Inhalt
Maschineller Tunnelbau
I. Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen
1. Allgemeingültiges
2. Überblick über übliche Tübbingsysteme
3. Tübbingkonstruktion
4. Abdichtung der Tübbingfugen
5. Tragwerksplanung
6. Baulicher Brandschutz
7. Dauerhaftigkeit
8. Besonderheiten bei zweischaliger Auskleidung
9. Sonderkonstruktionen (Querschläge, Stahltübbings, Übergang offene Bauweise)
10. Regelwerke, Normen und Publikationen
11. Anhang 1
II. Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein
1. Einleitung
2. Last- und Bettungsansätze im Lockergesteinstunnelbau
3. Sedimentgestein
4. Modellbildung und Berechnungsverfahren
5. Parameterstudie
6. Schlussfolgerungen
III. Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit für TBM-Vortriebe im Festgestein
1. Einleitung
2. Grundlagen
3. Stand der Technik
4. Verbesserungsvorschläge
5. Berechnung der Penetration
6. Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit
7. Neuprogrammierung Software SIMTUNNEL
8. Zusammenfassung
Baustoffe und Bauteile
I. Innovatives Fugensystem zur Tübbingkopplung
1. Einleitung
2. Aktueller Entwicklungs- und Erfahrungsstand bei Schildvortrieben
3. Bewertung herkömmlicher Kopplungssysteme
4. Schadensbilder
5. Modellstatische Vorgehensweise zur Entwicklung des innovativen Fugensystems
6. Versuchsreihen zur Verifizierung des innovativen Fugensystems
7. Zusammenfassung und Ausblick
II. Erfolgreicher Einsatz von PP-Faserbeton am Tunnel Westtangente Bautzen
1. Einleitung
2. Wirksamkeit von PP-Fasern zur Verbesserung des baulichen Brandschutzes von Tunneln
3. Pilotprojekt Tunnel Westtangente Bautzen
4. Neue Regelwerksvorgaben zum baulichen Brandschutz
5. Schlussfolgerungen und Ausblick
III. Klebeanschluss von KDB-Abdichtungen an Tübbing- röhren als Alternative zum Klemmanschluss
1. Einleitung
2. Motivation für die Entwicklung und Voraussetzungen für den Klebeanschluss
3. Betonuntergrund und Materialien
4. Konstruktionsprinzip des Klebeanschlusses
5. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen
6. Ausführung des Klebeanschlusses
7. Versuche zur Entwicklung des Klebeanschlusses
8. Verdämmung von Tübbingfugen im Anschlussbereich
9. Fazit
Forschung und Entwicklung
I. Erschütterungsarmes Sprengen
1. Einführung
2. Physikalische Zusammenhänge
3. Naturgegebene Voraussetzungen
4. Grundsätze für die Dimensionierung erschütterungsarmer Sprengungen
5. Zusammenfassung
II. Kunstharzinjektionen zur Abdichtung beim Tunnelbau im quellfähigen Gebirge Walter Wittke, Martin Wittke, Götz Tintelnot
1. Aufgabenstellung
2. Baugrund und Quellverhalten
3. Einfluss des Tunnelbaus auf die Durchlässigkeit und das Quellen
4. Anforderungen an Abdichtungsmaßnahmen
5. Kunstharze und Injektionstechnik
6. Zusammenfassung
Praxisbeispiele
I. Planung und Ausführung der unterirdischen Verflechtungsstrecke Bechergasse der Nord-Süd-Stadtbahn Köln
1. Einleitung
2. Baugrund
3. Bauablauf
4. Einzelmaßnahmen
5. Kernausbruch und Innenschale
6. Statische Untersuchungen
7. Messkonzept
8. Zusammenfassung
II. Neue Dienstleistungsfelder bei komplexen Infrastrukturprojekten am Beispiel der Wehrhahn-Linie Düsseldorf
1. Einleitung
2. Zielsetzung
3. Termin- und Kapazitätsplanung
4. Ganzheitliches zentrales Logistikmanagement
5. Leistungsverzeichnis und Kostenschätzung
6. Visualisierung des zentralen Logistikmanagements
7. Mehrwert für das Projekt
Tunnelbaubedarf
Nach Warenuntergruppen gegliedertes Lieferantenverzeichnis
Inserentenverzeichnis
Alphabetisches Verzeichnis der Inserenten
Autorenverzeichnis
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2014 Wilhelm Ernst & Sohn,
Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden.
All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprinting, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher.
Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht eigens markiert sind.
Herstellung: pp030 – Produktionsbüro Heike Praetor, Berlin
Satz: BELTZ Bad Langensalza GmbH, Bad Langensalza
Druck und Bindung: CPI Books GmbH, Ebner & Spiegel, Ulm
Print ISBN: 978-3-433-03055-4
ePDF ISBN: 978-3-433-60358-1
ePub ISBN: 978-3-433-60359-8
eMobi ISBN: 978-3-433-60360-4
oBook ISBN: 978-3-433-60357-4
Vorwort zum achtunddreißigsten Jahrgang
Der Tunnelbau gehört zweifelsohne zu den interessantesten und schwierigsten Aufgaben im Bauingenieurwesen und erfordert theoretische Kenntnisse und praktische Erfahrung in Geologie, Geotechnik, Statik, Massivbau, Maschinentechnik, Bauverfahrenstechnik und Baumanagement. Seit nunmehr 38 Jahren fasst das Taschenbuch für den Tunnelbau neue Entwicklungen, innovative Lösungen und Erfahrungen aus aktuellen Projekten für die Fachwelt zusammen und dokumentiert auf diese Weise den aktuellen Stand der Technik. Diese Tradition wird auch nach dem Wechsel zum Verlag Ernst & Sohn fortgeführt.
Der vorliegende Band umfasst in der Rubrik „Maschineller Tunnelbau“ die Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen, statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein sowie die Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit für TBM-Vortriebe im Festgestein. Der Abschnitt „Baustoffe und Bauteile“ stellt ein innovatives Fugensystem zur Tübbingkopplung vor und berichtet über den erfolgreichen Einsatz von PP-Faserbeton am Tunnel Westtangente Bautzen sowie den Klebeanschluss von KDB-Abdichtungen an Tübbingröhren als Alternative zum Klemmanschluss. Die Themen im Abschnitt „Forschung und Entwicklung“ sind erschütterungsarmes Sprengen sowie Kunstharzinjektionen zur Abdichtung beim Tunnelbau im quellfähigen Gebirge. Das abschließende Kapitel „Praxisbeispiele“ berichtet über Planung und Ausführung der unterirdischen Verflechtungsstrecke Bechergasse der Nord-Süd-Stadtbahn Köln und zeigt neue Dienstleistungsfelder bei komplexen Infrastrukturprojekten am Beispiel der Wehrhahn-Linie Düsseldorf auf.
Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre und freuen uns über Rückmeldungen sowie Themenanregungen und Beitragsvorschläge für zukünftige Ausgaben aus Ihren Reihen. Wenden Sie sich dazu bitte an die Mitglieder des Herausgeberbeirats oder an die Redaktion des Verlags Ernst & Sohn.
Die Empfehlungen geben einen Überblick über den Stand der Technik beim Entwurf, der Herstellung und dem Einbau von Tübbingringen beim maschinellen Tunnelvortrieb. Sie wurden vom Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB) aufgestellt. Die Empfehlungen fassen die Konstruktionsgrundlagen sowie die erforderlichen Berechnungen und Nachweise bei der Bemessung eines Tübbinggringes nach dem neuesten Stand der Normung zusammen. Außerdem werden Hinweise für den Entwurf von Anschluss- und Übergangsbauwerken gegeben. Ebenfalls behandelt werden die Bemessung für den Brandfall und der Einsatz von Stahlfasern.
Published by the Working Group “Segmental Ring Design” of the DAUB (German Tunnelling Committee)
The recommendations give an overview of the state of the art for the design, the production and the assembly of the tunnel lining made of precast segmental rings. They were elaborated by the DAUB working group “Segmental Ring Design”. The recommendations give a résumé of the construction fundamentals and the necessary calculations and verifications for the dimensioning of the precast segments according to the actual standards. Moreover they give references for the design of transverse constructions to cross passages and portal buildings. Also treated are the dimensioning for fire loads and the use of steel fibres.
Die Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen wurden vom Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB) aufgestellt. Sie sollen den Stand der Technik im Bereich der Tunnelauskleidungen mittels Betonfertigteilen wiedergeben und Grundlagen für die Konstruktion und die Berechnung der Tübbingringe im Hinblick auf die Gebrauchseigenschaften, die Bauausführung und die Qualitätssicherung zusammenstellen.
Die hierzu bereits vorliegenden Erkenntnisse und Erfahrungen aus der Entwurfspraxis und bereits veröffentlichte Vorschriften, wie die Richtlinie 853 der DB AG [1], die ZTV-ING Teil 5, Abschnitt 3 [3] und die entsprechende österreichische Richtlinie [48], Tübbingsysteme aus Beton, werden nachfolgend zusammengefasst und im Zusammenhang dargestellt. Damit werden Empfehlungen für die Herstellung qualitativ hochwertiger Tunnelauskleidungen gegeben, die die Gebrauchsfähigkeit über eine Nutzungsdauer von rund 100 Jahren bei geringen Unterhaltskosten sicherstellen.
Die Empfehlungen können für die Herstellung von Auskleidungen aus Stahlbeton- oder Stahlfaserbetonfertigteilen (Stahlbeton- oder Stahlfaserbetontübbings) im Verkehrstunnelbau, bei Wasserstollen (Triebwasserstollen für Wasserkraftanlagen, Trinkwasserstollen, Abwasserstollen) sowie im Infrastrukturtunnelbau angewendet werden. Sie befassen sich hauptsächlich mit einschaligem Tübbingausbau, bei dem besonders hohe Anforderungen an den einzelnen Tübbing und an das Ringsystem gestellt werden. Sie können jedoch auch für Tübbingsysteme ohne Abdichtung und zweischaligen Ausbau sowie für Schachtbauwerke mit Tübbingauskleidung sinngemäß angewendet werden.
Um begriffliche (Fehl-)Interpretationen auszuschließen, werden im Folgenden die wichtigsten verwendeten Fachbegriffe zusammengestellt und erläutert.
Dichtungssystem, bestehend aus Dichtungsbändern (Dichtrahmen), die jeden einzelnen Tübbing umschließen und im Zusammenwirken aller Tübbings als Schale eine dauerhafte Abdichtung der Tunnelröhre gegen Grundwasser sicherstellen
Alle statischen und konstruktiven Anforderungen der Tunnelauskleidung werden vom Tübbingring wahrgenommen. Es wird keine weitere innen liegende Betonschale eingebaut, die zur Lastabtragung oder Abdichtung beiträgt. Der Ringspaltverpressmörtel sowie etwaige Brandschutzvorsatzschalen auf der Tübbinginnenseite, sofern sie keine statische oder abdichtende Funktion haben, zählen nicht als zusätzliche Schale.
Differenz zwischen der maximalen und minimalen Ringbreite (Abmessung des Ringes in Tunnellängsrichtung)
Begrenzungs- und Kontaktfläche zwischen den Tübbings innerhalb eines Rings. Die Längsfugen verlaufen ungefähr parallel zur Tunnelachse.
Vortrieb mit Hilfe einer Tunnelvortriebsmaschine (TVM), bei dem die einzelnen Arbeitsvorgänge des Lösens, Ladens und des Stützmitteleinbaues maschinell und in einem festen Arbeitszyklus ausgeführt werden
Verformung eines ursprünglich kreisförmigen Tübbingrings, z. B. zu einer stehenden oder liegenden ovalen Form
Verbindungsbauwerk zwischen zwei Tunnelröhren oder zwischen einer Tunnelröhre und der Geländeoberfläche oder einem Schachtbauwerk mit speziellen Übergangskonstruktionen im Anschlussbereich (Regelanschluss im Ulmenbereich) der Hauptröhre. Die Querschnittsgestaltung ist vom Verwendungszeck abhängig.
zur Tunnelachse annähernd senkrecht stehende Fuge zwischen zwei benachbarten Tübbingringen (auch Umfangsfuge genannt)
statisch wirksame Verbindung zwischen zwei benachbarten Tübbingringen, z. B. durch Verbindungselemente über die Ringfuge hinweg, wie Dübel, Nut- und Feder- oder Topf/Nocke-Konstruktionen, oder durch die Reibung in den Ringfugen (Reibungskopplung), die i. d. R. durch verbleibende Längskräfte aus dem Vortrieb der TVM aktiviert wird
Abmessung des Tübbingringes in seiner Mittelachse in Tunnellängsrichtung (mittlere Ringbreite)
Raum zwischen dem Ausbruchquerschnitt im Boden oder Gebirge und der äußeren Oberfläche des Tübbingringes
Vorgang des Verfüllens oder des Verpressens des Ringspaltes mit Mörtel bzw. Einblasen von Einkornkies (Perlkies) in den Ringspalt zur Herstellung eines Kraftschlusses zwischen dem Baugrund und der Tübbingröhre
Vortrieb mit einer TVM mit einem vorderen Stahlmantel, in dem die Abbau- und Antriebseinrichtungen untergebracht sind (Schildschneide und Mittelschuss), sowie einem hinteren Stahlmantel, in dessen Schutz der Tübbingring eingebaut wird (Schildschwanz)
gekrümmtes Fertigteil aus Beton (Stahlbeton/Stahlfaserbeton), Stahl, Stahlguss oder Gusseisen für die Auskleidung von Gebirgshohlräumen für Tunnel, Stollen und Schächte
Abstand zwischen der Tübbingaußen- und der Tübbinginnenseite
keilförmiger Tübbingring, bei dem der Ring in jeder möglichen Position des Schlusssteins eingebaut werden kann (d. h. auch mit Schlusssteinpositionen im Sohlbereich)
auf Zug und/oder Abscheren beanspruchbare Verbindungselemente zur temporären oder dauerhaften festen Verbindung zweier Tübbings oder Tübbingringe in den Längs- und Ringfugen (z. B. Schrauben, Dübel)
Tunnelauskleidung aus zwei Schalen mit unterschiedlichen statischen und konstruktiven Anforderungen, die in unabhängigen Arbeitsgängen und mit unterschiedlichen Bauverfahren hergestellt werden (z. B. Außenschale Tübbingausbau, Innenschale Ortbeton)
| CEN: | Comitée Européen de Normalisation |
| DIN: | Deutsche Industrie Norm |
| EPDM: | Ethylene-Propylene-Diene-Monomer |
| GW: | Grundwasser |
| ISO: | International Standardisation Organisation |
| QM: | Qualitätsmanagement |
| QSS: | Qualitätssicherungssystem |
| SM: | Schildvortriebsmaschine |
| TBM: | Tunnelbohrmaschine |
| TBM-DS: | Doppelschild-TBM |
| TVM: | Tunnelvortriebsmaschine |
Die üblichen Betontübbingringe lassen sich in verschiedene Systeme einteilen (Bild 1):
Grundsätzlich kann zwischen Ringen mit ebenen Ringstirnflächen (Ringfugen) und Ringen mit versetzten Ringfugen (Hexagonal- oder Wabentübbingringen) unterschieden werden. Bei den Ringen mit ebenen Ringfugen wird zwischen keilförmigen und Parallelringen unterschieden.
Erläuterungen zu den Ringtypen:
Bild 1. Einteilung der Betontübbingringe in Ringtypen
Bei allen Ringen kann zwischen ein- und zweischaliger Auskleidung unterschieden werden. In Deutschland ist die einschalige Auskleidung üblich. In Österreich und der Schweiz werden viele Tunnel mit großem Durchmesser, insbesondere im Festgestein, mit zweischaliger Auskleidung (Außenschale: Tübbingring, Innenschale: bewehrter und unbewehrter Ortbeton) ausgeführt. Beim zweischaligen Ring wird meist ein Parallelring verwendet.
Bei der einschaligen Auskleidung sind die Verhältnisse für die Lastabtragung eindeutig zuweisbar, da der Tübbingring sämtliche äußeren und inneren Einwirkungen aufnehmen muss. Bei der zweischaligen Auskleidung hängt die Lastaufnahme durch die beiden Schalen von verschiedenen Faktoren ab. Meist wird angenommen, dass der Tübbingring als Außenschale ohne Abdichtung die gesamten äußeren Einwirkungen (ohne Wasserdruck) aufnimmt und die Ortbetoninnenschale die inneren Lasten sowie, bei wasserdruckhaltender Abdichtung, den Wasserdruck aufnehmen muss.
Die Auskleidung von Tunneln, die in geschlossener Bauweise hergestellt wurden, muss mehrere Aufgaben sowohl im Bauzustand als auch als endgültiges Bauwerk erfüllen:
Bei der Auskleidung mit einschaligen Stahlbetontübbings muss der Tübbingring alle genannten Aufgaben übernehmen.
Wenn der Tübbingring die TVM verlässt, kann dieser sofort Lasten aufnehmen. Nach erfolgter Ringspaltverpressung bzw. Verfüllung hat er seine endgültige Tragfähigkeit bereits weitgehend erreicht. Da Stahlbetontübbings in einem Fertigteilwerk mit umfangreichen Qualitätsüberwachungsmöglichkeiten hergestellt werden, ist die Qualität üblicherweise hoch und gleichbleibend. Durch Kompressionsdichtungsrahmen wird der Tunnel sofort gegen den anstehenden Grundwasserdruck abgedichtet.
Die Ringspaltverpressung, am besten durch den Schildschwanz, wird kontinuierlich mit dem Vortrieb vorgenommen. Sie bewirkt eine Vergleichmäßigung der Einwirkungen auf den Tübbingring und stellt eine sofortige Bettung sicher.
Der Tübbingring bildet einen Gelenkring, der seine Stabilität hauptsächlich über die Bettung im umgebenden Gebirge erhält. Koppelungsmöglichkeiten über die Ringfugen und die Aufnahme von Momenten in den Längsfugengelenken durch ausmittige Normalkraftübertragung tragen zur Ringtragfähigkeit bei.
Zur Vermeidung von Kreuzfugen werden die Tübbingringe üblicherweise von Ring zu Ring versetzt eingebaut. Kreuzfugen sind in der Regel zu vermeiden oder nur in geringem Umfang zulässig.
Bei der Festlegung des Ringinnendurchmessers muss darauf geachtet werden, dass eine ausreichende Auffahrtoleranz vorgesehen wird. In Europa wird meist ein Toleranzkreis für die Schildfahrt von R = ±10 cm eingerechnet, d. h., der Tunnel wird im Durchmesser 20 cm größer als die erforderliche innere Tragwerksbegrenzung hergestellt. Insbesondere bei langen Tunneln über 10 km können die Vermessungstoleranzen und gegebenenfalls die Durchschlagsbedingungen einen weiteren Zuschlag erfordern. Bei einer zweischaligen Auskleidung können die Toleranzforderungen gegebenenfalls verringert werden.
Die Tübbingdicke orientiert sich an statischen und konstruktiven Vorgaben (z. B. Dichtungsdetails, Dauerhaftigkeit) und liegt im Allgemeinen zwischen 15 und ca. 75 cm. Bei einschaligem Ausbau mit Kompressionsfugenband sollte die Dicke 30 cm nicht unterschreiten.
Die Ringbreite liegt in Abhängigkeit vom Durchmesser etwa zwischen 0,75 und 2,50 m.
Bei Kurvenfahrten werden keilförmige Ringe eingesetzt. Die erforderliche Keilform k lässt sich mit folgender Formel berechnen:
| k | Keilform (Differenz von maximaler zu minimaler Ringbreite) |
| ØA | Außendurchmesser des Tübbingringes |
| bm | mittlere Ringbreite |
| R | minimaler Kurvenradiu |
Zu berücksichtigen ist außerdem eine Korrekturkurvenfahrt bei Fehlfahrten. Der Korrekturkurvenradius sollte mindestens 20 % kleiner gewählt werden als der kleinste Sollkurvenradius im Grundund Aufriss.
Da die Tunnelvortriebsmaschine nie genau der Soll-Kurve folgt, sollten auch bei geraden Tunnelvortrieben keilförmige Tübbingringe verwendet werden. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Zwischenlagen in den Ringfugen, da diese durch unterschiedliche Pressendruckbeaufschlagung ungleichmäßig zusammengedrückt werden. Bei geraden Tunnelstrecken sollte der Korrekturkurvenradius entsprechend den Steuerungsmöglichkeiten der Vortriebsmaschine gewählt werden (z. B. RKorrektur = 400 m).
Geradeausringe (Parallelringe) sollten planmäßig nur als Spezialringe, z. B. beim Einsatz von Stahltübbings im Bereich von späteren Querschlägen, eingesetzt werden.
Zu berücksichtigen ist außerdem, dass bei versetzten Längsfugen die Keilform nicht vollständig ausgenutzt werden kann, da das Maximum/Minimum nur mit dem vorgegebenen Längsfugenversatz im Ring angeordnet werden kann.
Die Keilform sollte einseitig und an der in Vortriebsrichtung hinteren Seite des Tübbingringes vorgesehen werden, da nur so der neu zu bauende Ring sofort mit der gesamten Keilform korrigieren kann.
Die Ringstellung des neu zu bauenden Ringes sollte immer so gewählt werden, dass die Ringvorderseite möglichst mittig im Schildschwanz zu liegen kommt und die Vorlaufdifferenzen der Vortriebspressen möglichst gering sind.
Um zu vermeiden, dass der Schlussstein unterhalb der Ulme eingebaut werden muss, werden häufig Links-/Rechtsringe verwendet. Hierbei wird die maximale/minimale Ringlänge 90° von der Schlusssteinachse angeordnet. Obwohl die modernen Tübbingerektoren und die heutigen Pressensteuerungen in der Lage sind, problemlos den Schlussstein im unteren Schildbereich einzubauen und die Logistik beim „Universalring“ etwas einfacher durchzuführen ist, stellen Links-/Rechtsringe keinen Nachteil dar: Sollte der gelieferte Ringtyp nicht „passen“, kann er wie ein Universalring verwendet und der Schlussstein im unteren Ringbereich eingebaut werden.
Die Ringteilung muss auf die Pressenanordnung der Vortriebsmaschine abgestimmt sein. Bei versetzt einbaubaren Tübbingringen bedeutet dies, dass eine regelmäßige Pressenverteilung über den Umfang der TVM vorgesehen wird. Die Pressen sollten immer an dafür vorgesehenen Stellen auf den einzelnen Tübbing drücken. An diesen Stellen werden gezielt die Spaltzugbewehrung und ggf. Zwischenlagen eingebaut, um Schäden an den Tübbings zu vermeiden.
Um Biegemomente in den Pressen und eine ausmittige Krafteinleitung am Tübbing zu vermeiden, sollte der Radius, auf dem die Pressen in der Maschine angeordnet sind, mit dem Achsradius der Kraftübertragungsfläche der Ringfuge übereinstimmen. Jeder zweite Tübbingring sollte zum vorhergehenden Ring um die Hälfte oder ein Drittel der Tübbingabwicklungslänge versetzt eingebaut werden. Dies verhindert über mehrere Tübbingringe durchgehende Längsfugen (Kreuzfugen), die nachteilig für die Trag- und Dichtwirkung des Tübbingausbaus sind.
Beim Ringbau müssen die Tübbings des neu zu bauenden Rings frei schwebend an den zuletzt gebauten Ring angesetzt werden. Es ist darauf zu achten, dass der Tübbing mit seiner Ringfugenfläche vollflächig anliegt (Verkippungen vermeiden) und mit den jeweiligen Vortriebspressen die Dichtung vollständig zusammengepresst wird. Beim Ansetzen der jeweils nächsten Tübbings ist darauf zu achten, dass die Längsfugendichtungen durch das Tübbingversetzgerät (Erektor) und die Verschraubung ebenfalls vollständig zusammengedrückt werden. Jede Art von Führungsleisten (Shiftleisten) oder sonstige Einbauten im Schildschwanz sind zu vermeiden.
Insbesondere im Hartgestein wird häufig ein Pressendruckring eingesetzt. Bei diesem Konzept muss der Tübbingring im Schildschwanz auf fest eingebaute Leisten abgesetzt werden, bevor der vollständig gebaute Ring an den zuletzt gebauten Ring angeschoben wird.
Die Vorgaben gelten für einschalige, gedichtete Tübbingsysteme. Für zweischalige Systeme gelten die Vorgaben sinngemäß.
Für alle Fugen gilt:
Beim einschaligen Tübbingring hat sich die ebene Fuge durchgesetzt. Beim Ringbau kann durch eine Nut-Feder-Konstruktion keine entscheidende Vereinfachung erreicht werden. Eine Bewehrung der Nut-Feder-Elemente ist aufgrund der erforderlichen Betondeckung kaum möglich. Damit ist eine sichere Aufnahme der Koppelkräfte in der Nut-Feder-Konstruktion nicht zu gewährleisten. Es besteht die Gefahr, dass bei Montageungenauigkeiten die Federflanken auf den Nutflanken zu liegen kommen und dass beim Komprimieren des Ringes im Schildschwanz oder beim Verpressen des Ringspalts die Federflanke abreißt. Beim Einsatz von „Guiding Rods“ (in die Längsfuge axial eingelegte Rundstäbe aus Kunststoff) besteht die Gefahr in der Regel nicht, da die Stäbe bei stärkeren Verschiebungen aufgrund ihrer geringen Festigkeit abscheren.
Bei den ausgerundeten Fugenkonstruktionen können zwar höhere Druckspannungen aufgenommen werden, es kann jedoch nur ein geringes Biegemoment über die Fugen übertragen werden, sodass der Ring insgesamt stärker verformt werden kann. Bei konvex-konvexen Fugen wird der Ringbau zudem erheblich erschwert.
In den Längsfugen werden keine Zwischenlagen vorgesehen.
Beim einschaligen Ring hat sich für die Ringfugen die ebene Fuge durchgesetzt. Zusätzliche Zentrier- und Koppelelemente können vorgesehen werden. Dies können Dübel, Zentrierkonen, bewehrte oder unbewehrte Topf-Nocke-Verzahnungen sein.
In Topf-Nocke-Koppelstellen können Streifen aus bituminösem Material (z. B. Kaubitstreifen) eingelegt werden, um ein definiertes Kraft-Verformungsverhalten für die Kopplung der Tübbingringe in radialer Richtung zu erzielen. Für eine Übertragung von großen Koppelkräften müssen die Topf-Nocke-Verbindungen bewehrt ausgeführt werden. Um die Wasserdichtigkeit der Konstruktion nicht zu gefährden, ist sicherzustellen, dass bei Überschreitung der Tragfähigkeit der Verbindung die Nocke abschert, bevor der Topfrand beschädigt wird. Ebenfalls bewährt haben sich dübeloder kugelartige Koppelelemente aus Kunststoff.
Die Nut-Feder-Ausbildung in der Ringfuge stellt erhöhte Anforderungen an den Ringbau, da sich beim Vorschub im Falle leicht versetzt gebauter Ringe häufig Abplatzungen einstellen. Sie kommt im Wesentlichen nur bei sehr schlechten Untergrundverhältnissen zum Einsatz.
In den Ringfugen sollten zum Ausgleich von Unebenheiten Zwischenlagen aus Hartfasermaterial oder Sperrholz eingebaut werden. Plastisch verformbare Zwischenlagen (z. B. Plättchen aus bituminösem Material) sollten zu diesem Zweck nicht verwendet werden, da sie unter Lasteinwirkung plastisch stark verformt werden und den vorgesehenen Abstand nicht halten können. Es ist auch möglich, auf Zwischenlagen zu verzichten. In diesem Fall ist jedoch auf eine erhöhte Genauigkeit bei der Herstellung der Tübbings zu achten.
Bei planmäßiger Kraftübertragung der Längskräfte ohne Zwischenlagen gelten erhöhte Anforderungen an die Ringfugenebenheit. Bereiche, in denen keine Kraft übertragen werden soll, müssen durch Abfasungen geschützt werden.
Die Verbindungsmittel in den Fugen werden in der Regel nur während des Ringbaus, insbesondere für die Vorspannung der Kompressionsfugenbänder, und beim Vorschub der Vortriebsmaschine benötigt. Nach Abbinden des Ringspaltmörtels bzw. nach dem Einbau von ca. zehn Ringen wird diese Funktion meist nicht mehr benötigt und die Schrauben können entfernt werden. Bei Verkehrstunnelbauwerken müssen die Schrauben im Bereich über dem Fahrweg entfernt werden, um ein Herausfallen von Schrauben im späteren Betrieb zu verhindern.
Permanent verbleibende Schrauben, zum Beispiel im Bereich der Übergänge zu Ortbetonkonstruktionen und bei Anschlüssen an den Tunnel, müssen gegen Lösen gesichert und gegen Korrosion geschützt sein.
Als temporäre Verbindungsmittel haben sich schräggeführte Schrauben mit Kunststoffdübeln besonders bewährt. Sie lassen sich leicht montieren, stellen eine elastische Verbindung dar und können problemlos wieder ausgebaut werden.
Steckdübelverbindungen in den Ringfugen verkürzen bei exaktem Ringbau die Montagezeiten und vereinfachen die Bewehrungsführung, lassen sich jedoch nur schwierig wieder rückbauen. Der Einsatz von Zentrierkonen kann sinnvoll sein.
Bei einigen Projekten (z. B. Nord-Süd-Linie Amsterdam, Metrobus Brescia, Metro C, Rom) wurde auf Verschraubungen verzichtet und die Rückstellkraft für die Dichtrahmen durch zugfeste Dübelverbindungen sichergestellt.
In den Längsfugen können eingesetzte Längsstäbe/Führungsstangen („Guiding Rods“) ein gegenseitiges Verrutschen der Tübbings beim Ringbau verhindern.
Beim zweischaligen Tunnelausbau werden eventuell erforderliche Befestigungen (z. B. für die Oberleitung oder Signale) in der Ortbetoninnenschale eingebaut. Für den Tübbingring sind keine besonderen Einbauteile erforderlich.
Beim einschaligen Ausbau müssen spätere Befestigungsmöglichkeiten bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden.
Grundsätzlich stehen folgende Befestigungsmöglichkeiten zur Verfügung:
Beim Einbau von Ankerschienen oder Befestigungsplatten ist darauf zu achten, dass die vorgesehene Position im Tunnel sichergestellt wird. Insbesondere bei keilförmigen, verdrehbar einzubauenden Ringen muss die Verankerung rundum eingebaut oder beim Ringbau eine vorher festgelegte Ringposition vorgesehen werden. Auf die erforderlichen Randabstände (zu den Ring- und Längsfugen) ist Rücksicht zu nehmen.
Bei der Planung ist darauf zu achten, dass die Befestigungen in einem auf die Ringbreite abgestimmten Abstand erfolgen. Bei Änderungen der zu befestigenden Bauteile nach Einbau der betreffenden Tübbingringe muss auf die vorhandenen Einbauteile Rücksicht genommen werden. Die Lage der Ankerschienen oder Befestigungsplatten beeinflusst in der Regel auch die Geometrie der Saugplatte des Erektors.
Beim späteren Andübeln der Befestigungen kann flexibler auf die Belange der Ausrüster bezüglich der erforderlichen Einbauteile eingegangen werden. Um zu verhindern, dass beim Bohren der Dübel die Tübbingbewehrung getroffen und durchtrennt wird, sind Dübelgassen festzulegen und auf die Bewehrung abzustimmen. Dübelgassen müssen auf der Tübbinginnenoberfläche gekennzeichnet oder die Dübel mit Hilfe von Bohrschablonen gebohrt werden.
Zu berücksichtigen ist bei allen Befestigungen die spätere Prüfbarkeit bei Bauwerksprüfungen. Bei Straßentunneln stellt die Chloridbelastung ein großes Problem dar, die diesbezüglichen Materialvorgaben sind zu beachten. Bei großen Lasten, z. B. Lüftern, kann auch eine Befestigung direkt im Gebirge in Betracht gezogen werden, der Tübbingausbau wird in diesem Fall perforiert („Knopfloch“). Allerdings ist diese Art der Ausführung nur bei relativ gutmütigen hydrogeologischen Verhältnissen möglich.
Bei den Konstruktionstoleranzen handelt es sich um Herstelltoleranzen des Einzeltübbings und des Tübbingringes. Auffahrtoleranzen der Vortriebsmaschine, Einbautoleranzen des Tübbingringes in der Vortriebsmaschine sowie Verformungen des Tübbingringes beim Vortrieb und danach müssen gesondert betrachtet werden.
Toleranzvorgaben dienen der Begrenzung von Maßabweichungen gegenüber der planmäßigen Tübbinggeometrie. Abweichungen können nur in einem solchen Ausmaß zugelassen werden, in dem Schäden durch Spannungsspitzen im Tübbing und Undichtigkeiten aufgrund zu geringer Kompression der Dichtprofile hinreichend unwahrscheinlich sind.
In diesem Sinne ist die zulässige Größe der Maßabweichungen tatsächlich von verschiedenen Faktoren abhängig:
Die vertraglich vorzugebenden Toleranzen spezifizieren die zulässigen Abweichungen der hergestellten Tübbings von der Sollgeometrie.
Abweichungen von der Sollgeometrie können nur akzeptiert werden, wenn dadurch keine Schäden aufgrund nicht berücksichtigter Einwirkungen auftreten und die Wasserdichtigkeit des Ringes nicht eingeschränkt ist.
Gründe für die strengen Toleranzanforderungen sind:
Zur Feststellung der Einhaltung der Herstelltoleranzen sind zusätzlich zu den notwendigen Messungen am Einzeltübbing auch Messungen am kompletten Tübbingring sinnvoll. Die Messhäufigkeit und die Art der Messungen müssen im Bauvertrag festgelegt werden. Die Messergebnisse sind an den Auftraggeber zu übergeben. Im Bauvertrag sollte der Messort (z. B. überdachte Halle mit Temperaturen zwischen 15 und 20 °C) vorgegeben werden.
Wenn bei einer Messung Herstelltoleranzen überschritten sind, müssen alle nach der letzten Messung (mit eingehaltenen Toleranzen) produzierten Tübbings rückschreitend nachgemessen werden. Alle Tübbings innerhalb der Toleranzen sind zu akzeptieren, alle Tübbings mit Toleranzüberschreitung müssen gesondert betrachtet werden.
Bei der Erstabnahme der Schalungen werden aus allen Formen Tübbings produziert und dreidimensional vermessen. Die Pass form der Ringfuge kann durch den Aufbau zweier Ringe (ohne eingebauten Dichtungsrahmen) übereinander geprüft werden.
Bild 2. Herstelltoleranzen am gefertigten Tübbing einschaliger Konstruktionen
Eine Ringdurchmesser- und -umfangsmessung am oberen Ring ist nicht sinnvoll, weil der obere Ring nur relativ ungenau aufgebaut werden kann.
Nach Produktionsstart sollte der 50. produzierte Ring aus jeder Schalungsform nachgemessen werden. Die nächsten Messungen sollten nach jeweils 100 Belegungen durchgeführt werden, soweit im Bauvertrag nichts anderes geregelt ist.
Die Herstelltoleranzen (Bild 2) werden für Ringinnendurchmesser ≤ 8,0 m und ≥ 11,0 m vorgegeben. Für die Durchmesser zwischen 8,0 und 11,0 m können die Toleranzwerte linear interpoliert und auf volle 1/10 mm aufgerundet werden (Tabelle 1).
Beim Einbau der Tübbings in der Vortriebsmaschine und im Zuge des Vortriebs der ersten ca. zehn Ringe treten häufig Abweichungen von der Solllage des Tübbingringes auf. Zu beachten ist dabei unter anderem die Ovalisierung des Ringes, das Aufschwimmen der Sohlsegmente und das Entstehen von Versätzen zwischen den Einzelsegmenten.
Die Einbautoleranzen hängen von der späteren Verwendung des Tunnels (erforderliches Lichtraumprofil) und vom Tübbingdesign ab und müssen vom Planer in Abstimmung mit dem Auftraggeber für jedes Projekt individuell vorgegeben werden.
Für den Fugenversatz sollten maximal 10 mm zugelassen werden. Die zulässige Ovalisierung des Ringes hängt stark vom Durchmesser und der Anzahl der Einzelsegmente pro Ring ab, sollte aber in jedem Fall kleiner als 0,5 % des Innendurchmessers sein.
Sämtliche Toleranzmasse, einschließlich der Auffahrtoleranz, muss in Summe so begrenzt werden, dass das geforderte Lichtraumprofil immer eingehalten wird.
Ist die Beanspruchung planmäßig gering, kann eine Zusatzbeanspruchung infolge von Maßabweichungen grundsätzlich eher schadlos aufgenommen werden als bei einem sowieso schon hohen Ausnutzungsgrad des Tübbings. Gleiches gilt hinsichtlich der Dichtigkeit: Ein planmäßig stärker als erforderlich zusammengedrücktes Dichtprofil ist gegebenenfalls auch noch dann gegenüber dem anstehenden Wasserdruck dicht, wenn es infolge von Maßabweichungen weniger komprimiert wird.
Sind bereits Tübbings außerhalb der Toleranzforderungen produziert, können diese eingesetzt werden, wenn die Verträglichkeit nachgewiesen werden kann. Mögliche Maßnahmen bei Überschreitung der zulässigen Toleranzen werden im Folgenden beschrieben.
Falls die Ringspiegelfläche aufgrund einer Überschreitung der Tübbingbreitentoleranz keine korrekte Ebene ergibt, können die Tübbings u. U. in Bereichen mit voraussichtlich geringen Vortriebskräften verwendet werden. Hierfür muss ein statischer Nachweis geführt werden.
Bild 3. Planmäßige Kontaktzone in der Längsfuge
Tabelle 1. Toleranzen am Einzeltübbing und am gesamten Tübbingring
Bei Öffnung der Kraftübertragungsflächen in der Längsfuge durch Toleranzmaßüberschreitung des Längsfugenverschränkungswinkels wird durch die vorhandene Ringnormalkraft die Kraftübertragungsfläche überdrückt, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Die Ringnormalkraft wird dann über einen kleineren Bereich übertragen, der dementsprechend höher belastet wird. Auch hier bietet es sich an, die nicht korrekten Tübbings in Bereichen mit geringerer Belastung einzubauen. Die Spaltzugbewehrung muss auf die höhere Spannung bemessen werden.
Die Kontaktzone benachbarter Tübbings kann durch Berechnung der Verformungen nachgewiesen werden (Bild 3).
Verformungen in teilweise überdrückten Längsfugen:
| b | Tübbingbreite |
| bk | Breite der Kontaktfläche |
| d | Tübbingdicke |
| dk | Dicke der Kontaktfläche |
| I | Tübbinglänge |
| α | Öffnungswinkel der nicht korrekten Längsfuge vor Aufbringung der Belastung |
| N | Ringnormalkraft |
| E | Beton-E-Modul (tatsächlich gemessener E-Modul nach ≥ 28 Tagen) |
| x | Breite der verformten Längsfuge |
Mögliche Gelenkverdrehungen nach dem Einbau und der Lasteinwirkung sind realitätsnah abzuschätzen und in der Berechnung zu berücksichtigen.
Anstelle eines linearen Spannungsverlaufs in beiden Richtungen x und d kann von einem nichtlinearen Spannungsblock ausgegangen werden. Die Resultierende des Blocks muss in beiden Richtungen mit der Resultierenden der Spannungsdreiecke übereinstimmen. Nachweisführung (Bild 4):
Bild 4. Überdrückte Längsfugen
Eine Möglichkeit, Toleranzmaßüberschreitungen auszugleichen, besteht darin, die Tübbings so zu sortieren, dass sich Toleranzmaßüberschreitungen benachbarter Tübbings jeweils ausgleichen.
Hierfür ist ein erheblicher Aufwand für das Sortieren der Tübbings im Tübbinglager und für den Transport in die Vortriebsmaschine erforderlich. Diese Möglichkeit schränkt die Kombinierbarkeit verschiedener Tübbings stark ein und muss deshalb vom Bauherrn genehmigt werden.
Wenn die ausführende Firma eine sichere Logistikkette nachweisen kann, ist diese Kombinationsmöglichkeit jedoch möglich. Ein Datenerfassungssystem für die gelagerten Tübbings ist hierfür unbedingt erforderlich.
An den Oberflächen ist eine Mindestbetondeckung cmin = 40 mm einzuhalten, an den Stirnflächen und in lokalen Bereichen (z. B. Schraubenkanäle) ist die Mindestbetondeckung cmin,red = 20 mm.
Das Vorhaltemaß der Betondeckung ∆c ist abhängig von den Herstellungsbedingungen und der Qualitätsüberwachung festzulegen. Als Richtwert ist ∆c = 5 mm anzunehmen.
Eine Erhöhung der Betondeckung kann aus Gründen der Dauerhaftigkeit erforderlich werden (Expositionsklassen gemäß DIN EN 1992-1-2 [7]). Eine erhöhte Betondeckung sollte vom Entwurfsverfasser aufgrund der damit verbundenen konstruktiven Nachteile (u. A.: geringere statische Nutzhöhe, schlechtere Einfassung der Spaltzugkräfte) sorgfältig abgewogen und alternative Maßnahmen überprüft werden.
Übliche Bewehrungsraster liegen in der Größenordnung zwischen 100 und 150 mm. Größere Stababstände sind möglich, wirken sich aber negativ auf die rechnerische Rissweite aus. Nach dem Einheben des Bewehrungskorbes in die Schalung muss es möglich sein, örtlich durch die oberen Stahllagen durchgreifen zu können, um Einbauteile in der Schalung zu fixieren. Dazu sind lichte Öffnungen im Bewehrungskorb von mindestens 90 mm · 120 mm vorzusehen.
Als Mindestbewehrung für die Tübbings wird im Allgemeinen eine Netzbewehrung d = 10 mm, a = 150 mm empfohlen.
Die ZTV-ING für Straßentunnel [3] fordert im Teil 5 darüber hinausgehend eine Mindestbewehrung von d = 10 mm, a = 100 mm an allen Oberflächen der Tübbings.
In der Ril 853.4005 [1] wird für Bahntunnel eine Oberflächenbewehrung von mindestens 0,15 % je Richtung auf allen Oberflächen gefordert. Für Tübbingdicken von 35 cm entspricht dies der im ersten Absatz genannten Forderung.
Nachstehende Ausführungen gelten für den einschaligen Ausbau, bei dem die Dichtfunktion allein der Tübbingschale zugewiesen wird. Bei einem zweischaligen Ausbau wird die Dichtfunktion ganz von der Innenschale oder von einer Kunststoffdichtungsbahn übernommen, woraus sich andere bzw. gar keine Anforderungen an die Dichtigkeit der Außenschale ergeben.