-
"Ringausbau für Schächte, vorzugsweise Gefrierschächte
-
des Berg- und Tunnelbaus" Die Erfindung betrifft einen Ringausbau
für im vorläufig verfestigten, vorzugsweise im gefrorenen Gebirge abgeteufte Schächte
des Berg- und Tunnelbaus durch einen nic lt tragenden, gebirgsverbundenen Stoßausbau,
vorzugsweise aus Mauerwerk, das in auf Mauerfüßen abgestützten Teillängen aufgeführt
ist und einen tragenden Ausbau, der einen Anschluß an den vorläufigen Ausbau, vorzugsweise
durch eine eine Ringfuge ausfüllende Gleitschicht und eine mit einem Blechmantel
versehene, innen zylindrische Innenröhre aufweist, die aus übereinander angeordneten
und durch radiale Fugen voneinander getrennten Ringen vorzugsweise aus Stahlbeton
bzw. Stahlbetonfertigteilen besteht.
-
Der erfindungsgemäße Ausbau reicht im allgemeinen von einem Vorschacht
bis zu einem Fundament, das im standfesten Gebirge errichtet ist. Dabei kann sich
die Innenröhre nach unten fortsetzen. Der gebirgsverbundene Stoßausbau dient zur
vorläufigen Sicherung des Ausbruches und wird in Teillängen eingebracht, die jeweils
auf einem in das Gebirge vorspringenden Fuß abgestützt sind. Die axiale Ausdehnung
der Teillängen hängt u.a. von der Arbeitsweise und dem Fortschritt der Teufarbeiten
ab. Insbesondere eignet sich ein Ringausbau aus Formsteinen, die durch Hinterfüllen
mit Beton an die Stöße des Ausbruches angeschlossen sind. Ein solcher Ausbau
ist
erfindungsgemäß nicht in die Berechnung des tragenden Ausbaus einbezogen und hat
daher die Möglichkeit einer beliebigen Verformung im Zuge der Aufnahme des Gebirgsdruckes
durch den tragenden Ausbau.
-
Der Blechmantel des tragenden Ausbaus wird vorzugsweise aus gekrümmten
Stahlbleclen zusammengeschweißt und ist von der Innenröhre unterstützt. Der Mantel
dichtet den Schacht gegen zusitzendes Wasser und das Material-der Gleitschicht ab,
welches z.B. aus Asphalt bestehen kann.
-
Die Innenröhre kann sich entsprechend den Einwirkungen aus dem Abbau
verformen und dabei den Druck der Gleitschicht in der Ringfuge und ungleichmäßigen
Gebirgsdruck ertragen, weil sie mit dem Gebirge nicht verbunden ist.
-
Die Innenröhre hat erfindungsgemäß eine durchgehend zylindrische Innenfläche,
hauptsächlich weil die Schachteinbauten, d.h. die Einstriche in diesem Fall gleiche
Abmessungen erhalten und ein Verspringen der Abstützungen der Korbführungen vermieden
werden kann.
-
Ein derartiger Ringausbau ist bereits bekannt (Glückauf 103 (1967),
Heft 12, 553, 560). Hierbei ist die aus dem vorläufigen Ausbau und dem tragenden
Ausbau bestehende Röhre innen und außen zylindrisch. In nicht standfestenxund/oder
wasserführendem Gebirge ist eine mit der Teufe zunehmende Belastung anzunehmen.
Deswegen hat der tragende Ausbau über die gesamte Erstreckung der Röhre eine Bemessung,
die sich aus der Maximalbelastung ergibt. Bei Schachtröhren mit erheblicher Teufe
ergibt sich daraus in den oberen Teilen des Schachtes ein statisch nicht begründeter
Mehraufwand durch Uberdimensionierung des tragenden Ausbaus, die einen
entsprechend
großen Ausbruch des Gebirges voraussetzt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringausbau zu schaffen,
dessen tragender Teil die Einhaltung der für die jeweilige Belastung errechneten
Wandstärke mindestens in dem Maße ermöglicht, daß ein statisch nicht begründbarer
Mehraufwand nicht auftritt oder doch im wesentlichen vermieden werden kann.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Innenröhre
wenigstens einige in ihrer Wand stärke voneinander abweichende Ringe aufweist, die
so angeordnet sind, daß der Außendurchmesser dInnenröhre entsprechend der Teufenzunahme
anwächst, wobei der Innendurchmesser des Blechmantels mit der Zunahme des Außendurchmessers
der Innenröhre zunimmt und der gebirgsverbundene Stoßausbau den Ausbauquerschnitten
folgt, die entsprechend der Wandstärkenzunahme der Innenröhre anwachsen.
-
Durch den Einbau von Ringen unterschiedlicher Wandstärke kann man
auf kurzen Teilstücken der Innenröhre die Tragfähigkeit entsprechend vergrößern
und durch die Anordnung der Ringe in der Innenröhre die mit der Teufe zunehmende
Belastung mit beliebiger Genauigkeit berücksichtigen. Da andererseits der Innendurchmesser
des Blechmantels entsprechend variiert, bleibt die Wirkungsweise des tragenden Ausbaus
unverändert, insbesondere können die Ringe sich an den Ringfugen entsprechend der
Zug- oder Druckbelastung einander annähern oder voneinander entfernen. Schließlich
läßt sich der Ausbruch im oberen Teil der Schachtröhre vermindern, weil der Ausbruchquerschnitt
der Figur des tragenden Ausbaues entsprechend gewählt oder dieser weitgehend angeglichen
werden kann.
-
In diesem Zusammenhang führt die innen zylindrische Innenröhre
zur
maximal möglichen Einsparung an Ausbruch.
-
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Ausbaus wirken sich insbesondere
bei tiefen Gefrierschächten aus, welche Teufen von mehreren hundert Metern erreichen
und bestehen im wesentlichen einerseits in der Einsparung von bislang notwendigem
Ausbruch des Gebirges und andererseits in einer wesentlichen Einsparung aller erforderlichen
Baustoffe insbesondere von Stahlbeton der Innenröhre. Die für die Durchmesseränderungen
erforderliche Maßhaltigkeit der Ringe ebenso wie der Schüsse des Stahlblechmantels
läßt sich gewährleisten..
-
In seiner vom Standpunkt der Berechnung günstigsten Form ist der erfindungsgemäße
Ausbau so ausgebildet, daß die Innenröhre aus konischen Ringen und der Blechmantel
aus Trapezsegmenten aufgebaut sind. Es ergibt sich dann eine kontinuierliche Zunahme
der Wandstärke, eine konische Form des Blechmantels und wenigstens der inneren Fugenbegrenzung,
wobei auch die Stöße des Ausbruches einen entsprechend konischen Verlauf aufweisen
können.
-
Der erfindungsgemäße Ringausbau kann wie der bekannte Ausbau eingebrac
lt werden. Dann kann es sich aus Gründen des Arbeitsablaufes als günstig erweisen,
Teillängen des Schachtes mit Ringen gleicher Wandstärke auszubauen. Die Erfindung
wird dann so verwirklicht, daß die Innenröhre in aufeinanderfolgende Längen unterteilt
ist, die sich von der nach oben anschließenden-Teillänge jeweils durch einen vergrößerten
Außendurchmesser unterscheiden.
-
Dabei hat man die Möglichkeit, die Innenröhre außen verbringen zu
lassen. Bei dieser Ausführungsform sind die
Teillängen der Innenröhre
jeweils mit einer zylindrischen Mantelfläche versehen, wobei der Mantel aus verspringenden
Teillängen besteht, die an ihren Vorsprüngen verschweißt sind und/oder gegebenenfalls
teleskopartig ineinanderstecken.
-
Vergrößert man die Teillängen, so kann es sich empfehlen, die Teillängen
der Innenröhre und des Blechmantels in einen zylindrischen Abschnitt und einen kegelstumpfförmigen
Übergang weiter zu unterteilen, der am oberen Ende jeder Teillänge angeordnet wird.
-
Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 eine Übersicht über einen Gefrierschacht
mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringausbaus im Längsmittelschnitt,
Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführuncsform
des erfindungsgemäßen Ringausbaus, Fig. 3 in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstellung
eine weiter abgeänderte Ausführungsform, Fig. 4 in abgebrochener Darstellung die
Ausführungsform nach Fig.3 im Horizontalschnitt und Fig. 5 in den Fig. 1 bis 3 entsprechender
Darstellung eine weiter abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.
-
Ausgehend von der nicht dargestellten Tagesoberfläche wird zunächst
ein Vorschacht abgeteuft, dessen unteres Ende bei 1 wiedergegeben ist. Der erfindungsgemäße
Ringausbau 2 reicht mit seinem oberen Abschnitt in den Vorschacht. Sein grundsätzlicher
Aufbau ist folgender: Der durch den Ausbruch im gefrorenen Teil entstandene Schachtstoß
ist bei 3 wiedergegeben. Ein nicht tragender, jedoch mit dem Gebirge verbundener
Stoßausbau besteht in allen Ausführungsbeispielen aus Formsteinen 4, die zu übereinander
angeordneten Ringen mit verspringenden-Axialfugen zusämmengesetzt sind; die horizontalen
Fugen 5 sind ebenso wie die nicht dargestellten vertikalen Axialfugen mit Flachsspanplatten
ausgefüllt. Der vorläufige Stoßausbau ist durch eine Betonhinterfüllung 6 an das
Gebirge angeschlossen. In bestimmten Abständen voneinander sind in das Gebirge vorspringende
Mauerfüße 7 vorgesehen, in denen mehrere Ringe, z.B. die mit 8 und 9 bezeichneten
Formsteinringe nach innen verspringen.
-
Der tragende Ausbau ist allgemein mit 15 bezeichnet und besitzt einen
Anschluß 11 an den vorläufigen Ausbau. Der Anschluß wird im wesentlichen herbeigeführt
durch eine Gleitschicht aus Asphalt, die eine Ringfuge ausfüllt. Die äußere Begrenzung
der Ringfuge bildet hierbei den Innenstoß 12 des beschriebenen Formsteinmauerwerkes.
Die innere Begrenzung der Ringfuge wird dagegen von der Außenhaut 13 eines Stahlblechmantels
14 gebildet. Der Stahlblechmantel umgibt eine allgemein mit 15 bezeichnete Innenröhre,
die einen über die Gesamtteufe des mit dem erfindungsgemäßen Ringausbau versehenen
Schachtabschnittes qleichbleibenden lichten Innenquerschnitt aufweist, so daß ihre
Innenfläche 16 zylindrisch verläuft. Die Innenröhre 15
besteht
ihrerseits aus übereinander angeordneten, jeweils durch radiale Fugen 17 voneinander
getrennten Ringen, von denen die Ringe 18-23 in Fig. 1 gezeichnet sind. Gemäß dem
dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Ringe übereinstimmende axiale Längen,
die durch den Doppelpfeil h wiedergegeben ist und bei einer praktischen Ausführungsform
3 m betragen kann. Die Ringe sind monolithisch und dann aus Ortbeton, oder sie sind
aus Segmenten zusammengesetzt, die dann aus Fertigteilen bestehen können. Die vertikalen
Fugen bzw. Anschlüsse der Ringsegmente für den letztgenannten Fall sind nicht dargestellt.
Die Ringe 18-23 unterstützen den Stahlblechmantel 14 von innen und können sich daher
entsprechend den Zerrungen und Pressungen unter Veränderung des Fugenmaßes gegeneinander
verschwenken und dabei infolge eines außen aufgebrachten Bitumenanstriches relativ
zum Stahlblechmantel 14 bewegen, so daß Zerrungen und Pressungen ertragen werden.
-
Gemäß der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform besitzen die Ringe
18 und 19 in dem betreffenden Schachtteil gleiche l^Jandstärken. Der Stahlblechmantel
besteht vorzugsweise aus miteinander verschweißten Blechsegmenten. An ihh lassen
sich axiale Längen unterscheiden, die bestimmten Einzelringen oder mehreren aneinander
anschließenden Ringen der Innenröhre zugeordnet und im folgenden mit der Bezeichnung
Schuß belegt sind. Das gilt für alle Ausführungsbeispiele. Die Schüsse 24-27 sind
von einheitlicher Wandstärke, die bei der erwähnten praktischen Ausführungsform
8 mm beträgt. Die Verbindung 28 des den Ringen 18 und 19 zugeordneten Schusses 24
mit dem folgenden Schuß 25 liegt auf der Außenseite des Ringes 20.
-
Diese Verbindung kann so ausgebildet sein, daß auf einer kurzen Länge
die einander benachbarten Schüsse teleskopartig ineinanderstecken und außerdem zs.
durch Schweißung miteinander
verbunden sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird jedoch die Verbindung 28 ebenso wie die folgenden Verbindungen 29 und 30 durch
einen Ring 28'-30' hergestellt. Dieser hat die doppelte Wandstärke der Bleche des
Mantels, so daß sich Schweißnähte 32 und 32' an den Ringstirnflächen anbringen lassen.
Handelt es sich um eine Teleskopverbindung, weist der Schuß 24 einen gegenüber dem
folgenden Schuß 25 um die doppelte Blechstärke (im Ausführungsbeispiel 8 mm) verminderten
Innendurchmesser auf. Infolge des erwähnten zylindrischen Verlaufes der Innenmantelfläche
ergibt sich dadurch im Bereich der Verbindung 28 ebenso wie im Bereich der folgenden
Verbindungen jeweils eine Wandstärkenvergrößerung des Ringes 20 gegenüber den Ringen
18 und 19, sowie der Ringe 21 und 22 gegenüber dem Ring 20 und des Ringes 23 gegenüber
den Ringen 21 und 22. Die Durchmesservergrößerung liegt außerhalb der jeweiligen
Ringfuge, um die Beweglichkeit der Ringe in den Ringfugen zu gewährleisten.
-
Aus der Darstellung der Fig. 1 erkennt man ohne weiteres,' daß die
Ringe so angeordnet sind, daß der Außcndurchmesscr der Innenröhre entsprechend der
Teufenzunahme anwächst, wobei der Innendurchmesser des Blechmantels mit der Zunahme
des Außendurchmessers der Innenröhre zunimmt.
-
Der gebirgsverbundene Ausbau ist bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 mit einem gleichbleibenden Innen- und Außenquerschnitt über die Teillänge,
die auf dem Mauerfuß 7 abgestützt ist. Infolge der Zunahme des Außendurchmessers
der in diesem Bereich befindlichen Ringe 19-22 bzw. der Stahlmantelschüsse 24-26
vermindert sich der lichte Querschnitt der Fuge schrittweise jeweils an der Stelle
einer Verbindung 28, 29 entsprechend. Bei der folqenden Teillänge wird der Ausgangsquersçhnitt
der Ringfuge jedoch im oberen Teil wieder erreicht, sodaß beispielsweise der mit
dl bezeichnete Fugenquerschnitt dem mit d2 bezeichneten Fugenquerschnitt entspricht.
Daraus folgt, daß der Ausbruchquerschnitt entsprechend den Teillängen schrittweise
anwächst, in denen der vorläufige, gebirgsverbundene Stoßausbauo n n n
eingebracht
ist.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Vorschacht nicht wiedergegeben.
Dafür ist eine größere Anzahl von Teillängen 39-42'des allgemein mit 38 bezeichneten,
gebirgsverbundenen Stoßausbau mit den entsprechenden Mauerfüßen 43-46 gezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform ist die Innenröhre 15 entsprechend den Teillängen 39-42'des
vorläufigen Ausbaus unterteilt. Jede dieser Teillängen besitzt zwei Abschnitte:
Der jeweils obere Abschnitt 48 wird von einem Ring 49 gebildet, der eine nach oben
konisch verlaufende Mantelfläc i 50'aufweist. Wegen der zylindrischen Ausbildung
der Innenmantelfläche 16 ergibt sich eine entsprechende Vergrößerung des Ringquerschnittes
von unten nach oben. Die hierdurch jeweils erreichte maximale Wandstärke bleibt
in einem folgenden Abschnitt 50 der betreffenden Teillänge konstant und vergrößert
sich erst wieder im oberen Abschnitt 48 bzw. Ring der folgenden Teillänge 41.
-
Da auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 das Betonsteinmauerwerk
innen und außen mit Ausnahme der Mauerfüße zylindrisch verläuft, vermindert sich
die Stärke der Fuge im Abschnitt 48, bleibt dann aber im Abschnitt 50 konstant.
-
Der Ausgangsquerschnitt der FugeW7im oberen Abschnitt 48 der genden
Teillänge 41 wieder erreicht, was durch eine Vergrößerung des Ausbruches und des
Durchmessers des gebirgsverbundenen Stoßausbaus ermöglicht wird.
-
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Unterteilung in Teillängen
wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 beibehalten. Auch die Aufteilung der Teillängen
des die Innenröhre bildenden Ringausbaus ist die gleiche wie im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2. Übereinstimmend mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die obere
Teillänge 48 ebenfalls aus einem Ring 51 gebildet, während der untere Abschnitt
50 jeder Teillänge aus mehreren Ringen 52 von gleichbleibender
Wandstärke.
aufgebaut ist. Unterschiedlich ist die Formgebung.
-
der Ringe 51 auf der Außenseite und die damit zusammenhängende Verbindung
aneinander anschlieBender Schüsse 53-56 des Stahlblechmantels 14. Während im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 im Abschnitt 48 ein Konus 59 auf dem dem Ring 49 zugeordneten Abschnitt
des Mantels verwirklicht wird, verspringt der Stahlblechmantel auf dem Ring 51 bei
60 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. An dem Versprung ist ein Lamellenträger angebracht;
er weist einen Stahlblechflansch 61 auf, der bei 62 und entsprechend bei 63 mit
den verspringenden Abschnitten 64 und 65 verschweißt ist. Dieser Schuß wird segmentweise
über Tage geschweißt und erhält im Bereich der oberen Fuge 66 des Ringes 51 einen
Flansch 66' zur Anbringung von axialen Lamellen oder Blechen 67, die gemäß der Darstellung
der Fig. 4 außen auf den Mantel aufgeschweißt sind. Dadurch ergibt sich eine ausreichende
Stabilität, wobei durch die Anordnung der Flanschen 61 und 66' die Beweglichkeit
des Ringes 51 gegenüber dem nach oben folgenden Ring in der Fuge 66 gewahrt bleibt.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Vorschacht, aber auch
das Fundament 70 angedeutet, das zur Abstützung des erfindungsgemäßen Ringausbaus
im festen Gebirge errichtet wird.
-
Die Unterkante des Gefrierrohre liegt bei 71, wobei einzelne Gefrierrohre
bei 72 und 73 angedeutet sind.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der vorläufige Ausbau wiederum in Teillängen
74-80 unterteilt, die in den vorausgehenden Ausführungsbeispielen an ihren unteren
Enden mit entsprechenden Mauerfüßen im Gebirgsstoß verankert sind. Der Aufbau des
vorläufigen Ausbaus entspricht auch dem im Zusammenhang mit den Ausführungsformen
nach den vorausgehenden Figuren beschriebenen. Die Ringe der Innenröhre 15 sind
jedoch sämtlich unterschiedlich.
An der jeweils oberen Fuge 81
hat jeder Ring 82 seinen minimalen Durchmesser bei 83. An der jeweils unteren Fuge
84 hat er dagegen seinen maximalen Außenquerschnitt 85.
-
Es ergibt sich dadurch eine Innenröhre 15 mit einem Kegelmantel 86
und eine kontinuierliche Anpassung des tragenden Ausbaus an die statische Belastung.
-
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kann auch der vorläufige
Ausbau konisch entsprechend dem Verlauf des Außenmantels 86 der Innenröhre 15 angeordnet
werden. Hierbei ergibt sich dann abgesehen von dem Bereich des jeweiligen Mauerfußes
ein konstanter Querschnitt der Fuge.
-
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist jedem Ring 82 ein Schuß 89
des Blechmantels zugeordnet. Dieser besteht aus nicht dargestellten Trapezsegmenten
und hat folglich eine konische Form, die dem Verlauf des Kegelmantels des betreffenden
Ringes 82 entspricht.
-
Obwohl in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Wandstärken
der Innenröhre von oben nach unten absatzweise oder kontinuierlich entsprechend
der Teufenzunahme anwachsen, schließt das nicht örtliche überdimensionierungen aus,
die sich aus besonders druckhaften Schichten ergeben können. Die durch solche Verhältnisse
bedingten Wandstärkenvergrößerungen werden in der Regel außen und nur ausnahm-sweise
innen angeordnet, um den zylindrischen Verlauf des Innenraumes der Innenröhre aus
den angegebenen Gründen aufrechtzuerhalten.