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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sichern des Gebirges und des Ausbaus von Stollen, Tunnels u.dgl. durch Herstellen von Entlastungshohlräumen und Einbringen von Deforma- tionsrohren in diese Hohlräume.
Im Stollen- und Tunnelbau, Schachtbau, Kavernenbau und Untertagebau müssen häufig tief- liegende Tunnels, Stollen, Strecken und andere Hohlräume in schwierigem, schlechtem, druckhaf- tem Gebirge ausgebildet werden. Im Zuge eines Forschungsprojektes ("Deep mining project", Roest und Gramberg, 1981) wurde eine durch einen darunterliegenden Strebabbau gebirgsme- chanisch stark beanspruchte Förderstrecke mit Entlastungsbohrungen versehen, mit dem Ziel, eine Entspannung bzw. Druckentlastung des Gebirges rund um den Hohlraum zu erreichen. Bekannt ist auch, diese Entlastungshohlräume (Schlitze, Bohrlöcher u.dgl.) mit einem Material zu verfüllen, das eine gewisse Zusammendrückbarkeit bzw. Verformbarkeit besitzt. Dieses Verfüllungsmaterial erfüllt somit die Funktion eines Deformationskörpers.
Statt die Entlastungshohlräume zu verfüllen, kann aber auch das zwischen den Bohrlöchern übriggebliebene Gebirge diese Aufgabe der erwünschten grösseren Zusammendrückbarkeit (Deformation) erfüllen, und somit das rund um den Hohlraum liegende Gebirge spannungsmässig günstig beeinflussen. Dabei treten aufgrund des unter sehr grossem Überlagerungsdruck stehenden, schlechten und schwierigen Gebirges Proble- me auf, weil der vorherrschende, sehr hohe Gebirgsdruck (aufgrund von Störungszonen usw. ) oft innerhalb von wenigen Metern stark schwankt. Wird nun der Entlastungshohlraum mit einem Material verfüllt, das eine gewisse Zusammendrückbarkeit besitzt, so wird der wechselnde Gebirgsdruck stärker oder schwächer auf das verfüllte Material übertragen.
Einerseits kann es nun passieren, dass der Ausbauwiderstand des verfüllten Materials nicht ausreicht, um den jeweiligen Gebirgsdruck vollständig aufzunehmen ; anderseits setzt das verfüllte Material dem Gebirgsdruck auch einen zu hohen Ausbauwiderstand entgegen. Bei zu starkem, nicht vorhersehbarem Gebirgsdruck bzw. Gebirgsspannungen, der bzw. die nicht mehr völlig durch das deformierbare Verfüllungsmaterial aufgenommen werden kann bzw. können, besteht nun keine Möglichkeit mehr, diese Restspannungen bzw. Gebirgsbewegungen abzubauen, weil der Entlastungshohlraum bereits verfüllt und deformiert ist. Die zusätzlich eingebrachten Sicherungsmassnahmen (Anker, Spritzbeton, Stahlbögen, usw. ) erzeugen aber nur am Hohlraumrand einen Ausbauwiderstand, jedoch nicht direkt im verfüllten Entlastungshohlraum.
Auch werden durch das verfüllte Material, das unter hoher Gebirgsspannungsbelastung teilweise aus dem Entlastungshohlraum herausge- drückt wird, Scherspannungen und Risse rund um die Entlastungshohlräume erzeugt, die den segmentierten Gebirgstragring zusätzlich destabilisieren.
Die Erfindung zielt darauf ab, diesen Mangel zu vermeiden, und erreicht dies bei einem Verfah- ren zum Sichern des Gebirges und des Ausbaus von Stollen, Tunnels u.dgl. dadurch, dass in die Entlastungshohlräume als Deformationsrohre zylindrische, konische oder abgestufte über den Umfang geschlossene Rohre eingesetzt werden.
Durch den Einbau von Deformationsrohren wird erreicht, dass durch die Variation der Wand- stärken und Längen der Deformationsrohre bei wechselndem, sehr hohem, unvorhersehbarem Gebirgsdruck eine gezielte, kontrollierte und präzise Steuerung der Gebirgsspannungen bzw.
Konvergenzen möglich ist, weil der freie Deformationsraum innerhalb der Deformationsrohre als Sicherheitsreserve dient.
Nach einem anderen Erfindungsmerkmal werden in die Deformationsrohre weitere Deformati- onsrohre oder andere Rohre eingesetzt.
Bei zu grosser Konvergenzgeschwindigkeit können schon während der Deformation durch das wahlweise Einbringen weiterer Deformationsrohre kleineren Durchmessers in die Deformationsroh- re diese Restspannungen (Restkonvergenzen) direkt im entlastungshohlraum abgebaut werden. In die Deformationsrohre können auch andere Rohre (Injektionsrohre u. dgl.) eingebracht werden, um das bereits deformierte Rohr nachträglich leichter verfüllen zu können. Dadurch kann auch die Deformationsgeschwindigkeit und die Konvergenzgeschwindigkeit im Tunnelhohlraum selbst genau gesteuert werden, um keine zu hohen Konvergenzgeschwindigkeiten auftreten zu lassen, die den gesamten segmentierten Gebirgstragring auflockern, entfestigen und destabilisieren wür- den (bis hin zum Bruchfliessen des Gebirges, M. Herzog). Eine Auflockerung von 3% bewirkt bereits eine Entfestigung von 90% (L. Müller, 1964).
Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist also eine wirtschaftlichere Bemessung des Ver- und Ausbaues möglich.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal werden in die Deformationsrohre Stauchelemente
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eingesetzt.
Vorzugsweise werden die Deformationsrohre in an sich bekannter Weise mit einem deformier- baren Material teilweise oder vollständig gefüllt.
Durch den Einsatz von Stauchelementen oder Verfüllungen (mit einem Material wie z. B. Beton oder Zementsuspension, Harze, Kunststoffe, Schäume u. dgl.) werden die Restspannungen (Rest- konvergenzen) direkt im Entlastungshohlraum weiter abgebaut.
Es sei erwähnt, dass die AT 329 487 eine gelochte Hülse mit einem längsverlaufenden Spalt offenbart, die bei einem durch Injizieren von Zementbrei in ein Bohrloch zu befestigenden Bolzen als das Bohrloch ausfüllende Futterhülse verwendet wird, falls die Weite des Bohrloches in bezug auf die einzusetzende Verankerung etwas zu gross ist.
Die WO 88/02058 beschreibt einen röhrenförmigen Felsanker mit einer Bohrkrone, einer als Gewinde ausgebildeten Aussenfläche und einer zylinderförmigen Innenfläche eines Schaftes sowie im vorderen Abschnitt in der Nähe der Bohrkrone angeordneten durchgängigen Bohrungen, über die unter Druck eine Mörtelsuspension in das Bohrloch injiziert wird.
Die DE 2 105 888 betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Gesteinsformation, wobei in ein Bohrloch eine mit einer Verankerungsvorrichtung ausgestattete Gesteinsbolzenanordnung einge- setzt wird, die bis auf mindestens 67% der Streckfestigkeit des Bolzenschaftes vorgespannt wird, wobei die Gesteinsbolzenanordnung im Bohrloch einzementiert wird.
Bei dem vorstehend erörterten Stand der Technik soll die Gebirgsfestigkeit durch Einzementie- ren eines Bolzens bzw. einer Bolzenanordnung erhöht werden, während erfindungsgemäss durch den Einsatz zylindrischer, konischer oder abgestufter über den Umfang geschlossener Deformati- onsrohre Gebirgsdeformationszonen geschaffen werden, die gezielt und präzise verformt werden können.
Bei möglichst geringen Abständen zwischen den Deformationsrohren wird eine deformierbare Zone geschaffen, welche die Eigenschaft aufweist, gegenüber dem umgebenden, druckhaften Gebirge einen beinahe konstanten, kontrolliert steuerbaren Ausbauwiderstand entgegenzubringen.
Somit entsteht durch die Deformationsrohre eine homogenisierte Deformationszone. Wichtig ist dabei, dass das übriggebliebene Gebirge zwischen den Deformationsrohren beinahe keine Gebirgsspannungen aufnimmt, sondern die Gebirgsspannungen fast ausschliesslich durch die Deformationsrohre mit einer konstant spezifischen Zusammendrückbarkeit aufgenommen und abgebaut werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Deformationsrohr zur Durchführung des Verfahrens, das sich dadurch auszeichnet, dass es über seinen Umfang in an sich bekannter Weise mit regel- mässigen Wandschwächungsstellen und Durchbrechungen, vorzugsweise Schlitzen und/oder Löchern, versehen und vorzugsweise aus Stahl ausgebildet ist.
Nach einem anderen Erfindungsmerkmal sind die Durchbrechungen wie an sich bekannt als längliche Schlitze und/oder kreisrunde Löcher ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Vorderende des Deformationsrohres mit einer Bohrkrone versehen.
Häufig tritt bei schlechtem, schwierigen, sehr druckhaften Gebirge das Problem auf, dass die Entlastungsbohrlöcher durch herabfallendes Gesteinsmaterial von der Bohrlochwand verschüttet werden, noch bevor sie mit einem anderen Material verfüllt werden können. Auch dieses Problem wird durch das Einbringen von Deformationsrohren in die Entlastungshohlräume gelöst, weil schnellstmöglich ein gewisser Ausbauwiderstand gegenüber den Gebirgsspannungen aufgebracht werden kann.
Nachdem der Entlastungshohlraum hergestellt worden ist bzw. das Bohrloch gebohrt worden ist, kann daran gegangen werden, die Deformationsrohre möglichst rasch einzubauen. Dies kann entweder gleichzeitig mit dem Bohrvorgang geschehen (verrohrtes Bohren) oder unmittelbar danach mittels einer dafür adaptierbaren Bohrlafette. Wichtig ist, dass der Durchmesser der Defor- mationsrohre gleich oder unwesentlich grösser als der Bohrlochdurchmesser ist, damit zwischen Bohrlochwand im Gebirge und Deformationsrohraussenfläche ein optimaler Kontakt hergestellt wird und es somit zu keinen Hohlräumen zwischen Deformationsrohraussenfläche und Bohrlochwand kommt. Ebenso muss der Innenraum der Deformationsrohre frei von Gesteinsresten u.dgl. sein, um eine kontrollierte Deformation zu ermöglichen.
Die Erfindung und weitere Merkmale derselben werden nachfolgend an einem Ausführungs- beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : 1 einen schemati-
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sehen Schnitt durch ein Tunnel mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine Perspektiv- ansicht eines Deformationsrohres, und die Fig. 2a und 2b Details aus Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Tunnel T mit einer Spritzbetonsicherung T' und Felsankern F sowie Entlas- tungshohlräumen 1 dargestellt, in die Deformationsrohre 2 eingebracht sind. Die Deformationsroh- re 2 können verschiedene geometrischen Formen aufweisen (zylindrisch, konisch, abgestuft u.dgl.).
Das in Fig. 2 gezeigte Deformationsrohr 2 besteht aus einem Material, welches eine wesentlich höhere Festigkeit aufweisen kann, als das übrige Gebirge (z.B. Stahl jeglicher Qualität, Aluminium, Kunststoffe und ähnliches). Durch die geringe Stärke der Wand 2' wird die Funktion ermöglicht, in den freien hohlen Rohrinnenraum (Deformationsraum) gezielt hineindeformieren und so die auftre- tenden Gebirgsbewegungen kontrolliert abbauen zu können. Am vorderen Ende des Deformations- rohres 2, welches zuerst ins Bohrloch eingesetzt wird, kann eine Bohrkrone 3 od.dgl. befestigt werden, um im schwierigen Gebirge ein schnelleres Einbringen der Deformationsrohre 2 zu errei- chen.
Das hintere Ende des Deformationsrohres 2 kann mit einem Gewinde (od. dgl.) versehen sein, um das Deformationsrohr 2 mittels eines speziellen Adapters (auf einer Bohrlafette od. dgl.) leich- ter in den Entlastungshohlraum 1 einbringen zu können. Auch kann die Wandung 2' des Deforma- tionsrohrs 2 mit Schlitzen 4 und Löchern 5 jeglicher Art sowie Wandschächungsstellen 6 versehen sein, um bei zu schneller oder schon abgeschlossener Gebirgsdeformation etwaige noch vorhan- dene Hohlräume im Deformationsrohr 2 optional, vollständig oder teilweise zu verfüllen, und somit eine Gebirgsverfestigung und -stabilisierung zu erreichen.
Ebenso ist es möglich, die Wandstärke der Deformationsrohre 2 an verschiedenen Stellen dünner oder dicker zu gestalten, um den Deformationsvorgang und -zeitpunkt an bestimmten Bereichen des Deformationsrohres 2 gezielt einleiten und steuern zu können.
Der Deformationsvorgang der Deformationsrohre 2 kann auch durch Sprengladungen (schwach geladene Sprengschnüre etc. ), die an der Rohrinnenseite angebracht werden, kontrolliert eingeleitet werden. Als Anhaltspunkt für den Durchmesser der Deformationsrohre 2 sind 0,1 m zu nennen. Die Länge der Deformationsrohre 2, die Wandstärke der Deformationsrohre 2 und andere Kennwerte müssen individuell den auftretenden Gebirgsparametem angepasst werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Sichern des Gebirges und des Ausbaus von Stollen, Tunnels u.dgl. durch
Herstellen von Entlastungshohlräumen und Einbringen von Deformationsrohren in diese
Hohlräume, dadurch gekennzeichnet, dass in die Entlastungshohlräume (1) als Deforma- tionsrohre (2) zylindrische, konische oder abgestufte über den Umfang geschlossene Roh- re eingesetzt werden.