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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung stillgelegter, mit
Schüttgut
verfüllter
Schächte,
insbesondere Bergwerksschächte.
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Die
Sicherung solcher Schächte
ist notwendig, um Absenkungen der darüber liegenden Geländeoberflächen zu
verhindern. Problematisch ist, dass sich die zur Stabilisierung
in die Schächte
eingebrachten Schüttgutverfüllungen
mit der Zeit nach unten absetzen oder plötzlich nach unten abgehen können, was
erhebliche Sog- und Rückprallkräfte zur Folge
haben kann. Die Schächte
werden dadurch instabil und können
einstürzen.
Herkömmlich
werden die Schächte
zur Sicherung mit einer Betonplatte abgedeckt, die sich unterhalb
der Geländeoberfläche auf
den Schacht umgebendem festem Gebirge abstützt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Möglichkeit zu schaffen, Geländeoberflächen über stillgelegten
Schächten
gegen Senkungen zu sichern.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass schräg
von oben in vertikaler Projektion zueinander versetzt liegende Löcher gebohrt
werden und in die Bohrlöcher
zur Bildung den Schacht durchquerender, auf Biegung belasteter Träger Bewehrungen
und eine Zementsuspension oder/und Beton eingebracht werden und
sich die Träger
durch den gesamten Schacht hindurch und bis in den Schacht umgebendes
festes Gebirge erstrecken und sich mit beiden Enden auf dem Gebirge
abstützen.
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Die
Träger
verhindern ein Absacken Schüttguts
in dem über
ihnen liegenden Teil des Schachts und sichern den Schacht gegen
Einsturz.
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Das
Verfahren kann insbesondere zur Anwendung kommen, wenn das Gelände über ungesicherten
Schächten
bebaut worden ist, weil deren Existenz oder genaue Position nicht
bekannt war oder nicht berücksichtigt
wurde; in solchen Fällen wäre die oben
beschriebene Abdeckung eines Schachtes von oben nicht ohne baulichen
Eingriff in die bereits bestehenden Strukturen und daher nur mit großem Aufwand
möglich.
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Das
schräge
Bohren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ermöglicht
es, den Schacht zu sichern, ohne von einer direkt über ihm
liegenden Stelle aus auf ihn zuzugreifen, an der beispielsweise ein
Haus steht.
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Zur
Bildung der Träger
mit Beton werden normalerweise große Bohrlöcher mit einem Durchmesser
von 60 bis 120 cm gebohrt, die Bewehrungen in die Bohrlöcher eingeführt und
anschließend
der Beton eingebracht. Als Bewehrungen werden dabei in der Regel
Korbbewehrungen verwendet.
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Bei
Verwendung der Zementsuspension werden Bohrlöcher mit wesentlich geringerem
Durchmesser (bis zu 30 cm) als für
Beton gebohrt. Die Zementsuspension wird dann mit Hochdruck in die Bohrlöcher und
die Bohrlöcher
umgebendes Schüttgut
bzw. festes Gebirge gepresst. Sie bildet dann nach Verfestigung
des durchdrungenen Materials ein die Bohrlöcher umgebendes Betongestein.
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Zur
Herstellung der Träger
können
ferner Gewebeschläuche
in die Bohrungen eingebracht werden, die dann mit Niederdruck mit
Zementsuspension oder Beton gefüllt
und ausgedehnt werden. Durch die Ausdehnung der Schläuche wird
das umliegende Schüttgut
verspannt bzw. gepresst und bildet gemeinsam mit dem Betongestein
einen festen Körper.
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Nachdem
sich die durch Injizieren eingebrachte Zementsuspension bzw. die
Zementsuspension oder der Beton in den Gewebeschläuchen verfestigt
hat, werden in das gebildete Betongestein wiederum Löcher geringen
Durchmessers gebohrt, zur Erhöhung
der Biegesteifigkeit in diese Bewehrungen wie z. B. Stahlstangen
eingebracht und anschließend mit
Beton oder Zementsuspension verfüllt.
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Vorzugsweise
werden dabei Bewehrungen vertikal übereinander eingebracht. Durch
den Beton und die Verfüllung
sind diese Bewehrungen miteinander verbunden und können auf
die gleichen Weise wie die T-Stücke
von Doppel-T-Trägern
besonders hohe Biegebelastungen aufnehmen.
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Die
Bewehrungen weisen zumindest eine solche Länge auf, dass sie auf beiden
Schachtseiten in das feste Gebirge ragen. Im Regelfall erstrecken sie
sich über
die gesamte Länge
des Trägers.
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Gegebenenfalls
kann das Schüttgut
oberhalb der Bohrpfähle
zusätzlich
durch Injizieren von Zementsuspension verfestigt werden, um ein
Durchrieseln des Schüttguts
zu verhindern.
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Die
Stellen, von denen aus gebohrt wird und die Träger eingebracht werden, der
Bohrwinkel und entsprechend die Tiefe, in der die Träger dann
in dem Schacht liegen, können
je nach den baulichen Strukturen an der Geländeoberfläche gewählt werden.
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Die
Träger
können
z. B. im Winkel von 15° bis
45° zur
Vertikalen geneigt sein.
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Zweckmäßigerweise
wird zum Bohren ein Hohlbohrer verwendet, der außen mit einem Bohrkranz und
innen mit einer Bohrschnecke versehen ist. Vorteilhaft können bei
der Bohrung das den Schacht umgebende Gebirge und das Schüttgut im Schacht
durch Auswertung des Bohrkerns oder Bohrfördergutes untersucht werden
und damit gegebenenfalls die Lage des Schachts bestimmt werden.
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Nachdem
mit Hilfe der Schnecke das Gestein und Schüttgut aus dem Hohlbohrer entfernt worden
ist, werden die Bewehrungen in das Rohr des im Bohrloch verbleibenden
Hohlbohrers eingeführt. Danach
wird das Rohr mit Beton aufgefüllt
und, solange der Beton noch nicht verfestigt ist, wieder aus dem
Loch herausgezogen.
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Die
Träger
können
mit kleinerem Abstand oder sich berührend nebeneinander oder sich überlappend
angeordnet werden, vorzugsweise derart, dass sie gemeinsam eine
geschlossene Platte bilden.
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Zur
Bildung der Platte werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung
zunächst
im Abstand voneinander sich nicht überschneidende einzelne Bohrlöcher gebohrt.
In diese werden vor dem Bohren weiterer, sich mit den Querschnittsflächen der
erstgenannten Bohrungen überschneidender
Löcher
die Zementsuspension oder Beton und ggf. die Bewehrung, eingebracht
und das Aushärten
abgewartet. Vorteilhaft lässt
sich dadurch verhindern, dass die Bohrungshohlräume vor Einbringung der Ze mentsuspension
bzw. des Betons zusammenbrechen. Durch sukzessives Bohren, bei dem
zwangsläufig auch
Teile der neu gebildeten Träger
wieder abgetragen werden müssen,
und Einbringen der Zementsuspension oder des Betons wird so nach
und nach eine feste Platte gebildet.
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Wenn
es die Stabilität
des Schüttgutes
zulässt,
können
in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur Bildung der Platte
zunächst
Gruppen sich in ihren Querschnittsflächen überschneidender Bohrlöcher gebohrt
werden und in diese, vor der Bohrung sich mit den Querschnittsflächen der
Gruppen überschneidender
Bohrlöcher,
das Material zur Bildung verbundener Träger eingebracht werden. Auf
diese Weise lässt
sich die Platte in weniger Arbeitsschritten herstellen, da mehrere,
räumlich
miteinander verbundene Bohrlöcher
gleichzeitig befüllt
werden können.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Mehrzahl übereinander
angeordneter Ebenen der nebeneinander liegenden oder sich überlappenden
Träger
oder gegebenenfalls zu einer Einheit verbundenen Gruppen von Trägern vorgesehen,
wobei die Träger
oder gegebenenfalls die Gruppen von einer Ebene zur nächsten vorzugsweise
horizontal versetzt zueinander angeordnet werden. Auf diese Weise
kann durch Verteilung der Belastung auf mehrere Trägerebenen
eine weitere Stabilisierung des Schachtes erreicht werden. Das Verfahren
vereinfacht sich, da nur noch einzelne Bohrlöcher bzw. Gruppen im Abstand
zueinander gebildet werden und diese nicht mehr miteinander verbunden
werden müssen.
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Ferner
können
die einzelnen Träger
so ausgebildet werden, dass sie sich im Schacht in horizontaler
Projektion überkreuzen
und auch ihre unteren Enden bis ins feste Gebirge reichen.
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Diese
Art der Sicherung kann von zwei oder mehreren Seiten durchgeführt werden.
Die an den Trägern
und im festen Gebirge anliegenden Kräfte sind somit besser verteilt
und die Konstruktion ist stabiler als bei einer Sicherung des Schachts
von nur einer Seite aus.
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Wenn
sich das Schüttgut
im Schacht unterhalb der Träger
nach unten absetzt oder abgeht, bilden sich unter den Trägern Hohlräume. Die
an den Trägern
und in dem Bereich an der Schachtwand anliegenden Kräfte nehmen
dadurch stark zu und der Schacht wird entsprechend destabilisiert.
Um Schüttgut
in die Hohlräume
nachzufüllen
werden deshalb zu diesem Bereich des Schachts zusätzliche
Bohrungen als Zuführung
gebildet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden,
sich auf diese Ausführungsbeispiele
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
stillgelegten Bergwerksschacht mit einer Sicherung nach der Erfindung
in Seitenansicht,
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2 den
Bergwerksschacht von 1 in schräger Draufsicht,
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3 ein
Detail einer weiteren Sicherung nach der Erfindung im Querschnitt,
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4 ein
anderes Detail einer weiteren Sicherung nach der Erfindung im Querschnitt,
und
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5 einen
stillgelegten Bergwerksschacht mit einer sich kreuzende Träger umfassenden
Sicherung in Seitenansicht.
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Ein
stillgelegter, in 1 gezeigter Bergwerksschacht 2 mit
einer Schüttgutfüllung 1 weist eine
z. B. durch Ausmauerung gebildete Wandung 3 auf. Den Schacht
mit einem Durchmesser von 2,5 bis 7 m umgibt festes Gebirge 4.
Nahe der Bodenoberfläche
an der Schachtöffnung
ist er von einer vergleichsweise lockeren Bodenschicht 5 umgeben.
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Zur
Sicherung des Schachts 2 gegen Absenkung der Schüttgutfüllung 1 sind
schräg
zur Vertikalen Bohrlöcher 6 gebildet.
Die Bodenöffnungen 9 der Bohrlöcher sind
dementsprechend von dem Haus 8 entfernt. Im betrachteten
Fall beträgt
der Winkel zwischen den Bohrlochachsen und der Vertikalen 18°.
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Wie 2 erkennen
lässt,
sind insgesamt neun in einer Ebene nebeneinander liegende Bohrlöcher 6 gebildet,
deren kreisrunde Querschnittsflächen
einander geringfügig überlappen.
Die Bohrungen 6 erstrecken sich durch festes Gebirge 4 auf
der Bohrlochseite und die Schüttgutfüllung 1 hindurch
bis in das Gebirge 4 auf der den Bohrlochöffnungen 9 gegenüberliegenden
Seite des Schachtes.
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In
die Bohrungen 6 sind längliche
Stahlbewehrungen 7 eingeführt, die auf beiden Seiten
des Schachtes 1 in das feste Gebirge 4 hinein
vorstehen. Die Stahlbewehrungen 7 sind in eine Betonfüllung eingebettet,
durch die entsprechend den neun Bohrungen 6 neun nebeneinander
liegende Stahlbetonträger 11 gebildet
sind. Die unmittelbar aneinandergrenzenden Stahlbetonträger 11 bilden
eine zur Schachtachse schräge
Platte, welche auf gegenüberliegenden
Seiten des Schachtes durch das Gebirge 4 abgestützt ist.
Die Platte verhindert, dass die darüber liegende Schüttgutfüllung 1 absinken
kann und schützt
den Schacht 1 insbesondere dann gegen Einsturz, wenn durch
plötzliches
Abgehen des Schüttgutes 1 unterhalb
der Platte eine Sogwirkung entsteht.
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Vor
Einbringung der Bohrlöcher 6 wurden
zur genauen Lokalisierung des Bergwerksschachts, dessen Lage nur
ungenau bekannt war, zunächst
von der Stelle der Bodenöffnung 9 aus
Testbohrungen mit einem Hohlkernbohrer kleineren Durchmessers durchgeführt. Dabei
ließ sich
auch feststellen, ob die Schüttgutfüllung im
Schacht 1 Hohlräume
aufweist. Falls solche Hohlräume
existieren, sind sie mit Schüttgut,
Zementsuspension oder Beton auszufüllen. Zu deren Zuführung können die
Testbohrlöcher genutzt
werden.
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Wenn
die Position des Schachts 1 genau bekannt ist, wird ein
erstes, zur Bildung eines Trägers dienendes
Bohrloch 6 mit einem Durchmesser von 60 bis 120 cm gebohrt
und in das Bohrloch die Stahlbewehrung 7 eingeführt. Dieses
zuerst gebildete Bohrloch 6 wird dann mit Beton befüllt. Nach
dessen Aushärtung
ist ein erster Träger
gebildet, der auf beiden Seiten des Schachtes 2 auf dem
festen Gebirge 4 abgestützt
ist. Danach kann das nächste
Loch gebohrt, in das Loch eine Stahlbewehrung eingeführt und
das Loch mit Beton ausgefüllt
werden usw.
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Es
können
auch aufeinanderfolgend zunächst
im Abstand voneinander Löcher 6 gebohrt und
zur gleichzeitigen Fertigstellung mehrerer Träger befüllt werden. Nach Abbinden des
Betons lassen sich dann zwischen diesen Bohrlöchern weitere Löcher einbringen.
Hierbei können
periphere Teile der zuvor gebildeten Träger wieder entfernt werden. Nach
Auffüllung
der zwischen den fertigen Trägern gebildeten
Bohrlöcher
und Aushärtung
des Betons ist eine durchgehend geschlossene Platte 10 gebildet, die
den Schacht vollständig
abdeckt.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
werden die Träger 11 durch
Einbringen einer Zementsuspension in die Bohrlöcher hergestellt. Der Bohrlochdurchmesser
beträgt
in diesem Fall nur bis 30 cm. Die Zementsuspension wird dann mit
Hochdruck in das Bohrloch gepresst, so dass sie in das das Bohrloch
umgebende Schüttgut 1 und
ggf. auch in das feste Gebirge 4 eindringt und mit dem
Schüttgut
bzw. Gebirge ein festes Betongestein bildet. In 4 ist ein
solches, Träger
bildendes Betongestein mit dem Bezugszeichen 11 dargestellt.
Der gestrichelte Kreis 13 zeigt die Lage des ursprünglichen
Bohrlochs.
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Zur
Bildung des Betongesteins werden in den so gebildeten Körpern gemäß 4 vertikal übereinander
Bohrungen mit einem Durchmesser von bis zu 30 cm eingebracht. Zur
Erzeugung ausreichender Biegesteifigkeit werden in die Löcher 6 als Bewehrung 7 Stahlstangen
mit einem Durchmesser von etwa 6 cm eingeführt und der verbleibenden Zwischenraum 12 anschließend mit
Zementsuspension verfüllt.
Die Stahlstangen sind dann durch den Beton miteinander verbunden
und es werden Biegebelastungen aufnehmende, mit vertikal angeordneten Doppel-T-Trägern vergleichbare
Träger
gebildet.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
für das
Verfahren werden Gewebeschläuche
in die Bohrungen eingebracht. Die Bohrungen weisen dann einen geringen
Durchmesser von bis zu 30 cm auf. Die Gewebeschläuche werden unter Niederdruck
mit Zementsuspension gefüllt
und ausgedehnt. Durch die radiale Ausdehnung der Schläuche wird
das umliegende Schüttgut
verspannt bzw. gepresst und bildet einen festen Körper. Nach
der Verfestigung der Zementsuspension im Gewebeschlauch wird zur
Einbringung der Bewehrungen 7 so verfahren, wie es oben
für die
mittels Injektion hergestellten Träger beschrieben ist.
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Bei
ausreichender Festigkeit der Schüttgutfüllung 2 im
Schacht 1 könnten
vor Auffüllung
der Bohrlöcher 6 zunächst Gruppen
von beispielsweise zwei oder drei, sich mit ihren Querschnittsflächen überschneidenden
Bohrlöchern 6 gebildet
werden. Die Befüllung
dieser Gruppen räumlich
verbundener Bohrlöcher
kann dann in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen. Vorteilhaft verringert
sich so die Zahl der Bohrlöcher,
die unter seitlichem Abtragen der schon verfestigten Träger zu bohren
sind.
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Abweichend
von der vorangehend beschriebenen Verfahrensweise ließen sich
auch Träger 11 in zwei
oder mehr übereinander
liegenden Ebenen bilden. Eine solche Trägeranordnung in zwei Ebenen
ist in 3 im Querschnitt dargestellt. Von Ebene zu Ebene
sind die Träger 11 horizontal
zueinander versetzt und in so geringem Abstand zueinander angeordnet,
dass das Schüttgut 2 zwischen
ihnen nicht hindurchtreten kann. Auf diese Weise lässt sich
eine mit derjenigen einer geschlossenen Platte vergleichbare Abdeckwirkung
erzielen.
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In
einem weiteren, in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Schacht 2 von zwei Seiten her angebohrt. Träger 11 überkreuzen
sich im Schacht 2 und reichen auch mit ihrem unteren Ende bis
in das den Schacht 2 umgebende Gebirge 4, wo sie
zusätzlich
abgestützt
sind.
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Es
ist ferner vorstellbar, dass Bohrlöcher bzw. Träger 11 von
mehren Seiten aus, z. B. von vier Seiten, in den Schacht 1 eingebracht
werden.
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Ferner
werden als Zuführung
für Schüttgut weitere
(hier nicht gezeigte) Bohrungen zu dem Schachtbereich unterhalb
der gebildeten Träger 11 gebildet.
Sobald sich das den Schacht dort ausfüllende Schüttgut nach unten absetzt und
dadurch im Schacht Hohlräume
entstehen, können
diese durch die Bohrlöcher
wieder befüllt
werden und somit die Stabilität
des Schachts sichergestellt werden.