter Beifügung von Dichtungsmitteln durchThe watertightness of the overall lining is achieved on the one hand by the arcuate warping plates through Welding or with the addition of sealants
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Versohrauben od.dgl. zu einem geschlossenen Hüllkörper verbunden werden, der wiederum andererseits mit den Stoßflächen an den freien Schenkeln des hutförmigen Bogenprofils durch Schweißung, Verschraubung od.dgl„ verbunden wird.Versohrauben or the like. connected to form a closed enveloping body be, which in turn, on the other hand, with the abutting surfaces on the free legs of the hat-shaped arched profile is connected by welding, screwing or the like.
' Das erfindungsgemäße Ausbausystem gestattet,, die Stahlbögen wie auch die Verzugselemente innerhalb eines Tunnels an die vorher differenzierbaren Belastungen durch untensohiedliche Dimensionierung oder zusätzliche Verstärkungselemente anzupassen, ohne daß hierdurch die Gesamtfunktion beeinflußt wird. Ein besonderer Vorteil des Systems besteht weiter darin, daß solche Verstärkungsmaßnahmen, wenn erforderlich, auch nachträglich zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne großen Arbeitsaufwand vorgenommen werden können.The expansion system according to the invention allows the steel arches as well as the warping elements within a tunnel the previously differentiable burdens from different ones Adjust dimensioning or additional reinforcement elements without affecting the overall function will. Another particular advantage of the system is that such reinforcement measures, if necessary, can also be carried out retrospectively at any time without great effort.
Zur sofortigen oder nachträglichen örtlich begrenzten Ver-Stärkung der Gesamtkonstruktion, die auch in mehrfachen Stufen erfolgen kann, können die verschiedensten Elemente verwendet werden. Ihre Wahl richtet sich nach den Verstärkungserfordernissen und Einbaumöglichkeiten, Es kann sich dabei um profilierte Elemente, z.B. trapez- oder hutförmige Profile, handeln, die in den offenen Querschnitt der Stahlbögen eingefügt und mit diesen vorzugsweise durch Schweißen, Schrauben u.dgl. verbunden werden. Bei bestimmten Belastungen genügen auch bereits mehr oder weniger sinusförmig geformte Bleche. Durch die spezielle Formgebung der Verstärkungen wird die Verformbarkeit des Gesamtsystems, insbesondere in Längsrichtung, nicht beeinträchtigt. Der in beiden Fällen innerhalb der Stahlbögen gebildete Hohlraum kann in bekannter Weise zusätzlich mit einem stabilisierenden Material, z.B. mit Vergußmassen, Kunststoffhart-] 50 schaum oder ähnlichen Füllstoffen oder Flüssigkeiten ausFor immediate or subsequent locally limited reinforcement the overall construction, which can also be done in multiple stages, can contain a wide variety of elements be used. Your choice depends on the reinforcement requirements and installation options. It can vary These are profiled elements, e.g. trapezoidal or hat-shaped profiles, which are inserted into the open cross-section of the Steel arches are inserted and connected to these preferably by welding, screws and the like. With certain Even more or less sinusoidal sheets are sufficient for loads. Due to the special shape the reinforcements, the deformability of the entire system, especially in the longitudinal direction, not impaired. The cavity formed within the steel arches in both cases can be added in a known way with a stabilizing material, e.g. with casting compounds, plastic hard] 50 foam or similar fillers or liquids
gefüllt werden.be filled.
ι.ι.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. The invention is explained using the exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 die Ansicht zweier verschiedenartiger Tunnelquer-5. schnitte in perspektivischer Darstellung.Fig. 1 is a view of two different types of tunnel cross-5. Sections in perspective.
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Stahlbogenprofil.2 shows a section through a steel arch profile.
Fig. j3 bis 5 Ausschnitte aus einem Tunnel-Längsschnitt.FIGS. 3 to 5 excerpts from a longitudinal section of a tunnel.
Fig. 6 bis 8 verschiedene Formen der Verzugsbleche,Fig. 6 to 8 different forms of the warping plates,
Fig. 9 bis IJ) verschiedene Beispiele von Verstärkungsprofilen und deren Befestigungsmöglichkeiten an den Stahlbögen. Fig. 9 to IJ) various examples of reinforcement profiles and their attachment options on the steel arches.
Die stählerne Tunnelauskleidung ist aus Stahlbögen 1 und Verzugsblechen 2 gebildet. Für die Stahlbögen 1 wird bevorzugt ein kaltgeformtes hutfb'rmiger; Profil 3 verwendet, dessen Boden 4 bevorzugt zum Profilinnern doppelseitig geneigt ist, wobei die Stege 5 zum Boden hin nach innen trapezförmig zulaufen und Abkantungen 6 aufweisen. Ferner können freie Schenkel 7 vorgesehen sein, die mit den angrenzenden, parallel zur Tunnellängsachse gerichteten Abkan-The steel tunnel lining is formed from steel arches 1 and warping plates 2. For the steel arches 1 is preferred a cold-formed hat-shaped; Profile 3 used, its The bottom 4 is preferably inclined on both sides towards the inside of the profile, the webs 5 being trapezoidal towards the bottom towards the inside taper and have bevels 6. Furthermore, free legs 7 can be provided, which are connected to the adjacent, parallel to the longitudinal axis of the tunnel
tungen 6 einen Winkel 8 bilden, der 90° oder kleiner sein kann.lines 6 form an angle 8 which can be 90 ° or smaller.
Die Verzugsbleche 2a, 2b, 2c können in Längsrichtung gewellt, z.B. nach den Fig. 6 bis 8 sinus-, trapez- oder mäanderförmig ausgebildet sein. Sie sind gegebenenfallsThe warping plates 2a, 2b, 2c can be corrugated in the longitudinal direction, e.g. sinusoidal, trapezoidal or according to FIGS be designed in a meandering shape. They are where appropriate
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entsprechend, den Pig. 1 und 3 bis 5 zwischen den Stahlbögen 1 in Längsrichtung des Tunnels nach der Tunnelwand zu dachförmig geformt.accordingly, the Pig. 1 and 3 to 5 between the steel arches 1 shaped like a roof in the longitudinal direction of the tunnel after the tunnel wall.
Entsprechend der Fig. 3 können die Verzugsbleche 2 kopfaeitig mit den freien Schenkeln 7 des Bogenprofils 3 verschweißt werden. Andere Verbindungsmöglichkeiten zeigen die Fig. h und 5. Danach werden die Verzugsbleche 2 zunächst an ein winkelförmiges Ringprofil 9 angeschweißt und dieses dann mit den freien Schenkeln 6 eines nach Fig. 2 abgewandelten Bogenprofils 3a unter Beifügung eines Dich-Ϊ tungsmittels, z.B. eines flachen Dichtungsstreifens 10,According to FIG. 3, the warping plates 2 can be welded to the free legs 7 of the arched profile 3 at the top. H and 5 show other connection options. Then the warping plates 2 are first welded to an angular ring profile 9 and this is then welded to the free legs 6 of an arched profile 3a modified according to FIG 10,
angeschraubt. Nach Fig. 5 sind die Verzugsbleche 2 beispielsweise mit einem Hakenprofil 11 verschweißt, das diescrewed on. According to Fig. 5, the warping sheets 2 are welded, for example, to a hook profile 11, which the
freien Schenkel 7 des Bogenprofils 3 umfaßt und unter Zwi-includes free leg 7 of the arched profile 3 and between
15 schenschalten einer Dichtung, z.B. eines Dichtungsstreifens 10, mit den Abkantungen 6 verschraubt werden kann.15 switch a seal, e.g. a sealing strip 10, with which the folds 6 can be screwed.
fj Fig. 9 zeigt ein trapezförmiges Verstärkungsprofil 12, dasFig. 9 shows a trapezoidal reinforcement profile 12 which
U mit dem freien Schenkel bis an den Boden des Bogenprofils U with the free leg up to the bottom of the arched profile
3 eingeführt und mit diesem durch eine Verschraubung 133 introduced and with this through a screw connection 13
Ά 20 über Anschweißbolzen I^ od.dgl. verbunden ist. Ά 20 over welding bolts I ^ or the like. connected is.
Die Fig. 10 bis 13 zeigen weitere Beispiele von Verstär- ;; kungsprofilen 15, 16, 17, 18, die gleichfalls über Anschweißbolzen oder mittels direkter Verschweißung mit den Bogenprofilen 3 verbunden werden können. Die Verstärkungselemente können hutförmig, gewellt, nach innen und/oder nach außen gewinkelt ausgebildet sein.Figs. 10 to 13 show further examples of amplifiers ;; Kungsprofilen 15, 16, 17, 18, which also have welded bolts or can be connected to the arched profiles 3 by means of direct welding. The reinforcement elements can be hat-shaped, corrugated, angled inwards and / or outwards.
Im ganzen ergibt sich, daß die beschriebene stählerne Auskleidung eines Tunnels eine in jeder Richtung erwünschteOn the whole it follows that the steel lining of a tunnel described is desirable in every direction
Elastizität ohne Beeinträchtigung der Gesamtstabilität aufweist und darüber hinaus in jeder erforderlichen Weise die Durchführung örtlich begrenzter Verstärkungen mit geringstem Aufwand erlaubt, sowie zudem absolut dicht gegen Wassereintritt ist. Die zwischen den Bogenprofilen und den Verstärkungselementen gebildeten Hohlräume können durch stabilisierende Materialien, wie z.B. Vergußmassen, Kunststoff hart schaum u.dgl. ausgefüllt sein.Has elasticity without impairing the overall stability and, moreover, in every required way Implementation of localized reinforcements with minimal Effort allowed, as well as being absolutely tight against water ingress. The between the arch profiles and the Cavities formed by reinforcing elements can be replaced by stabilizing materials such as potting compounds, plastic hard foam and the like.
Wenn sich die strukturierte und zudem durch die Bogenprofile unterbrochene Tunnelauskleidung strömungstechnisch für fahrende Züge oder Kraftfahrzeuge ungünstig auswirken sollte, kann die Gesamtkonstruktion durch abnehmbare Bleche oder Platten verkleidet werden, die neben einer Verbesserung des Strömungsverhaltens und des Aussehens gleichzeitig in Verbindung mit zusätzlichen Dämpfungsmitteln eine gewisse Schallabsorption bewirken können.If the structured tunnel lining, which is also interrupted by the arched profiles, changes in terms of flow Should have an unfavorable effect on moving trains or motor vehicles, the overall construction can be replaced by removable metal sheets or panels are clad, which in addition to improving the flow behavior and appearance at the same time in connection with additional damping means can cause a certain amount of sound absorption.
Bei der stählernen Tunnel-Auskleidung handelt es sich um vorgefertigte und transportable Stahlelemente bzw. Stahlelementensätze. The steel tunnel lining is prefabricated and transportable steel elements or steel element sets.
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