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Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung von Druckstollen, Druckschächten od. dgl.
Um das Auftreten von Rissen in der Auskleidung von Druckstollen, Druckschächten oder sonstigen unter hohem Betriebsdruck stehenden Bauwerken unmöglich zu machen, wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, bei denen der Auskleidung unter Verwendung von Pressbeton eine solch hohe Vorspannung erteilt werden soll, dass die dadurch in der Auskleidung hervorgerufenen Druckspannungen grösser als die zufolge der Betriebsspannungen auftretenden Zugspannungen sind. Mit diesen bekannten Verfahren kann aber die erforderliche Vorspannung tatsächlich nicht erreicht werden, weil sie teils konstruktive Mängel aufweisen, die den Erfolg ausschliessen, teils hiefür die theoretischen Voraussetzungen nicht erfüllen.
All den bekannten Verfahren ist das Merkmal gemeinsam, dass der Pressbeton unmittelbar in den Hohlraum zwischen der Gebirgswandung und einer aufweitbaren Schalung oder einem aus Beton oder Formsteinen gebildeten Innenmantel eingebracht wird. Eine solche Querschnittsgestaltung hat aber den Nachteil, dass sie den sachgemässen Einbau der Schalung oder des Innenmantels, vor allem in nicht standfestem Gebirge, sehr erschwert. Ferner fällt der zu verpressende Hohlraum wegen des unvermeidlich ungleichmässigen Stollenausbruches sehr unterschiedlich stark aus, wodurch sich nicht nur ein grosser Verbrauch an kostspieligem Pressmörtel ergibt, sondern auch die Vorspannung durch das Schwinden des verhältnismässig dicken und ungleich starken Mörtelmantels erheblich beeinträchtigt wird.
Ausserdem mangeln den bekannten Verfahren Vorkehrungen, dass der Spanndruck bis zur Erhärtung des Pressmörtels in der erforderlichen Höhe auch tasächlich erhalten bleibt.
Erfindungsgemäss werden all die nur kurz angedeuteten Mängel dadurch vermieden, dass ein an das umhüllende Gebirge anschliessender äusserer Verkleidungsring und weiters unter Belassung eines ringförmigen Hohlraumes ein innerer Kernring hergestellt werden, worauf der Kernring durch Einpressen einer Füll-und Dichtungsmasse in den zwischen ihm und dem Verkleidungsring gebildeten Hohlraum unter Vorspannung gesetzt wird, um Rissbildung im Kernring und damit Wasserverluste bei der Unterdrucksetzung der Stollenrohre wirksam zu verhindern.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Druckstollen im Querschnitt, links ohne und rechts mit einer Torkretmanschette, Fig. 2 im Längsschnitt, Fig. 3 den mittleren Scheitelteil der Fig. 2 im vergrösserten Massstab und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 3.
Zur Herstellung der Druckstollenauskleidung wird vorerst im Anschluss an das Gebirge a ein Verkleidungsring b hergestellt. Der hiefür verwendete Beton braucht keine besondere Güte aufzuweisen. Im standfesten Fels genügt eine Mindeststärke von 10 bis 15 cm, bei nicht standfestem Fels muss der Verkleidungsring dem auftretenden Gebirgsdruck standhalten und daher entsprechend stark bemessen werden. Der Verkleidungsring b kann im übrigen in üblicher Weise betoniert werden. Wirtschaftliche Vorteile verspricht die Anwendung einer fahrbaren Rüstung mit eiserner Schalung und die Einbringung des Betons nach dem Pumpverfahren. Das letztere empfiehlt sich u. a. auch wegen der damit verbundenen Möglichkeit an Auskleidungsstärke und damit auch an Ausbruch zu sparen.
Nach innenzu schliesst sich an den Verkleidungsring b ein Hohlraum (Hohlring) c an, in welchem eine Welleinlage d angeordnet ist. Für die Ausführung der Welleinlage können handelsübliche Wellbleche aus Schwarzblech oder zwecks Ausschaltung des Eisens als Baustoff Welltafeln aus Eternit oder aus einem anderen geeigneten Austauschstoff Verwendung finden. Eine Sonderausführung der Welleinlage d, z. B. in Halbkreisform mit Rippenlage senkrecht zur Stollenachse, würde den Einbau wesentlich vereinfachen.
Die Einzelteile der Welleinlage d werden mit allseitiger Überdeckung ohne Fugendichtung verlegt und an der Stollenleibung so befestigt, dass ihr Ablösen verhindert wird. Bei der Querlage der Rippen wird die Steifigkeit den Einbau und die Befestigung erleichtern, anderseits muss in diesem Fall eine nach dem Innendurchmesser des Verkleidungsringes b gerundete Einlage d
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verwendet werden. An den Wänden und im
Stollenscheitel sind mehr Befestigungspunkte nötig als in der Sohle. Eine Abdichtung der Längs-und Querfügen ist nicht erforderlich, da ein Eindringen von Abpressgut zwischen Well- einlage d und Kernring b zur Beseitigung all- fälliger Hohlräume und zur weiteren Verdichtung des letzteren erwünscht ist.
Im Bedarfsfalle kann dieser Vorgang noch durch das Bohren zusätzlicher Löcher in die Welleinlage gefördert werden.
Innerhalb der Welleinlage d wird der Kernring e einbetoniert. Für diesen ist Beton entsprechender
Festigkeit und Dichte erforderlich. Für die
Einbringung des Betons kann jedes der bisher üblichen Verfahren angewendet werden. Der
Umstand, dass die äussere Leibung nicht mehr vom Gebirge a, sondern von dem Verkleidungsring b mit Wellauflage d gebildet wird, erleichtert die einwandfreie Herstellung von gütegemässem Beton für den nach statischen Grundsätzen berechneten Kernring e. Besondere wirtschaftliche Vorteile verspricht die Ausführung in einem Guss nach dem Pumpverfahren.
In den Kernring e werden Einpress-sowie Druckprüfungsrohre f einbetoniert, die den Innenraum des Kernringes mit dem Hohlraum c verbinden.
Gegenüber den Einpressrohren f sind im Verkleidungsring b Einpressnuten g vorgesehen. Ferner werden in passenden Abständen im Verkleidungsring b Aussparungen freigelassen, um die Beweglichkeit des Abpressgutes senkrecht zu den Rippen der Welleinlage d zu gewährleisten, da die Rippen den Fliessquerschnitt in dieser Richtung stark verengen.
In gewissen Abständen sind im Anschluss an den Verkleidungsring b Abdichtungsringe h vorgesehen, die der Höhe der Welleinlage d entsprechen und durch nutenför1nigeAusnehmung in der Schalung im Zuge der Betonierung des Verkleidungsringes b entstehen. Diese Abdichtungsringe h schliessen die Hohlräume c ab, so dass voneinander getrennte Zonen entstehen.
Durch den Verkleidungsring b sind Bohrlöcher i bis in das Gebirge a hineingeführt. Ausserdem ist in diesem Ring unten ein Drainagerohr k verlegt, welches durch Schieber 1 abschliessbar ist.
Die Vorspannung im Kernring e wird durch Einpressen von Massen in die Hohlräume c und die an diese anschliessenden Räume, Bohrungen, Nuten, Spalten usw. bewirkt, welcher Vorgang als Hinterpressen des Kernringes e bezeichnet werden kann. Zu diesem Zweck erfolgt die Einpressung zonenweise durch alle Einpressrohre f einer Zone gleichzeitig unter Überwachung des im Einpressring c tatsächlich erreichten Vorspanndruckes. Vorteilhaft werden hiebei Einpressmassen mit hydraulischer Eigenschaft verwendet, die also abbinden und erhärten können. In diesem Falle bleibt der im Zeitpunkt des Abbindens bestehende Spannungszustand bei gleicher Temperatur nach der Verfestigung dauernd erhalten. Eine geeignete Füllmasse mit hydraulischer Eigenschaft ist z. B. ein Zement-
Sand-Wassergemisch mit dem jeweils günstigsten
Mischungsverhältnis.
Diese Füllmasse macht eine Zergliederung des Einpressvorganges in fünf einzelne Phasen nötig, u. zw. :
1. Phase : Es wird kurzzeitig zwecks aus- giebiger Befeuchtung der Hohlräume Wasser mit mässigem Druck eingepresst und dann wieder abgelassen.
2. Phase : Die Einpressung von grobem
Füllmörtel wird ebenfalls mit geringem Druck bis zur Sättigung vorgenommen.
3. Phase : Die Einpressung wird unter Vermeidung einer Druckentlastung auf Feinmörtel bzw. später auf Zementmilch umgestellt und der Druck nach und nach bis zur Erreichung des vorgesehenen Höchstdruckes gesteigert.
4. Phase : Vor Beginn des Abbindens des Einpressgutes wird die Einpressung ebenfalls unter Vermeidung einer Druckentlastung auf Wasser umgestellt und bis zum vollzogenen Abbinden und ausreichenden Erhärten der Füllmasse fortgeführt, um damit die bedingungsgemässe Vorspannung des Kernringes zu gewährleisten.
5. Phase : Hochdrucknachhinterpressung mit Zementmilch oder einem anderen entsprechenden Dichtungsmittel, die der vierten Phase mit zeitlichem Abstand folgt, zwecks Ausfüllung allfälliger, vom Presswasser im Anschluss an die Einpressrohre f im Hinterpressraum c hinterlassener Hohlräume.
Für die Hinterpressung können auch Massen ohne hydraulische Eigenschaft, wie z. B. Bitumen, Lehm usw. verwendet werden.
Durch das beschriebene Hinterpressverfahren wird eine ausreichende statische Sicherheit gegen grossen Innen-und allfälligen Aussendruck bei entlasteter Stollenröhre erzielt. Dem Kernring e wird hiedurch eine Vorspannung gegeben, die das Auftreten von Zugspannungen und damit von Rissen unter der Wirkung des Betriebsdruckes verhindert. Im Zuge der Einpressung ist das Entstehen und Öffnen von Rissen im Beton des äusseren Ringes b, wie sie in den Figuren 3 und 4 (links) ersichtlich sind, bei dem Verfahren erwünscht, um dem Einpressgut den Weg bis zu den Klüften des umliegenden Gebirges a zu öffnen.
Zur Erleichterung des Mörtelflusses in die Hohlräume ausserhalb des Verkleidungsringes b dienen die Löcher i, die durch den Beton in den Felsen a hineingebohrt werden.
Durch das Hinterpressverfahren wird also die Umwandlung der Umhüllung des Kernringes e in eine dicht gepresste Masse erreicht, in der die Trümmer des äusseren Verkleidungsringes b nach seiner Zerreissung in Anlehnung an den Kernring e durch das Hinterpressgut fest verkittet sind.
Als Beispiel wird angeführt, dass bei einem lichten Durchmesser des inneren Ringes e und damit der fertigen Stollenröhre von 2-40 m, einem Aussendurchmesser von 2.
80 m entsprechend 20 cm Ringdicke, ein Vorspanndruck von 100 m Wassersäule eine Ringdruckspannung von
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verbleibt (näherungsweise Rechnung mit der einfachen Ringformel mit Vernachlässigung des Ring-Eigengewichtes und des Druckunterschiedes zwischen Sohle und Scheitel vorausgesetzt). Wenn nun dieser Stollen innen mit 116 m Wasser-
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Kernring e keine Zugspannungen auftreten, weil die
Ringspannung ungünstigstenfalls auf Null absinkt.
Wo der vorgesehene Vorspanndruck wegen zu starker Klüftigkeit des Gebirges a während der
Einpressphase 3 nicht erzielt wird bzw. gehalten werden kann und somit zwangläufig während der Phase 4 entsprechend grosse Wasserverluste in das Gebirge auftreten, sind die Voraussetzungen für den Einbau von bewehrten Torkretmanschetten r gegeben. Eine einwandfreie Grundlage für die Bemessung der Bewehrung s ist der Druckunterschied, um den der im Zuge der Einpressphase 3 an den Druckprüfem gemessene und somit tatsächlich erreichte Vorspanndruck hinter dem Sollvorspanndruck zurückbleibt. Die fehlende Vorspannkraft je Längeneinheit gleich Druckunterschied mal äusserem Durchmesser des Kernringes e muss durch die Eisenzugkraft der Manschette r je Längeneinheit ersetzt werden.
Da Eisen grundsätzlich nur in Zonen eingebaut wird, wo auf andere Weise die erforderliche Sicherheit der Auskleidung nicht erreicht wird und die Bemessung der Bewehrung s sich nach den tatsächlichen Erfordernissen richtet, ist beim beschriebenen Verfahren eine sparsame Inanspruchnahme von Eisen gewährleistet.
Das beschriebene Verfahren kommt ausser bei Druckstollen im Fels für jeden bei Wasserkraftanlagen praktisch vorkommenden Durchmesser, auch bei schrägen und senkrechtenDruckschächten in Betracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung von Druckstollen, Druckschächten od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass ein an das umhüllende
Gebirge anschliessender äusserer Verkleidungs- ring und weiters unter Belassung eines ring- förmigen Hohlraumes ein innerer Kernring hergestellt werden, worauf der Kemring durch
Einpressen einer Füll-und Dichtungsmasse in den zwischen ihm und dem Verkleidungsring gebildeten Hohlraum unter Vorspannung gesetzt wird, um Rissbildung im Kernring und damit
Wasserverluste bei der Unterdrucksetzung der
Stollenrohre wirksam zu verhindern.