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Die Erfindung betrifft die wasserdichte Ausbildung der Ringfugen von Betonauskleidungen für Hohlraumbauten wie Tunnels, Kavernen, Stollen u. dgl.
Zum Schutz des Nutzraumes und der Betonauskleidung von Hohlraumbauten vor den chemi- schen und physikalischen Einwirkungen der Bergwässer dient in bekannter Weise entweder das System der Verdrängung oder das System der Entspannung samt Ableitung oder das System der
Abschirmung.
Nach dem Verdrängungssystem wird das Kluftwasser durch die Einpressung von Injektions- mitteln in den Fels gegen den weiteren Perimeterbereich des Hohlraumes hin abgedrängt und es wird die Betonauskleidung an die gesicherte Felsausbruchsfläche anbetoniert. Innerhalb einiger Jahre nach der Beendigung der Betonarbeiten schrumpft der Aussendurchmesser der Betonausklei- dung und auch deren Ringlänge durch Schwinden, Kriechen und Temperaturabnahme. Dabei bildet sich um den Aussenmantel der Betonauskleidung ein Umfangsspalt zum Gebirge und zwischen den Stirnflächen der Betonauskleidung entsteht eine Ringfuge. Der Umfangsspalt setzt den Kraftschluss zwischen dem Gebirgsdruck und dem Formänderungswiderstand der Betonauskleidung herab, so dass sich der Felstragmantel plastisch verformt und rissig wird.
Demzufolge wird der injizierte Fels wasserdurchlässig, wonach die Bergwässer in die Schwindrisse, statischen Risse und Betonnester der Ringauskleidung eindringen und den Beton durch chemische Aggression bzw. durch Spaltenfrost zerstören. Insbesondere gelangt aber das Sickerwasser durch die Ringfugen in den Nutzraum des Hohlraumes, wobei Eiszapfen, Fahrbahnglätte sowie eine feuchte Atmosphäre entstehen.
Das Kluftwasser wird nach dem Ableitungssystem während des Vortriebes abgeschlaucht, hierauf in Fassungen und Dränagen gesammelt und abgeleitet, so dass es keinen Druck aufbauen kann. Die Felsausbruchsflächen werden in üblicher Weise mittels Netzen, Felsankern, Stützbögen und Spritzbetonüberzügen gesichert, und ihre unregelmässigen Mantelflächen entweder mit einer wasserdichten Kunstharzbeschichtung oder mittels wasserdichten Kunststoffbahnen so überzogen, dass sie das Bergwasser von der Betonauskleidung des Hohlraumes fernhalten. Die wasserdichten Beschichtungen werden vollflächig aufgetragen, da sich in ihnen wegen ihrer geringen Dicke keine Bewegungsfugen ausbilden lassen. Die einzelnen Bahnen der Dichtungsfolien werden miteinander wasserdicht verschweisst oder verklebt.
Sie liegen auf der unregelmässigen Spritzbetonschicht auf und bilden die bergseitige Schalung für den Auskleidungsbeton, der ringweise mit Hilfe von Schalwagen eingebaut wird. Beim Ausbau der auf der Gleitschalung aufsitzenden Stirnschalung kommt es häufig zu Beschädigungen der Dichtungsbeschichtungen oder der Dichtungsfolien, weil die Stirnschalung an den unregelmässigen Spritzputzgrund anzupassen war und daher schwierig auszubauen ist.
Die Volumsverminderung des Auskleidungsbetons durch Schwinden, Kriechen und Abkühlung führt zur Entstehung eines Umfangsspaltes zum Gebirge und von Ringfugen ; die Folge sind plastische Gebirgsverformungen und Risse in den Dichtungsbeschichtungen, die wieder zu Wassereintritten in den Auskleidungsbeton und in den Nutzraum mit deren nachteiligen Folgen führen. Selbst dann, wenn der Kraftschluss zwischen dem Gebirgstragmantel und der Betonauskleidung aufrecht bleibt, kann die Spannungskonzentration des Gebirgsdruckes an Spitzen und Kuppen von Spritzbetonkörnern zum Durchdringen der Dichtungsbahnen oder Dichtungsbeschichtungen führen, wonach das Kluftwasser über den Aussenmantel der Betonauskleidung zu den sich durch Schwinden und Kriechen öffnenden Ringfugen sickert und in den Nutzraum eindringt.
Wird aber zwecks Schaffung einer gleichmässigen Unterlage ein äusserer Betontragring mit regelmässig geschalter Mantelfläche ausgeführt, welche zum Träger der Dichtungsbeschichtung oder-folie wird, so ist dabei gerade der tragende Bauwerksteil der nachteiligen Einwirkung der Bergfeuchtigkeit ausgesetzt und die Ringfugen des inneren Auskleidungsringes gehen ebenso auf wie die des äusseren.
Die Dichtungsfolien werden üblicherweise an Halterungen, die am Ausbruchsrand befestigt sind, geklemmt oder geschweisst. Um sie vor einer Überdehnung während der Einbringung des plastischen Pumpbetons der Auskleidung zu schützen, sind diese Halterungen nachgiebig oder es werden die Dichtungsfolien elektrostatisch auf eine Trägerfolie gebunden, an der sie entlanggleiten können, wenn sie durch die Wandreibung des Pumpbetons überbeansprucht werden würden.
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Nach dem Erhärten des Betons und seiner Volumsabnahme durch Schwinden, Kriechen und Abkühlen bleiben die Dichtungsbahnen punktweise an ihren Halterungen fixiert und legen sich dazwischen an den Aussenmantel der geschrumpften Betonauskleidung an. Solche frei hängenden dünnen Folien werden durch einen Kluftwasserdruck besonders überbeansprucht, wenn die Dränagen versagen und reissen an den Halterungen, worauf die Bergfeuchtigkeit in die Ringfugen eindringt.
Schirmdichtungen schützen lediglich den Nutzraum eines Hohlraumbauwerks und setzen die tragende Betonauskleidung ungeschützt den Bergwasserangriffen aus. Sie bestehen meist aus vorgefertigten Schalen aus Blech, Kunststoff, Spritzbeton oder Beton, die in einem gewissen Abstand vor der tragenden Hohlraumauskleidung gegen den Nutzraum zu vorgestellt werden. Sie ermöglichen zwar die Entspannung des Kluftwassers im Spalt zwischen dem Schirm und der Hohlraumtragkonstruktion, doch wird ihre bergseitige, äussere Mantelfläche durch Tropfwasser, insbesondere von der Hohlraumfirste her, durchfeuchtet, das dann durch die Stoss- und Ringfugen der Schirmelemente in den Nutzraum eindringt.
Wird eine Kunststoffplatte als Träger der Spritzbetonschalen für eine Schirmkonstruktion verwendet, so müssen deren Ränder miteinander wasserdicht verbunden werden, doch müssen zur Vermeidung wilder Schwindrisse Unterteilungen durch Ringfugen vorgenommen werden. Auch solche Ringfugen führen Sickerwasser, wenn sie nicht abgedichtet werden.
Die Erfindung berücksichtigt die beobachtete und statisch nachweisbare Tatsache, dass im Betonauskleidungsring von Hohlraumbauten umfangs-und radialgerichtete Druckspannungen zufolge Gebirgs- und Kluftwasserdruck auftreten. Demzufolge werden die tunnelachsparallelen Dichtungsflächen einer Ringfugendichtung immer auf den Dichtsitz gepresst, auch wenn die Ringfugen durch Schwinden, Kriechen und Abkühlen breiter werden.
Die achsnormalen Teile einer Ringfugendichtung müssen die Längsbewegung der Betonauskleidungsringe des Hohlraumes mitmachen können, die beim Schwinden, Kriechen und Abkühlen zu einer Verbreiterung der Ringfugen, beim Erwärmen zu ihrer Verengung führen ; sie müssen dabei mit dem Auskleidungsbetonring in kraftschlüssiger Verbindung bleiben, damit sich die Ringfugen dort öffnen, wo sie durch achsparallele Dichtungen gegen den Wasserdurchtritt gesperrt werden. Zweckmässigerweise sind die Ringfugendichtungen so auszubilden, dass sie gleichzeitig als verlorene Schalung der Stirnflächen benachbarter Betonauskleidungsringe dienen, weil sonst beim Ausbau provisorischer Stirnfugenschalungen die Dichtungsbeläge oder Dichtungsfolien des äusseren Betonauskleidungsmantels beschädigt werden könnten.
Es ist bereits bekannt, die Aussendichtung von Hohlraumbauten in die Ringfugen ihrer Betonauskleidung an den Bahnrändern hereinzuziehen und diese mittels Schrauben zu verklemmen, welche sich gegen Ringflansche abstützen ; diese Konstruktionen eignen sich nur für kleine Profilquerschnitte und kurze Ringlängen und man kann nicht ausschliessen, dass zwischen den Klemmstellen und an den Durchbohrungen für die Klemmschrauben Undichtheiten auftreten. Man hat daher die Verbindung der Dichtungsbahnenden statt durch Verschraubung mittels eines überschobenen Klemmprofils vorgenommen (AT-PS Nr. 333828). Solche Klemmleisten müssen eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um wirksam zu werden ; dies erschwert aber ihre Anpassungsfähigkeit an einen unregelmässigen Umfang des gesicherten Ausbruchsprofils.
Zur Abdichtung der Ringfugen von Vortriebsrohren wurde nach DE-OS 2325710 ein äusserer, die Ringfuge überdeckender Dichtungsring vorgeschlagen, der durch einen in die Ringfuge eingebetteten Beilagering abgestützt wird, welcher an seinen radialen Enden als Schlauch ausgeformt ist, dessen Hohlraum entlüftet werden kann, und dessen Schlauchwände sich den Stirnflächen der Betonauskleidungsringe elastisch anpassen. Ein solcher Formänderungsweg des Schlauches ist aber wesentlich geringer als der Öffnungsweg der Ringfuge zufolge Schwinden, Kriechen und Abkühlung des Ringbetons. Diese Konstruktion ist somit nur für kurze Tübbings nützlich, die nur unwesentliche Verformungen der Ringfugen erleiden.
Nach DE-OS 2427369 sind Fugenabdichtungen von Tübbings bei im Schildvortriebsverfahren aufzufahrenden Tunneln bekannt, welche eine äussere Abdichtungsfolie zu stützen vermögen. Ihre Wirkungsweise setzt aber voraus, dass an den Stirnflächen der Tübbings Stahlflanschen angebracht sind, gegen welche sich die Schraubverbindungen der Ringfugendichtung abstützen, was
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sehr kostspielig ist.
Die Abdichtung von Ringfugen von Stahlbetontübbings mittels flexibler Fugenbänder gemäss DE-OS 2513365 eignet sich nur für kurze Ringlängen bzw. enge Ringfugen, weil die elastische Querdehnung der Dichtungsprofile in der Richtung der Hohlraumachse bzw. quer zur Ringfugenbreite nur das li-fauche (p = Poisson'sche Querdehnungszahl) der Radialverformungsunterschiede zwischen dem äusseren und dem inneren umfangsgerichteten Dichtungssitz der Fugendichtung beträgt ; sie eignet sich nicht für Eisenbahn oder Strassentunnel, deren Aussendurchmesser der Betonauskleidung die Grössenordnung der Ringlänge aufweist. Diese bekannte Ringfugendichtung stützt überdies auch nicht die Umfangsdichtungsbahnen der Betonauskleidung.
Gemäss DE-OS 2519471 sind Ringfugenabdichtungen von Tunnelrohrstücken bekannt, die aus zwei mittels Feder und Nut ineinander eingreifenden, hohlraumaxial ausgerichteten Bändern bestehen, welche in die beiden Stirnflächen von je zwei benachbarten Betonauskleidungsringen eingelassen sind. Diese Konstruktion eignet sich nicht für Betonauskleidungen, welche unter Tag hergestellt werden, weil sie keine Stützung der Aussendichtungsbahn im Bereiche der Ringfuge aufweisen und daher deren Beanspruchung durch drückendes Bergwasser an der Ringschlitzüberbrückung nicht mildern.
Es wurde nach AT-PS Nr. 331296 vorgeschlagen, die Abdichtung von Ringfugen mittels zweier, an den Rändern zusammengeschweisster elastischer Dichtungsprofilbänder vorzunehmen, deren jedes an seinem Endteil abgewinkelt ist ; sofern dieser Endteil an einem Bewehrungskorb der Betonauskleidung verankert ist, besteht dort die Gefahr einer Betonmischung im Verankerungsbereiche und somit einer Umläufigkeit ; liegt aber der Endteil des Dichtungsbandes in einem geschalten Falz (DE-OS 1806902), so eignet sich diese Ringfugendichtung nur für Tübbings, welche zum Ausschalen des Falzes von aussen her zugänglich sind.
Ringfugenbänder, die sich in Umfangsnuten der Ringstirnflächen federnd abstützen (AT-PS Nr. 52373) und gegen die Nutenflächen zu Fugenwölberäume ausgenommen haben, sind nur dann dicht zu machen, wenn sie mittels Schraubenbolzen gegenseitig angepresst werden, die sich gegen Flansche abstützen können. Für Strassentunnel ist diese Konstruktion zu umständlich ; sie sieht auch keine Abstützung der Aussendichtungsbahnen im Fugenbereiche vor. Wird statt durch Zusammenschrauben der Fugenbänder ihre Stirndichtung mittels Einpressen von später erhärtendem, flüssigem Kunstharz bewerkstelligt (GB-PS Nr. 1, 421, 166), so erfordert auch eine derartige Ringfugenabdichtung das Vorhandensein kostspieliger Flansche. Eine Abstützung der Aussendichtungsbahn ist dabei nicht möglich.
Gemäss DE-OS 1708690 ist die Abdichtung der Ringfugen von Tübbings für Tunnel, Stollen oder Schachtausbauten mittels Keilprofilen bekannt, welche entlang dem Umfang der Betonauskleidung in radialer Richtung im Sinne des drückenden Bergwassers oder des Triebwassers auf einen entsprechend geformten Passsitz der Ringstirnflächen gepresst werden. Die Wirkungsweise dieser Konstruktion setzt voraus, dass zum Anziehen des Keilringes dessen Breitseite zugänglich ist, damit die Schmalseite des Keilringes möglichst tief in den Ringfugenspalt einschlüpft. Diese Zugänglichkeit ist unter Tag nicht gegeben, wodurch diese Dichtung für Strassentunnel gegen drückendes Bergwasser nicht anwendbar ist.
Die Erfindung bezweckt die Abdichtung der Ringfugen in der Betonauskleidung von Hohlraumbauten mittels einem profilierten, elastischen Ringfugenband, das zur Stützung einer äusseren Dichtungsbeschichtung oder Dichtungsfolie gegen den Bergwasserdruck ausgebildet ist und als verlorene Schalung der Stirnflächen der Betonauskleidung von zwei benachbarten Hohlraumringen in diesen eingebaut verbleibt. Gegenüber der bekannten Ringfugenausbildung für Hohlraumbauten, bei welcher die Stirnfläche des Ringes abgeschalt wird und beim Ausbau dieser, an die Unregelmässigkeiten der Spritzbetonoberfläche sowie deren Dichtungsbelag bzw. Dichtungsfolie angepassten, Stirnschalung die Abdichtungsbahn beschädigt werden kann, verbleibt die erfindungsgemässe Ringfugenabdichtung im Bauwerk.
Während bei den stumpf gestossenen Auskleidungsringen herkömmlicher Bauweise die Aussendichtung über der sich durch Schwinden, Kriechen und Abkühlen des Ringbetons bildenden Ringfuge frei gespannt vom radial wirkenden Bergwasserdruck gegen die Ringfuge verformt werden kann, verhindert die erfindungsgemässe Ringfugenabdichtung eine grössere Radialverschiebung der Aussenabdichtung im Bereiche der Ringfugen.
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Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Ringfugenausbildungen auch noch den Vorteil, dass das in die Ringfugen allenfalls noch einsickernde Bergwasser innerhalb der Dichtungskonstruk- tion durch deren Dichtungsnut abgeschlaucht und in die Tunneldränage abgeleitet werden kann, und somit nicht in den Nutzraum des Hohlraumes eindringt. Die erfindungsgemässe Ringfugenab- dichtung ist für Tunnelabdichtungen nach dem Verdrängungsprinzip mittels Injektionen, nach dem Entspannungsprinzip mittels dichten Beschichtungen und Abdichtungsfolien, und für die Ab- dichtung der Ringfugen von Betonauskleidungen und von Auskleidungsschalen anwendbar und eignet sich insbesondere für grosse Hohlraumquerschnitte und Ringlängen.
Grössere Hohlraumbauten, wie z. B. Strassentunnel, haben eine Betonauskleidung, deren Aussen- durchmesser die gleiche Grössenordnung aufweist wie deren Ringlänge. Zufolge elastischer und thermischer Wirkungen treten daher in der Richtung der Hohlraumachse und quer zu dieser Ver- formungen von ähnlicher Grössenordnung auf.
Während die bekannten elastischen Ringfugenabdich- tungen, welche symmetrisch zur Mittelfläche der Betonauskleidung geformt sind, lediglich eine Feder- und Nutdichtung aufweisen, die bei axialen Verformungen der Betonauskleidung auf Dicht- sitz bleibt, aber die Hohlraumaussenabdichtung nicht abstützt, wenn sich die Ringfuge öffnet, stützt die erfindungsgemässe flexible Falzdichtung die Aussenabdichtung im Bereiche der Dehnfuge ab und gewährleistet den Dichtsitz für eine axiale Verformung mittels ihrer Symmetrie zur Mittelebene der Dehnfuge und ihre Dichtungswirkung für eine Verformung quer zur Hohlraumachse mittels ihrer Symmetrie zur Mittelfläche der Betonauskleidung.
Ein Beispiel der erfindungsgemässen flexiblen Falzdichtung für Ringfugen der Betonauskleidung von Hohlraumbauten ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Ausbruchsfl che --1-- des den Nutzraum --2-- umschliessenden Feistragringes --3-- eines unterirdischen Hohlraumbauwerkes hat eine je nach der Feldbeschaffenheit und je nach dem Ausbruchsverfahren (Sprengvortrieb, Fräsvortrieb) mehr oder weniger unregelmässige Oberfläche ; sie wird in üblicher Weise mittels Bewehrungsnetzen --4--, Felsankern --5--, oder Stützbögen, und mit Spritzbetonüberzügen --6-- von unterschiedlicher Dicke entsprechend den Gebirgsgüteklassen gestützt.
Zum Schutze der Betonauskleidung --7-- des Hohlraumbauwerkes vor den chemischen und physikalischen Einwirkungen der Bergwässer wird die den Unregelmässigkeiten des Ausbruches folgende Oberfläche des Spritzbetons entweder mit einer wasserdichten Beschichtung --8-- oder mit einer wasserdicht verschweissten Dichtungsfolie --9-- überzogen und zwischen dieser Aussendichtung und der Gleitschalung --10-- die Betonauskleidung --7--, zumeist als Pumpbeton, eingebracht. Aus baupraktischen Gründen wird die Betonauskleidung in Ringlängen von 5 bis 12 m ausgeführt.
Zur Anbringung der erfindungsgemässen Ringdichtung wird mittels einem Spritzbetonwulst --11-- eine gleichmässige Aufstandsfläche --12-- ausgeformt und zwischen diese und die Gleitschalung --10-- die dreiteilige, sowohl zur Mittelebene der Dehnfuge als auch zur Mittelfläche der Betonauskleidung symmetrische Ringdichtung eingebaut. Diese besteht aus dem profilierten Dichtungsband --13--, das als verlorene Stirnschalung des ersten Ringes der Betonauskleidung --7-- dient und mit der Nut --14-- versehen ist, in welche die Feder --15-- des Ringfugendichtungsbandes --16-- eingreift, und aus dem zum Dichtungsband --13-- spiegelbildlich profilierten Dichtungsband --17--, das als verlorene Schalung des an den ersten Ring anschliessenden zweiten Ringes dient.
Längs seinen äusseren Umfängen sitzt das zur Mittelebene der Dehnfuge und zur Mittelfläche der Betonauskleidung symmetrisch profilierte Ringfugendichtungsband --16-- als trompetenförmiger Keil auf den Dichtungsbändern --13 und 17-- auf, so dass es bei einer radialen Schrumpfung der Betonauskleidung --7-- auf die umfangsgerichteten Dichtsitzflächen ebenso gepresst wird wie die symmetrisch geformte Feder --15-- des Ringfugendichtungsbandes --16-- auf die Nut --14-- der Dichtungsbänder --13 und 17-. Die Dichtungsbeschichtung --8-- bzw. die Dichtungsfolie -9-- kann durch eine Einlage --18--, z. B. aus Moosgummi oder Styropor, in den Spritzbetonwulst gegen das Ringfugendichtungsband --16-- abgestützt werden.
Der Spritzbetonwulst --11-- kann durch einen Überzug --19-- aus Dichtungsbeschichtung oder Dichtungsfolie gleitfähig gemacht werden. Die als verlorene Stirnschalungen der Betonauskleidungsringe dienenden Dichtungsbänder-13 und 17-- sind mit axial gerichteten Aussteifungsscheiben --20-versehen, welche den Verbund der Dichtungsbänder mit dem Beton erhöhen und zur provisorischen Absteifung der verlorenen Stirnschalung gegen die Gleitschalung --10-- dienlich sind.
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Der zwischen der Feder --15-- und der Nut --14-- verbleibende Hohlraum schafft den Bewegungsraum zur Querdehnung der Dichtungsfeder --15-- und dient erfindungsgemäss zur Abschlauchung allfälliger, in die Ringfuge einsickernder Leckwässer in die Tunneldränage.
Erfindungsgemäss kann der umfangsgerichtete Passsitz des Ringfugendichtungsbandes --16-dadurch verstärkt werden, dass dieses bis zum Abbinden des Auskleidungsbetonringes radial vorgespannt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flexible Falzdichtung für die Ringfugen der Betonauskleidung oder der Schirmabdichtungsschalen von Hohlraumbauten, die dreiteilig, u. zw. aus zwei zur Mittelebene der Ringfuge spiegelbildlich angeordneten Dichtungsbändern und aus einem zwischen die beiden eingelegten Ringfugendichtungsband ausgestaltet ist, wobei die Bänder sowohl zur Mittelebene der Ringfuge als auch zur Mittelfläche der Betonauskleidung bzw.
Schirmabdichtungsschale spiegelbildlich profiliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbänder (13 und 17) an ihren, der Mittelebene der Ringfuge zugekehrten Flächen eine Nut (14), sowie an ihren, von der Mittelfläche der Betonauskleidung bzw. der Schirmabdichtungsschale abgewendeten Umfangsrändern einen an sich bekannten trompetenförmigen Passsitz aufweisen, der durch das doppelkeilförmige Ringfugendichtungsband (16) dichtend ausgefüllt wird, und welches ausserdem mit seiner fugensymmetrischen Feder (15) in die Nut (14) der Dichtungsbänder (13 und 17) dichtend eingreift und die Dichtungsfolie (9) im Ringfugenbereich abstützt.