Nachgiebiger Tunnel- oder Stollenausbau Die vorliegende Erfindung betrifft einen nachgiebi gen Tunnel- oder Stollenausbau.
Es ist üblich bei Antreffen von schlechtem Gestein oder auch von Lockermaterial im Stollen-, Schacht- und Tunnelbau das Ausbruchprofil mit Stahlbogen und Stahlrahmen zu sichern.
Zu diesem- Zweck . werden Stahlkonstruktionen im Ausbruchprofil eingebaut und der Fels wird auf dieselbe, sei es direkt, sei es mittels Stahlspitzen mit Ausfutterung aus Holz, Steinen oder Beton, abgestützt. Es wird ein möglichst starres Gebilde angestrebt, das zur Aufnahme des ganzen Bergdruckes bestimmt sein soll.
Neuere theoretische und wissenschaftliche Untersu chungen auf dem Gebiet der Felsstatik um einen Hohl raum führen zur Erkenntnis, dass dieses Vorgehen grundsätzlich unzweckmässig ist.
Dadurch, dass man dem Fels keinen Platz zur Ver formung gibt, verhindert man die Entstehung des soge- nannten Schutzgewölbes, also der plastischen Zone, wel che als Zwischenglied zwischen Auskleidung und. unbe rührtem Fels wirkt und welche dazu dient, die vom Tragwerk ausgeübten Kräfte zu vergrössern bis sie die ganze Felsmasse tragen können.
Für den Ausbau von Gruben im Bergbau sind schon nachgiebige bogenförmige Streckenstützen bekannt ge worden. Eine solche Streckenstütze besitzt zwei Stahl profile-Bogensegmente, die an ihren oberen Enden ge lenkig miteinander verbunden sind und die mit ihren unteren Enden in am Boden abgestützte Blechkästen eingreifen. Zwischen den unteren Enden der Segmente und den Blechkästen ist jeweils ein Keil eingesetzt, wo bei die Segmente bis zu einer Arretierung in die Blech kästen einsinken können.
Ein Ausbau mit Stützen dieser Art ist teuer und kommt nur im Bergbau in Frage, wo das Gebirge morsch ist und viel nachgibt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun einen Aus bau für Tunnel oder Stollen zu schaffen, der entspre chend den neuesten Untersuchungen ausgebildet ist und den Verformungen des Gesteins genau angepasst werden kann und auch zum Einbau in relativ festem Gestein, wo kleine Deformationen entstehen, geeignet ist.
Der erfindungsgemässe Tunnel- oder Stollenausbau zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Tragwerk selbst ein oder mehrere nachgiebige Elemente eingesetzt sind. Die nachgiebigen Elemente werden zweckmässig dort eingebaut, wo die grössten Deformationen zu er warten sind.
Damit sind die auf das Tragwerk effektiv wirkenden Druckbelastungen kleiner und somit kann eine wirt- schaftlichere, leichtere Konstruktion gewählt werden.
Mit entsprechender Ausbildung der nachgiebigen Elemente ist es möglich, die auf das Tragwerk wirkende Kraft besser zu verteilen und somit die maximale Bean spruchung der Stützprofile herabzusetzen.
Die vom Ausbau auf das Gebirge ausgeübten Kräfte können besser verteilt werden, so dass ein gleichmässi- geres, uns günstigeres Gleichgewicht des Gebirges er reicht wird.
Durch die Messung der Verformung der nachgiebi gen Elemente kann die Grösse des Bergdruckes ermittelt oder mindestens mit Leichtigkeit abgeschätzt werden.
Nachstehend ist der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Stollen mit einer bogenförmigen Tragkonstruktion; Fig.2 einen Querschnitt durch einen Stollen mit einer ringförmigen Tragkonstruktion; Fig. 3 a-k Anordnungen verschiedener nachgiebiger Elemente auf dem Aussenumfang eines Tragwerkes;
Fig. 4 a-h Anordnungen verschiedener nachgiebiger Elemente an den Fussenden eines Tragwerkes, Fig. 5 a-g Anordnungen verschiedener nachgiebiger Elemente in einem Tragwerk selber, wobei in den Fig. 3-5 jeweils nur der an das nachgiebige Element an grenzende Bereich des Tragwerks dargestellt ist.
Die dargestellte bogenförmige Stütze 1 des Stollen ausbaus gemäss der Fig. 1 besitzt zwei Segmente 2 und 3, beispielsweise aus Doppel-T-Stahlprofil, die über ein nachgiebiges Element 4 miteinander verbunden sind. An ihren Fussenden stützt sich die bogenförmige Stütze 1 über je ein weiteres, nachgiebiges Element 5 auf das Ge stein 6 ab. Zwischen der bogenförmigen Stütze 1 und dem Gestein 6 liegt ferner Packholz 7 und/oder eine Ausfutterung 9 aus Beton. Im oberen Bereich der Stütze 1 oder des Tragwerkes sind zwischen dem Packholz und der Ausfutterung noch Stahlspitzen oder Planken 9 ein gesetzt.
Auf dem äusseren Umfang des Bogensegmentes 3 ist ein sich längs seinem gesamten gebogenen Bereich verlaufendes elastisches Element 10 aufgesetzt. Auf dem äusseren Umfang des Bogensegmentes 2 sind an zwei Stützstellen zwei kurze nachgiebige Elemente 11 aufge setzt.
Die Fig. 2 zeigt eine ringförmige Stütze 12 eines wei teren Stollenausbaues. Die Stütze 12 ist aus drei Segmen ten 13, 14 und 15, beispielsweise aus Doppel-T-Stahl- profil, zusammengesetzt, die jeweils über ein nachgiebi ges Zwischenelement 16 miteinander verbunden sind. Auch hier liegt zwischen der Ringstütze 12 oder dem Tragwerk und dem Gestein 6, Packholz und eine Aus- futterung aus Beton und dgl., wobei zwischen Ausfut- terung und Tragwerk wiederum Stahlspitzen oder Plan ken eingesetzt sind.
Auf dem Aussenumfang des oberen Ringsegmentes 15 ist ein längs demselben sich erstrek- kendes nachgiebiges Element 17 aufgesetzt. Auf dem Aussenumfang des Ringsegmentes 13 sind an den drei Stützteilen kurze nachgiebige Elemente 18 aufgesetzt.
Selbstverständlich könnten auch mehr oder auch we niger oder an anderen Stellen nachgiebige Elemente vor gesehen werden, als in den Ausführungsbeispielen dar gestellt ist.
Das auf dem Bogensegment 3 aufgesetzte nachgie bige Element 10, und die beiden auf dem Bogensegment 2 aufgesetzten nachgiebigen Elemente 11 gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1, sowie das auf dem Ringsegment 15 aufgesetzte nachgiebige Element 17 und die drei auf dem Ringsegment 13 aufgesetzten nachgie bigen Elemente 18 können ausgebildet sein, wie in den Fig. 3 a-k, die verschiedene Varianten im Querschnitt zeigen, dargestellt ist. Mit 19 ist in dieser Fig. die im all gemeinen nur teilweise dargestellte bogen- oder ringför mige Stahl-Stütze bezeichnet.
Die Ausbildung der nachgiebigen Elemente kann verschiedenartig sein.
Beispielsweise können in Blechen eingeschlossene und in diesen, wenn notwendig eingeklebte Platten oder Blöcke aus Kunststoff in Frage kommen, die dem vorge sehenen Zweck entsprechende Festigkeiten und Verfor- mungseigenschaften aufweisen.
Durch richtige Auswahl des Produktes und der Form der Druckkörper aus Kunststoff kann jede belie bige Verformungscharakteristik erreicht werden. Die Figuren 3 a-c zeigen Ausführungsformen dieser Art. Fig.3a zeigt einen auf den Aussenumfang der Stütze aufgesetzten Schaumstoff 20, der getränkt sein kann oder auch nicht und der mittels einer Blechummante lung 21 geschützt und an der Stütze befestigt ist.
Die Fig. 3 b-e zeigen Formstücke 22 aus Kunststoff, die entweder mit einer Blechummantelung (Fig. 3 b-d) oder ohne (Fig. 3e) auf dem Aussenumfang der Stütze 19 befestigt sind.
Ferner ist die Anwendung eines mit Flüssigkeit ge füllten Schlauches oder Sackes aus Gummi, Metall oder Kunststoffolie möglich, der sich dank kleiner Öffnungen im Laufe der Zeit entleert und somit die Verformung ermöglicht. Anstelle der Flüssigkeit kann auch eine pla stische viskose Masse oder sogar ein pulverförmiger Kör- per treten (Kolben-Zylinder, Sandtopf usw.). Die er- wähnten Öffnungen sollen u. U. nur bei Erreichen eines bestimmten Druckes aufgehen.
Bei dieser Lösung sind selbstverständlich die Verformungseigenschaften des Elementes nicht nur von der Kraft, sondern auch von der Zeit abhängig, was in bestimmten Fällen von Inter esse sein kann. Diese letzteren Ausführungsformen sind in Fig. 3f angedeutet, wo mit 23 der gefüllte Schlauch oder Sack und die Blechummantelung mit 21 bezeichnet sind.
Anstelle von Kunststoffen können, wie die Fig.3 g-k zeigen, die nachgiebigen Elemente ebenso gut aus Metall, wie z. B. Stahl, bestehende nachgiebige Teile 24 aufweisen, die in Form von Wellblechen, Walzprofilen, Rohren oder Buckelblechen usw. ausgebildet sind und die durch geeignete Formgebung und Auswahl des Stah les die gewünschte Verformungscharakteristik zu errei chen erlauben. Diese aus Metall bestehenden nachgie bigen Elemente können eine konstante oder eine ver änderliche Dicke haben.
Die Kombination im gleichen Verformungselement von verschiedenen der oben erwähnten Möglichkeiten (Kunststoff, Formblech, getränkter Schaumstoff, Flüs- sigkeitsschlauch usw.) ist denkbar und kann Vorteile bringen (kraftabhängige und zeitabhängige Verformung, automatische oder regulierbare Verformung).
Es wäre auch denkbar, dass das Stahlprofil der Stütze ;selbst an den gewünschten Stellen nachgiebig ausge führt wird. Im Falle eines Stahlausbaues können die nachgiebigen Elemente durch einfache Mittel wie mit einem Stahldraht, durch Abkanten der Ummantelungs- oder Profilbleche, durch Schweissen oder Schraubenbol zen an den Stahl-Stützen befestigt werden.
Sollte ein Holzausbau zur Anwendung kommen, so könnten die nachgiebigen Elemente allein durch Stahl draht und Nägel an den Holzstützen befestigt werden.
Bei der Verwendung von Stahlspitzen oder Planken 9 (Fig. 1) kann es nötig sein, über nachgiebige Elemente zu verfügen, die eine genügende seitliche Festigkeit auf weisen, um die Schläge beim Eintreiben der Stahlspitzen aufnehmen zu können. Dies kann mit der Ausführungs form gemäss der Fig. 3d erreicht werden.
Die unter den Füssen der bogenförmigen Stütze 1 der Fig. 1 eingebauten nachgiebigen Elemente können ausgebildet werden wie in den Fig. 4 a-h, die mehrere Varianten im Schnitt zeigen, dargestellt ist. Mit 25 ist jeweils der teilweise dargestellte untere Bereich der Stütze 1 bezeichnet. Am Fuss der Stütze ist jeweils eine Metallplatte 28 angebracht, an welcher das nachgiebige Element in ähnlicher Weise wie schon oben erwähnt, befestigt ist.
Das nachgiebige Element kann dabei auch wieder einen in einem Blechmantel eingeschlossenen Schaum stoff (Fig. 4a), einen Flüssigkeitsbalg mit Auslassöffnun- gen (Fig.4b), eine oder ein in einem Blechmantel ein geschlossene Flüssigkeit, viskose Masse bzw. Pulver auf weisen, wobei in der Platte 26 Auslassöffnungen vorge sehen sind (Fig. 4c), einen deformierbaren Metallteil wie z. B.
Rohre (Fig. 4d), profiliertes Blech (Fig. 4e und f), Walzprofil (Fig.4g) oder ein Formstück aus Kunststoff (Fig. 4h) aufweisen.
In ähnlicher Weise sind auch, wie aus den Fig. 5 a-f hervorgeht, die nachgiebigen Elemente 4 (Fig. 1) und 16 (Fig. 2) in den Stossfugen der Segmente der Stützen aus gebildet und eingebaut.
Die einander gegenüberliegenden Stirnenden der Segmente der Stützen weisen jeweils eine Platte 27, 28 auf (Fig. 5 a-c und f) zwischen denen sich zusammendrückbare Masse aus Schaumstoff oder ein Formstück aus Kunststoff eingebaut ist oder das eine Ende weist eine Stahlbüchse 29 auf, in welcher die Plat te 28 verschiebbar gelagert ist (Fig. 5d, e und -g). Zwi schen der Platte 28 und der Büchse 29 können auch wieder durch wenn nötig regulierbare Auslassöffnungen nach aussen drückbare Medien (Fig. 5d und e)
oder ein gewelltes Stahlblech (Fig. 5g) vorgesehen werden.
Wo dies nötig ist, wird zur Aufnahme der Querkraft die Stahlbüchse entsprechend steif und dick ausgebildet (Fig. 5e und g). Man kann jedoch diesen Zweck auch durch Anbringung von Führungsschienen 30 (Fig. 5b, c und d) erreichen. Die Fig. 5c stellt dabei einen Schnitt längs der Linie c-c in Fig. 5b dar.
In Fig. 5b und c sind die Führungsschienen 30 an einem Segment ange- schweisst und am anderen Segment mittels sich durch Längsschlitze erstreckende Schraubenbolzen verschieb bar geführt und in Fig. 5,d sind die Führungen 30 an einem Segment fest angebracht und wirken mit der Innenfläche der Stahlbüchse 29 zusammen.