Innovatives Design von Tübbingauskleidungen kann externe Verstrebungen an Verbindungen überflüssig machen – TBM: Tunnel Business Magazine

Von Vojtech Ernst Gall

Moderne TBM-Segmente haben seit ihrem ersten Einsatz vor mehreren Jahrzehnten einen langen Weg zurückgelegt. Die Tunnelbauindustrie optimiert zunehmend Tübbingformen, führt neue Verstärkungsmethoden ein und verbessert Tübbingkomponenten, um Tübbinge robuster und wirtschaftlicher zu machen. Besonders hervorzuheben ist die Verbesserung im Bereich Zubehör. Modernes Tübbingzubehör wie Tübbingdübel, Doppelkegel oder moderne Dichtungen verbessern nicht nur die Tübbingkonstruktion, sondern ermöglichen auch den Einsatz von Tübbingauskleidungssystemen unter vielfältigeren geotechnischen Bedingungen und in einem breiteren Spektrum baulicher Anordnungen als je zuvor.

Ein solcher Bereich, in dem Segmentzubehör die Segmentleistung verbessert hat, sind Segmentschnitte. Tübbingauskleidungen müssen zwangsläufig geschnitten werden, um Öffnungen für Anschlüsse an angrenzende Bauwerke zu schaffen. Schnitte in Tübbingauskleidungen stören jedoch das statische Gleichgewicht des Tragwerks erheblich und erfordern eine Umverteilung der Lasten auf benachbarte Ringe um eine Schnittöffnung herum. Dies führt typischerweise zu hohen Scherkräften in Ringverbindungen, hohen Zugkräften in Segmenten oberhalb und unterhalb des Schnitts und hohen Schubkräften in den Segmenten neben der Schnittöffnung.

Moderne TBM-Segmente haben seit ihrem ersten Einsatz vor mehreren Jahrzehnten einen langen Weg zurückgelegt.

Traditionell werden Segmentschnitte durch Einbringen eines externen Stahlrahmens aus dem Tunnelinneren umgesetzt, der die geschnittenen Ringe stützt, bis die Verbindung zwischen dem Haupttunnel und dem Verbindungsbauwerk hergestellt ist. Dieser Ansatz ist teuer und aufwendig, insbesondere bei Tunneln mit kleinerem Durchmesser, bei denen der Stahlrahmen den verfügbaren Raum für den Hauptbetrieb des Tunnels einschränkt. Darüber hinaus hat diese Situation möglicherweise Auswirkungen auf den Bauzeitplan, da die Verbindung erst nach Abschluss des Baus des Haupttunnels hergestellt werden kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden, entwickelt Gall Zeidler Consultants (GZ) innovative Ansätze für selbsttragende Segmentschnitte durch den Einbau von Doppelkegeln mit hoher Kapazität und zusätzlicher Segmentverstärkung in speziell entworfene Segmente. Diese Doppelkegel und die zusätzliche Verstärkung wirken zusammen und fungieren als interner Rahmen, der die Übertragung von Lasten um einen Segmentschnitt herum ermöglicht.

Zentriersysteme und Schubdübel gemäß Optimas Sofrasar-Produktblatt. Oben links Scherdübel mit hoher Tragfähigkeit.

Der Pawtucket Combined Sewer Overflow (CSO) Tunnel ist ein solches Projekt, für das GZ ein spezielles Segmentdesign entwickelt hat. Der Pawtucket-Tunnel ist ein segmentweise ausgekleideter TBM-Tunnel, der derzeit in Pawtucket, Rhode Island, gebaut wird. Der 2,2 Meilen lange Felstunnel wird vom CB3A Construction Joint Venture, bestehend aus CBNA und Barletta, gebaut. Die Tübbingauskleidung hat einen Innendurchmesser von 30'-2", ist 14" dick und hauptsächlich mit Stahlfasern verstärkt.

Der Haupttunnel ist entlang seiner Trasse mit mehreren bergmännischen Stollen mit einem Durchmesser von 8 Fuß verbunden, für die die Tübbingauskleidung geschnitten werden muss. Die GZ-Ingenieure haben daher ein spezielles Segmentdesign für die Segmente unmittelbar um den Schnitt herum entwickelt, das eine externe Abstützung überflüssig macht. Durch die Kombination aus leistungsstarken Doppelkegeln und einem zusätzlichen Bewehrungskorb innerhalb jedes Segments können die Spezialsegmente die vorhandenen Erd- und Wasserlasten aufnehmen und diese Lasten um die temporären Öffnungen herum umverteilen. Da die Segmente darüber hinaus mit denselben Formen vorgefertigt werden wie die regulären Segmente, werden sie wie normale Segmente eingebaut und haben keine negativen Auswirkungen auf die Konstruktion.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt GZ bei der Querschlagkonstruktion des Silvertown-Tunnels. Der Silvertown Tunnel ist ein neuer, 1,4 km langer, zweiröhriger TBM-Straßentunnel, der die Themse in weichem Untergrund unterquert. Der Außendurchmesser des Tunnels beträgt 37 Fuß bis 5 Zoll und die Auskleidung ist 15,75 Zoll dick. Die TBM-Tunnel werden durch sieben 15'-9 Zoll große Querschläge verbunden, von denen fünf durch Bodenvereisung zur vorübergehenden Bodenstabilisierung gebaut werden. Unter Verwendung von Doppelkegeln mit hoher Kapazität zusätzlich zu einem internen Verstärkungskäfig hat GZ ein Design entwickelt, das die Notwendigkeit externer Verstrebungen um die für den Querdurchgang erforderlichen Segmentschnitte überflüssig macht. Im Gegensatz zu den Pawtucket-Abschnitten sind die Silvertown-Querschläge ausschließlich in weichem Untergrund gebaut. Darüber hinaus müssen die speziellen Tübbinge für den Silverton-Tunnel zusätzliche Gefrierlasten tragen, was zeigt, dass der Ansatz mit Doppelkegel und Innenverstärkung ein hohes Maß an Anwendbarkeit für Tübbingschnitte aufweist, die für verschiedene Zwecke in einem breiten Spektrum von Bodenarten durchgeführt werden.

Die oben genannten Entwürfe zeigen, dass neue Tübbing-Designs durch den Einsatz neuer Tübbing-Komponenten und mit etwas cleverer Technik nicht nur die TBM-Tunnelstruktur selbst verbessern, sondern auch Folgearbeiten hinter der TBM unterstützen können. Wir glauben daher, dass innovative Designs wie die oben beschriebenen in zukünftigen Segmentdesigns immer häufiger vorkommen werden, da die Vertrautheit mit neuen Segmenttechnologien zunimmt.

Von Vojtech Ernst Gall, leitender Tunnelingenieur, Gall Zeidler Consultants

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