IMPERVIOUS SEALING AND PRODUCTION METHOD FOR CREATING SELF-SUPPORTING AND EXCAVATABLE GROUND MASSES FOR THE REALIZATION OF SUBTERRANEAN CONSTRUCTIONS SUCH AS HOLLOW STRUCTURES OR THE LIKE

Abstract: The impervious sealing and the production method for it make it possible to replace the expensive methods of shield tunnelling or freezing and as a result eliminate interference with the ground-water balance and prepare the ground masses to be excavated in such a way that they can be continuously excavated in timed sequence with the subterranean construction from a secured position and in the dry. This is achieved by virtue of the fact that the impervious sealing consists of an elastic sealing jacket (3) which is formed from sealing walls (2) arranged in the form of a canopy, screen, housing or the like and which hermetically seals off the ground masses (5) to be excavated from the ground water (4) and/or from air. In the production method provided for this, the ground masses (5) in place of a site to be driven dry are sealed off from the ground water (4) and/or the air by a sealing jacket, are dewatered, are compacted under the pressure of the ground water (4) in place on the outside of the sealing jacket (3) and/or are stabilised by applying a vacuum. <IMAGE>

Description: Die Erfindung betrifft eine Abdichtung sowie ein Herstellungsverfahren hierfür zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohiraumbauten od. dgl. Die Grundwasserabsenkung als Bauhilfsmassnahme bei der Ausführung von Untertagebauwerken unterhalb des Grundwasserspiegels ist aus Rechts- und Umweltgrunden möglichst auszuschliessen. Um dennoch die tiefen offenen" Baugruben unterhalb des Grundwasserspiegels im Trockenen ausführen zu können, ist es erforderlich, den Baustellenbereich mit wasserdichten Verbauwänden zu umschliessen, die bis zur Tiefe einer wasserundurchlässigen Bodenschicht geführt werden müssen. Da solche Verbauwände ausser der grossen Tiefe auch gegen den äusseren Druck des Grundwassers bemessen sein müssen, ist diese Bauweise sehr aufwendig. Noch aufwendiger sind die unterirdischen "geschlossenen" Baugruben. Solche Baugruben werden im Schildvortrieb unter Druckluft oder bei flüssigkeitsgestützter Ortsbrust aufgefahren, oder das Grundwasser wird im Baustellenbereich vereist. Die genannten Verfahren mit geschlossenen Baugruben sind extrem aufwendig. Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Abdichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels denen eine trockene Baugrube geschaffen werden kann, und zwar ohne nachhaltige Beeinflussung des Grundwasserspiegels. Diese Aufgabe wird bei der Abdichtung gemäss der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäss vorgesehene Abdichtung, die zur Schaffung tragfähiger, abbaufähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken, wie Hohiraum- bauten od. dgl., dient, besteht aus einer elastischen Abdichthülle, die aus in Form eines Daches, Schirms, eines Gehäuses od. dgl. angeordneten Dichtwänden gebildet ist und die abzubauenden Bodenmassen hermetisch gegen Grundwasser und/oder gegen Luft abdichtet. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die elastischen Dichtwände der Abdichthülle aus einem ausgehärteten, durch Injizieren unter Druck in den Boden einbringbaren Gemisch auf der Basis Bentonit/Füller/Zement undZoder FeststofftBitumen bestehen. Zweckmässigerweise ist jede Dichtwand der Abdichthülle derart ausgebildet, dass sie aus durch Injizieren gebildeten Dichtungslamellen und/oder sich überschneidenden Säulen besteht. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Abdichtung ergibt sich, wenn die Dichtwände der Abdichthülle von einer an der Oberfläche oder unterhalb dieser liegenden zentralen Firstlinie aus divergierend schräg nach unten bis in den wasserundurchlässigen Boden verlaufen. Diese zentrale Firstlinie, die ein Arbeitstunnel od. dgl. sein kann, stellt bei der dachartig oder schirmartig ausgebildeten Abdichthülle dann, im Querschnitt gesehen, die obere Spitze des betreffenden Querschnittdreicks dar. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, mit der Abdichthülle eine geringstmögliche Oberfläche bei gröBt- möglichem Effekt vorzusehen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, die Abdichthülle bodenseitig unterhalb der abzubauenden Bodenmassen durch einen flächigen'Soil- crete-Körper zu verschliessen, der aus einer verfestigten, durch Injizieren eingebrachten Suspension besteht. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, die abzubauenden und die untertage verbleibenden Bodenmassen so aufzubereiten, dass deren Abbau kontinuierlich, aus gesicherter Position und im Trockenen erfolgen kann. Dabei ist das erfinderische Verfahren weniger aufwendig als die bekannten Verfahren des Schildvortriebs oder der Vereisung. Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung werden die in einer Abdichthülle der trocken vorzutreibenden Baustelle anstehenden Bodenmassen gegen das Grundwasser und die Luft abgedichtet, entwässert, unter dem Druck des an der Aussenseite der Abdichthülle anstehenden Grundwassers verdichtet und/oder durch Vakuumbeaufschlagung stabilisiert, so dass ein belastbarer, standfester und trockener Boden gewonnen wird, der im Takt des Baufortschritts des Untertagebauwerks kontinuierlich ausgebildet und aus geschützter Position und im Trockenen abgebaut werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren schliesst die Nachteile der bekannten wasserdichten Umschliessungsverfahren weitestgehend aus und beschränkt sich auf die Entwässerung des Bodens im unmittelbaren Bereich der Baugrube bzw. des Untertagebauwerks. Dieser Vorteil wird vor allen Dingen dadurch erreicht, dass eine Abdichthülle gebildet wird, die den Bereich der Baustelle für die abzubauenden Bodenmassen gegen das Grundwasser und die Luft abdichtet. Die Abdichthülle wird aus Dichtwänden gebildet, deren Form den örtlichen Verhältnissen angepasst ist und die durch Injizieren einer Flüssigkeitsmischung auf der Basis Bentonit/Füller/Zement oder als Feststoff/ Bitumen-Gemisch als hochgespannter Suspënsionsstrahl mit Drücken von 300 bis 600 bar in die abzudichtenden Bodenmassen ausgebildet werden. Die Dichtheit der Abdichthülle wird dadurch gesichert, dass die Dichtwände an ausgespülten und erodierten Stellen mit Injektionsmitteln bei Drücken zwischen 50 und 100 bar nachinjiziert werden. Das Ergebnis des Injizierens und Nachinjizierens ist eine homogene, elastische und nach Tiefe, Breite und Höhe exakt bemessene Dichtwand, die aus slterungsbe- ständigem und umweltfreundlichem Material hergestellt ist. Die von der Abdichthülle umschlossene Baugrube kann dann für den eigentlichen Bauvorgang entwässert und trockengehalten werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Abdichthülle in'der Lage ist, sich der Volumenverminderung der Bodenmassen elastisch anzupassen, ohne die Abdichtung zu gefährden. Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Abdichthülle in der Lage ist, die Druckkräfte des Grundwassers auf deren Aussenhaut so aufzunehmen, dass eine zusätzliche Verdichtung des Bodens im eingeschlossenen Entwässerungsbereich ausgeglichen wird. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet den weiteren Vorteil, dass die Abdichthülle bei unerwarteten Undichtheiten durch Nachverpressen mit Hilfe von Ventiirohren nachgedichtet werden kann. Die Abdichthülle kann euch als zusätzliche Sicherungsmassnahme gegen Luftverluste bei Druckluftvortrieben in geringer Bodenüberdeckung verwendet werden. Zur Vermeidung von übermässiger Volumenminderung des Bodens kann dem Injektionsmittel ein Quellmittel beigegeben werden. Das Verfahren gemäss der Erfindung bietet auch die Möglichkeit, die Abdichthülle nach dem Bodenaufsprengverfahren (Soil-fracturing) herzustellen und durch Nachinjektion zu stabilisieren. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Abdichthülle im Schnitt mit elastischen Dichtwänden im Bereich des trockenen Tunnel vortriebs, Fig. 2 elastische Dichtwände in Verbindung mit Arbeitsstollen für den Bereich des trockenen Vortriebs von U-Bahn-Tunneln, Fig. 3 die Abdichthülle mit elastischen Dicht wänden entwässert und Vakuum-stabilisiert, Fig. 4 eine Abdichthülle als Soilcrete-Dach, hoch gezogen mit First-Nachinjektion, Fig. 5 eine Abdichthülle als Soilcrete-Dach, tief abgesetzt mit Nachinjektion, Fig. 6 eine Abdichthülle als Soilcrete-Schirm mit Soil-fracturing sowie Soilcrete-Sohldichtung und Fig. 7 im Grundriss Dichtwand-Formen. Fig 1 zeigt eine von Dichtwänden 2 gebildete Abdichthülle 3, die durch Vakuum-Tiefbrunnen 6 vom Grundwasserspiegel 4 bis auf eine Mergelschicht 8 entwässert wird, so dass U-Bahn-Röhren l im Trockenen vorgebaut werden können. Der Aussendruck des im Schluff oder Feinsand 7 stehenden Grundwassers 4 wird von den Dichtwänden 2 aufgefangen. Die Dichtwände 2 sind in die Mergelschicht 8 eingebunden. Die Baustelle liegt unterhalb der Bodenanschüttung. In Fig. 2 ist die unterirdische Verlegung von U-Bahn Tunneln 1 unter der Oberkante 10 des Geländes gezeigt. Die Dichtwände 2 schirmen den Grundwasserspiegel 4 ab. Der von den Dichtwänden 2 umschlossene Boden 5 wird durch die Vakuumbrunnen 6, die in den beiden Arbeitsatollen 11 angeordnet sind, entwässert. Dadurch entsteht zwischen den Dichtwänden 2 eine entwässerte und stabilisierte Bodenzone 5, worin der Vortrieb trocken erfolgen kann. Fig. 3 zeigt die Verlegung von U-Bahn-Röhren 1, die unter dem Gebäude 12 im Trockenen verlegt werden. Hierfür wird der von den Dichtwänden 2 eingeschlossene Boden 5 von den Vakuum-Tiefbrunnen 6 bis auf die Mergelschicht 8 entwässert, so dass das Untertagebauwerk im entwässerten und stabilisierten Boden 5 erstellt werden kann. In Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Abdichthülle 3 aus dechförmig angeordneten Dichtwänden 2 besteht. Bei dieser Anordnung wird ein zusätzlicher Verdichtungseffekt durch den Druck des Aussenwasserspiegels 4 auf die eingeschlossenen Bodenmassen 5 erreicht. Einer Volumenminderung passen sich die elastischen Dichtwände 2 unmittelbar ohne Beeinträchtigung der Abdichtungsfunktion an. Das Dach der Abdichthülle ist bei dieser Ausführung deutlich zur Oberfläche 13 hin hochgezogen. Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist das Dach, d. h. die Dichtwände 2, dagegen deutlich zur Mergelschicht 8 heruntergezogen. Nach dieser Ausgestaltung ist das Volumen der Abdichthülle 3 durch die tiefgesetzten Dichtwände 2 eingeschränkt und der Einwirkbereich eng auf die Entwässerungszone 5 beschränkt. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für tiefliegende Baugruben, um bei einer inneren Vakuum-Entwässerung ausser dem Aussenwasser 4 auch den Luftzutritt von aussen zu unterbinden und damit den Unterdruck für die damit verbundene Bodenstabilisierung besonders wirksam werden zu lassen. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Dichtwände 2 tief in die Mergelschicht 8 eingelassen sind, so dass die eingeschlossene Abdichthülle 3 räumlich stark eingeschränkt ausgebildet werden kann. Dadurch wird das Volumen des zu stabilisierenden und zu entwässernden Bodens 5 bei dieser Ausführungsform in günstiger Weise sehr klein. Der Vortrieb der beiden U-Bahnröhren 1 erfolgt im Trockenen. Der Abbau der Bodenmassen aus der Mergelschicht 8 wird dadurch erleichtert, dass diese durch zusätzliche Injektionen nach dem Soil-fracturing-Verfahren verdichtet und stabilisiert; werden können. Ein Soilcrete-Körper 14 unter den Profilen der U-Bahn-Röhren 1 dient der Absicherung des Hohlraumbauwerks zur Tiefe hin. Fig. 7 zeigt Grundrisse der elastischen Dichtwand 2, die aus Dichtungslamellen 15 oder aus überschneidenden Säulen 16 oder aus deren Kombinationen ausgebildet sein können. Etwaige weitere oder zusätzliche Merkmale der Erfindung, die hicht in den Ansprüchen aufgeführt sind, ergeben sich im übrigen deutlich einzeln oder in Kombination miteinander aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung.

Claims: A sealing system for producing load-bearing ground masses capable of being excavated with a view to constructing underground structures such as cavity structures or the like of enclosed type, the sealing system being in the form of surrounding sealing walls (2) in the shape of a roof or the like and installed in the ground, and hermetically sealing the ground masses to be excavated from ground water, whereby the sealing walls (2) of the sealing system consist of a mixture capable of being introduced by injection under pressure, characterised in that , the mixture, which is based on bentonite/flller/cement, forms the sealing walls in the manner of an elastically deformable sealing cover (3) of fine sand or silt. A sealing system according to claim 1, characterised in that the sealing walls (2) of sealing cover (3) diverge and extend obliquely downward from a central ridge line at or below the surface (13) into the water-impermeable ground (8). A sealing system according to claim 1 or 2, characterised in that the sealing cover (3) is made airtight so that the enclosed ground (5) can be subjected to vacuum.

Inventors: ESTERS, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: KELLER GRUNDBAU GMBH
Application year: 1986
Main classification: E02D19
IPC codes: E02D31, E21D9, E02D19, E02D29, E02D3, E02D5