DE1909723A1 - Unterirdisches Bauwerk mit einem einen Hohlraum umgebenden Stahlblechpanzer,und Verfahren zum Erstellen eines solchen Bauwerkes - Google Patents

Description

• Unterirdisches Bauwerk mit einem einen Hohlraum umgebenden Stahlblechpanzer, und Verfahren zum Erstellen eines solchen Bauwerkes ie Erfindung betrifft ein unterirdisches Bauwerk mit einem einen Hohlraum umschliessenden, von einer Betonhinterfüllung umgebenen Stahlblechpanzer, und ein Verfahren zur Erstellung eines solchen Bauwerkes.
• Bei einem solchen Bauwerk kann es sich beispielsweise um einen Druckschacht für eine Wasserkraftanlage handeln. Die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung sei einleitend am Beispiel eines solchen Druckschachtes erläutert.
• Gepanzerte Druckschächte von Wasserkraftanlagen bestehen aus geneigten oder vertikalen Fels stollen, in welche Stahlblechrohrleitungen versetzt werden; der zwischen dem Fels und.der Aussenwand des Stahlrohrs verbleibende Hohlraum wird mit Beton gefüllt. Nach erfolgtem Rohfelsausbruch und Profilierung des Schachtes.wird derselbe vor der Blechmontage und der Betonierung des Zwischenraums sorgfältig mit den im- Stollenbau üblichen Methoden drainiert, d.h. allfällige Bergwasseraustritte des Felsens müssen in die längs des Schachtes zwischen Fels und Panzerung verlegten Baudrainagerohrleitungen derart eingeführt werden, dass der Beton zwischen Gebirge und Stahlrohr in einen absolut trockenen Hohlraum eingebracht werden kann. In der Regel werden zur Erreichung einer möglichst dichten und satten Betonhinterfüllung, sowie zur Schliessung allfälliger nach Erhärtung verblieteret Betonhohlräume Injektionen ausgeführt, welche auch auf die umgebenden -Felspartien ausgedehnt werden können, um vorhandene Klüfte und -Sprengrisse abzudichten.
• Die Wandstärke der Panzerung wird zunächst in der Weise bemessen, dass das Verbundsystem Fels-Beton-Blechrohr dem Betriebsinnendruck standhält. Ausserdem ist das Verhalten des Blechrohrs auf Aussendruck zu beachten, da erfahrungesgemäss trotz vorsichtiger und umfassender Ausführung der Drainage der Felsoberfläche und trotz Anwendung von Injektionen Bergwasser zwischen den Betonmantel und die Blechaussenwand gelangen kann. Bei Entleerung des Druckschachtinnenraums kann je nach dem vom Bergwasser verursachten Aussendruck die Panzerung der Gefahr auf Einbeulung ausgesetzt sein; auf diese Weise können beträchtliche Beschädigungen und längere Betriebsunterbrüche entstehen. Pur die Bemessung von Rohren auf Aussendruck sind aus der Fachliteratur verschiedene Berechnungsformeln bekannt und es.vurden auch ausgedehnte Versuche ausgeführt. Die Bemessung von Rohren auf Aussendruck kann bei geringen Aussendrücken und kleinem Rohrdurchmesser noch zu wirtschaftlich tragbaren Ausmassen führen. Bei grösseren Aussendrücken und Rohrabmessungen können Jedoch die Blechdimensionen und damit die Kosten prohibitiv ansteigen. Der zu erwartende wussendruck kann zudem nur ungenau erfasst werden.
• Die Voraussetzung eines Aussendrucks entsprechend dem Niveau oberhalb liegender Fassungsstellen oder dem Höchststau bergwärtiger Speicherbecken führt meist bereits zu teuren Konstruktionen. Aus der Praxis sind zudem Fälle bekannt, dass Bergwasserdrücke höhere Werte aufweisen können, als dem statischen Druck eines oberhalb liegenden Stauspiegels entspricht.
• Der erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, geeignete Massnahmen zur sichern Vermeidung von Einbéulschäden durch Aussendruck an mit Stahlblechen gepanzerten unterirdischen Bauwerken vorzuschlagen. Diese Aufgabe tvird erfiadungsgemäss dadurch gelöst, dass der S-tahlblechpanzer zu seiner Sicherung gegen Einbeulen durch unter Druck stehendes Wasser mit untereinander in Verbindung stehenden, entleerbaren Drainageleitungen versehen ist, welche gegen den Hohlraum abgeschlossen-sind und mit in der Betonhinterfüllung -endenden Stichbohrungen in freier Verbindung stehen.
• Das erfindungsgemässe Verfahren zum Erstellen eines solchen Bauwerkes, bei welchem nach Schaffung eines unterirdischen Hohlraumes der Stahlblechpanzer in diesen einmontiert und der Zwischenraum zwischen der trockengelegten Hohlraumwandung und dem Stahlblechpanzer mit Beton hinterfüllt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass das Hinterfüllen des Zwischenraumes mit Beton vorgenommen wird bei gegen diesen Zwischenraum hin ver- -schlossenen Drainageleitungen, dass die Stichbohrungen in die Betonhinterfüllung hinein vorgenommen werden nach Erhärten derselben, und zwar durch Oeffnungen hindurch, die in dem, dem Hohlraum zugewendeten Teil der Wandung der Drainageleitungen vorgesehen sind, und zuletzt noch diese Oeffnungen druckdicht verschlossen werden.
• Es können also die Betonhinterfüllung der Panzerung sowie allfällige Injektionen (Hochdruck-, Niederdruck- oder Füllinjektionen) ungestört und ohne Risiko einer Drainageverstopfung ausgeführt werden. Erst nach vollständiger Beendigung aller Arbeiten wird die Verbindung von der Drainage ur Kontaktzone zwischen Blechaussenwand und Beton hergestellt und zwar sowohl in der Längs-, als auch in der Querrichtung des Bauwerkes. Die Anzahl der über die Fläche der Panzerung verteilten, nachträglich freizulegenden Oeffnungen zwischen Drainage und Blechaussenwand kann von Fall zu Fall gewählt werden. Eine mögliche Ausführungsform der Längsdrainage besteht in einem inner- oder ausserhalb-der Blechwandung auf die ganze Länge der Panzerung dicht angeschweisstem Halbrohr oder anderem Hohlprofil. Diese Längsdrainage kann gemäss dem mit Zeichnungen belegten Beispiel im Scheitel, bei grösseren Durchmessern oder Behältern auch an mehreren Stellen des Umfangs angeordnet werden. Die Längsdrainagen sind,vorzugsweise am Ende der gepanzerten Partie, ins Freie zu führen.
• In Zeitabschnitten, während welchen das Rohr unter Innendruck steht und daher keine Einbeulgefahr besteht, kann die Längsdrainage geschlossen bleiben, um unnötigen Wasserdurühfluss zu vermeiden und allfällige Rostbildungen und Versinterungen auf ein Minimum zu reduzieren. Im Betrieb muss der Absperrschieber der Längsdrainage vor der Entleerung der gepanzerten Partie geöffnet werden. Sind unvorhergesehene Entleerungen des Innenraumes zu befürchten, so kann der Drainage-Absperrschieber mit einer auf den Innendruck des Bauwerks ansprechenden Oeffnungssteuerung versehen werden oder der Druckausgleich.
• kann mittels eines Rückschlagventils derart gesteuert werden, dass der Druck in der Drainage den Innendruck nicht übersteigt.
• Die Verbindung der Drainage mit der Kontaktzone -zwischen Blechaussenwand und Beton kann grundsätzlich an Jedem beliebigen Orte erstellt werden, indem die Wånde-des Drainagerohres und der Panzerung zur nachträglichen Äktivierung der Drainage durchbohrt und die Bohrung um einige Zentimeter in die Betonhinterfüllung, aber nicht bis an den Felsmantel, weitergeführt wird. Alsdann ist die Rohrinnenwand durch- Einsetzen eines Pfropfens oder durch Zuschweissen dicht zu schliessen. Werden die Orte der Verbindungsstellen vor der Montage gewählt, so können in der Panzerung und der Drainage leitung einander radial gegenüberliegende ausschraubbare Zapfen angebracht werden. Die Aktivierung der Drainage kann bei dieser Anordnung derart erfolgen, dass der aussenliegende Zapfen durch die Oeffnung des innern ausgeschraubt und damitdie gewtinschte Verbindung zwischen sussenwand der Panzerung und Drainage hergestellt und ferner die Ansatzstelle für- die Bohrung in den Betonmantel freigelegt wird. Nach durchgeführt er Bohrung bleibt der Aussenzapfen entfernt und der innere wird wieder dicht geschlossen. Dank solchen Massnahmen können auch spätere Kontrollen oder allfällige Reinigungen der Drainageleitung während Entleerungen des Innenraums vorgenommen werden.
• Die Längsdrainage wird, z.B. nach der in den Zeichnungen dargestellten Weise, durch analog zu aktivierende Querdrainagen ergänzt. Durch ringförmiges dichtes Anschweissen von Hohlprofilen oder Hohllaschen auf der Panzerungsaussen- oder innenfläche werden Querdrainageleitungen angeqrdnet; bei Druckschächten werden die Querdrainagen zur Abminderung von Druckverlusten zweckmässig auf der Aussenseite der Panzerung angebracht. Entsprechend dem bei der Längsdrainage beschriebenen Vorgehen werden auch die Querdrainagen aktiviert, indem in den gewünschten Abständen beide Wandungen durchbohrt, die Bohrung bis in den Beton weitergeführt und alsdann die innere Oeffnung geschlossen wird. Zur Schaffung der notwendigen Verbindung zwischen Quer- und Längsdrainage ist jeweils eine der Bohrungen durch beide Drainagen zu führen.
• Bei voraustlickender 6hl-der Verbindungsstellen zwischen Panzerungswand und Drainage kann auch bei den Querdrainagen die werkstattmässige Vorbereitung mittels radial gegenüberliegender ausschraubbarer Zapfen erfolgen.
• Die beschriebene Art der Sicherung gegen Ausbeulen kann allgemein in allen Fällen zur Anwendung gelangen, bei welchen von-Fels oder Lockermaterial umschlossene Räume mit innern Blechauskleidungen versehen -werden.
• Anhand beiliegender Zeichnung wird die Erfindung im einzelnen beispielsweise erläutert. Diese Zeichnung stellt eine, einen Druck schacht bildende Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes -der. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt der Ausführungsform, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, die Fig. 3, 4 und 4a Ausschnitte III bzw. IV der Fig. 1 in grösserem Masstab, wobei in-den Fig. 4 und 4a zwei wenig voneinander abweichende Ausführungsarten der Querdrainage-veranschaulicht sind, und Fig. 5 einen Querschnitt-nach Linie V--V der Fig. 4.
• Der dargestellte Druckschacht einer Wassrkraftanlage Weist als Hauptteil das Panzerrohr 1 auf, weiches in üblicher Weise aus Einzelstössen zusammengeschweisst wird. Der Raum zwischen Panzerrohr 1 und Fels 2 wird durch den Betonmantel 3 ausgefüllt; zu diesem gehört auch die Sohle-3a, welche abschnittsweise dem Ausbruch folgend eingezogen wird und gleichzeitig zur Verlegung'der-Schienen 3b dient. Der Betonmantel enthält ebenfalls die durch Mortel- oder Zementmilchinjektionen erreichten Verdichtungen. In die Betonsohle 3a werden ebenfalls die üblichen Längsbaudrainagerohre 3c verlegt, welche zur Trockenlegung der Felsoberfläche vor der-Betonierung dienen.
• Ueber die ganze Länge des Panzerrohres 1 erstreckt sich die Längsdrainageleitung 4; in der dargestellten Form ist diese begrenzt durch die Scheitelpartie des Panzerrohres 1 und durch das innengeitig dicht an die Panzerung angeschweisste Halbrohr 5. Die Längsdrainageleitung 4 ist am untern Ende des Druckschachtes durch ein eigenes Absperrorgan ins Freie entleerbar.
• Sie steht an vielen, auf ihr-er-Länge verteilten Stellen, z.3.
• alle 3 m, mit der Kontaktstelle zwischen Panzerrohr und Betonmantel 3, und soweit dies wünschbar ist, mittels kurzen, in den Betonmantel 3, aber nicht bis zum umgebenden Pels 2 reichenden Stichbohrungen 6 in Verbindung. Zur Aktivierung der während der Hinterbetonierung und Injizierung noch geschlossenen Längsdrainage dürfen die genannten Verbindungen zum Kontakt Betonmantel/Panzerung bzw. die Stichbohrungen in den Betonmantel erst nach Abschluss der andern Arbeitspro-zesse geöffnet werden. Bei vorausblickender Wahl der Verbindungsorte können die folgenden dargestellten Hilfsmassnahmen z.3. bereits werkstattmässig vqrbereitet werden: - Anbringung der mit Gewindezapfen 8 dicht verschliessbaren Gewindelöcher 7 im Panzerrohr 1; diese bleiben während des vorangehenden Injektionsprozesses bis zur ausreichenden Erhärtung des Injektiongutes verschlossen.
• - Dichte Einschweissung der Platten 9 an den entsprechenden Stellen der SCheitelpartie des Halbrohres 5; die Platten 9 sind radial gegenüber den Gewindelöchern 7 des Panzerrohrs mit etwasgrössern, gegen die Innenseite abgestuft erweiterten Gewindelöchern zu versehen, welche mit dem Inspektionszapfen 10 samt zugehöriger Dichtungsscheibe 11 verschlossen werden können.
• - Zur Aktivierung der vorerst gegen den Betonmantel 3 mittels den Gewindezapfen 8 verschlossenen Längsdrainage ist zunächst der innere Gewinde zapfen 10 und durch dessen Gewindebohrung der äussere Gewindezapfen 8 zu cntfernen. Durch beide Gewindelöcher kann das Bohrwerkzeug zur Anbringung der Stichbohrung 6 eingeführt werden. Schliesslich ist der innere Gewinde zapfen 10 nach Einlegung der Dichtungsscheibe 11 satt zuzuschrauben.
• Als Querdrainage 12 eignen sich die in den Fig. 4 und 4a dargestellten Hohl- oder Halbprofile 13 bzw. 113, welche um das Panzerrohr 1 dicht angeschweisst werden. Entsprechend dem bei der Längsdrainage beschriebenen Vorgang ist auch die Querdrainage nachträglich zu aktivieren. Dabei ist das Profil der Querdrainage an der Stelle 6a der Gewindelöcher 7 zu durchbohren und die Stichbohrung 6 bis in den Betonmantel 3 weiterzuführen. Dort wo die Querdrainage 12 die Längsdrainage kreuzt ist die Stichbohrung durch das Gewindeloch der dort befindlichen Platte 9 hindurch vorzunehmen; zusätzliche Stichbohrungen 6 zur Aktivierung der Querdrainage sind über den ganzen Umfang in Abständen, welche von Sall zu Fall gewählt werden können, durch die entweder werkstattmässig zum Voraus vorbereiteten oder an Ort und Stelle auszuführenden Gewindelöcher 7a (Fig. 1) durch das Panzerrohr 1 vorzunehmen; nach erfolgter Aktivierung der Querdrainage sind diese Gewindelöcher 7a mit den Gewindezapfen 8 zu schliessen oder zuzuschweien.
• Die Verbindung zwischen tuer- und Längsdrainage ist in Fig. 4 dargestellt; dort ist das Gewindeloch 7 freizuhalten, dagegen der Inspektionszapfen 10 einzusetzen, wie vorhin beschrieben.
• Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in verschiedenen Einzelheiten modifiziert werden. Als Längs- oder Querdrainagen können andere geeignete Hohl- oder Laschenformen gewählt werden.
• Ferner kann entsprechend Pig. 3 und 4 in der Längsdrainage 4 ein Passtiiok 5a freigelassen bleiben, welches nach erfolgter zur führung der Oeffnung 7 im Panzerrohr 1 und der Einzelstichbohrungen 6 in das Längsdrainagerohr 4 dicht eingeschweisst werden kann. Bei dieser Ausführungsart kann gegebenenfalls auf die Anbringung der Platte 9 und der Inspektionszapfen 11 verzichtet werden; indessen ist aber die spätere Kontrolle der Längsdrainage bei Innenraumentleerungen erst wieder nach Anbringung neuer Inspektionslöcher möglich.
• Wie schon einleitend angedeutet ede, ist die Anwendung der Erfindung keineswegs auf Druckschächte für Wasserkraftanlagen bescränkt. Vielmehr lässt sich die Erfindung sinngemäss s.B. auch anwenden bei Kavernen (z.B. solchen für Wasser-, -Dampf- und Atomkraftwerke), bei unterirdischen Behältern und bei Tunnelbauten.

Claims (9)

PATENTANSPRUECHE

1. Bauwerk mit einem einen Boblraui umschliessenden, von einer Betonhinterfüllung umgebenen Stahlblechpanzer, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlblechpanzer (1) zu seiner Sicherung gegen Einbeulen durch unter Druck stehendes Wasser mit untereinander in Verbindung stehenden, entleerbaren Drainageleitungen (, 12) versehen ist, welche gegen den Hohlraum abgeschlossen sind und mit in der Betonhinterfüllung endenden Stichbohrungen in freier Verbindung stehen.

2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass e8 ein Schacht, z*B. ein Druckschacht für Wasserkraftanlagen ist, wobei der Stahlblechpanzer ein Panzerrohr (1) ist und dass nebst mindestens einer Längsdrainageleitung (4) auch eine Anzahl von Ringdrainageleitungen (12) vorhanden ist.

3. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsdrainageleitung (4) sich an der Innenseite und die Ringdrainageleitungen (12) an der Aussenseite des Panzerrohres erstrecken.

4. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende der Längsdrainageleitung (4) ein Absperrorgan vorgesehen ist.

5. Bauwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Absperrorgan eine Steuerungsvorrichtung zugeordnet ist, welche beim Absinken des im Innern des Panzerrohres (1) herrschenden Druckes unter einen vorbestimmten Wert das Absperrorgan öffnet, das Ganze derart, dass der Druck in den Drainageleitungen nie grösser ist als derjenige im Innern des Panzerrohres.

6. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsdrainageleitung (4) ein an der Scheitelpartie des Panzerrohres (1), vorzugsweise an deren Innenseite, druckdicht angeschweisstes Halbrohr ist.

7. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdrainageleitungen (12) Rohre oder Halbohre sind, welche am Panzerrohr (1), und zwar vorzugsweise an dessen Aussenseite, druekdicht angeschweisst sind.

8. Verfahren zum Erstellen eines unterirdischen Bauwerkes nach einem der lnsprtlcbe 1 bis 7, bei welchem nach Schaffung eines unterirdischen Hohlraumes der Stahlblechpanzer in diesen einmontiert und der Zwischenraum zwischen der trockengelegten Hohlraumwandung und dem Stahlblechpanzer mit Beton hinterfüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterfüllen des Zwischenraums mit Beton vorgenommen wird bei gegen diesen Zwischenraum hin verschlossenen Drainageleitungen, dass die Stichbohrungen in die Betonhinterfüllung hinein vorgenommen werden nach Erhärten derselben und zwar durch Oeffnungen hindurch, die in dem, dem Hohlraum zugewendeten Teil der Wandung der Drainageleitungen vorgesehen sind, und zuletzt noch diese Oeftnungon druckdicht verschlossen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8> zur Erstellung eines unterirdischen Druckschachtes fUr Was serkraftanlagen> bei welchem man als Stahlblechpanzer ein Panzerrohr in dcn schachtartigen Hohlraum einmontiert und nach der Hinterfüllung des Zwischenraumes mit Beton auch allfällig notwendige Injizierungen von Betonmilch vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Längsdrainageleitung (4) z.B. vorzugsweise in der Form eines Halbrohres (5) an der Innenseite der Scheitelpartie des Panzerrohres (1) und Ringdrainageleitungen (12) an der Aussenseite des Panzerrohres druckdicht anschweisst, das die Längsdrainageleitung bildende Halbrohr (5) oder in dasselbe eingeschweisste Verstärkungsplatten (9) mit Inspektionsöffnungen und das Panzerrohr (1) mit auf letztere radial ausgerichteten Gewindelöchern (8) versieht, diese Gewindelöcher vorgängig dem Hinterfüllen des Zwischenraumes mit Hilfe von provisorischen Gewindezapfen (7) verschliesst, diese erst entfernt nach Erhärten des Hinterfüllbetons und des Injektionsgutes, dann die Stichbohrungen (6) vornimmt, und zwar jede mit Hilfe eines Werkzeuges, welche man durch eine der Inspektionsöffnungen und das auf dieselbe ausgerichtete Gewindeloch (8) hindurch führt, und zuletzt die Inspektionsöffnungen durch Einschrauben von Inspektionszapfen (11) druckdicht verschliesst.