DE2823950C2

DE2823950C2 - Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tiefer Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge

Info

Publication number: DE2823950C2
Application number: DE19782823950
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Prof. Dr.-Ing. 4370 Marl Lütgendorf
Original assignee: GEWERKSCHAFT AUGUSTE VICTORIA 4370 MARL DE; GEWERKSCHAFT AUGUSTE VICTORIA 4370 MARL
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE2823950A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tiefer, im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, welcher aus mindestens zwei mit radialem Abstand koaxial ineinander angeordneten tragenden Ausbauzylindern besteht, deren Ringfuge mit einem eine Relativbewegung der Ausbauzylinder zulassenden zähflüssigen Füllmittel, insbesondere wo chem Asphalt, ausgefüllt ist. dessen Raumgewicht niedriger als 1.3 eingestellt ist.

Fin derartiger Schachtausbau ist bereits aus der Dt. AS 12 84 387 bekannt, wobei die Besonderheil dieses Schachtausbau* dann besteht, daß er aus mehreren, jeder für sieh tragenden, mit radialem Abstand koaxial ineinander angeordneten Ausbau/ylin dem zusammengesetzt ist und d^;e Ringfugen zwischen den einzelnen Ausbauzylindern mit dem zähflüssigen Füllmittel gefüllt sind, dessen Raumgewicht iler.ir' differenziert ist, daß der von dem Füllmittel auf die einander benachbarten Ausbauzylinder ausgeübte Sei* tendruck auf der Innenseite des jeweils äußeren Ausbauzylinders wesentlich niedriger ist als der auf ihn zentrisch von außen einwirkende, diesem entsprechende Druck. Dank dieses bekannten Schachtausbaus kann der sich aus dem Wasser- sowie dem Gebirgsdruck zusammensetzende Druck in genau vorherbestimmba-

ren eindeutigen Anteilen auf einen oder mehrere innere Ausbauzylinder übertragen werden, wodurch der außeiiliegende Ausbauzylinder entsprechend entlastbar ist. Der bekannte Schachtausbau setzt jedoch voraus, daß der äußere Ausbauzylinder wasserdicht ist und in voller Höhe sowohl den Wasser· als auch den Gebirgsdruck aufnimmt, um diese Drücke sodann über das hinsichtlich seiner Wich'.e abgestufte Füllmittel in den jeweiligen Ringfugen zwischen den Ausbauzylindern mehr oder weniger gleichmäßig auf die verschiedenen Ausbauzylinder zu übertragen.

Bein, bekannten Schachtausbau ist kein gebirgsverbundener Ausbauzylinder vorgesehen, und ist die Wichte des zähflüssigen, die Ringfugen füllenden Füllmittels in üblicher Weise auf 1,3 eingestellt, um auf diese Weise den sich in nicht standfestem wasserführendem Gebirge überlagernden Wasserdruck und Gebirgsdruck zu Kompensieren.

Trotz der in diesem Ausbausystem liegenden Vorzüge, den von außen einwirkenden kombinierten Wasser- und Gebirgsdruck im wesentlichen gleichmäßig auf mehrere tragende Ausbauzylinder u' ertragen und die tragenden Ausbauzylinder überdies - zusammengerechnet — dünnwandiger ausbilden zu können als einen einwandigen Ausbauzylinder, konnte sich der gattungsgemäß bekannte Schachtausbau nicht in der Praxis durchsetzen. Dies dürfte u. a. darauf zurückzuführen sein, daß mit wachsenden Teufen eine sichere Beherrschung des Gebirgsdrucks zunehmend erschwert wird, zumal der Gebirgsdruck mit zunehmender Teufe nicht nur schlechthin anwächst, sondern zunehmend auch von den mit wachsender Teufe wechselnden Gebirgseigenschaften abhängt. Bekannterweise ist unabhängig von der Teufe der Gebirgsdruck z. B. in tonigen Schichten besonders hoch. So sind es in erster Linie die in größeren Teufen auftretenden Änderungen im Gebirgsverhalten. welche der Verbreitung des bekannten Schachtausbaus gemäß der DE-AS 12 84 387 mit seinen mehrgliedrigen. aber in sich starren Ausbauzylir lern entgegenstanden.

Aus »Glückauf« 103 (1967). Seiten 553 bis 560 sowie »Bergbauwissenschaften« 15 (1968), Seiten 245 bis 248 ist der Aufbau eines Schachtes der Anmelderin bekannt, welcher sich dadurch auszeichnet, daß nicht zwei tragende Ausbauzylinder, sondern lediglich ein einziger tragender Ausbauzylinder aus lose atJeinanderpcs'.tpol ten .Stahlbetonringen vorgesehen ist. Diese Stahlbeton ringe sind außen von einem Stahlblechmante¹ umschlos sen und die zwischen de" Stahlblechmante! und dem gebirgsverbundenen Stt>"ausb.iii vorhandene Kingluge ist mit einer ^sphal'pleitsi-hicht ausgefüllt, deren Wich"· üblicherweise t.i iietragt. Bein¹ L'cbirgsverbun clencr lloßaiisbaii handelt es sich keinesfalls um einen tragfulen Ausbauzvlinder Bekinnntch ilient ein Stoß ausbau ausschließlich dem Schiit/ ilt ι Hi'e^'schaft vor Steinf.ill während der I'euf und Ausbauarbeiten Daß der Stiiliausbau nicht die funktion eines tragenden Ausbiiii/ylinders übernehmen kann ergibt sich außer dem ins der auf 1.5 eingestellten Wichte der Asphiiügleiifiillun)!. Der Si >U,iusb,u> wird durch den von außen definitionsgemäß «iuf ihn einwirkenden, sich überlagernden Gebirgs- und Wasserdruck entsprechend einem Rauingewicht von 1,3 sowie den von innen her auf ihn einwirkenden Radialdruck der auf das gleiche Raumgewicht eingestellten Asphallfültung absichtlich und vollständig druckentlastet.

Aus »Neue Bergbaut-j». bnik« (1977), Seiten 507 bis 512 ist ein mehrschichtiger Schachtausbau bekannt, bei welchem die beiden ineinandergefügten tragenden Ausbauzylinder mittels einer Kunststoffdichtfolie voneinander gefennt sind. Da die beiden tragenden Ausbauzylinder jedoch nicht durch eine hinreichend

<, breit dimensionierte Ringfuge voneinander getrennt sind, verhält sich der bekannte Aufbau in der Praxis wie ein einheitlicher tragender Ausbauzylinder. Die letztgenannte Entgegenhaltung beschäftigt sich in erster Linie mit statischen Berechnungsmethoden für derartige

ίο Schachtauskleidungen, wobei für den äußeren Ausbauzylinder keinesfalls von einer besonderen Wasserdurchlässigkeit ausgegangen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schachtausbau der aus der DE-AS 12 84 387 bekannten

ι -, Gattung so auszubilden, daß der bei Teufen bis zu 600 m in nicht standfestem und wasserführendem Gebirge herrschende Gebirgs- und Wasserdruck sicher aufgenommen werden kann und der Schachtausbau dennoch imstande ist. sich Verformungen des Gebirgskörpers

.'(ι besser anzupassen. Insbesondere bildet es dabei auch Aufgabe der Erfindung, den Schachtausbau so /u gestalten, daß er seine Funktionsfähigkeit auch dann behält, wenn er in größeren Teufen höheren Gebirgs· druckbeanspruchungen ausgesetzt ist, als es der Teufe

2i eigentlich entspricht und wie sie z. B. von tonigen Schichten herrühren können. Während man den normalen Gebirgsdruck in der Regel einem Raumge wicht von 0,3 gleichsetzt, kann der von tomgen Schichten ausgehende Druck durchaus so hoch werden.

in daß er indirekt einer Wichte bzw. einem Raumgewicht von 0.8 entspricht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der äußere gebirgsverbundene und in Abhängigkeit vom Druckverhalten der durchteuften Gebirgsschichten

li aus einem oder mehreren Ausbauringen zusammenge setzte Ausbauzylinder wasserdurchlässig und gegen über dem ihn beanspruchenden äußeren Gebirgsdruck druckfest, jedoch radial begrenzt verformbar ausgebildet ist. während der innere, den im umgebenden

4i) Gebirge anstehenden Wasserdruck aufnehmende Ausbaivylinder in bekannter Weise wasserdicht ausgebildet ist und zu diesem Zweck aus einem äußeren wasserdichten Stahlmantel mit einer darin gleitend angeordneten Stahlbetonringsäule besteht, und daß das

■r. Raumgewicht des in der Ringfuge zw-schen ä'jßerem und innerem Ausbauzylinder befindlichen, den inneren Ausbauzylinder gleichförmig belastenden Füllmittels derart eingestellt ist. daß es das Raumgewicht von Wasser nur geringfügig übersteigt.

>« Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare (ethnische Fortschritt ist in e.'ster Linie darin zu sehen, daß es nunmehr auf wirtschaftliche Weise möglich geworden ist. im Gefrierverfahren niedergebrachte Schächte im iiicht standfesten wasserführenden Gebirge bis /u

v> Teufen von 600 m und mehr unter sicherer Beherrschung des Gebirgs· und Wasserdrucks so auszubauen, daß sich der Schachtausbau dennoch abbaubedingten Verformungen des Gebirgskörpers in weiten Grenzen schadlos an/uparen vermag. Daraus ergibt sich eine

M> erhebliche Einsparung an kostenintensivem Ausbaumaterial, wobei sich diese Einsparung um so gravierender auswirkt, je größer die Teufe des niedergebrachten Schachtes ist. Dabei ergibt sich dieses vorteilhafte Verhalten des erfindungsgemäßen Schachtausbaus in

hi erster Linie dart.ys, daß der Außenzylinder als selbsttragender Ausbauzylinder ausgebildet ist, der ungeachtet seiner weitgehenden Verformbarkeit gegenüber dem äußeren Gebirgsdruek druckfest und dennoch

zugleich bewuBl besonders wasserdurchlässig ausgebildet ist. Dadurch, daß das Raumgewicht bzw. die Wichte des in der Ringfuge zwischen innerem und äußerem Ausbauzylinder vorgesehenen Füllmittels derart eingestellt ist, "daß der von dem Füllmittel ausgehende radiale Druck mit einer geringen Sieherheitsmarge lediglich den Wasserdruck kompensiert, wird auf diese Weise der innere Ausbauzylinder lediglich annähernd mit dem dem Wasserdruck entsprechenden Radialdruck belastet. Der äußere Ausbauzylinder wird folglich um den gleichen Druckanteil von innen her gegenüber dem von außen ihn beaufschlagenden Gesamt-Radialdruck entlastet, wobei sich dieser Gesamtdruck aus dem Gebirgsdruck und dem Wasserdruck zusammensetzt.

Im Normalfall, d. h. in den überwiegend oberen Teufenbereichen des nicht standfesten wasserführenden Deckgebirges, bedeutet dieses, daß der äußere Ausbau-Zylinder dort nur dem zentrisch angreifenden radialen Gebirgsdruck standzuhalten braucht, welcher erfahrungsgemäß einer Wichte von etwa 0,3 entspricht. In größeren Teufen und insbesondere dort, wo der Gebirgsdruck beispielsweise infolge toniger Schichten höher ist und beispielsweise einer Wichte von bis zu 0,8 gleichzusetzen ist, ist es nunmehr auf einfache Weise möglich geworden, diesem lediglich dadurch Rechnung zu tragen, daß eine entsprechend vergrößerte Anzahl von Ausbauringen eingebaut wird, ohne daß dadurch der vorgegebene Gleichgewichtszustand zwischen dem inneren Zylinder und der Füllschicht nachteilig beeinträchtigt wird. Während der äußere Ausbauzylinder je nach den gebirgsabhängigen Beanspruchungsverhältnissen mit einer größeren bzw. kleineren Anzahl von Ausbauringen versehen werden kann, vermag der innere wasserdicht ausgebildete Ausbauzylinder von vornherein so dimensioniert zu werden, daß er durchgehend nur dem eine etwas höhere Wichte als Wasser aufweisenden Füllmittel standzuhalten braucht.

Infolge der bewußt großen Wasserdurchlässigkeit des äußeren Ausbauzylinders trägt dieser tatsächlich erstmals allein und selbständig lediglich die vom Gebirgsdruck herrührende und über die Teufe gegebenenfalls unterschiedlich hohe UebirgsdnickKomponenie, wahrend der innere Ausbauzylinder ebenso ausschließlich nur die den Wasserdruck kompensierende Druckkomponente des in der Wichte entsprechend eingestellten Füllmittels aufnimmt, und zwar unabhängig davon, wie hoch der auf den äußeren Ausbauzyiinder in den verschiedenen Teufenbereichen tatsächlich einwirkende Gebirgsdruck ist, dem er lediglich durch entsprechende Wahl der Anzahl seiner Ausbauringe angepaßt ist.

Die Besonderheit und der Vorteil des erfindungsgemäßen Schachtausbaus liegen mithin prinzipiell darin, daß der äußere Ausbauzyiinder bewußt als zwar tragfähiges, aber zugleich nachgiebig verformbares und deswegen besonders widerstandsfähiges Sieb konzipiert ist welches zwar den Gebirgsdruck aufnimmt, aber das Wasser durchläßt, mit der Folge, daß der Wasserdruck über das Füllmittel direkt auf den wasserdichten inneren Ausbauzyiinder übertragen wird.

Das Raumgewicht bzw. die Wichte des die Ringfuge zwischen dem äußeren und dem inneren Ausbauzylinder ausfüllenden zähflüssigen Füllmittels, insbesondere in Form weichen Asphalts, ist in an sich bekannter Weise durch geeignete Beimengungen, wie Kalkmehl od. dglbevorzugt nur auf etwa i,02 bis höchstens 1,1 oder 1,15 eingestellt. Es ist mithin nur gerade so hoch, daß das Füllmittel den Wasserdruck zurückhalten kann und folglich auch nur etwa dessen Druck anf den inneren wasserdichten Ausbauzylinder überträgt. Das hat zur Folge, daß der innere Ausbauzylinder leichter und entsprechend kostengünstiger gestaltet werden kann als in den Fällen, in denen die Wichte bzw. das

-, Raumgewicht des Füllmittels üblicherweise 1,3 beträgt.

Da der äußere wasserdurchlässige Ausbauzylinder

nahezu den vollen Gebirgsdruck aufzunehmen hat, muli er selbstverständlich entsprechend berechnet, d. h.

dimensioniert, aber auch entsprechend ausgebildet

ίο werden. Damit die Gleitfähigkeit des Asphaltmantels erhalten bleibt, muß der äußere Ausbauzylinder jedenfalls so sicher gestallet werden, daß er nicht zerbricht. Zu diesem Zweck wird er zwar so druckfest ausgebildet, daß er den größeren Druck des unverform

1-5 ten Gebirges tragen kann, zugleich aber so gestallet, daß er verformbar bleibt.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist der äußere wasserdurchlässige Ausbauzylinder gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung in horm einer oder mehrerer im Abstand von wenigen Zentimetern radial zueinander angeordneten Ringmauern als Trokkenmauerwerk aus hochfesten Betonformsteinen errichtet, in deren vertikale und horizontale Fugen Platten aus unter hohem Druck nachgiebigem Werkstoff eingelegt sind. Dabei handelt es sich bevorzugt um Flachsspanplatten. Die Ringfugen zwischen den verformbaren Ringmauern sind dabei zweckmäßig mit druckfestem, aber im ganzen begrenzt verformbarem Füllgut, insbesondere in Form von Sand, ausgefüllt.

jo Eine derartige Ausbildung des äußeren Ausbauzylinders ermöglicht eine auf der Gebirgsdruckbeanspruchung beruhende Verformung bzw. Verkleinerung des Radius bis zu etwa 10 cm. Durch diese Nachgiebigkeit läßt sich der Gebirgsdruck auf den Ausbau gegenüber den Verhältnissen bei unverformtem Gebirge entsprechend verringern. Auf diese Weise ist der äußere Ausbauzylinder auch besonders geeignet, Frosldrücke während des Abteufens schadenfrei aufzunehmen. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Tragfähigkeit bzw. der Verformungswiderstand des äußeren Ausbauzylinders gegenüber dem von außen auf ilm cirr«iriiOiiucn vjCuirgSuruc; örtlich an die jeweils gebirgsschichtspezifische Druckbeanspruchung durch Wahl einer entsprechend größe-

•15 ren oder kleineren Anzahl koaxial im Abstand zueinander angeordneter Ringmauern grundsätzlich gleichen AufDaus angepaßt, derart, daß er unter dem in den verschiedenen Teufenbereichen von außen auf ihn einwirkenden unterschiedlich hohen Gebirgsdruck einer über seine Länge im wesentlichen gleich "roßen radialen Verformung bzw. Zusammendrückung unterworfen ist Diese Mehrfachanordnung von Ringmauern spezifisch gleicher Verformbarkeit hat den wesentlichen Vorzug, daß der äußere Ausbauzylinder zwar einerseits

die lokal notwendige größere Tragfähigkeit erhält, andererseits aber eine über seine ganze Länge einheitliche Verformbarkeit besitzt, die allzu große Scherbeanspruchungen der Gefrierrohre vermeidet.

Während die innerhalb der jeweiligen Ringmauern in die vertikalen und horizontalen Fugen zwischen den Betonformsteinen eingelegten Flachsspanplatten sich unter Last zusammendrücken und dem Ausbau die gewünschte Verformbarkeit in tangentialer Richtung verleihen, bewirkt die Sandfüllung in den Ringfugen

es zwischen den koaxial zueinander angeordneten Ringmauern, daß die Verformung der jeweils inneren Ringmauer etwas kleiner ausfällt als die der jeweils äußeren Ringmauer, indem sie erst nach einer kleinen

Verformung der äußeren Ringmauer auch die innere Ringmauer verformt. Die Belastung der inneren Ringmauer bleibt auf diese Weise kleiner als die der äußeren Ringmauer. Die äußere Ringmauer hat bei gleicher Festigkeit der Betonformsteine eine höhere Belastbarkeit in tangentialer Richtung als die jeweils innere Ringmauer, weil die Radialspannung der äußeren höhüf' als die der inneren ist. Die Fugenfüllung mit Sand überträgt nur die für eine gute Ausnutzung beider Ringmauern wichtigen radialen Druckspannungen. Außerdem läßt die Fugenfüllung nur kleine Schubspannungen in tangentialer Richtung zwischen den einzelnen Ringmauern zu, so daß sich am Außenrand der jeweils inneren und am Innenrand der jeweils äußeren Ringmauer unterschiedliche Tangentialspannungen einstellen können. Die Fugenfüllung vermeidet damit eine ungünstige Verbundwirkung zwischen beiden Ringmauern und ermöglicht statt dessen eine vorteilhaftere Beanspruchungsverteiiung auf beide Ringmauern.

Eine aus zwei oder mehreren Ringmauern bestehende Auskleidung weist deswegen auch eine deutlich höhere Tragfähigkeit auf als eine einwandfreie Ringmauer gleicher Dicke.

Erfindungsgemäß hat der innere wasserdichte Ausbauzylinder nur noch wenig mehr als den Wasserdruck aufzunehmen. Er schwimmt in einem Asphaltmantel und muß nur noch beul- bzw. knicksicher ausgebildet werden.

Er ist durch den relativ hohen Asphaltdruck von außen vorgespannt. Der hohe Vorspanndruck stellt zugleich die größtmögliche gleichförmige Last dar. Dennoch kann der innere Ausbauzylinder z. B. im Falle von von Abbauverformungen herrührenden Gebirgsbewegungen an einzelnen Stellen mit dem äußeren Ausbauzylinder in Berührung kommen, so daß der innere Ausbauzylinder auch Biegebeanspruchungen innerhalb der einzelnen horizontalen Ausbauringe ausgesetzt sein kann. Die vom äußeren Asphaltdruck herrührende Vorspannlast und die bei großen Teufen relativ große Wanddicke lassen aber in der Regel trotz Ber Biegebeanspruchungen keine Zugspannungen entstehe" Λ"ί dsr Hic"sz'j"sc:io wird !ed^:-!i"h eH Tc:! d"r von der Vorspannlast herrührenden Druckspannungen vermindert, während die Druckspannung auf der Biegedruckseite ansteigt.

Erfindungsgemäß weist der innere krümmungsfähige, aber in radialer Richtung praktisch starre Ausbauzylinder innerhalb des wasserdichten gleitenden äußeren Stahlmantels eine wasserdurchlässige Säule aus lose aufeinanderliegenden Verbundringen aus Stahl und Beton oder Gußeiser und Beton auf, wobei zwischen der Innenfläche des Stahlmantels und den Verbundringen zweckmäßig eine wenige Zentimeter breite Ringfuge vorgesehen ist, die mit Zementmörtel ausgegossen ist.

Die den Verbundringen innenseitig und/oder außenseitig als Tragmäntel zugeordneten Stahl- oder Gußeisenringe bestehen bevorzugt aus stirnseitig stumpf gegeneinanderstoßenden, mit Bezug auf die übereinander angeordneten Verbundringe hinsichtlich ihrer Stoßfugen m Umfangsrichtung zueinander versetzten Segmenten bzw. gebogenen Plattenelementen, die an ihren Stoßflächen entweder eben bearbeitet oder druckfest miteinander verklebt sind.

Da der innere Verbundausbau nur Druckspannungen aus der Vorspannlast des Asphaltdrucks sowie aus den Biegebeanspruchungen aufzunehmen hat, genügt es, die Stahl- oder Gußeisenringe bzw. -wände stumpf passend

aneinanderzustoßen. Die früher bei Tübbiiigen üblichen Flansche können dabei entfallen.

Soll eine passende Bearbeitung der Stoßflächen eingespart werden, so genügt es, einen druckfesten Baukleber als Füllmittel für die grob bearbeiteten Stöße zu verwenden; Zugfestigkeit der Klebverbindung ist nicht erforderlich.

Dagegen ist es unerläßlich, die Stöße unnachgiebig und druckfest zusammenzufügen, damit der dazwischen befindliche Beton an den Sloßstellen nicht überbeansprucht wird.

Wird nur eine Stahl- oder Gußeisenwand gewählt und diese am Innenrand der Verbundringe vorgesehen, so wird der Zwischenraum zwischen dieser inneren Wand und dem äußeren wasserdichten gleitenden Stahlmantel mit Ortbeton als Verbundbeton ausgefüllt. Dabei muß die innere Tragwand aus Stahl oder Gußeisen vorübergehend durch einen Stützring stabilisiert werden. Nach dem Erhärten des Betons ist sie dagegen ohne Stützring standsicher. Der Verbundbeton haftet zweckmäßig nur am inneren Mantel, während die Haftung an der Innenfläche des äußeren wasserdichten Stahlmantels durch einen Bitumenanstrich unterbunden wird.

Weisen die Verbundringe in Zonen größerer Gebirgsdruckbeanspruchung einen äußeren Tragmantel aus Stahl oder Gußeisen auf, ist es dagegen zweckmäßig, zwischen der Innenfläche des äußeren Stahlmantels und den äußeren Tragmänteln aus Stahl oder Gußeisen einen wenige Zentimeter großen Abstand zu halten, um die Maßdifferenzen zwischen beiden Bauteilen durch einen Verguß aus Zementmörtel innerhalb des Ringspalts besser ausgleichen zu können. Dieser Verguß schafft eine erste Vorspannung für den äußeren Tragmantel aus stumpf aneinanderstoßenden oder an den Stoßstellen miteinander verklebten gebogenen Platten aus Stahl oder Gußeisen. Erst danach kann der Verbundbeton hergestellt werden, ohne daß er im Bereich der Stoßfugen auf Zug beansprucht wird.

Verbundausbau aus Gußeisen und Beton erfährt im Gegensatz zu Verbundausbau aus Stahl und Beton hob . Betonspannungen bei zugleich niedrigen Spannungen in n„:^„~ 1ir.

können, werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Elastizitätsmoduln den zulässigen Beanspruchungen der Stoffe entsprechend aufeinander abgestimmt. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, nämlich dadurch, daß der Elastizitätsmodul des Gußeisens angehoben und/oder der Elastizitätsmodul des Betons gemindert wird.

Der Elastizitätsmodul des Gußeisens läßt sich in an -sich bekannter Weise z. B. durch teilweise Umformung der natürlichen Graphitausscheidung zu Kugelgraphit anheben, während sich der Elastizitätsmodul des Betons dadurch senken läßt, daß porige Zuschlagstoffe hoher Festigkeit z. B. in Form von Blähton oder Blähschiefer, verwendet werden. Mit solchen Zuschlagstoffen läßt sich eine genügend hohe Betonfestigkeit sicherstellen.

Der erfindungsgemäße Schachtausbau für große Teufen schafft beim Abteufen im Gefrierverfahren größere Sicherheit, da das gefrorene Gebirge, das zunächst allein den Wasser- und Gebirgsdruck zu tragen hat, frühzeitig von einem hoch tragenden äußeren Ausbau abgestützt wird. Insbesondere in wenig festem Gebirge wird ein besonders hoch tragfähiger äußerer Ausbauzylinder aus mehreren koaxial zueinander im Abstand angeordneten Ringmauern eingesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, das Abteufen in mehreren Abschnitten bis 600 m und tiefer vorzunehmen und erst

nachträglich den inneren wasserdichten Ausbauzylinder in einem Zuge von unten nach oben zu errichten. Die als Gleitschicht dienende durchgehende Asphaltfuge erlaubt bei diesem Ausbauverfahren auch den Abbau schachtnaher Vorräte. ι

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben: es zeigt

Fig. 1 einen Abschnitt des Schachtausbaus als perspektivischen Ausschnitt, längsgeschnitten und

Fig. 2 in der Darstellung gemäß Fig. 1 die in Ausbildung des Ausbaus über die ganze Schachtlänge.

In der Zeichnung sind der äußere Ausbauzylinder mit A, der innere Ausbauzylinder mit Sund das die Ringfuge zwischen beiden Ausbauzylindern ausfüllende zähflüssige Füllmittel in Form weichen Asphalts mit C Ii bezeichnet.

Wie besonders deutlich aus F i g. I hervorgeht, ist der äußere Ausbauzylinder A gebirgsverbunden. indem er sn das ihn außen umgebende Gebirge ί mittels Vergußmörtels 2 dicht angeschlossen ist. Er besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus zwei bzw. drei Ringmauern 3, 3a und 3b, die als Trockenmauerwerk aus hochfesten Betonformsteinen 4 errichtet sind, in deren vertikale und horizontale Fugen unter Druck nachgiebige Flachsspanplatten 5 bzw. 5a eingelegt sind. Die nur wenige Zentimeter breiten Ringfugen 6 zwischen den einzelnen Ringmauern 3, 3a und 3b sind mit Sand ausgefüllt.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus ist der äußere Ausbauzylinder A nach Art eines Siebs wasserdurchläs- jo sig ausgebildet, jedoch gegenüber dem ihn von außen beanspruchenden Gebirgsdruck sowohl druckfest als »uch begrenzt radial verformbar.

Je nach dem zu erwartenden höheren oder geringeren äußeren Gebirgsdruck, der nicht nur von der Teufe ß abhängt, sondern auch gebirgsschichtspezifisch ist, weist der äußere Ausbauzylinder A eine entsprechend kleinere oder größere Anzahl im Abstand koaxial zueinander angeordneter Ringmauern 3, 3a, 3b auf. derart, daß er unter dem von außen jeweils auf ihn -to einwirkenden unterschiedlich hohen Gebirgsdruck einer über seine Länge im -Tesentlichen gleich großen radialen Verformung bzw. Zusammendrückung unterworfen ist. Während die äußeren Ringmauern um ein relativ größeres Maß vom Gebirgsdruck zusammengedrückt werden, baut sich dieses Maß dank des Charakters der Fugenfüllungen 5, Sa bzw. 6 bezüglich der innenliegenden Ringmauern stufenweise ab. Auf diese Weise kann sich der Radius unter der Gebirgsdruckverformung bis zu etwa 10 cm verkleinern. Ist die Anzahl der Ringmauern im Hinblick auf den lokal jeweils zu erwartenden gebirgsschichtspezifischen Gebirgsdruck richtig gewählt, verkleinert sich der Innenradius des äußeren Ausbauzylinders A über seine gesamte Länge nahezu gleichmäßig nur um wenige Zentimeter.

Entsprechend diesem zu erwartenden Maß der Verkleinerung des Innenradius des äußeren Ausbauzylinders A ist die Breite der Ringfuge 7 zwischen dem äußeren Ausbauzylinder A und dem inneren Ausbauzylinder B gewählt Es genügt in der Regel, sie in der ί>ο Größenordnung eines Dezimeters oder nur wenig mehr zu bemessen.

Die Ringfuge 7 ist mit weichem Asphalt C ausgefüllt, dessen Raumgewicht durch Beimengung von Kalkmehl od. dgl. auf nur etwa 1,05 eingestellt ist, so daß es dizs Raumgewicht von Wasser nur ganz geringfügig übersteigt.

Der Asphaltmantel Cinnerhalb der Ringfuge 7 ist auf diese Weise imstande, den Druck des durch den äußeren Ausbauzylinder A zu ihm durchdringenden Wassers aufzunehmen und belastet mithin auch den inneren Ausbauzylinder fr nur etwa mit dem natürlichen Wasserdruck.

Der innere Ausbauzylinder B wird zunächst von einem äußeren, geschlossenen und wasserdicht verschweißten Stahlblechmantel 8 gebildet, der sich unmittelbar an die Asphaltfüllung C anschließt. Er kann mithin infolge der Gleiteigenschaften des Asphaltmantels Crelativ 2u diesem gleiten

Der innere Ausbauzylinder B besteht weiterhin aus einer innerhalb des Dichtmantels 8 angeordneten wasserdurchlässigen Säule aus lose aufeinanderliegenden Verbundringen 9 aus Stahl und Beton oder aus Gußeisen und Beton, so daß er zwar krümmungsfähig, aber in radialer Richtung praktisch starr ist.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbei-

Tragmantel 9a in Form von Stahlsegmenten und inneren Beton- bzw. Stahlbetonringen 9b zusammengesetzt. Zwischen den Verbundringen 9 und dem wasserdichten Stahlblechmantel 8 mit einer Dicke von etwa 5 cm ist eine Ringfuge 10 vorgesehen, die dem Ausgleich von Maßtoleranzen zwischen den Bauteilen dient und zu diesem Zweck mit Vergußmörtel ausgefüllt ist.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind die inneren Betonringe 96 als geschlossene Ringkörper ausgebildet; sie können aus Fertigbauteilen bestehen, sind jedoch bevorzugt beim Aufbau des inneren Ausbauzylinders B von unten nach oben in bekannter Weise an Ort und Stelle errichtet.

Die äußeren Tragmäntel 9a der Verbundringe 9 sind nach Art von Segmenten aufgegliedert, wobei die vorgebogenen Stahlplatten 9ai, 9a2, 9a3 usw. mit ihren Stirnflächen stumpf gegeneinanderstoßen und mit Bezug auf die jeweils übereinander angeordneten Verbundringe hinsichtlich ihrer Stoßfugen II in Ümfangsrichtung zueinander versetzt sind.

Um eine einwandfreie und gleichmäßige Druckübertragung zu gewährleisten, sind die Stoßflächen der Stahlplattensegmente eben bearbeitet oder mit einem bekannten Baukleber druckfest verklebt, der bei nur grober Bearbeitung der Stoßflächen ebenfalls zu einer gleichmäßigen Druckübertragung führt Da an den Stoßfugen 11 ohnehin nur Druckkräfte auftreten, ist eine zugfeste Verbindung entbehrlich.

Infolge des vorbeschriebenen Aufbaus des inneren Ausbauzylinders B ist dieser nach außen vollkommen wasserdicht im übrigen aber mit Bezug auf seine Längserstreckung krümmungs- bzw. biegefähig und in radialer Richtung praktisch starr.

Wie sich aus der Gesamtdarstellung des Schachtausbaus über dessen ganze Länge in Fig.2 ergibt, sind sowohl der äußere Ausbauzylinder A als auch der innere Ausbauzylinder B über die gebirgsdruckspezifisch verschiedenen Teufenbereiche unterschiedlich aufgebaut ohne daß damit allerdings von dem vorstehend beschriebenen Grundprinzip des Aufbaus abgewichen würde.

In F i g. 2, links, sind die auch gebirgsdruckspezifisch verschiedenen Gebirgsschichten wie folgt angenommen:

«2 bezeichnet loses sandiges Deckgebirge, 13 tonigen Sand, 14 sandigen Ton und 15 festes Gebirge.

Demgemäß weist der äußere Ausbauzylinder im Teufenbereich des lockeren Deckgebirges 12 nur eine

einzige Ringmauer 3 auf, im Teufcftbereich des tonigen Sandes 13 zwei Ringmauern 3 und 3a, im Teufenbereieh ζ¹« sandigen Tons 14 drei Ringmauern 3, 3a und 3b %Jwie in dem darunterliegenden Teufenbereieh dis festen Gebirges 15 eine zum Fundament 16 hin bis auf % die Ringmauer 3 abnehmende Anzahl solcher Ringmauern.

Mit 17 ist die Verflechtung bzw. Ineinanderschachlelung der Ringmauersiöße im Bereich einer Sohle bzw. eines Teufabsatzes angedeutet. in

Entsprechend den unterschiedlich hohen äußeren Gebirgsdruckbeanspruchungen in den verschiedenen Gebirgsschichten und Teufenbereichen ist auch der innere Ausbauzylinder B hinsichtlich seiner inneren, radial starren Auskleidung bei sonst gleicher Gesamt- π Wandstärke unterschiedlich ausgebildet.

Während im oberen Teufenbereieh reine Slahlbetonringe 9b eingesetzt sind, schließen sich an diese nach MMign Verbundriü^s 9 ι™*.*, !nnenseiti^sn und/cdsr außenseitigen Tragmänleln aus Stahlplatten an. Im teufenbereieh \li$ tonigen Sandes 13 sowie im Bereich des Teufabsatzes sind die Verbundringe 9 innenseitig mit Tragmänteln 9a aus Stahlsegmenten versehen, in dem sich nach unten anschließenden Teufenabschnitt dagegen mit außenseitig vorgesehenen Tragmäntein 9a aus Stahlsegmenten.

Lediglich im unteren Teufenbereieh des sandigen Tons 14 sind die Verbundringe 9 sowohl außenseitig als auch innenseitig mit Tragmänieln 9a aus Stahlsegmenteri-iüsgerüslet. jn

Auf diese Weise ist auch bei der Innenauskleidung des inneren Ausbauzylinders B den unterschiedlich hohen äußeren Druckeinwirkungen Rechnung getragen, ohne daß es dazu erforderlich wäre, eine Verengung des lichten Schachtquerschnitts in Kauf zu nehmen

Mit 18 sind in Fig. 2 zwei untereinanderliegende Stützringe für die Abstützung bzw, Sicherung des Fundaments 16 bezeichnet.

Der vorbeschriebene Schachtausbau wird in der Weise errichtet, daß der äußere wasserdurchlässige und Verformbare, bereichsweise aus einem oder mehreren Ringmauern als Trockenmauerwerk zusammengesetzte Äusbauzylinder während des Abteufens im Gefrierverfahren in aufeinanderfolgenden Abschnitten errichtet und erst nachträglich der innere wasserdichte Ausbauzylinder unter Ausfüllung der Ringfuge 7 mit dem spezifisch leichter eingestellten Asphalt C in einem Zuge von unten nach oben aufgebaut wird.

Soweit die Verbundrin^s 9 d^bei innenseiii™ Trs**- mäntel aus Stahl- oder Gußeisensegmenten aufweisen, ist es notwendig, beim Aufbau des inneren Ausbauzylinders den Zwischenraum zwischen den Stahl- oder Gußeisenringen und dem äußeren wasserdichten, innenseitig mit einem Bitumenanstrich versehenen Stahlmanlei mit Ortbeton als Verbundbeton auszufüllen und die inneren Stahl- oder Gußeisenringe während des Einbringens des Ortbetons durch einen inneren, in der Zeichnung nicht dargestellten Stützring in ihrer Lage vorübergehend zu stabilisieren, bis der Beton abgebunden hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsien

Claims

Patentansprüche:

1. Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tiefer, im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, welcher aus mindestens zwei mit radialem Abstand koaxial ineinander angeordneten tragenden Ausbauzylindern besteht, deren Ringfuge mit einem eine Relativbewegung der Ausbauzylinder zulassenden zähflüssigen Füllmittel, insbesondere weichem Asphalt, ausgefüllt ist, dessen Raumgewicht niedriger als 1,3 eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere gebirgsverbundene und in Abhängigkeit vom Druckverhalten der durchteuften Gebirgsschichten aus einem oder mehreren Ausbauringen (3,3a, 3b) zusammengesetzte Ausbauzylinder (A) wasserdurchlässig und gegenüber dem ihn beanspruchenden äußeren Gebirgsdruck druckfest, jedoch radial begrenzt verformbar ausgebildet ist, während der innere, den im umgebenden Gebirge anstehenden Wasserdruck aufnehmende Ausbauzylinder (B)\n bekannter Weise wasserdicht ausgebildet ist und zu diesem Zweck aus einem äußeren wasserdichten Stahlmantel (8) mit einer darin gleitend angeordneten Stahlbeonringsäule (9) besteht, und daß das Raumgewicht des in der Ringfuge (7) zwischen äußerem und innerem Ausbauzylinder befindlichen, den inneren Ausbauzylinder ^gleichförmig belastenden Füllmittels (C) derart eingestellt ist, daß es cias Raumgewicht von Wasser nur geringfügig übersteigt.

2. Schachtausbau nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Raup -gewicht des die Ringfuge (7) zwischen dem äußeren und dem inneren Ausbauzylinder (.4 bzw. B) ausfüllenden Füllmittels (C) durch geeignete an sich bekannte Beimengungen. /.B. in Form von Kalkmehl, auf 1.02 bis höchstens etwa 1,15 eingestellt ist.

3. Schachtausbau nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der äußere wasserdurchlässige Ausbauzylinder (A) in Form einer oder mehrerer, im Abstand von wenigen Zentimetern radial zueinander angeordneten Ringmauern (3, 3a. 36) als Trockenmauerwerk aus hochfesten Betonformstei nen (4) errichtet ist. in deren vertikale und horizontale Fugen Platten (5, 5a) aus unter hohem Druck nachgiebigem Werkstoff eingelegt sind.

4 Schachtausbau nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck nachgiebige Füllmaterial für die Fugen .in¹- I lachsspanplattcn besteht.

5. Schachtausbau nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfugen (6) zwischen den verformbaren Ringmauern (3, 3a. 3fr) mit druckfe stein, aber im ganzen begrenzt verformbarem Füllgut, insbesondere Sand, gefüllt sind.

h Schachtausbau nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfor mungswiderstand des äußeren Ausbau/Zylinders (A) gegenüber dem von außen auf ihn einwirkenden Gebirgsdruck örtlich an die jeweils gcbirgsschichtspezifische Druckbeanspruchung durch Wahl einer entsprechend größeren oder kleineren Anzahl koaxial im Absland zueinander angeordneter Ringmauern (3, 3a, 3b) angepaßt ist, derart, daß er unter dem in den verschiedenen Teufenbcreichen (12, 13, 14,15) von außen auf ihn einwirkenden unterschiedlieh hohen Gebirgsdruck einer über seine Länge im wesentlichen gleich großen radialen Verformung bzw. Zusammendrückung unterworfen ist.

7. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der ■-, folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der innere krümmungsfähige, aber in radialer Richtung praktisch starre Ausbauzylinder (B) innerhalb des wasserdichten gleitenden äußeren Stahlmantels (8) eine wasserdurchlässige Säule aus lose aufeinanderliegenden Verbundringen (9) aus Stahl und Beton oder Gußeisen und Beton aufweist und zwischen der Innenfläche des Stahlmantels (8) und den Verbundringen (9) eine wenige Zentimeter breite Ringfuge (10) vorgesehen ist, die mit Zementmörtel ausgegos-

n sen ist.

8. Schachtausbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verbundringen (9) innen- und/oder außenseitig als Tragmänvel (9a) zugeordneten Stahl- oder Gußeisenringe aus stirnseitig stumpf gegeneinanderstoßenden, mit Bezug auf die übereinander angeordneten Verbundringe (9) hinsichtlich ihrer Stoßfugen (11) in Umfangsrichtung zueinander versetzten Segmenten bestehen.

9. Schachtausbau nach Anspruch 8. dadurch r> gekennzeichnet, daß die die äußeren und/oder inneren Tragmäntel (9a) der Verbundringe (9) bildenden Segmente an ihren Stoßflächen (11) eben bearbeitet oder druckfest miteinander verklebt sind.

10. Schachtausbau nach Anspruch 7 oder einem to der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei

Verwendung von Verbundringen (9) aus Gußeisen und Beton deren Elastizitätsmoduln entsprechend den unterschiedlichen zulässigen Beanspruchungen beider Stoffe durch Anheben des Elastizitätsmoduls Γι von Gußeisen und/oder durch Herabsetzung des Elastizitätsmoduls von Beton aufeinander abgestimmt sind.