Panzerung für Wasser-Druckstollen und Verfahren zur Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Panzerung für Wasser-Druckstollen. Es ist bekannt für Wasserkraftanlagen Stollen im Fels mit einem Stahlrohr zu verkleiden und dieses mit Beton zu hinterfüllen. Nur bei sehr günstigen Verhältnissen, wenn sich beispielsweise kein Gebirgsdruck auswirken kann sowie guter und wasserdichter Fels ansteht, kann auf eine solche Stahlrohrauskleidung verzichtet werden.
Die mit Beton hinterfüllte Rohleitung muss dann dem inneren Wasserdruck, dem äusseren Wasserdruck und dem äusseren Bergdruck standthalten. Bei der Betonierung entstehen aber zwischen Betonmantel und Gebirge unvermeidliche Hohlräume, die durch das Einpressen von Zementmilch ausgefüllt werden müssen.
Diese bekannten Massnahmen erweisen sich jedoch als ungenügend bei stark zerklüftetem, nachgiebigem und wasserdurchlässigem Fels, insbesondere dann, wenn der Bergdruck infolge Verschiebung stark ansteigen könnte. Auch wenn der äussere Wasserdruck von vornherein zu hoch ist, können die einfachen Rohre nicht als Panzerung eingesetzt werden und zwingen oftmals, den Verlauf der Rohleitung in einer kostspieligeren Variante zu projektieren.
Man hat bereits den Vorschlag gemacht, einen Druckstollen mit einem doppelten Stahlrohr auszukleiden und die Zwischenräume zwischen den Rohren und dem Fels mit Beton auszufüllen. Es wird damit angestrebt, wesentliche Anteile sowohl des inneren als auch des äusseren Wasserdruckes vom Verband der Doppelrohre mit der druckfesten Beton-Zwischenschicht aufzufangen, während die äussere Betonschicht primär dem äusseren Bergdruck standhalten muss. Hierbei wird der Innendruck etwa hälftig vom Doppelpanzerrohr-Verband und dem Fels aufgenommen. Das Innenrohr und das Aussenrohr wirken hierbei in ungefähr gleichen Verhältnissen bei der Aufnahme des Druckes mit.
Entsprechend dem Vorschlag wurden für das innere und das äussere Rohr ein guter Baustahl mit mittlerer Zugfestigkeit verwendet. Versuche ergaben jedoch, dass bei Innendruck das innere Rohr 200/0 mehr deformiert als das Aussenrohr. Beide Rohre und das Betonzwischenrohr sind auf Weitung durch den Innendruck beansprucht und müssen arbeiten; wegen der ungleichen Deformation kann das aber durch Rissbildung zur Zertrümmerung der anhaftenden steifen Mörtelfüllung führen, worauf dann das Zusammenfalten des Doppelrohres bei entleerter Leitung unter Einwirkung des äusseren Wasserdrucks erfolgen kann. Dieses Risiko erscheint so nachteilig, dass es die Anwendung von Doppelrohren der bereits vorgeschlagenen Art weitgehend ausschliessen kann.
Es wird nun eine Panzerung vorgeschlagen, mit der die vorgenannten Nachteile überwunden werden und die ausserdem besonders vorteilhaft hergestellt und montiert werden kann. Diese Panzerung für Wasser Druckstollen, welche zwei koaxial angeordnete Stahlrohre unterschiedlichen Durchmessers aufweist, wobei der Raum zwischen dem inneren und dem äusseren Rohr mit einem druckfest gebundenen und erhärteten Material ausgefüllt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr aus einem Stahl mit hoher Streckgrenze besteht und eine grössere Wandstärke besitzt als das Aussenrohr, welches aus einem Stahl mit geringerer Streckgrenze besteht, und dass die Zwischenfüllung als starres, mit dem Innenrohr fest verbundenes Rohr ausgebildet ist, gegenüber welchem das Stahl-Aussenrohr verschiebbar angeordnet ist.
In dieser Weise wird der äussere Wasserdruck durch den Verband, gebildet aus dem nachgiebiger hergestellten Aussenrohr und dem steifen, druckfesten Zwischenrohr sowie dem gleichfalls steifen Stahlinnenrohr abgefangen; auch bei entleerter Leitung ist dadurch ein Zusammenfalten wirkungsvoll verhindert.
Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Panzerung vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf das Innenrohr als Abstandhaltebügel und Armierung dienende Stabrundeisen aufgeklemmt werden, auf welche das Aussenrohr aufgescho ben wird, und dass der Zwischenraum zwischen dem äusseren und dem inneren Rohr unter Hochdruck mit plastisch abbindendem, druckfestem Material gefüllt wird, wobei die Innenfläche des Aussenrohres mit einer Schicht versehen wird, die das Haften des Mate rials verhindert.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines
Ausführungsbeispiels beschrieben, welches auf den an gehefteten Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Berg mit eingezeichnetem Druckstollen
Fig. 2 einen Querschrnttt durch den I > nickstollen
Fig. 3 eine vergrösserte Einzelheit aus Fig. 2
Fig. 4 wie Fig. 3 aber mit eingezeichneter Armierung
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil der Panzerung mit Längsarmierung
Fig. 6 wie Fig. 5 mit Längs- und Querarmierung und
Fig. 7 eine Variante.
In Fig. 1 ist ein 1800 m langer Druckstollen 1 für ein Kraftwerk dargestellt, der möglichst gradlinig durch den Fels 2 geführt wird. Auf der nicht masstäblichen Skizze sind proportional die Profile für das überstehende Gebirge 4, den inneren Druck 5 und den äusseren Druck 6 eingetragen. Daraus ist ersichtlich, dass der Aussendruck gemäss Profil 6 die Anwendung eines bekannten Druckstollens verunmöglicht.
Daher ist nun im Stollen eine Panzerung vorgesehen, die aus einem äusseren Rohr 7 und einem inneren Rohr 8 besteht, wobei zwischen den Rohren eine Betonfüllung 3 vorgesehen ist. Der Zwischenraum zwischen dem äusseren Rohr und dem aus dem Fels gehauenen Stollen ist mit Beton 9 ausgefüllt. Wesentlich ist dabei, dass das Innenrohr aus einem Stahl mit höherer Streckgrenze und mit grösserer Wandstärke als das Aussenrohr versehen ist. Im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel wurde ein Innenrohr aus einem Fein korustahl mit ca. 70 kg/mm2 Streckengrenze gewählt, der eine von oben gegen unten zunehmende Wandstärke von 7-16 mm aufweist. Das Aussenrohr 7 ist aus preisgünstigem Baustahl mit einer Streckgrenze von ca.
24 kg/mm2 hergestellt und besitzt eine Wandstärke von 6 mm. Zwischen die Rohre ist als 50 mm dicke Schicht ein sehr plastisch angemachter Betonschlamm 3 eingepresst, der mit besonders guter Druckfestigkeit und hohem Haftvermögen abbindet.
Gemäss Fig. 4 sind gebogene oder gewendelte Stabrundeisen 11 vorgesehen, die einerseits bei der Montage der Rohre als Abstandhaltebügel dienen und andererseits als Betonarmierung wirken. Es ist auch denkbar, gemäss Fig. 6 einzelne entsprechende gebogene Blechstücke 12 anstelle der Stabrundeisen 11 vorzusehen. Eine weitere Verstärkung ist mit eingesteckter Armierungseisen 13 (Fig. 6) denkbar.
Eine zusätzliche Längsarmierung kann durch achsenparallel verlaufende Bündel 15 gebildet werden, die, wenn hohe Beanspruchung zu erwarten ist, zweckmäs sigerweise vorgespannt werden können. Zu diesem
Zwecke ist ein fester und ein beweglicher Ring 16 vorgesehen, welch letzterer nach dem Verspannen der
Längsarmierung 15 mit dem Innenrohr haftfest verbunden wird. Die danach eingebrachte Betonzwischen schicht 3 bildet in dieser Weise ein starres, auch gegen Zugbeanspruchung belastungsfähiges Rohr, welches mit dem Stahl-Innenrohr fest verbunden ist. Das Aus senrohr ist an seiner Innenfläche mit bekannten Mit teln so behandelt, dass an ihm der Beton nicht haftet.
Der Herstellungsvorgang ist der folgende:
Die Leitung 1 wird im Herstellungswerk aus Teilstücken zu Rohrschüssen zusammengeschweisst, wobei sich die Länge derselben nach den Transport- und Montageverhältnissen richtet. Anschliessend werden vorgebogene oder gewendelte Stabrundeisen auf das Innenrohr aufgeklemmt und bilden so die Abstandhaltebügel, über die man das Aussenrohr schiebt, nachdem es gegebenenfalls an seiner Innenseite in der Weise vorbehandelt wurde, dass der Beton nicht haftet.
Dabei lässt man zunächst das eine Rohr etwas vorstehen, damit man am Montageort die einzelnen Rohrschüsse durch Schweissen verbinden kann. Neben den Abstandhaltebügeln werden einzelne Rohrschüsse mit dichtenden Sperringen zur Zonenaufteilung der Leitungsmantelung versehen. Ebenso werden nun die Längsarmierungen in den Zwischenraum eingebracht.
Nachdem nun am Montageort die einzelnen Rohrschüsse miteinander verschweisst sind, wird Betonschlamm mit Betonpumpen eingepresst. Gegebenenfalls kann ein profilierter Ring wie auf Fig. 7 dargestellt in dem Zwischenraum aufgelegt werden, mit dem man in bekannter Weise den eingebrachten Beton durch Vibrieren zusätzlich verdichtet. Wie bisher für einfache Panzerungen üblich, wird auch das vorgeschlagene Doppelrohr im Felsenausbruch einbetoniert, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Nach dem Abbinden entstehen zwischen dem äusseren Betonmantel und dem Fels un vermeidlich Hohlräume, die bisher durch nachträgliches Einpressen von Zementmilch ausgefüllt werden mussten. Die Rohre waren deshalb in regelmässigen Abständen mit Bohrungen versehen, die nach dieser Arbeit druckdicht geschlossen werden mussten.
Nunmehr ist es bei der vorgeschlagenen Panzerung nicht mehr notwendig, diese Hohlräume im äusseren Betonmantel auszufüllen. Bei der Leitung nach beschriebenem Beispiel kann dadurch die Montagezeit um 5 Monate gekürzt werden.
Mit der vorstehend geschilderten Panzerung wird der Vorteil erreicht, dass sich bei eventuell auftretenden Gesteinsverschiebungen oder bei Änderung der Druckverhältnisse das Aussenrohr gegenüber der Betonzwischenfüllung und dem Innenrohr nachgebend anlegen kann, wobei keine Gefahr der Schädigung des Betonzwischenrohres besteht.
Das Aussenrohr wird wasserdicht geprüft verlegt und da der Raum zwischen Innenrohr und Aussenrohr durch die Sperringe in wasserdichte Abschnitte unterteilt ist, kann nur ein kleiner Teil mit Sickerwasser vorlaufen, falls nach langen Jahren des Gebrauchs das Aussenrohr doch einmal undicht werden sollte. Wo noch zusätzlich gegen Zukunftsrisiken durch Sickerwasser gesichert werden soll, kann man eine kleine Stelle des Aussenrohres am unteren Teil eines Sperrabschnittes durch Anschliff etwas schwächen, so dass sich ein etwa aufbauender Druck einen Abfluss schaffen kann.
Die gleiche Doppelpanzerung kann auch vorteilhaft für Kavernen, Wasserschlösser und ähnliche Stollenbauten verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE
I. Panzerung für Wasser-Druckstollen, welche zwei koaxial angeordnete Stahlrohre unterschiedlichen Durchmessers aufweist, wobei der Raum zwischen dem inneren und dem äusseren Rohr mit einem druckfest gebundenen und erhärteten Material ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr aus einem Stahl mit hoher Streckgrenze besteht und eine grössere Wandstärke besitzt als das Aussenrohr, welches aus einem Stahl mit geringerer Streckgrenze besteht, und dass die Zwischenfüllung als starres, mit dem Innenrohr fest verbundenes Rohr ausgebildet ist, gegenüber welchem das Stahl-Aussenrohr verschiebbar angeordnet ist.
II. Verfahren zur Herstellung der Panzerung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Innenrohr als Abstandhaltebügel und Armierung dienende Stabrundeisen aufgeklemmt werden, auf welche das Aussenrohr aufgeschoben wird, und dass der Zwischenraum zwischen dem äusseren und dem inneren Rohr unter Hochdruck mit plastisch abbindendem, druckfestem Material gefüllt wird, wobei die Innenfläche des Aussenrohres mit einer Schicht versehen wird, die das Haften des Materials verhindert.
UNTERANSPRÜCHE
1. Panzerung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfüllung mit Längs- und Querarmierung versehen ist.
2. Panzerung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfüllung aus Beton, Druck-Mörtel oder aus Zement Kunstharzgemisch besteht.
3. Panzerung nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadruch gekennzeichnet, dass durch kreisringförmige Elemente zwischen Innenrohr und Aussenrohr wasserdichte Abschnitte gebildet sind.
4. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass vorgängig dem Einpressen der Zwischenfüllung zusätzlich vorgespannte Bündel von Längsarmierungen in den Zwischenraum eingebracht werden.
5. Verfahren nach Patentanspruch II und dem Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Zwischenraum eingepresste Material durch Einvibrieren verdichtet wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenrohr abschnittweise durch Anschleifen geschwächt wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.