隧道壁元件和组装包括隧道壁元件的隧道壁的方法与流程

本发明涉及隧道壁元件和组装包括壁元件的隧道壁的方法，并且尤其涉及由带涂层的泡沫玻璃制造的隧道壁元件，以及将带涂层的泡沫玻璃元件组装入到隧道壁中的方法。

背景技术：

道路和铁路隧道经常制造昂贵，并且与隧道内侧可能的火灾和事故相关的安全问题是现有技术中众所周知的挑战。建造隧道的传统方法经常包括钻孔和爆破方法，用于以正确的尺寸提供必要的且预期的隧道轮廓。适配和组装对应于隧道轮廓的混凝土壁元件、隔热、防火、电线、通信线路、交通灯、电照明、排水等也是常见的。

近年来，通常通过用移动的激光仪扫描钻孔和爆破的隧道的岩石面来提供原始岩石隧道壁的图像，从而识别壁上适合于钻孔螺栓的位置，所述螺栓保持随后组装的混凝土壁元件。来自经由激光扫描捕获的计算机化的图像的信息可用于在钻孔期间引导和定位在隧道内侧移动的钻孔设备。然后，在将螺栓已经附接到岩石壁之后，混凝土元件的安装更容易且更快。

现有技术隧道设计包括许多部件，为各技术问题提供解决方案。例如，混凝土壁对可能从隧道岩石面松动并落下到交通车道或铁路轨道上的岩石碎片提供防护。如现有技术中已知的那样，由于水冻结成冰体积增加，对结冰的防护和冻霜控制是必要的。由冻结水引起的周围的力，例如留在隧道的岩石面中的裂缝中的水，可在量级上很大，并且可导致石头从隧道的岩石壁掉落。此外，冻霜可能使例如隧道中的道路非常滑。当组装混凝土壁元件时，可在面向隧道的岩石表面的混凝土元件表面之间留下空隙。水可在这些空隙中聚集，并且如果结冰防护不足，则空隙中的水可能对隧道的混凝土壁造成结构损坏。

火灾当然是一个挑战，混凝土壁可以防护隧道免受由于热引起的隧道的岩石壁中的结构变化(例如由于热膨胀)而坍塌。因此，防火是道路和铁路隧道重要的安全问题。

us200700138857a1公开了一种在机器的顶侧上具有铣削设备的车辆。铣削设备包括铣削装置，用于磨削上隧道壁表面，像交通隧道的隧道天花板。具有根据本发明的铣削设备的这种车辆适合于处理隧道壁，使得产生所需的表面粗糙度和炭黑的去除。这确保了施加到隧道天花板和壁表面的衬里充分附接到表面。

us8662796b2公开了一种用防护网或类似物衬砌隧道壁或天花板的方法，网状防护网材料从卷轴展开并由系紧螺栓固定到隧道壁或天花板。卷轴可旋转地布置。卷轴围绕轴的旋转受到控制，以便展开防护网材料，所述轴沿着隧道壁或天花板与卷轴一起机械地同步移动。优选当在每个步骤中展开时执行防护网的拉伸和机械固定。

us3561223a公开了一种隧道制造机器，其不仅适于穿过土地形成隧道，而且还适于同时在隧道中形成混凝土壁。对于混凝土壁的模板(form)，由机器在其头端建立，并由机器在其尾端移除。这些模板仅保留就位足够长时间以使混凝土硬化并且不断地被重复使用，那些模板从尾端被转移到头端在模板重复使用的连续过程中。移除机器尾端处的模板使隧道完全在机器后方，具有光滑的混凝土壁或孔。

cn101638990b公开了一种隧道的防火隔热层及其施工方法。防火隔热层包括聚氨酯隔热层，其与隧道的两个衬里和外部防火层连接，其中，防火层是通过压制一种或两种中碱玻璃纤维织物和无纺织物制成的，作为基础材料，以及防水和防火部件。

us2004050100a1公开了一种用于建筑工业的复合板，避免使用在sip(结构隔离面板)和eifs(外部隔离精加工系统)面板中已知的塑料泡沫材料。基于塑料和烃泡沫的材料可能是现有技术中已知的环境威胁。所提出的改进的替代方案包括将玻璃和0.1至20.0％重量的至少一种非硫基发泡剂混合在一起并加热所述混合物足以使混合物发泡的方法。在冷却步骤期间或之后，面板的至少一侧与材料粘合，从而形成复合面板。

gb989639a公开了一种用于连续涂覆面板的方法和设备。面板涂覆有表面覆盖物，以便使面板的至少一个表面电隔离和/或装饰。两个刚性相对的面板，例如由石棉水泥、胶合板、硬纤维、泡沫塑料等制成，在其表面上设置有填料浸渍的合成树脂层，并与由泡沫面板、玻璃泡沫面板、蜂窝面板或类似物构成的芯层组装。基板在例如循环带式输送机之间输送，并且面板例如通过加热结合。然后，完成的带涂层的面板是包括各不同材料层的层压面板。

制造安全的道路和铁路隧道的成本高，因此需要改进的隧道设计，以提供更便宜的隧道，优选地更简单地建造、更快地建造并且其需要更少的维护和更长的寿命。特别地，使用轻质隧道壁元件将是有利的，所述轻质隧道壁元件在简单的壁元件设计中提供必要的热、冷和水防护性能，是轻质的便于组装完整的隧道壁。

如果壁元件可以适配于特定的隧道壁轮廓，其中，各个壁元件表面区域尽可能大，当组装时覆盖隧道的原始岩石壁的尽可能大的区域，这是更有利的。

发明目的

本发明的进一步目的是提供现有技术的替代方案。

特别地，可以将本发明的目的看作是提供一种轻质隧道壁元件，便于组装包括轻质隧道壁元件的抗水、抗热和抗火的隧道壁。

技术实现要素：

因此，旨在本发明的第一方面中通过提供由轻质元件构成的隧道壁元件获得上述目的和若干其它目的，所述隧道壁元件具有隔热性能、涂覆有防火涂层、增加轻质元件的机械完整性。

本发明的一个方面是提供一种隧道壁元件，其由轻质带涂层的元件构成，其中，轻质元件的内核由泡沫玻璃制成，并且其中，涂层是聚脲以提供泡沫玻璃内核的机械完整性，

其中，各隧道壁元件的大小，在高度和/或宽度和厚度方面，以及特定隧道壁元件的外廓形状，适配于将施加有相应的隧道壁元件的道路或铁路隧道的特定局部岩石壁几何特征和岩石壁上特定位置的局部条件，

其中，通过在预制与特定隧道壁位置相关的特定隧道壁元件之前，测量岩石壁几何特征和条件，来完成相应隧道壁元件对局部条件的适配，

其中，相应的隧道壁元件用识别标签标记，以识别当组装隧道壁元件时相应的隧道壁元件将在隧道中施加的特定位置。

此外，隧道壁元件可具有相对于第一隧道壁元件的前或后侧表面的第一隧道壁元件的端表面的角度，其适配于第二隧道壁元件的端表面的对应角度，当隧道壁的一部分与彼此相邻的第一和第二隧道壁元件组装时，所述第二隧道壁元件的端表面位于第一隧道壁元件的端表面相邻。

此外，隧道壁元件可具有第一隧道壁元件的外廓形状，其适配于第二隧道壁元件的外廓形状，当隧道壁的一部分与第一和第二隧道壁元件组装时，所述第二隧道壁元件位于与第一隧道壁元件相邻。

此外，特定隧道壁元件的适配根据对于特定隧道的标准化预定的规范集。

此外，隧道壁元件的厚度的适配根据将施加有隧道壁元件的局部位置上的所识别的局部温度条件。

此外，其中，隧道壁元件的周边可以用复合材料的附加型材强化，型材可以部分地或完全地围绕隧道壁元件周边。

此外，在施加聚脲之前，可以将所添加的强化型材附接到隧道壁元件的泡沫玻璃内核，其中，在施加聚脲之前，所添加的强化型材的端表面的形状和角度适配于隧道壁元件。

此外，在施加聚脲之后，可以将所添加的强化型材附接到隧道壁元件的泡沫玻璃内核，其中，在施加聚脲之后，所添加的强化型材的端表面的形状和角度适配于隧道壁元件。

根据本发明的包括多个轻质隧道壁元件的道路或铁路隧道可以提供相应的隧道壁元件衬砌隧道的岩石壁，其中，混凝土层施加在岩石壁和相应的隧道壁元件之间。

道路或铁路隧道还可包括h形复合材料梁，其布置在隧道壁的底部区段中，并且其中，隧道壁元件定位并紧固在h形梁的上部开口中。

道路或铁路隧道还可包括至少一个光源，其布置在h形梁的下区段中的可释放盖的后方，

其中，光纤布置在相应的隧道壁元件的背侧上，

其中，相应的光纤的第一端与至少一个光源可操作地接触，

其中，与相应的光纤的第一端相反的第二端被引导通过相应的隧道壁元件，从而相应的光纤将光从至少一个光源传递入到隧道的内部中。

道路或铁路隧道还可包括中空螺栓，其布置在相邻的隧道壁元件的结合端表面中间，其中，中空螺栓可在隧道的侧壁上支撑交通灯或交通标志，而布置在隧道的天花板中的螺栓可支撑缆线桥。

道路和铁路隧道还可包括中空螺栓，其布置成将电缆、光纤、通信线路和类似物体从隧道壁元件的背侧引导到隧道壁元件的前侧或从隧道壁元件的前侧引导到隧道壁元件的背侧。

一种组装包括轻质隧道壁元件的隧道壁的方法，可包括以下步骤：

通过用在隧道的纵向方向中移动通过隧道的移动激光扫描仪扫描隧道的岩石面，获得隧道的钻孔和爆破的隧道轮廓的计算机化的图像，

在制造特定的隧道壁元件之前，使用计算机化的图像来定制相对于岩石壁的特定位置的特定隧道壁元件的宽度和/或高度。

所述方法可以进一步包括这样的步骤，其中，隧道壁的计算机图像用于计划施加在隧道壁元件的背面上的混凝土中的凹坑的位置，从而形成排水通道。

所述方法可以进一步包括这样的步骤，其中，隧道壁的计算机图像用于识别相应的隧道壁元件的可能的最大化表面，从而减少用于衬砌隧道所需的隧道壁元件的数量。

本发明的各方面可以各自与任何其他方面组合。本发明的这些和其他方面将从参考下文描述的实施方式变得明显并得以阐明。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述根据本发明的隧道壁元件和建造具有隧道壁元件的隧道壁的方法。附图示出了本发明的实施方式的实施例，并且不应被解释为限制落入所附权利要求书的范围内的其他可能的实施方式。

图1示出了根据本发明的隧道壁元件的实施例。

图2示出了根据本发明的隧道设计的实施例。

图3示出了根据本发明的隧道区段的实施例。

图4示出了根据本发明的隧道区段的另一个实施例。

图5示出了根据本发明的隧道设计的实施例。

图6示出了根据本发明的固定元件的实施例。

图7示出了根据本发明的隧道照明布置的实施例。

具体实施方式

尽管已经结合特定的实施方式描述了本发明，但是不应将其解释为以任何方式限于所给出的实施例。本发明的范围由所附权利要求书给出。在各权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。提及诸如“一个”或“一”等的指代不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所示元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以有利地组合在不同权利要求中提到的单独特征，并且在不同的权利要求中提及这些特征并不排除各特征的组合是不可能的和有利的。

本发明的第一方面是将防水、防火和防冻霜特征组合在轻质壁元件本体中。图1示出了根据本发明的隧道壁元件10的实施例，其包括带有聚脲涂层的泡沫玻璃内核。泡沫玻璃是轻质的，并且涂层增加泡沫玻璃内核的机械完整性。图2示出了根据本发明的隧道设计的实施例，使用相应的直的和弯曲的隧道壁元件22，像图1中所示的元件10的实施例。相应的隧道壁元件22向上堆叠在彼此顶部上和侧向以覆盖隧道表面。堆叠的隧道壁元件22与钻孔和爆破的隧道的岩石壁之间的任何空隙填充有混凝土21。凹坑20有规则地沿着隧道长度间隔布置在面朝隧道的岩石壁的混凝土中，以提供水通道，引领水漏通过岩石从隧道离开。集水通道布置在隧道的底部侧处。构成完整的隧道壁的壁元件可以用混凝土端区段24结束。

相应的泡沫玻璃元件的聚脲涂层提供水、火和结冰的防护。泡沫玻璃本身也是防火的，并且泡沫玻璃结构提供优异的隔热性能。此外，聚脲涂层将隧道壁元件22的泡沫玻璃内核转变成具有承受在运输时、组装期间等可能的损坏、以及其他外力方面优异的机械强度的元件。例如，根据本发明的典型隧道壁元件22的断裂强度被识别为比任何可比较的钢加强的混凝土元件中的断裂强度更好。

当使用在如上所述的隧道壁元件中时，根据本发明的隧道壁元件利用泡沫玻璃本身的有益特性。本发明还利用泡沫玻璃的另一方面作为隧道壁元件的核心元件，因为泡沫玻璃非常容易锯通。在这方面，在施加聚脲涂层之前，通过首先将泡沫玻璃块锯成特定形状(包括适配泡沫玻璃块的边缘的曲率以及泡沫玻璃块的端表面的厚度和角度这两者)来适配壁元件的外形是可能的。这与已知的混凝土壁元件形成对比，所述混凝土壁元件需要制造具有特定适配成特定隧道的特定壁条件的预制模具。根据本发明的一个方面，根据本发明的壁元件的所有有益特性可用于以成本有效的方式或者在基架(fabric)中或者在隧道建筑工地处直接现场(online)提供特定隧道的壁元件的定制制造。

图2中描绘的混凝土21的喷射“保持”隧道的岩石稳定。在现有技术中，当混凝土壁元件被组装时，隧道轮廓必须适配于预制的混凝土壁元件。本发明的一个方面是混凝土层21使得使预制的隧道壁元件22适配于隧道轮廓(即与现有技术中是可能的相反)是可能的。隧道表面和轮廓可以制造成具有比现有技术更小的许用公差，因为混凝土层21桥接在钻孔和爆破隧道轮廓之后剩余的岩石的所有可能的不平坦表面。此外，混凝土层21“保持”隧道的岩石就位。

根据本发明在相应的隧道壁元件的周边围绕布置由复合材料制成的附加型材也在本发明的范围内。附加型材可以不完全围绕周边，但是可以部分地例如像u形型材或l形型材那样。因此，机械完整性将增加，并且额外型材的形状可以适配于强化隧道壁元件的特定要求。可以在施加聚脲之前将所添加的型材与泡沫玻璃内核集成，或者之后可以集成到隧道壁元件的带有聚脲涂层的表面上。

现有技术中已知的表面的激光扫描可提供隧道表面的计算机化的图像。当组装壁元件时这个信息可用于评估是否可以实现特定的隧道尺寸。此外，当填充岩石表面和根据本发明的相应的隧道壁元件22之间的空隙时要使用的混凝土21的量，可以与混凝土21跨越隧道的岩石表面的分布一起计算。当计算混凝土层21的体积分布时，该计算考虑到了混凝土层21的面向隧道壁的岩石的表面是不平坦的，以及混凝土21的面朝向隧道壁元件22的背面的另外相反侧的表面是平滑的。

另外，隧道的岩石壁的计算机图像可用于在相应的隧道壁元件22预制之前定制其大小，如高度和/或宽度和厚度。取决于弯曲的曲率，例如，在隧道的长度方向上，可以在相邻的壁元件22的相邻端表面之间提供具有正确角度的优化数量的元件。隧道的天花板也可需要调整施加在天花板上的相邻的隧道壁元件22的端表面的角度。而且，相对于岩石壁几何特征和局部条件(像例如可能暴露于结冰)定制不同大小的相应元件22，使得制造具有最大化表面区域的隧道壁元件22是可能的，这将减少将相应的隧道壁元件22安装到隧道壁和天花板的工作负荷和时间。壁元件22的几何形状也可适配于隧道中特定位置的特定几何条件。

例如，可在隧道内侧会合的两条隧道(例如，侧道进入主隧道)可需要隧道壁元件22的特殊形状和几何特征。由于隧道壁元件的内核由泡沫玻璃制成，因此切割和形成形状非常容易。在完成泡沫玻璃元件形状的定制之后，将施加聚脲涂层。

根据本发明的隧道壁元件22根据用于特定隧道的标准化的预定规范集也在本发明的范围内。这意味着壁元件可以被制造为成组的相等大小的壁元件，被识别为适合于特定的隧道轮廓。

根据一种根据本发明的方法，使用激光扫描可提供隧道的岩石壁的计算机化的图像，其可以用于计算将填充岩石壁和隧道壁元件22之间的空隙中的混凝土21的必要量。另外，如上所述，可计算混凝土层21跨越隧道岩石壁的分布。然后，所述信息可用于控制装置或机器人，其将特定隧道壁元件定位抵靠隧道的岩石壁的特定位置上，而将对于特定位置的正确量的混凝土21施加在特定隧道壁元件22的背侧上。当相应的壁元件22定制到隧道壁上的特定位置时，条形码标签或像rfid标记的其他标识可附接到隧道壁元件22，提供关于沿隧道壁的位置(机器人可附接特定的隧道壁元件22)的信息。然后，机器人可以在附接隧道壁元件之前扫描条形码标签或读取rfid标记，并根据标签或标记对于特定位置施加特定体积的混凝土。

隧道壁的计算机图像也可用于计划施加在隧道壁元件22背面上的混凝土21中的凹坑20的位置，从而形成排水通道。当混凝土21施加在隧道壁元件22和隧道的岩石壁之间的空隙中时，当安装用于所述特定位置的隧道壁元件22时，可附接限定排水通道的模具或模板。

由于隧道的位置的不同环境特性，可能存在不同的环境挑战。例如，对于隧道来说，挪威北部的隔热需要高于意大利南部。在本发明的实施方式的实施例中可以容易地考虑所述要求，因为如果需要更好的结冰防护，则增加泡沫玻璃元件的厚度。由于泡沫玻璃的轻质特性，泡沫玻璃元件的重量增加、以及因此壁元件22的搬运性能不是问题。

图3(和图4)示出了在隧道壁的底部中使用由复合材料制成的h形梁30的实施例。壁元件22被插入到h形梁30的上部中。

通过调整堆叠在彼此顶部上的相邻隧道壁元件22之间的角度，弯曲的隧道轮廓可以衬砌有根据本发明的隧道壁元件22。可以通过从隧道轮廓的中心点穿过相应的隧道壁元件的相邻面绘制线来识别所述角度。图4示出了实施例，其中，角度40为5°。

其他隧道元件像缆线桥50可以附接到隧道的顶部，以及交通灯51和交通标志52，如图5中所示。

图6示出了由复合材料制成的螺栓60，其可用于在安装相应的隧道壁元件的过程期间将隧道壁元件保持在一起，而例如混凝土21被施加在隧道壁元件22的背侧上。在该图中，仅示出了一个环形面板61，但是当使用两个环形面板61时，螺栓60的面板61可以在施加例如混凝土21时将两个相邻的壁元件22保持在一起。第一环形面板61布置成定位在两个相邻的隧道壁元件22的前侧上，而第二环形面板61布置在两个相邻的隧道壁元件22的背侧上。螺栓元件60可以布置为中空的并且可以进一步用于将缆线桥50和其他隧道元件附接到隧道壁或隧道的天花板，如图5中所示。此外，螺栓60的中空特征可以用于例如将电缆从隧道壁元件的背侧布置到隧道壁元件的前侧或者从隧道壁元件的前侧布置到隧道壁元件的背侧。

当使用图6中的螺栓60时，在相邻的隧道壁元件22之间将存在窄开口。然而，这种开口可以通过施加密封元件来封闭，所述密封元件提供相应的窄开口的隔热和防火。

图7示出了根据本发明的照明布置的实施例。光源例如布置在壁元件的底部区段处。例如，图3(和图4)中所示的h形梁30可用于将光源70容纳在可释放盖的后方。沿着隧道的长度也可以存在多个这样布置的光源。一个或多个光源与多个光纤71连通，所述光纤从光源70向上和向侧方延伸。相应的光纤的端部布置通过隧道壁元件，从而将光发射入到隧道内部中。在本发明的实施方式的实施例中，光纤71可以集成入到根据本发明的隧道壁元件的泡沫玻璃元件的本体中。以这种方式，将还可以防护相应的光纤71免受水、火和结冰。

本发明公开了一种轻质隧道壁元件，包括覆盖有聚脲的泡沫玻璃的内核。在施加聚脲之前，泡沫玻璃内核的形状可以容易地且成本有效地适配于隧道壁要求。

此外，与现有技术中的混凝土隧道壁元件所需的形成对比，根据本发明的隧道壁元件内侧不需要具有例如像铁杆的加固元件。因此，避免了腐蚀问题以及电接地有关的可能问题。

与搬运现有技术的重型混凝土壁元件相比，根据本发明的隧道壁元件的轻质特性简化了搬运并且可以由更小和更有效的机械来搬运，这减少了co2在环境中的印记。

与现有技术解决方案(其需要分开安装提供隔离的层)相比，泡沫玻璃的隔离特性导致在安装壁元件时更少的步骤。

泡沫玻璃的防火特性也简化了安装，因为泡沫玻璃的防火特性明显优于混凝土壁体元件中的防火特性。已知，例如，当暴露于来自道路隧道内侧的汽车火灾的热量时，混凝土壁元件可能会破裂。已知经常在现有技术隧道中使用的隔热材料在某些条件下着火。

泡沫玻璃固有的防火特性显著提高了道路和铁路隧道的防火安全性。

此外，根据本发明的隧道壁元件的泡沫玻璃内核的相应特性使得提供定制的隧道壁元件成为可能，所述隧道壁元件提供隧道壁元件的表面区域的相应优化、壁元件厚度的优化以及相应的隧道壁元件的外廓形状的优化。作为隧道壁优化的一部分，根据本发明的相应的隧道壁元件可以制造成用于相同隧道的不同大小和外廓形状。