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Verfahren und Einrichtung zur Dichtung von, betonverkleideten Druckstollen, Druck- schächten und Betonrohrleitungen bei wasserbaulichen Anlagen
Druckstollen und Druckschächte werden nach dem gegenwärtigen Stand der Technik in der Regel mit Beton ausgekleidet, um damit ausser einer glatten Wasserführung und einem Schutz gegen Gesteinsablösungen auch eine Dichtung der Gebirgsklüfte zu erreichen. Das Gebirge ist zwar in den Fällen, wo man Druckstollen und Druckschächte berechtigterweise ausführen darf, an sich imstande, den Innendruck des Wassers durch die Gesteinsüberlagerung aufzunehmen, doch erfolgt dies unter einer gewissen Dehnung der Aus- kleidung und des Gebirges. Eine unbewehrte Betonauskleidung ist aber infolge ihrer geringen Zugfestigkeit nicht befähigt, nennenswerte Dehnungen ohne Rissbildung zu ertragen.
Durch solche Rissbildungen und die im Gebirge mehr oder weniger immer vorhandenen Klüfte kann dann durch Druckwasser ins Freie oder in andere Teile des Gebirges verloren gehen, wodurch ausser den Wasserverlusten auch Gefahren durch Bodensetzungen und Bergrutschungen entstehen können. Wenn auch die meist engen und verzweigten Betonrisse den standfesten Zusammenhalt der Auskleidung in der Regel nicht gefährden, so ist doch bei höheren Wasserdrücken eine zusätzliche Sicherung aus obigen Gründen nicht zu umgehen.
Als bekannte Massnahmen dafür kamen bisher vor allem in Betracht bei Druckstollen : Innerhalb obengenannter Betonauskleidung die Herstellung eines Dichtungsmantels [Bitumenanstrich, Zement- putz, Schleuder- (Torkret) putz, eisenbewehrter Schleuderbeton- (Torkret) ring, Holzdauben oder Stahlblechauskleidung] ; bei Druckschächten : eine
Stahlpanzerung, wobei die Rohrschüsse satt ein- betoniert und sorgfältig hinterpresst werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das bei Druckstollen und-schächten eine unbe- wehrte Betonauskleidung befähigt, nicht nur als
Tragkörper für einen inneren Dichtungsmahtel, sondern selbst als solcher zu dienen. Sinngemäss ist es auch dazu verwendbar, Beton-bzw. Eisenbetonrohrleitungen, die unter der Wirkung des Innendruckes Haarrisse erleiden, abzudichten, wodurch man mit geringerer Bewehrungsstärke auskommt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die unter der Innendruckwirkung entstehenden Betonrisse im Stollen, Schacht oder Rohr bewusst zugelassen werden, dass an sich bekannte flüssige Dichtungsmittel als Aufschlämmungen, Emulsionen oder Lösungen an die Betoninnenfläche des unter Wasserfüllung gestellten Stollens, Schachtes oder Rohres herangeführt und dabei von dem an undichten Stellen austretenden Druckwasser in die unter dem herrschenden Innendruck geöffneten Betonrisse und Gebirgsklüfte hineingezogen und mitgenommmen werden, wodurch deren gewünschte Abdichtung erfolgt.
Die dichtende Wirkung kommt hiebei an allen denjenigen-und nur an diesen-Stellen zustande, wo tatsächlich Wasseraustritte erfolgen.
Wo solche nicht bestehen, erfolgt keine Dichtung ; sie ist dort aber auch nicht notwendig. Der Grundgedanke des Verfahrens ist also die künstliche Anwendung des bekannten natürlichen Selbstdichtungsvorganges.
Als Dichtungsmittel kommen vor allem in Frage : a) Aufschlämmungen feinverteilter bindiger Stoffe wie Ton, Gletscherschlick, Gesteinsbohrmehl u. dgl., allenfalls mit Zusätzen, um eine quellende Wirkung zu fordern. Dabei handelt es sich um ein allmähliches Verstopfen der Wasserablaufwege durch den Aufbau eines natürlichen Filters. b) Mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten angemachte Bindemittel wie Zemente oder wasserbindende Kalke, allenfalls in Verbindung mit
Zusatzstoffen wie Thurament, Trass, Tixoton, Plastiment, Sika u. s. c) Emulsionen von Bitumen od. ähnl. Stoffen, die durch geeignete Fällzusätze in einem vorher- bestimmbaren Zeitpunkt zum "Kippen" gebracht werden und dadurch Risse und Spalten mit dem ausfallenden Bitumen dichten.
Die Dichtungsmittel können je nach den be- sonderen Verhältnissen auch hintereinander oder nebeneinander verwendet werden, um ihre
Wirkung zu ergänzen und zu steigern, z. B. zuerst
Zementmilch für gröberen, dann Bitumen- emulsion für feinere Undichtheiten.
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Der einfachste derartige Vorgang zur Einbringung eines Dichtungsmittels, die Anreicherung des ganzen Wasserdurchflusses, würde eine sehr grosse Menge Dichtungsmittel erforden, die grösstenteils gar nicht zur Dichtungswirkung käme.
Durch das beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgende Unterdrucksetzen der ganzen oder mindestens einer grossen Stollen-, Schacht-oder Rohrstrecke ist man sicher, während des Dichtungsvorganges ganz oder nahezu die gleichen Ausweitungsverhältnisse der Risse und Klüfte vorwegzunehmen, wie sie im späteren Betrieb herrschen werden.
Die zugehörigen erfindungsgemässen Einrichtungen gestatten es, möglichst sparsam bemessene Mengen von Dichtungsmitteln in den unter Innendruck stehenden Druckstollen, Druckschacht oder Druckrohrstrang einzubringen und dort unter Vermeidung vorzeitigen Absetzens zum selbsttätigen Einziehen in Risse und Klüfte bereitzustellen.
In den Fig. 1-4 ist das Anwendungsbeispiel eines Druckschachtes, in den Fig. 5-8 dasjenige eines Druckstollens dargestellt.
Fig. l zeigt den Längsschnitt eines Druckschachtes bei einer Hoch-oder Mitteldruckanlage ; Fig. 2 ein zu dichtendes Teilstück dieses Druckschachtes mit den erfindungsgemässen Einrichtungen ; Fig. 3 einen Querschnitt hiezu nach Linie a-a der Fig. 2 ; Fig. 4 schliesslich eine wahlweise Abänderung der Dichtungseinrichtung der Fig. 1.
Fig 5 zeigt den Einlauf eines Druckstollens im Schnitt, Fig. 6 den Längsschnitt eines zu dichtenden Druckstollens mit Einlaufbauwerk und Übergang zum Druckschacht ; Fig. 7 ein zu dichtendes Stollenstück mit den erfindungsgemässen Einrichtungen, Fig. 8 schliesslich einen Querschnitt nach Linie b-b in Fig. 7.
In den massstabverzerrten Bauwerkslängsschnitten Fig. 1 und 6 bedeutet 1 den mit unbewehrtem Beton ausgekleideten Druckstollen, 2 das Speicherstauziel, 3 den Wasserschloss-Steigschacht, 4 die Wasserschloss-Oberkammer mit höchstem Wasserspiegelanstieg, 5 die Apparatekammer mit Absperrorgan (Drosselklappe, Schieber, Luftventil u. dgl.), 6 den Fenster-und Zugangsstollen, 7 den bloss mit unbewehrtem Beton ausgekleideten Druckschacht, 8 die Dränleitung (meist nur für Zwecke des Baues), 9 den wieder nur mit unbewehrtem Beton ausgekleideten unteren Druckstollen, 10 das Absperrorgan in der Verteilleitung, 11 den Berghang über dem Druckstollen bzw.
Druckschacht und 12 die unter der Wirkung des Innendruckes entstehenden Haarrisse in der Betonauskleidung sowie 13 die sich etwas erweiternden Klüfte im Gebirge, beide als Wasseraustrittswege wirkend.
Der Eintritt des Dichtungsmittels in Betonrisse und anschliessende Gebirgsspalten gent an der Innenleibung des Stollens, Schachtes oder Rohres vor sich. Diese muss daher im betreffenden Abschnitt von der Dichtungsflüssigkeit frei be- strichen werden können. Dazu dient ein im druckwassererfüllten Stollen, Schacht oder Rohr fahr- barer Dichtungswagen 14 mit dem Ringraum 15, der die Dichtungsflüssigkeit an die wechselnden Innenleibungsflächen heranführt. Der Dichtungsvorgang erfolgt dabei entweder abschnittsweise während Haltezeiten oder fortlaufend während der Verfahrung. Der Ringraum 15 wird aussen durch die Betonauskleidungs-Innenleibung, innen durch die Aussenfläche des Dichtungswagens, an den Stirnseiten durch ringförmige Abschlusswände mit Schleifdichtungen 16 gebildet.
Die Lichtweite des Ringraumes wird so klein als möglich, etwa mit 10-15cm zu wählen sein. Seine Länge steht zur Lichtweite des Druckstollens bzw.-schachtes in angemessenem Verhältnis z. B. 4 : 1. Je länger der Ringraum ist, umso rascher kann die ganze Länge gedichtet werden, um so schwerer wird aber der Dichtungswagen und um so mehr Dichtungsflüssigkeit bleibt unter Umständen unausgenützt.
Die Stirnwände 16 mit Schleifdichtungen, die den Ringraum auf beiden Seiten nach dem Druckstollen bzw.-schacht hin begrenzen, bestehen nach bekannten Mustern z. B. aus anpressenden Gummileisten, federnden Schleifblechen mit Lederbesatz od. dgl. Im Ringraum kann der gleiche Innendruck gewählt werden wie er im Druckstollen, Schacht oder Rohr bei der betreffenden Wasserfüllung an dieser Stelle herrscht ; dann brauchen die Stirnwände 16 keinen einseitigen Wasserüberdruck auszuhalten, sondern sollen diesfalls nur verhindern, dass beim Flüssigkeitsaustritt aus dem Ringraum in die Betonrisse das Nachströmen aus dem Stollen-, Schacht-bzw.
Rohrwasser erfolgt, statt aus der Zuleitung oder dem Vorratsraum für die Dichtungsflüssigkeit.
Entsteht etwa gelegentlich ein geringer Druckunterschied zwischen der Wasserfüllung im Stollen usw. und dem Ringraum, so gleicht er sich durch hier unschädliche undichte Stellen der Stimdichtung von selbst aus. Es kann aber im Ringraum auch absichtlich ein gewisser Überdruck gegenüber dem Stollen, Schacht oder Rohr vorgesehen werden ; dann müssen die Stirnwände 16 diesem Überdruck standhalten und ihn abdichten.
Der Dichtungswagen ist mit Fahrrollen 17 ausgerüstet, z. B. je ein Paar flussaufwärts und flussabwärts. Sie können ausserhalb (wie in Fig. 2) oder innerhalb der Stirnwände liegen. Der freie Durchzugsraum 18 im Dichtungswagen hat die Aufgabe, bei der Verfahrung des Wagens das Wasser des Druckstollens,-schachtes oder-rohres durchstreichen zu lassen.
Enthält das Dichtungsmittel Feststoffe, die zum Absetzen neigen, wie das etwa bei Zement der Fall ist, so muss dem auf geeignete Weise vorgebeugt werden, insbesondere durch Erzeugung einer umwälzenden, im Ringraum nach aufwärts gerichteten Bewegung der Dichtungsflüssigkeit, z. B. mittels Pumpe, Wasserschnecke, Druckluft u. ähnl. (Umwälzgerät 21). Zu seinem Antrieb, allenfalls auch zum Fahren des Dichcungswagens,
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kann ein im Wasser laufender Elektromotor 19 dienen. Als Umwälzgerät ist auch ein im Durchzugsraum 18 eingebauter Wasserflügel (Propeller) denkbar, dessen zwangsläufige Drehung zur Erzeugung der Umwälzbewegung verwendet wird.
An der tiefsten Stelle des Ringraumes 15 ist ein mittels Zugdrahtes oder elektrisch lösbares Bodenventil 20 vorgesehen. Das Zulaufrohr 22 führt aus dem Ringraum 15 zum Umwälzgerät 21, das Rücklaufrohr 23 vom Umwälzgerät 21 in den Ringraum 15 zurück. Eine Kabel-und Schleifleitung 24 dient zum Antrieb des Motors 19.
Für die Zubringung des Dichtungsmittels zum Dichtungswagen sind verschiedene Wege denkbar, z. B. : Die Zuleitung kann mittels Schläuchen geschehen, die während der Verfahrung aufgerollt werden. Oder sie kann, wie beispielsweise in Fig. 1, 2 und 4 angedeutet, mittels einer aus Einzelrohren zusammengesetzten Rohrleitung 25 erfolgen, die im Stollen-, Schacht-oder Rohrinnern mit dem Dichtungswagen auf-oder abwärts verfahren wird. Ihr jeweils oberstes, als Einlauf beniitztes Rohrstück wird dabei ausserhalb des wassererfüllten Raumes ab-bzw. zugebaut. Oder sie kann mittels einer im Stollen, Schacht oder Rohr verlegten Rohrleitung mit Entnahmestelle erfolgen, aus denen das Dichtungsmittel auf geeignete Weise in den Dichtungswagen über- nommen wird.
Oder der Dichtungswagen kann, wie in Fig. 7 dargestellt, einen Vorrat des Dichtungsmittels mit sich führen und nach dessen
Verbrauch jedesmal an das eine Ende des Stollens,
Schachtes oder Rohres zur Wiederauffüllung heranfahren. Oder die Dichtungsflüssigkeit karn ihm mittels eines Zubringerwagens zugefahren und auf geeignete Weise übergeleitet werden.
Schliesslich kann das Dichtungsmittel auch im
Dichtungswagen selbst in fester Form mitgeführt und dort auf mechanischem Wege laufend an- gemacht werden.
Das Zuleitungsrohr 25 zur Zuführung der
Dichtungsflüssigkeit aus einem Vorrats- behälter 29 a oder einem Vorratsraum 29 b in den Ringraum 15 kann je nach dem Anwendungs- fall lang oder kurz sein : im Anwendungsbeispiel der Fig. 1-4 (Druckschacht) sind es Rohre von der Gesamtlänge der Dichtungsstrecke, beim Bei- spiel einer Druckstollendichtung mit Vorratsraum im Dichtungswagen (Fig. 4-8) handelt es sich um eine nur ganz kurze Rohrverbindung. Im ersteren Falle werden die Zuleitungsrohre in der
Regel auch zugleich zum Verfahren des am untersten Rohrstück angehängten Dichtungs- wagens dienen. Wird dagegen ein am Wagen selbst angreifendes Zugseil 26 verwendet, so werden die Rohre beim Verfahren des Dichtungs- wagens auf der Betonsohle lediglich mitver- schoben.
Soll ein Druckschacht zu seiner Dichtung wie in Fig. l nur bis zur Sohle des oberen Krümmers gefüllt werden, so kann jeweils das oberste Zu- leitungsrohr ohne Stopfbüchse innerhalb des Krümmers von einer Arbeitsbühne aus abge- nommen werden. Wird der Schacht jedoch bis zum Speicherspiegel 2 voll gefüllt, so durchfährt das jeweils oberste Zuleitungsrohr die obere Wand des Krümmers mittels Stopfbüchse (Fig. 4), so dass ein der Wagenlänge entsprechender Vorschub in die Apparatekammer 5 hinein erfolgt.
Das allfällige Zugseil 26 wird mittels der Seilwinde 27 aufgewunden, die (Fig. 1-3) entweder offen in der Apparatekammer) oder (Fig. 4) ausserhalb des Krümmerrohres in der Apparatekammer aufgestellt wird ; ihre Welle durchbricht diesfalls mittels Stopfbüchse die Krümmerrohrwand und wird von aussen her angetrieben. Die Winde ist mit Teufenzeiger ausgerüstet.
Ein in der Zuleitung 25 eingebautes Durch- flussmessgerät 28 (Messflügel, Staurohr od. dgl.) gestattet die laufende Messung und Fernregistrierung der in den Ringraum nachströmen- den Dichtungsflüssigkeit. Der Vorratsbehälter 29a für die Dichtungsflüssigkeit kann, wie in Fig. l bis 4, ausserhalb des Stollen-oder Schachtwasserraumes stehen, oder, wie in Fig. 7, als Vorratsraum 29b innerhalb des Dichtungswagens.
Wenn die Dichtung unter einem Druck erfolgen soll, der den im Druckstollen, Druckschacht oder Rohrstrang an der Stelle des Dichtungswagens herrschenden Innendruck übersteigt (und nur in diesem Falle), so dient die Pumpe 30 zum Einpressen der Dichtungsflüssigkeit in die Zuleitung 25. Soll der Wasserinhalt des Druckstollens, Druckschachtes oder Leitungsraumes zwischen einer oberen und unteren Absperrung künstlich unter Druck gesetzt werden, so dass also z. B. bei tatsächlicher Wasserfüllung nur bis zum oberen Krümmer trotzdem ein dem künftigen Stauziel 2 entsprechender Innendruck 1 erreicht wird, so wird das mit der Pumpe 31 bewirkt. Wahlweise hiezu kann eine Rohrleitung 32 am Berghang 11 (Fig. 5) als Standrohr bis über die Höhe des Stauspiegels 2 oder des höchsten Wasserschlossspiegels 4 hochgeführt und dann an
Stelle der Pumpe 31 verwendet werden.
Zum Wassemachfüllen ist das Standrohr zweckmässiger- weise an einen Bach anzuschliessen. Das Wasser- schloss 3 oder ein Einlaufschützenschacht 32-. - in
Fig. 6 kann ebenfalls als Standrohr dienen.
Beim Anwendungsfall eines Druckstollens (Fig. 5-8) ist beispielsweise ein Kolben 33 mit
Umfangsführung und-dichtung vorgesehen, der den Vorratsraum 29b vom offenen Wasserraum im Stollen oder Schacht trennt. Tritt aus dem
Ringraum Dichtungsflüssigkeit in die Betonrisse ein, so folgt der Kolben durch den in Entstehung begriffenen Druckunterschied ständig der Grenze zwischen dem sich verkleinernden Vorrats- raum 29b und dem nachrückenden offenen
Wasser, wird also selbsttätig jeweils in diejenige
Stellung im Innern des Dichtungswagens ge- schoben, bei der Druckgleichheit zum Ringraum herrscht.
Im Beispiel der Fig. 5-8 soll das Nachfüllen der Dichtungsflüssigkeit beim Stollenabschluss 34 (Schütze, Dammtafel, wieder zu entfernendes
Betonkugelgewölbe od. dgl.) erfolgen. Dazu dient
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das Übernahmerohr 35 mit Fangvorrichtung (ge- lenkiger Trichter od. dgl. ) und Rückschlagventil oder-klappe, sowie das durch den Stollen- abschluss 34 hindurchführende Übergaberohr. ? C in den herangefahrenen Dichtungswagen. Während des Einpumpens schiebt sich der Kolben 33 in seine entfernteste Stellung zurück, den Vorrats- raum 29b freigebend. Im Vorratsraum 29b ist ein eigenes Umwälzgerät 38 eingebaut.
Die Wirkungsweise der Erfindung geht aus der vorangehenden Beschreibung der Einrichtung be- reits hervor. Es sei nur hervorgehoben, dass mit einer Feststellung besonders undichter Stellen mit
Hilfe des Dichtungswagens begonnen wird. Dazu wird er z. B. in einem Druckschacht am Zugseil 26 (ohne die Zuleitungsrohre 25) an das untere Ende der betonverkleideten Schrägstrecke gefahren.
An das Ansatzrohr des Dichtungswagens, durch das sonst die Zuleitung 25 eintritt, wird hier das Durchfiussmessgerät 28 angesetzt, durch das Druck- schachtwasser unmittelbar in den Ringraum ein- treten kann. Die Anzeige dieses Gerätes wird auf elektrischem Wege, etwa durch Mitbenützung des
Zugseiles, in die Apparatekammer gemeldet. Die in jeder Stellung des Dichtungswagens abzu- lesende Wasserdurchtrittsmenge gibt unmittelbar die Wasserverluste im betreffenden Druckschacht- abschnitt an. Je nach der Grösse dieser Verluste wird man entscheiden, welches der in Betracht kommenden Dichtungsmittel am besten geeignet ist, und ob man etwa mehrere Dichtungsmittel nacheinander verwenden will, z. B. zuerst
Zementmilch zum Dichten gröberer Austritts- stellen und dann Bitumenemulsion oder Schlick- aufschlämmung zum Dichten von Feinrissen.
Dieser Vorgang kann übrigens auch angewendet werden, wenn Zementeinpressungen bisher üblicher Art vorgesehen sind.
Bezüglich der Anwendung des Verfahrens bei
Betonrohrleitungen sei noch folgendes bemerkt : Übersteigt der Innendruck die zulässige Zug- beanspruchung des Betons, so muss zur Aufnahme der Ringzugkräfte eine Eisenbewehrung eingelegt werden. Bemisst man sie nach den üblichen
Eisenbetonformeln, bei denen der Beton mit ge- rissener Zugzone zugelassen wird, so wird zwar die zulässige Eisenspannung ausgenützt, der
Beton des Rohres erleidet aber Haarrisse. Will man sie zwecks Wasseidichtheit vermeiden, so dürfte man die Bewehrung nur mit dem rund zehnfachen der Betonfestigkeit beanspruchen, d. i. etwa mit 200 kgfcm2. Dichtet man dagegen die bei voller Ausnützung der Eisenspannung ent- stehenden Haarrisse nach dem gegenständlichen
Verfahren, so kann das Eisen voll mit etwa
1200 kg, cm2 beansprucht werden.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass bisher in vielen Anlagen beträchtliche Mengen an Stahl und zugehörigen Arbeitsstunden für die Bewehrung des Stollenauskleidungsbetons, für die
Panzerung von Druckschächten oder für ähn- liche Massnahmen aufgewendet wurden, die viel- leicht nur zum Teil oder gar nicht notwendig ge- wesen wären, wenn man undichte Stellen einer ohne Bewehrung oder Panzerung ausgeführten Betonauskleidung hätte finden und dichten können. Um Misserfolgen vorzubeugen, musste man sich aber vorsichtshalber meist zu diesen grossen Aufwendungen entschliessen. Demgegenüber erleichtert und rechtfertigt das erfindungsgemässe Verfahren bei Druckstollen und Druckschächten den Entschluss, lediglich eine unbewehrte bzw. ungepanzerte Betonauskleidung vorzusehen.
Bei Eisenbetonrohrleitungen kann die Bewehrung anbetrachts der Abdichtung entstehender Haarrisse voll beansprucht und daher weit sparsamer bemessen werden.
Ausser diesen unmittelbaren, unter Umständen sehr ansehnlichen Aufwanderspamissen ergibt sich gegebenenfalls eine Vereinfachung der Gesamtanlageverhältnisse durch den Entfall von Sperrenkraftwerken am Fusse von Grossspeichem, die sonst zur Entlastung des anschliessenden Druckstollens angeordnet werden mussten. Weiters wird die Betriebssicherheit bei Druckschächten ohne Blechpanzerung durch den Wegfall der Einbeulungsgefahr bei rascher Entleerung erhöht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Dichtung von betonverkleideten Druckstollen) Druckschächten und Betonrohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass bekannte flüssige Dichtungsmittel als Aufschlämmungen, Emulsionen oder Lösungen mittels besonderer Einrichtungen an die Betoninnenleibung des unter Wasserfüllung gestellten Stollens, Schachtes oder Rohres herangeftihrt werden, von wo sie an undichte Stellen durch die dortigen Wasseraustritte selbsttätig in die infolge des Innendruckes offenstehenden Betonhaarrisse und Gebirgsklüfte mitgenommen werden, wodurch deren Selbstdichtung erfolgt.