Die Erfindung betrifft ein Abdichtungsverfahren für Tunnel.

Im Rahmen dieser Erfindung werden Paste, Mörtel und Beton als allgemeine Begriffe zur Bezeichnung von Zementbeton verwendet.

Das hauptsächliche Tunnelbauverfahren in Japan ist zurzeit das NATM-Verfahren. Das NATM-Bauverfahren ist ein Verfahren, in dem eine primäre Beschichtung mittels Sprühmörtel oder Sprühbeton unmittelbar nach dem Aushub des Tunnels ausgeführt wird, um Herabfallen von Steinen und Eindringen von Wasser in den Ausschachtungsbereich zu verhindern, wonach eine sekundäre Betonbeschichtung aufgebracht wird, um den Tunnel durch Aufrechterhaltung der Tunnelfestigkeit zu stabilisieren. Zu diesem Zeitpunkt wird zur Wasserabdichtung und zur Isolierung eine Abdichtungsbahn zwischen die primäre Betonbeschichtung und die sekundäre Betonbeschichtung installiert, so dass Eindringen von Wasser in den Tunnel verhindert werden kann und Risse aufgrund von Bindung der sekundären Betonbeschichtung an Erdreich oder Bewegung von Erdreich verhindert werden können. In letzter Zeit ist der Tunnelaushub mittels Tunnelbohrmaschinen durchgeführt worden (TBM-Bauverfahren), und Abdichtungsbahnen werden zu den selben Zwecken installiert.

Weil die Breite der Bahn, die 1 bis 2 m beträgt, schmal ist, gibt es ferner die Probleme, dass es großen Aufwand und Mühe erfordert und unökonomisch ist, wenn die Enden der Abdichtungsbahnen übereinander gelegt und durch Schweißen verbunden werden.

Es gibt das weitere Problem, dass aufgrund von Schädigung der Funktion der Abdichtungsbahn durch schlecht verschweißte Komponenten und durch Unregelmäßigkeiten der Ausschachtungsoberfläche Wasser zwischen die Abdichtungsbahnen und die sekundäre Betonbeschichtung eindringt, so dass keine Wasserabdichtungskapazität erhalten wird.

EP-A1-0 898 052 offenbart, eine Abdichtungsaufschlämmung auf eine erste einen Tunnel auskleidende Betonschicht zu sprühen, eine elastische heiße Komponente aufzubringen und eine innere Betonschale hinzuzufügen.

Auch WO 00/05487 offenbart, eine Abdichtungsaufschlämmung in einem Tunnelauskleidungsverfahren zu sprühen. In die erste Betonschicht werden Nägel hineingetrieben, so dass ihre Köpfe einen Halt für die innere Betonschale zur Verfügung stellen.

Auch CH 560 811 offenbart, eine Siegelschicht in einem Tunnelauskleidungsverfahren zu sprühen, ebenso wie CH 688 135, US 3,545,213 und WO 98/24738.

JP 03-180699 offenbart die Verwendung einer PVC-Bahn als eine wasserdichte Bahn in einem Tunnelauskleidungsverfahren.

US 6,193,439 offenbart, eine innere Betonschale an einer Siegelschicht einer Tunnelverkleidung zu befestigen. Profilierung der Oberfläche der Siegelschicht dient dazu, die zwei Schichten miteinander zu verankern.

Wenn die Dicke der Abdichtungsbahnen erhöht wird, um Beschädigungen der Abdichtungsbahnen zu verhindern, gibt es die Probleme, dass Verschweißen der Enden der Abdichtungsbahnen schwierig wird und die Masse der Abdichtungsbahnen erhöht wird, mit dem Ergebnis, dass die tatsächlichen Handhabungseigenschaften noch schlechter werden.

Die Erfinder führten verschiedene Untersuchungen der vorgenannten Probleme durch. Als Ergebnis perfektionierten sie diese Erfindung durch die Entdeckung eines Bauverfahrens zur Tunnelabdichtung, bei dem eine Abdichtungsbahn, die mit der sekundären Zementbetonbeschichtung verklebbar ist, auf die primäre Sprühzementbetonoberfläche installiert wird, bevor die sekundäre Zementbetonbeschichtung installiert wird, und in dem dadurch, dass diese mit der sekundären Zementbetonbeschichtung zu einer einzigen Einheit gemacht wird, Eindringen von Wasser zwischen die Abdichtungsbahn und die sekundären Betonschicht wegen schlechter Schweißstellen und Beschädigung der Enden der Abdichtungsbahnen verhindert wird, Eindringen von Wasser sogar verhindert wird, wenn Risse in der sekundären Zementbetonbeschichtung gebildet werden, und die Abdichtungskapazität stark verbessert werden kann.

Speziell ist die Erfindung ein Verfahren zur Abdichtung eines Tunnels, bei dem eine primäre Schicht aus Zementbeton auf die Ausschachtungsoberfläche des Tunnels gesprüht wird, auf dieser primären Zementbetonschicht eine wasserleitende Pufferschicht durch Anbringung eines Faservlieses, eines Fasermaterials oder Platten von unregelmäßiger Form ausgebildet wird, auf diese wasserleitende Pufferschicht eine Abdichtungsbahn aufgebracht wird, die eine Kunststoff- oder Kautschukbahn und eine Klebeschicht umfasst, die für das Verkleben mit einer sekundären Betonbeschichtung geeignet ist, die auf die Abdichtungsbahn aufgebracht wird, und auf der Abdichtungsbahn eine sekundäre Beschichtung aus Zementbeton auf der Klebeschicht der Abdichtungsbahn ausgebildet wird, wodurch die Abdichtung des Tunnels erzielt wird.

Wir beschreiben nun diese Erfindung im Detail.

Diese Erfindung ist ein Bauverfahren, bei dem die Abdichtungsbahn und der Tunnel zu einer einzigen Einheit gemacht werden, indem ein bevorzugt schnell trocknender Zementbeton auf die ausgeschachtete Tunneloberfläche gesprüht wird, wonach eine Abdichtungsbahn, die mit der sekundären Betonbeschichtung verklebbar ist, installiert wird. Bei dieser Abdichtungsbahn ist nachfolgendes Brechen von Zementbeton aufgrund von Trocknung und Kontraktion von sekundärer Zementbetonbeschichtung und Erdreich nach der Fertigstellung einkalkuliert. Indem der Zementbeton und die Abdichtungsbahn zu einer einzigen Einheit gemacht werden, tritt Kontakt mit Wasser nur an Stellen auf, die beschädigt sind, selbst wenn eine Beschädigung der Abdichtungsbahnen erfolgt. Aus diesem Grund erfolgt kein Eindringen von Wasser, solange sich nicht Risse in der sekundären Betonbeschichtung im Bereich der Bahnbeschädigung bilden. Dadurch wird Undichtigkeit stark vermindert und exzellente Abdichtungskapazität erreicht. Ferner tritt nicht wie bei konventionellen Abdichtungsbahnen Undichtigkeit als Resultat von Wassereintritt zwischen die Abdichtungsbahnen und die sekundäre Zementbetonbeschichtung, von Beeinträchtigungen der Abdichtungskapazität des Tunnels im Ganzen und von Rissen in der sekundären Zementbetonbeschichtung auf. Darüber hinaus ist die Abdichtungskapazität im Vergleich zu konventionellen Abdichtungsbauverfahren in hohem Maße erhöht, weil eine Abdichtungsbahn, die mit der sekundären Zementbetonbeschichtung eine einzige Einheit bildet, Undichtigkeit mit guter Folgekapazität und ohne Beschädigung, selbst wenn Risse in dem Tunnel selbst gebildet werden, verhindert.

Beispiele für Abdichtungsbahnen, die mit sekundärer Zementbetonbeschichtung verklebbar sind, sind nicht-quervernetzte Kautschukbahnen wie Isoprenkautschuk und Naturkautschuk.

Die Abdichtungsbahn, die mit der sekundären Zementbetonbeschichtung verklebbar ist, kann auch Antioxidantien, Ultraviolettstrahlungsabsorber und klebrigkeitsvermindernde Mittel enthalten.

Unter dem Aspekt der Erhöhung des Isolierungseffekts mit der sekundären Zementbetonbeschichtung, wenn diese mit dem Erdreich verbunden worden ist, ist es erfindungsgemäß erwünscht, die mit dem sekundären Zementbeton verklebbare Schicht mit einer polymeren Bahn zu laminieren. Wenn eine mit der sekundären Zementbetonbeschichtung verklebbare Schicht und eine Mehrschichtabdichtungsbahn, die mit einer polymeren Bahn laminiert ist, verwendet werden, werden sie so installiert, dass die primäre Sprühzementbetonoberflächenseite und die polymere Bahn miteinander in Kontakt stehen, und die sekundäre Zementbetonbeschichtung wird auf der Abdichtungsbahnoberflächenseite installiert, die mit der sekundären Zementbetonbeschichtung verklebbar ist.

Beispiele für das Material der polymeren Bahn können Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Copolymere von Ethylen/Vinylacetat (EVA) und Polypropylen sein. Von diesen ist Polypropylen hoher Dichte unter den Aspekten Isolierungseffekt, Stärke, Bruch-Folgekapazität und Preis bevorzugt.

Erfindungsgemäß wird eine wasserleitende Pufferschicht aufgebaut, bevor die mit der sekundären Betonbeschichtung verklebbare Abdichtungsbahn installiert wird, um den Isolierungseffekt zu erhöhen, den Wasserdruck an Stellen, an denen es eine große Menge Grundwasser gibt, zu vermindern und den Abdichtungseffekt zu erhöhen. Beispielhafte Puffer-Abdichtungsschichten können Schichten umfassen, die durch Sprühen einer faserförmigen Substanz wie Zellstoffvliesgeweben aus Fasern wie Polyesterfasern und Polypropylen und Platten von unregelmäßiger Form gebildet werden.

Das Abdichtungsbauverfahren kann im Auflagerbereich (bedding portion) des Tunnels verwendet werden und zeigt große Wirksamkeit in der Verhinderung von Wassereintritt aus der Auflagerkomponente.

Es gibt keine besonderen Beschränkungen des Verfahrens zur Anbringung der Abdichtungsbahn, Vliesfaser und Platten von unregelmäßiger Form an die primäre Sprühzementbetonoberfläche, und Klebstoffe und Nieten können verwendet werden.

Nachdem die mit der sekundären Zementbetonbeschichtung verklebbare Abdichtungsbahn auf diese Art installiert worden ist, wird die sekundäre Zementbetonbeschichtung aufgetragen und die Bauausführung abgeschlossen.

Wir beschreiben nun diese Erfindung im Detail auf der Grundlage von Beispielen.

Es wurde ein U-förmiger Simulationstunnel mit Öffnungen von 4 m, einer Höhe von 3,5 m und einer Länge von 3 m hergestellt. In dem Simulationstunnel wurden Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Tunnelerdreichs vorgesehen, und 15 Betonblöcke mit 15 cm Breite, 20 cm Höhe und 20 cm Länge wurden in geeigneten Abständen installiert, um eine unregelmäßige Oberfläche zu bilden.

Schnelltrocknender Mörtel wurde als der primäre Sprühmörtel verwendet und so aufgesprüht, dass der schnelltrocknende Mörtel eine Dicke von 10 cm hatte.

Nach dem Sprühen wurde eine Verklebbarkeit mit der sekundären Betonbeschichtung aufweisende Mehrschichtabdichtungsbahn (Markenname "Preprufe 300", hergestellt von der Grace Construction Products Company of the United States; eine aus zwei Schichten, einer Verklebbarkeit mit Beton aufweisenden Schicht und einer Polyethylenschicht, zusammengesetzte Zweischichtbahn; Dicke 2,7 mm) durch Vernieten an der primären Sprühmörteloberfläche befestigt. Nachfolgend wurde die sekundäre Betonbeschichtung bis zu einer Dicke von 30 cm aufgebracht. Um Beschädigungen der Mehrschichtabdichtungsbahn zu simulieren, wurden in einem Teil von ihr Schnitte gemacht.

28 Tage nachdem die sekundäre Betonbeschichtung aufgebaut worden war, wurde eine Testprobe durch Bohren herausgetrennt und die Klebkraft mit dem Beton geprüft. Die sekundäre Betonbeschichtung und die Abdichtungsbahn waren in gutem Kontakt und bildeten eine einzige Einheit. Die Abziehfestigkeit der sekundären Betonbeschichtung und der Abdichtungsbahn war größer als 0,9 N/mm.

Eine einzige Einheit mit der sekundären Betonbeschichtung wurde auch im Bereich des Schnittes gut beibehalten, wobei der Schnitt in dem Beton von linearer Art von weniger als 2 mm war. In der Lücke zwischen dem primären Sprühbeton und der Mehrschichtabdichtungsbahn wurde ein statischer Wasserdruck von 60 m ausgeübt. Es trat jedoch kein Wasser in die Lücke zwischen der Mehrschichtabdichtungsbahn und der sekundären Betonbeschichtung ein, was eine gute Abdichtungskapazität zeigte.

Weil die verwendete Mehrschichtabdichtungsbahn Verklebbarkeit aufwies, konnten die Mehrschichtabdichtungsbahnen mit befriedigendem Ergebnis einfach aneinander befestigt werden, indem die Enden der Mehrschichtabdichtungsbahnen übereinander gelegt wurden. Aus diesem Grund war die Ausführungskapazität außerordentlich gut, und es wurde ein exzellenter Wert von 1,7 N/mm wurde für die Klebestärke der übereinander gelegten Teile erhalten.

Um Risse in dem Tunnel zu simulieren, wurde Kraft auf die sekundäre Betonbeschichtung ausgeübt und Risse wurden erzeugt. In der Mehrschichtabdichtungsbahn wurden keine Unregelmäßigkeiten beobachtet.

Die Testverfahren für die verschiedenen physikalischen Eigenschaften waren wie folgt.

Klebefestigkeit mit dem Beton: In Übereinstimmung mit ASTM D 903 (90°-Abziehfestigkeit). Klebefestigkeit von übereinander gelegten Abschnitten: In Übereinstimmung mit ASTM D 1876 (Bestimmungen in dem Fall, in dem Mehrschichtabdichtungsbahnen übereinander gelegt wurden).

Es wurde dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 ausgeführt, außer dass die verwendete, Verklebbarkeit mit einer sekundären Betonbeschichtung aufweisende Mehrschichtabdichtungsbahn ein Produkt mit dem Markennamen "Santacker Sheet" (Isoprenkautschukabdichtungsbahn, ein mit Vliesgewebe ausgekleidetes Produkt, hergestellt von Hayakawa Rubber) war.

28 Tage nachdem die sekundäre Betonbeschichtung aufgebaut worden war, wurde eine Testprobe durch Bohren herausgetrennt und die Klebkraft mit dem Beton geprüft. Die sekundäre Betonbeschichtung und die Abdichtungsbahn waren in gutem Kontakt und bildeten eine einzige Einheit.

Allerdings war es schwieriger, die Enden der Mehrschichtabdichtungsbahnen miteinander zu verbinden, als in Beispiel 1, und die Verarbeitbarkeit war auch etwas schwierig.

Es wurde dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 ausgeführt, außer dass eine aus EVA hergestellte Abdichtungsbahn (die keine Verklebbarkeit mit der sekundären Betonbeschichtung aufwies) anstelle einer Verklebbarkeit mit der sekundären Betonbeschichtung aufweisenden Mehrschichtabdichtungsbahn verwendet wurde.

Als Druck entsprechend 30 m statischen Wasserdrucks zwischen dem primären Sprühmörtel und der Abdichtungsbahn ausgeübt wurde, erwies sich anhand der Risse, in denen Beschädigung vermutet wurde, dass eine große Menge Wasser in die Lücke zwischen der Abdichtungsbahn und der sekundären Betonbeschichtung eingedrungen war und dass die Eigenschaften einer Abdichtungsbahn nicht erhalten worden waren.

Indem die sekundäre Zementbetonbeschichtung und die Abdichtungsbahnen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Abdichtungsbahnen, die Verklebbarkeit mit der sekundären Zementbetonbeschichtung aufweisen, zu einer einzigen Einheit gemacht werden, tritt kein Wasser in die Lücke zwischen den Abdichtungsbahnen und der sekundären Betonbeschichtung ein, und exzellente Abdichtungskapazität kann sichergestellt werden, selbst wenn ein Teil der Abdichtungsbahnen beschädigt ist.

Ferner ist das Rissfolgeverhalten der erfindungsgemäßen Abdichtungsbahnen gut, die Abdichtungsbahnen werden nicht beschädigt und exzellente Abdichtungskapazität kann sichergestellt werden, selbst wenn sich Risse in der sekundären Zementbetonbeschichtung bilden. Selbst wenn die Rissbreite vielleicht groß ist und eine Beschädigung der Abdichtungsbahn stattfindet, tritt kein Wasser in die Lücke zwischen den Abdichtungsbahnen und der sekundären Betonbeschichtung ein, weil die anderen Bereiche der Abdichtungsbahn eine einzige Einheit mit der sekundären Zementbeschichtung bilden; daher ist der industrielle Nutzen außerordentlich groß.