DE2637996A1

DE2637996A1 - Mehrschichtiger ausbau unterirdischer hohlraeume mit selbsttaetigem ausgleich von profilverformungen

Info

Publication number: DE2637996A1
Application number: DE19762637996
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Edeling; Kurt Dieter Dr Ing Eigenbrod
Original assignee: Beton & Monierbau AG
Current assignee: Beton & Monierbau AG
Priority date: 1976-08-24
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1978-03-02
Also published as: AT353311B; ATA547077A

Description

Mehrschichtiger Ausbau unterirdischer Hohlräume mit
selbsttätigem Ausgleich von Profilverformungen Die Erfindung bezieht sich auf den Ausbau unterirdischer Hohlräume, deren tragende Innenschale durch nachträgliche Profilverformungen des Gebirges nicht mehr verformt werden soll.
In drückendem und quellendem Gebirge treten nach dem zunächst standsicheren Ausbau von Tunnels in bestimmten Fällen noch längere Zeit hindurch Profilverformungen auf, deren Folgen seither entweder vorsorglich oder nachträglich durch Maßnahmen verschiedener Art begegnet wird, sei es durch Mehrausbruch oder durch besondere Konstruktion des Ausbaues. Dabei werden nachträgliche Verformungen des Lichtraumprofiles hingenommen und sind auch erwunscht, wenn damit eine Gebirgsdruckentlastung verbunden ist.
In Bergsenkungsgebieten treten über längere Zeiträume hinweg mehrfache Profilveränderungen in wechselnden Richtungen auf, denen der Bergbau mit besonderen Ausbaumethoden begegnet. Werden in solchen Gebieten jedoch Tunnels erstellt, die nicht dem Bergbau dienen, so kommt es zu einer Überlagerung von Verformungseinflüssen, die eine zweckdienliche Nutzung des Tunnels erschweren. Bei oberflächennaher Lage des Tunnels ist außerdem zu befürchten, daß fortlaufend an der Überbauung verstärkte Setzungsschäden auftreten, Es ist deshalb die Aufgabe gestellt, einen Hohlraumausbau anzugeben, der nach seiner Fertigstellung a) ba den oben beschriebenen nachträglichen Profilverformungen standsicher bleibt, b) eine ununterbrochene zweckdienliche Nutzung des Hohlraumes in wirtschaftlicher Weise ermöglicht, c) nachträgliche Setzungen an der Oberfläche vermeidet, die ohne den erstellten Hohlraum nicht aufgetreten wären.
Eine bekannte Lösung der Aufgabe wird in der DT-AS 24 17 542 angegeben. Sie besteht in einem einfach oder mehrfach ausgebuchteten, geschlossenen Stahlausbau, der mittels innenseitig in den Ausbuchingen angebrachter hydraulischer Pressen eine kraftschlüssige Anpassung des Stahl ausbaues an das verformte Gebirgsprofil ermöglichen soll. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß sie einen Stahl ausbau voraussetzt und wirtschaftliche Stahlbetonauskleidungen ausschließt, und daß die zahlreichen Regulierungspunkte einen großen Aufwand an Geräten und Wartungspersonal bedingen.
Eine weitere Lösung könnte aus der DT-OS 2 136 645 abgeleitet werden, die ein Verfahren und eine Vonichtung zum Beeinflussen der Sohldruckverteilung an Bauwerken beinhaltet. Dort wird u.a. vorgeschlagen, unter den Bauwerken Druckkissen z.B. aus Kunststoff anzubringen, in die ein plastisches Medium hereingedrückt und fortdauernd unter Druck gehalten wird. Zum Ausgleich unterschiedlicher Setzbewegungen soll das plastische Medium wenigstens teilweise entfernt werden. Diese Druckkissen können zwischen einer tragenden Innenschale und der Gebirgsleibung ringsum angeordnet werden und mit einer Flüssigkeit unter konstantem Druck gehalten werden.
Auftretende Verformungen des Gebirgsprofiles können durch Zu- und Abfluß reguliert werden. An dieser Lösung ist nachteilig, daß die Druckkissen bei einer geschlossenen Innenschale im Schadensfalle nicht mehr ersetzbar sind.
Die Nachteile beider Vorschläge werden durch die nachfolgend beschriebene Lösung nach der Erfindung vermieden.
Sie benutzt das an sich bekannte Prinzip eines selbsttätigen, hydraulischen Volumenausgleiches bei konstantem Druck.
Demnach betrifft die Erfindung einen mehrschichtigen Ausbau unterirdischer Hohlräume mit selbsttätigem hydraulischen Volumenausgleich von Profilverformungen über ein plastisches Medium, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ausbau von außen nach innen wie folgt zusammengesetzt ist: (i) unmittelbarer Gebirgsverbau als erste Sicherung, (2) injizierbare Pufferschicht von mindestens i cm Dicke aus poröser, elastoplastischer Kunststoffschale, (3) Filterschicht aus Kunststoffvlies (4) innere wassergesättigte elastoplastische Schicht aus einem hochplastischen schluffigen Ton oder einem anderen porösen Material von mindestens 5 cm Dicke oder einem Vielfachen des zu regulierenden Verformungsweges (4.1) als Auflagerzone (4.2) als Verformungsausgleichszone (5) kombinierte Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht aus Kunststoffvlies auf poröser Unterlage im Bereich der Verformungsausgleichszone (4.2) (6) Gebirgs- und wasserdruckhaltende Innenschale und daß von der kombinierten Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht (5) durch die Innenschale mindestens eine Leitung zum Wasserabfluß oder Wasserzufluß (7) unter konstantem Druck führt.
Anstelle der Druckkissen oder eines nicht näher erläuterten plastischen Mediums schreibt die Erfindung ein neues Bettungsprinzip vor: Zwischen Innenschale und Gebirge wird eine wassergesättigte, elastoplastische Schicht aus einem hochplastischen Ton oder aus einem anderen porösen Material eingebracht und unter Druck gesetzt. Dabei wird die Innenschale in vorteilhafter Weise nahezu biegefrei beansprucht und hat deshalb auch nur geringe Verformungen. Diese elastoplastische Schicht ist gegenüber dem Gebirge und dem unterirdischen Hohlraum so abgedichtet, daß das hochplastische Material nicht entweichen kann. Dazu dient auf der Bergseite eine Filterschicht (3) aus Kunststoffvlies, die in besonderen Fällen auch durch eine Kunststoffhaut aus PVC o. ä. ersetzt sein kann, die dann in den Stößen wasserdicht verbunden ist.
Auf der Hohlraumseite wird die Innenschale (6) in ihren Fugen nach bekannten Konstruktionsprinzipien entsprechend ausgebildet. Die Filterschicht (3) wirkt mit einer injizierbaren Pufferschicht (2) von mindestens 1 cm Dicke zusammen, die aus einer porösen, elastoplastischen Kunststoffschale besteht und auf dem unmittelbaren Gebirgsverbau (i) angebracht wird.
Gegenüber den Gebirgsflächen, die voraussichtlich einer nachträglichen Verschiebung unterworfen sind, wird eine Verformungsausgleichszone (4.2) wie folgt hergestellt: auf der Außenseite der Innenschale wird eine kombinierte Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht (5) angebracht, die aus einem Kunststoffvlies auf poröser Unterlage besteht. Zu dieser Schicht (5) führt durch ssie Inrerschale (6) mindestens eine Leitung (7).
In den Auflagerzonen (4.1) fehlt diese Schicht, dort sitzt die elastoplastische Schicht unmittelbar auf der Innenschale. Der erfindungsgemäße mehrshichtige Ausbau mit selbsttätigem Ausgleich von Profilverformungen des Gebirgshohlraumes funktioniert wie folgt: Wenn sich Gebirgsflächen in Richtung des Hohlraumes bewegen, erhöhen sie infolge des Ausbauwiderstandes der Innenschale (6) in der wassergesättigten, elastoplastischen Schicht der Verformungsausgleichszone (4.2) den Druck.
Hierdurch wird aus der Schicht (4.2) Wasser durch den Filter der Schicht (5) gedrückt und entweicht über die Wasserleitung (7) nach innen. Die Regulierung kann beispielsweise mittels eines Überdruckventiles erfolgen.
Durch den erfindungsgemäßen Ausbau bleibt trotz der Verformung des Gebirges für die Innenschale der ursprüngliche Belastungszustand erhalten.
Wenn sich die Gebirgsflächen nach außen bewegen, dringt Wasser unter seinem konstanten Druck durch die Wasserleitung (7) in die kombinierte Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht (5) und vergrößert von dort aus das Volumen der elastoplastischen Schicht in der Verformungsausgleichszone (4.2). Der ursprüngliche Belastungszustand für die Innenschale bleibt erhalten Die Aufrechterhaltung des Wasserdruckes kann beispielsweise durch eine Pumpe erfolgen. Wasser, das durch die äußere Filterschicht (3) nach außen in das Gebirge dringt, wird gleichfalls auf dem beschriebenen Weg durch die Pumpe ersetzt.
Die Dicke der elastoplastischen Schicht als Verformungsausgleichszone hängt von dem voraussichtlichen Verformungsweg des Gebirgsprofiles und von der austauschbaren Wassermenge der elastoplastischen Schicht ab. Sie beträgt mindestens 5 cm oder ein mehrfaches des voraussichtlichen Verformungsweges.
Das erfindungsgemäße System unterscheidet sich von der Anmeldung gemäß DT-OS 2 136 645 dadurch sehr vorteilhaft, daß als Druckmittel und Volumenausgleichsmittel zwar auch Wasser benutzt wird, jedoch die Bettung in der Verformungsausgleichszone auf einem elastoplastischen Material erfolgt.
Wenn Ventile oder Pumpen versagen, verhindert die Trägheit des Systemes eine sofortige Gefährdung des Bauwerkes.
Der erfindungsgemäße Ausbau unterscheidet sich auch von anderen Ausbildungen, die im Bergbau bekannt sind, um eine Überlastung des Streckenausbaues zu vermeiden.
So wurde in der deutschen Patentschrift 803 649 vorgeschlagen, in Sohle und/oder Firste des Streckenausbaues Entlastungskammern herzustellen, in die das Gebirge allmählich eindringen kann. Hier wird im Grunde vorgeschlagen, das verdrängte Gebirgsvolumen an bestimmter Stelle unterzubringen. Demgegenüber wird in der Lösung nach der Erfindung das Wasservolumen in einer Zwischenschicht entfernt oder ergänzt. Nach der zitierten Patentschrift ist es außerdem nicht möglich, das verdrängte Volumen wieder in seine ursprüngliche Lage zu bringen wie in der erfindungsgemäßen Lösung.
Weiterhin wurde in der deutschen Patentschrift 965 932 vorgeschlagen, den Grubenausbau zwischen Gebirgswand und Ausbau zur EnXpamung des Gebirges mit einem nachgiebigen Füllstoff aus Preßtorf zu versehen. Diese Maßnahme unterscheidet sich von der erfindungsgemäßen Lösung dadurch, daß sich das Gebirge zunächst entspannt, dann aber beim Zusammenpressen des Torfes infolge des wachsenden Ausbauwiderstandes in einen anderen Spannungszustand versetzt wird. Die Lösung nach der Erfindung hält demgegenüber den ursprünglichen Spannungszustand aufrecht und ist außerdem in der Lage, das Volumen des Zwischenraumes gegenüber dem Ausgangszustand zu vergrößern.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, daß die Innenschale von einem wassergesättigten, aber wasserundurchlässigen Material umschlossen ist, das einen sehr sicheren Dichtungsmantel bildet und bei einem Stahl ausbau Lochfraß vermeidet. Bei Tübbingausbau können die Dichtungen vereinfacht werden. Bei Gebirgsverformungen in Längsrichtung der Hohlraumachse bildet die Bettung (4) eine Gleitschicht, die Stauchungen oder Zerrungen für die Innenschale vermeidet. Mit der Pufferschicht (2) wird erreicht, daß bei einem Versagen der Filterschicht (5) keine kurzfristige Überlastung der Innenschale auftreten kann. Bei möglichen Schäden im unmittelbaren Gebirgsverbau (i) schützt sie die äußere Filterschicht (3) vor Beschädigung.
Sobald die Gebirgsveformungen endgültig abgeklungen sind, werden durch die Wasserleitungen (7) Injektiontrohre bi in die Fufferschicht (£) eingetrieben. Durch Zementinjektionen in die Pufferschicht erfolgt die endgültige Konsolidierung des Hohlraumausbaues.

Claims

Patentansprüche 1. Mehrschichtiger Ausbau unterirdischer Hohlräume mit selbsttätigem hydraulischen Volumenausgleich von Profilverformungen über ein plastisches Medium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausbau von außen nach innen wie folgt zusammengesetzt ist: (i) unmittelbarer Gebirgsverbau als erste Sicherung, (2) injizierbare Pufferschicht von mindestens 1 cm Dicke aus poröser, elastoplastischer Kunststoffschale, (3) Filterschicht aus Kunststoffvlies (4) innere wassergesättigte elastoplastische Schicht aus einem hochplastischen schluffigen Ton oder einem anderen porösen Material von mindestens 5 cm Dicke oder einem Vielfachen des zu regulierenden Verformungsweges (4.1) als Auflagerzone (4.2) als Verformungsausgleichszone (5) kombinierte Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht aus Kunststoffvlies auf poröser Unterlage im Bereich der Verformungsausgleichszone (4.2) (6) Gebirgs- und wasserdruckhaltende Innenschale und daß von der kombinierten Filter-, Sammel- und Verteilungsschicht (5) durch die Innenschale mindestens eine Leitung zum Wasserabfluß oder Wasserzuflun (7) unter konstantem Druck führt.
2. Mehrschichtiger Ausbau nach Anspruch i, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß anstelle der Filterschicht aus Kunststoffvlies (3) eine Abdichtungshaut aus Kunststoff eingebaut wird, die in ihren Stößen wasserdicht verbunden ist.
3. Mehrschichtiger Ausbau nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Pufferschicht (2) nach Abklingen der Gebirgsverformungen zur Konsolidierung der Bettung der Innenschale (6) in der Weise benutzt wird, daß durch die Leitungen (7) Injektionsrobre bis in die Pufferschicht (2) getrieben werden und mit Zement injiziert wird.