DE2922327C2 - Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge - Google Patents

Description

daß die vertikale Last auch im Einbauzustand, d. h. noch ohne Vorliegen einer Krümmung der Schachtachse, ausschließlich über die weiche Zwischenschicht auf die im übrigen lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringe übertragen werden muß. Im Betrieb der Dehnfalten % sowie der jeweils axial frei überstehenden Ränder der die Ausbauringe außen umgebenden Ringschüsse des Stahlmantels sind dagegen bewußt Fugen belassen, die eine Übertragung von Druckkräften zwischen den einzelnen Ringschüssen des Stahlmantels ausschließen, und zwar so weitgehend, daß sie auch im Falle von Krümmungen der Schachtachse auf der Biegedruckseile die Übertragung solcher Druckkräfte zwischen den Schüssen des Stahlmantels verhindern.

Zwar ist dabei die Möglichkeit vorgesehen, die π Bewegungsfuge zwischen den Ringschüssen des Stahlmantels durch Ringe aus elastischem Material abzudichten; an eine bewußte Übertragung von Druckkräften zwischen den Ringschüssen des Stahlmantels ist dabei

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erklärten Zweck der weichen Zwischenschichten aus flexiblem Material in den Fugen zwischen den aufeinandergesetzten Betonringen, daß die aus ihnen zusammengesetzte Betonringsäule einschließlich der die einzelnen Betonringe außen umgebenden Ringschüsse des Stahlmantels ähnlich flexibel ausgestaltet werden, wie etwa die Wirbelsäule in Verbindung mit deren Bandscheiben.

Demgegenüber bildet es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den wasserdichten Stahlmantel zwar bei jo Krümmungen der Schachtachse nicht nur weitgehend von daraus herrührenden Zusatzspannungen, insbesondere Zugspannungen, zu entlasten, sondern darüber hinaus sicherzustellen, daß die Ringschüsse des Stahlmantels zwischen den in Abständen aufeinanderfolgenden Dehnfalten sowohl im Einbauzustand des Schachtausbaus, d. h. noch ohne Vorliegen einer Krümmung der Schachtachse, als insbesondere auch im Falle von Schachtkrümmungen auf der Biegedruckseite einen wirksam tragenden Bestandteil des Ausbauzylinders bilden und auf diese Weise zu einer weitergehenden Verminderung des Gesamt-Bauaufwandes beitragen.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung, ausgehend von dem gattungsgemäßen Schachtausbau, dadurch, daß die Stahlbetonringe im Bereich ihrer horizontalen Trennfugen unter Verzicht auf eine Fugenfüllung aus flexiblem Material unmittelbar aufeinandergesetzt und die sich im Bereich der radialen Randausnehmungen der horizontalen Trennfugen einander gegenüberliegenden Aussparungen für die Aufnahme der Dehnfalten in Verbindung mit einer entsprechenden Lä.igenbemessung der die Stahlbetonringe umgebenden Ringschüsse des äußeren Stahlmantels in der Höhe derart bemessen sind, daß sich die lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringe im Bereich der Dehnfalten einschließlich der sie umgebenden Ringschüsse des Stahlmantels sowohl im Einbauzustand als im Falle einer Krümmung der Schachtachse auch auf der Biegedruckseite mindestens mittelbar über die dabei geschlossenen Dehnfaltenschenkel druckübertragend aufeinander abstützen.

Auf diese Weise ist der wasserdichte Stahlmantel in der Lage, selbst sowohl hohe vertikale bzw. axiale als auch hohe radiale Kräfte aufzunehmen, so daß er trotz seiner vertikal öffnenden Dehnfalten auf der Biegezugseite zugleich einen wesentlichen tragenden Bestandteil des inneren Ausbauzylinders bildet

Während im Falle des gattungsbildenden älteren Schachtausbaus die Krüinmungsenergie in das flexible Material der Fugenfüllungen und in die Dehnfalten geleitet wird, wird das Biegemornent aus der Krümmung des Schachtes im Falle des erfindungsgemäßen Schachtausbaus von den Verbundringen durch exzentrische Abtragung des Eigengewichtes auf der Biegedruckseite bei klaffenden Fugen auf der Biegezugseite gewissermaßen federnd aufgenommen.

Die auf diese Weise bei Schachtkrümmungen im Ausbau gespeicherte potentielle Energie hat das Bestreben, den Ausbauzylinder geradezurichten. Dabei wird das Krümmungsmoment dadurch kleingehalten, daß auf der Biegezugseite lediglich die verformungsweichen Dehnfalten geöffnet werden, dagegen auf der Biegedruckseite die volle Druckfestigkeit von Beton und Stahl genutzt wird.

Der erfindungsgemäße Schachtausbau ermöglicht es dieser Vorteile wegen, den iiußeren wasserdichten Stahlmantel als vollwertigen Bestandteil des Ausbauzy-Ürvders auszubilden lind den vnn ihm tim<;rhln«pnen übrigen Bereich in wirtschaftlicher Weise weniger aufwendig auszulegen.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung bestehen die in die horizontalen Trennfugen zwischen den inneren Stahlbetonringen radial eingreifenden Dehnfalten aus den Ringschüssen des äußeren Stahlmantels zugeordneten Flanschringen, die an ihrem Innenrand miteinander dichtend verschweißt sind. Die die Dehnfalten bild .".den Flanschringe der in Richtung der Schachtachse aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse können dabei an deren oberen und unteren Enden angesetzt fein, wobei 'ie gegenüber der Wandstärke im übrigen Bereich der Stahlmantelringschüsse zweckmäßig dünnwandiger bemessen sind.

übschon es grundsätzlich möglich ist, die die Dehnfalten bildenden Flanschringe an den oberen und unteren Enden der Stahlmantelringschüsse mit diesen einteilig auszubilden oder in anderer Weise anzubringen, sind sie bevorzugt dichtend an die Stahlmantclringschüsse angeschweißt. Dies bietet den besonderen Vorteil, die Flanschringe aus einem Werkstoff mit gegenüber dem Werkstoff der Stahlmantelringschüsse niedrigerer Fließgrenze herzustellen.

Auf diese Weise läßt sich der Dehnwiderstand der Dehnfalten so niedrig halten, daß im übrigen Bereich des wasserdichten Stahlmantels bzw. dessen Ringschüsse vertikale Zugspannungen bei Verkrümmungen der Schachtachse nur in einer vernachlässigbaren Größenordnungauftreten.

Je nach den örtlichen Gegebenheiten kann die Unterteilung des äußeren wasserdichten Stahlmantels in die mittels der weichen Dehnfalten miteinander verbundenen Ringschüsse derart erfolgen, daß sich die Höhe der Ringschüsse über die Höhe von zwei oder drei inneren Stahlbetonringen erstreckt. In diesem Falle ist es zweckmäßig, zwischen der Außenfläche der inneren Stahlbetonringe und der Innenfläche der äußeren Stahlmantelringschüsse eine das relative Gleiten erleichternde Zwischenschicht aus Bitumen od. dgl. vorzusehen.

Gemäß einer demgegenüber bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der äußere wasserdichte Stahimantel jedoch aus in Richtung der Schachtachse entsprechend der axialen Höhe der inneren Stahlbetonringe untergliederten Ringschüssen zusammengesetzt, derart, daß in jede der horizontalen Trennfugen zwischen den inneren Stahlbetonringen je eine aus den an ihrem Innenrand miteinander dichtend verschweiß-

ten Flanschringen bestehende Dehnfaltc radial eingreift.

Auch dabei wird durch die Verwendung von Flanschringen aus gegenüber den Stahlmantelringschüssen dünnwandigerem Stahlblech und/oder niedrigerer Fließgrenze e reicht, daß der Stahl der Dehnfalten schon durch den Asphaltdruck, möglichst nahe der Fließgrenze horizontal belastet ist, bevor die Krümmung der Schachtachse einsetzt. Ein auf Druck horizon'^' relativ hoch belasteter Flanschring benötigt nur noch uin geringes vertikales Biegemoment, damit sich die beim vertikalen Öffnen der Dehnfalten wirksamen Fließgelenke einstellen. Demen'tprechend stellt sich auch nur eine geringe Zugspannung innerhalb der Ringschüsse ein. Da ein Fließen von Stahl bekanntlich vom räumlichen Spannungszustand abhängt, hat dies zur Folge, daß bei einer hohen Druckspannung in Richtung der Schachtachse bereits eine verhältnismäßig kleine Zugspannung in einer dazu senkrecht stehenden Achse genügt, um den Fließzu-U:intl ht-rbeiziiführen.

Die bewußt dünnwandige Ausbildung der Flanschringe trägt zusätzlich dazu bei. den Biegewiderstand so klein wie möglich zu halten und die Ringschüsse des Stahlmantels dadurch von Zusatz.spannungen bei der Krümmung der Schachtachse zu entlasten.

Natürlich müssen die die Dehnfalten bildenden Flanschringe so bemessen sein, daß sie den auf den Stahlmantel von außen einwirkenden Asphaltdruck aufzunehmen vermögen.

Da nicht in allen Fällen die Möglichkeit besteht, die den äußeren Stahlmantel bildenden Ringschüsse über Tage zu ammenzuschweißen und als Ganzes im Schacht abzusenken, ist es zweckmäßig, die Stahlmantelringschüsse erst im Schacht aus Segmenten zusammenzuschweißen. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise, daß die die Segmente verbindenden vertikalen Schweißnähte sich in Form horizontaler Schweißnähte zwischen den entsprechend in Segmente unterteilten, radial nach innen gerichteten Flanschringen fortsetzen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Flanschringe aufeinanderfolgender Stahlmantelringschüsse dabei unter Belassung eines axialen Abstandes zueinander an ihrem Innenrand über einen an diese angeschweißten koaxial zur Schachtachse ausgerichteten, gegebenenfalls aus Segmenten zusammengesetzten Stahlring miteinander dichtend verbunden, wobei der Ringspalt zwischen den Flanschringen der aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse durch ein im Querschnitt entsprechend bemessenes, die axialen Druckkräfte aufnehmendes ringförmiges Trennblech ausgefüllt ist. Auf diese Weise sind die in vertikaler Richtung an sich bewußt verformungsweichen Dehnfalten dennoch geeignet, auch hohe axiale Druckkräfte aufzunehmen, wie sie insbesondere bei Verkrümmungen der Schachtachse auf der Druckseite aufti eten.

Außerdem dient das den Ringspalt zwischen den Flanschringen der aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse ausfüllende ringförmige Trennblech dazu, ein unbeabsichtigtes Verschweißen der die Dehnfalte bildenden Flanschringe beim Verschweißen deren Stoßnähte zu verhindern. Zu diesem Zweck sind die radialen Stoßfugen des zweckmäßig ebenfalls in Segmente unterteilten ringförmigen Trennblechs gegenüber den radialen Stoßfugen der Segmente der Stahlmantelringschüsse und/oder deren Flanschringe in Umfangsrichtung zueinander versetzt, wobei sie im übrigen offenbleiben können, d. h. nicht miteinander verschweißt zu werden brauchen.

Um ein Eindringen von Fremdkörpern von außen in die Dehnfalten zu verhindern, sind die nach außen öffnenden horizontalen Trennfugen zwischen den aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüssen durch diese auch bei geöffneten Dehnfalten noch mit genügendem Abstand axial übergreifende ringförmige Abweisschürzen überdeckt, die lediglich einseitig nur an den mit Bezug auf die jeweilige Ringfuge bzw. Dehnfalte oberen Stahlmantelringschuß angeschweißt ist.

Die innerhalb des äußeren wasserdichten Stahlmantels vorgesehenen Stahlbetonringe sind mit den Ringschüssen des Stahlmaniels bevorzugt zu gemeinsam tragenden Verbundringen vereinigt.

Die lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringe können außer einem, gegebenenfalls Bestandteil des äußeren Stahlmantels bildenden außenliegenden Tragring zusätzlich einen inneren, gleichfalls als Tragring dienenden Stahlblechmantel aufweisen, die durch einen radial zwischen ihnen befindlichen stahlbewehrten Betonring /ii einem einheitlichen Stahlbeton-Verbundring miteinander verbunden sind. Der durch die inneren tragenden Stahlulechmäntel der Verbundringe gebildete innere undichte bzw. wasserdurchlässige Stahlringzylinder ist dabei bevorzugt aus passend stumpf gestoßenen, nicht zugfest miteinander verbundenen Segmenten aufgebaut.

In allen Fällen ompfiehlt es sich, die inneren Stahlbetonringe bzw. verbundringe im radialen Außenbereich ihrer horizontalen Trennfugen mit einander gegenüberliegenden Aussparungen für die Aufnahme der im F.inbauzustand noch unverformten Dehnfalten bzw. der den Stahlmantelringschüssen zugeordneten Flanschringe zu versehen. Diese die Dehnfalten aufnehmenden Aussparungen sind unabhängig davon vorgesehen, ob die innerhalb des wasserdichten Stahimantels angeordneten Stahlbetonringe bzw. verbundringe bzw. Jcren Segmente über Tage vorgelertigt und erst im Schacht zusammengesetzt werden oder erst an Ort und Stelle im Schacht im Ortbeton-Vcrfahren hergestellt werden.

Der Schachtausbau gemäß der Erfindung kann im übrigen bevorzugt bei derjenigen Sonderform eines Schachtausbaus Verwendung finden, die den Gegenstand des eigenen älteren Vorschlages (DE-OS 28 23 950) bildet, obschon seine Anwendungsmöglichkeiten darauf selbstverständlich nicht beschränkt sind.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispicl der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Abschnitt des Schachtausbaus im Längsschnitt.

Fig. 2 den gleichen Abschnitt des Schachtausbaus nach Eintritt einer Krümmung der Schachtachse, ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 3 als Ausschnitt und in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch einen inneren mit dem Ringschuß des äußeren Stahlmantels zu einem gemeinsam tragenden Verbundring zusammengefügten Stahlbetonring,

Fig.4 im Ausschnitt und vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den Dehnfaltenbereich der Stahlmantelringschüsse und

F i g. 5 eine gegenüber F i g. 4 abweichende Ausführungsform des die Dehnfalte bildenden Verbindungsbereichs zwischen den Flanschringen der aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse in perspektivischer Ansicht als Ausschnitt.

In den Fig. 1 und 2 sind der Gebirgsstoß des im

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Schachtbohrverfahren abgeteuften Schachtes mit l.der tragende Ausbaiizylinder mit 2, der diesen außenseitig als Bestandteil umschließende wasserdichte Stahlmanlel mit 3 und die mit Asphalt ausgefüllte Ringfuge zwischen dem Gebirgsstoß 1 und dem äußeren wasserdichten -, Stahlmantel 3 und 4 bezeichnet.

In Abweichung von dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der innere tragende Ausbauzylinder zusammen mit dem ihn außen wasserdicht umgebenden Stahlmantel ί juch von einem weiteren tragenden, aber m wasserdurchlässigen äußeren Ausbauzylinder umgeben sein, in welchem Falle das Rsumgewicht der Asphaltfüllung nicht etwa 1,3 beträgt, sondern durch spezifisch geringere Anteile der mineralischen Zusätze, wie Kalkmchl od. dgl., nur etwa so hoch eingestellt ist, daß π sie den äußeren Wasserdruck zu kompensieren vermag, d.h. auf ein Raumgewicht von nur etwa 1,02 bis höchstens 1,15 (vgl. hierzu die DE-OS 28 23 950).

In jedem Falle ist der innere tragende Ausbauzylinder 2 mitsamt dem ihn außen umgebenden wasserdichten Mahimantei 3 vermitteist der Fugenfüiiung 4 aus Asphalt gegenüber dem Gebirgsstoß 1 oder einem statt dessen vorgesehenen weiteren äußeren tragenden Ausbauzylinder gleitend und zugleich radial beweglich, wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, die die relative _>-, Lage des Gebirgsstoßes 1 und des tragenden Ausbauzylinders 2, 3 zueinander nach Einstellung einer Schachtkrümmung veranschaulicht, wie sie als Folge von Gebirgsdruck- bzw. Abbaubewegungen auftreten kann. Der besseren Anschaulichkeit wegen ist dieses Krüm- so mungsmaß in F i g. 2 übertrieben dargestellt; der Krümmungsradius kann in der Praxis aber ohne weiteres 3000 m betragen und gelegentlich auch noch kleiner sein.

Um solche Krümmungen bruch- und rißfrei zu r. ermöglichen, besteht die innere Stahlbetonringsäule 2 des Schachtausbaus aus lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringen 2a, die sich bei Krümmungen der Schachtachse mit Bezug aufeinander unter einseitigem öffnen ihrer horizontalen Trennfugen 5 verkippend μ bewegen können.

Im Gegensatz zu den Verhältnisses bei dem gattungsgemäß vorbekannten Schachtausbau gemäß DE-PS 1167 777 ist auch der äußere wasserdichte Stahlmantel 3 in Ringschüsse 3a untergliedert. Die -ü Ringschüsse 3a des wasserdichten Stahlmantels 3 erstrecken sich in der Höhe über die Höhe der Stahlbetonringe 2a. Diese Höhe kann z. B. 2,5 m, gegebenenfalls aber auch 3,0 m oder mehr, betragen.

Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Stahlbetonringe 2a. die gegebenenfalls in Segmente unterteilt sein können, mit den Ringschüssen 3a des äußeren Stahlmantels zu gemeinsam tragenden Verbundringen 2a, 3a vereinigt.

Während die Stahlbeton-Verbundringe 2a, 3a im oberen Teufenbereich innenseitig keinen zusätzlich tragenden Stahlmantel aufweisen, sind sie im Bereich größerer Teufen und entsprechend höhrerem Gebirgsdruck auch innenseitig mit einem als Tragring dienenden Stahlblechmantel 6 versehen, wobei der außenliegende. Bestandteil des äußeren Stahlmantels 3 bildende Tragring 3a und der innere Stahlblechmantel 6 über den radial zwischen ihnen befindlichen stahlbewehrten Betonring 2a zu einem einheitlichen Stahlbeton-Verbundring 3a, 2a, 6 miteinander verbunden sind. Die innere Stahlbewehrung der Betonringe 2a und die an der äußeren Fläche der inneren Stahlblechmäntel 6 befindlichen Verbundmittel sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Der durch die inneren tragenden Stahlblechmäntel 6 der VerlustrinTe gebildete innere wasserdurchlässige Stahlringzylinder ist dabei aus passend stumpf gestoßenen, nicht zugfest miteinander verbundenen Segmenten zusammengesetzt.

Wie aus Fig. 1 und 2, jedoch mit größerer Deutlichkeit insbesondere aus den F i g. 3. 4 und 5 hervorgeht, sind die Ringschüsse 3a des wasserdichten Stahlmantels 3 im Bereich der horizontalen Trennfugen 5 zwischen den inneren Stahlbetonringen über Dehnfalten 7 dichtend miteinander verbunden, die radial nach innen gerichtet sind, wobei sie in die horizontalen Trennfugen 5 zwischen den Stahlbetonringen 2a eingreifen, derart, daR sie sich bei Krümmungen der Schachtachse auf der Zugseite Z des Ausbaus zusammen mit den Fugen 5 der inneren Stahlbetonringe 2a vertikal öffnen.

Da die Dehnfalten 7 in Richtung der Schachtachse verformungsweich ausgebildet sind, werden auf der Zugseite Z iieimenswei ic Zugspannungen im äüucTcn wasserdichten Stahlmantel 3 auch bei wesentlichen Krümmungen der Schachtachse nicht hervorgerufen.

Die in Richtung der Schachtachse verformungsweichen Dehnfalten 7 bestehen aus Flanschringen 8, 8a, die jeweils am oberen und unteren Ende der Stahlmante! ringschüsse 3a angeschweißt und an ihrem radialen Innenrand bei 9 dichtend miteinander verschweißt sind.

Wie besonders deutlich aus F i g. 3 und 4 hervorgeht, sind die Flanschringe 8, 8a aus gegenüber den Ringschüssen 3a dünnerem Stahlblech hergestellt: sie bestehen überdies auch aus einem Stahl mit gegenüber den Ringschüssen niedrigerer Fließgrenze. Auf diese Weise bilden die am Innenrand dichtend miteinander verschweißten Flanschringe 8, 8a in Richtung der Schachtachsc verformungsweiche Dehnfalten 7. die sich bei Zugebeanspruchungen nach außen öffnen (vgl. Fig. 4). Vor Eintritt einer Krümmung sowie auf der Druckseite D stützen sich die Ringschüsse 3a des Stahlmantels 3 einschließlich der an ihren Enden angeschweißten Flansche stumpf aufeinander ab (vgl. F i g. 3 sow ". F i g. 2, rechte Siite), so daß sie selbständig tragende Bestandteile der Verbundringi- bilden. Die Siahlbetonringe 2a weisen im radialen Außenbereich ihrer horizontalen Trennfugen 5 einander gegenüberliegende Aussparungen 10 für die Aufnahme der im Einbauzustand noch unverformten Dehnfalten 7 bzw. der den Stahlmantelringschüssen 3a zugeordneten Flanschringe 8 und 8a auf.

Die nach außen öffnenden horizontalen Trennfugen zwischen den aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüssen 3a sind durch diese auch geöffneten Dehnfalten 7a noch mit genügendem Abstand axial übergreifende ringförmige Abweisschürzen 11 überdeckt, die lediglich einseitig nur an den mit Bezug auf die jeweilige Ringfuge bzw. Dehnfalte 7 oberen Stahlmantelringschuß bei 12 angeschweißt ist Diese äußeren Abweisschürzen 11 verhindern selbstverständlich nicht, daß die zusammen die Dehnfalten 7 bildenden Flanschringe 8 und 8a in Richtung der Pfeile X durch den Druck der äußeren Asphaltfüllung 4 beansprucht sind, so daß sie entsprechend bemessen sein müssen; sie verhindern aber das Eindringen von Fremdkörpern in diesen Fugenbereich, die die einwandfreie Funktion der Dehnfalten 7 bei wechselnden Verformungen der Schachtachse empfindlich beeinträchtigen könnten.

Im Falle der von den Fig. 3 und 4 abweichenden Ausführungsform gemäß F i g. 5 sind die FJanschringe 8

und 8.7 t'';r aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse 3a unter Belastung eines axialen Abstandes zueinander an ihrem Innenrand über einen an diese ~ngeschweiß'in, koaxial zur Schachtachse ausgeriohtelen, aus Segmenten zusammengesetzten Stanlring 13 ·. miteinander dichtend verbunden. Um auch dabei in Richtung der Schachtachse wirkende Druckbeanspruchungen bei geschlossener Dehnfalte 7 einwandfrei übertragen zu können, ist der Ringspalt /wischen den Flanschringen 8, 8a durch ein im Querschnitt entspre- in chend bemessenes, ringförmiges Trennblech 14 ausgefüllt. Dieses ringförmige Trennblech 14 ist ebenfalls aus Segmenten zusammengesetzt, wobei deren radiale

Stoßfugen gegenüber den radialen Stoßfugen der Segmente der Stahlmantelringschüsse 3a und/oder deren Flanschringe 8, 8a in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Die Trennblechc 14 verhindern auf diese Weise ein unbeabsichtigtes Zusammenschweißen der beiden Flanschringe 8a und 8 beim Herstellen der vertikal und radial ausgerichteten Schweißnaht 15 zum Verbinden der Segmente der Ringschüsse sowie der Flanschringc. falls diese nicht bereits über Tage zusammengeschweißt oder als Ganzes in den Schacht eingebracht werden können, sondern erst innerhalb des Schachtes an Ort und Stelle aus Segmenten zusammengeschweißt werden müssen.

Hier/u 2 Blatt

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, welcher s mindestens als Bestandteil des Ausbaus einen tragenden Ausbauzylinder in Form einer mit Bezug auf die Schachtachse krümmungsfähigen Stahlbetonringsäule aus lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringen aufweist, der außen von einem geschlossenen, gleichfalls krümmungsfähigen, wasserdicht verschweißten und gegenüber dem Gebirge oder einem weiteren tragenden Ausbauzylinder vermittelst einer Fugenfüllung aus Asphalt od. dgl. gleitfähigen Stahlmantel umgeben ist und bei '⁵ welchem der aus Ringschüssen zusammengesetzte Stahlmantel mit über seine axiale Länge in Abständen verteilten verformungsweichen Dehnfalten versehen ist, die in Höhe mindestens eines Teils der horizontalen Trennfugen zwischen den Stahlbetonringen in dafür vorgesehene radiale Randausnehmungen nach innen eingreifen und sich bei Krümmungen der Schachtachse auf der Biegezugseitc des Ausbaus zusammen mit den Fugen der Siahlbetonringe vertikal öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbetonringe (2a) im Bereich ihrer horizontalen Trennfugen (5) unter Verzicht auf eine Fugenfüllung aus flexiblem Material unmittelbar aufeinandergesetzt und die sich im Bereich der radialen Randausnehmungen der horizontalen Trennfugen einander gegenüberliegenden Aussparungen (10) für die Aufnahme der Dehnfalten in Verbindurg mit e' /er entsprechenden Langenbemessung der r"ie Stahlbetonringe (2a) umgebenden Ringschüsse (3a) d-j äußeren Stahlmantels (3) in der Höhe derart bemessen sind, daß sich die lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringe (2a) im Bereich der Dehnfalten (7) einschließlich der sie umgebenden Ringschüsse 3a des Stahlmantels (3) sowohl im Einbauzustand als im Falle einer Krümmung der Schachtachse auch auf der Biegedruckscite mindestens mittelbar über die dabei geschlossenen Dehnfaltenschenkel druckübertragend aufeinander abstützen.

2. Schachtausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die horizontalen Trennfugen (5) zwischen den inneren Stahlbetonringen (2a) radial eingreifenden Dehnfalten (7) aus den Ringschüssen (3a) des äußeren Stahlmantels (3) zugeordneten Flanschringen (8, Sa) bestehen, die an ihrem so Innenrand miteinander dichtend verschweißt sind.

3. Schachtausbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dehnfalten (7) bildenden Flanschringe (8, Ba) der in Richtung der Schachtachse aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüsse (3a^an deren oberen und unteren Enden angesetzt und gegenüber der Wandstärke im übrigen Bereich der Stahlmantelringschüsse (3a) dünnwandiger bemessen sind.

4. Schachtausbau nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dehnfalten (7) bildenden Flanschringe (8, Sa) an den oberen und unteren Enden der Stahlmantelringschüsse (3a) dichtend angeschweißt sind.

5. Schachtausbau nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dchnfaltcn (7) bildenden Flanschringe (8, 8u) aus einem Werkstoff mit gegenüber dem Werkstoff der Stahlmantelringschüsse (3a^ niedriger Fließgrenze bestehen.

6. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere wasserdichte Stahlmantel (3) aus in Richtung der Schachtachse entsprechend der axialen Höhe der inneren Stahlbetonringe (2a) untergliederten Ringschüsse (3a^ zusammengesetzt ist, derart, daß in jede der horizontalen Trennfugen (5) zwischen den inneren Stahlbetonringen (2a) je eine aus den an ihrem Innenrand miteinander dichtend verschweißten Flanschringen (8, 8a) bestehende Dehnfalte (7) radial eingreift

7. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlmantelringschüsse (3a) aus Segmenten zusammengesetzt sind, deren die Segmente verbindenden vertikalen Schweißnähte (15) sich in Form horizontaler Schweißnähte zwischen den entsprechend in Segmente unterteilten, radial nach innen gerichteten Flanschringen (8, Sa) fortsetzen.

8. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanscnringe (8, Sa) aufeinanderfolgender Stahlmantelringschüsse (3a^unter Belassung eines axialen Abstandes zueinander an ihrem Innenrand über einen an diese angeschweißten, koaxial zur Schachtachse ausgerichteten, gegebenenfalls aus Segmenun zusammengesetzten Stahlring (13) miteinander dichtend verbunden sind und der Ringspalt zwischen den Flanschringen (8, Sa) der aufeinanderfolgenden Stahlmantelringichüsse (3a) durch ein im Querschnitt entsprechend bemessenes, die axialen Druckkräfte aufnehmendes ringförmiges Trennblech (14) ausgefüllt ist, bei welchem die radialen Stoßfugen zwischen den in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Segmenten gegenüber den radialen Stoßfugen der Segmente der Stahlmantelringschüsse (3a) und/oder deren Flanschringe (8,8a,/ in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.

9. Schachtausbau nach Anspruch ! oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen öffenden horizontalen Trennfugen zwischen den aufeinanderfolgenden Stahlmantelringschüssen (3a^ durch diese auch bei geöffneten Dehnfalten (7a^ noch mit genügendem Abstand axial übergreifende ringförmige Abweisschürzen (11) überdeckt sind, die lediglich einseitig nur an den mit Bezug auf die jeweilige Ringfuge bzw. Dehnfalte (7) oberen Stahlmantelringschuß ^^angeschweißt ist.

10. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Stahlbetonringe (2a)und die Ringschüsse {3a) des äußeren Stahlmantels (3) gemeinsam tragende Verbundringe (2a,3a^bilden.

11. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringe (2a,/ außer dem gegebenenfalls Bestandteil des äußeren Stahlmantels (3) bildenden außenliegenden Tragring (3a) zusätzlich einen inneren, gleichfalls als Tragring dienenden Stahlblechmantel (6) aufweisen, die durch den radial zwischen ihnen befindlichen stahlbewehrten Belonring (2a,) zu einem einheitlichen Stahlbeton-Verbundring (3a, 2a, 6) miteinander verbunden sind.

12. Schachtausbau nach Anspruch II. dadurch gekennzeichnet, daß der durch die inneren tragenden Stahlblechmäntel (6) der Verbundringe gebilde-

te innere undichte bzw. wasserdurchlässige Stahlringzylinder aus passend stumpf gestoßenen, nicht zugfest miteinander verbundenen Segmenten zusammengesetzt ist.

Die Erfindung richtet sich auf einen Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, welcher mindestens als Bestandteil des Ausbaus einen tragenden Ausbauzylinder in Form einer mit Bezug auf die Schachtachse krümmungsfähigen Stahlbetonringsäule aus lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringen aufweist, der außen von einem geschlossenen, gleichfalls krümmungsfähigen, wasserdicht verschweißten und gegenüber dem Gebirge oder einem weiteren tragenden Ausbauzylinder vermittelst einer Fuganfüllung aus Asphalt od. dgl. gleitfähigen Stahlmantel umgeben ist und bei welchem der aus Ringschüssen zusammengesetzte Stahlmantel mit über seine axiale Länge in Abständen verteilten verformungsweichen Dehnfalten versehen ist, diu in Höhe mindestens eines Teils der horizontalen Trennfugen zwischen den Stahlbetonringen in dafür vorgesehene radiale Randausnehmungen nach innen eingreifen und sich bei Krümmungen der Schachtachse auf der Biegezugseite des Ausbaus zusammen mit den Fugen der Stahlbetonringe vertikal öffnen.

Für den Ausbau im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge ist es seit langem bekannt (DE-PS 11 67 777), den inneren tragenden Ausbauzylinder aus lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringen zusammenzusetzen und die auf diese Weise gebildete, mit Bezug auf die Schachtachse krümmungsfähige Stahlbetonringsäule mit einem geschlossenen, gleichfalls krümmungsfähigen, wasserdicht verschweißten Stahlmantel zu umgeben, wobei die Ringfuge zwischen dem Gebirge und dem gleitfähigen Stahlmantel mit einem zähflüssigen Füllmittel, insbesondere weichem Asphalt, ausgefüllt ist. Von dem gleichen Grundgedanken macht auch ein demgegenüber weiterentwickelter eigener älterer Schachtausbau (DE-OS 28 23 950) Gebrauch, bei dem zusätzlich zu dem inneren tragenden Ausbauzylinder ein äußerer gebirgsverbundener wasserdurchlässiger, gegenüber dem ihn beanspruchenden äußeren Gebirgsdruck aber druckfest ausgebildeter Ausbauzylinder vorgesehen ist und dessen Besonderheit darin besteht, daß die Ringfuge zwischen diesem äußeren Ausbauzylinder und dem inneren Ausbauzylinder bzw. dem diesen außen umgebenden geschlossenen Stahlmantel mit einem zähflüssigen Füllmittel ausgefüllt ist, dessen Raumgewicht dasjenige von Wasser nur geringfügig übersteigt. Das gleiche Prinzip könnte auch bei einem Schachtausbau Anwendung finden, der aus zwei oder mehreren, mit radialem Abstand konzentrisch ineinandergestellten selbständigen Ausbauzylindern besteht (DE-AS 12 84 387), und bei dem entweder alle oder nur die inneren Ausbauzylinder aus lose aufeinandergestapelten Stahlbetonringen zusammengesetzt und außen von einem wasserdicht verschweißten gleitfähigen Stahlmantel umschlossen sind.

Dieses in der Praxis seit langem eingeführte Ausbauprinzip stößt bei größeren Teufen des Gefrierschachtteils auf cias Problem, daß der geschlossene, wasserdicht verschweißte Stahlmantel bei Krümmungen der Schachtachse Spannungen ausgesetzt ist, denen bei der Auslegung der Wandstärke und der Auswahl der Werkstoffqualität in besonderer Weise Rechnung getragen werden muß.

Es ist zwar bereits seit langem bekannt (DE-PS 11 29 436), den wasserdichten Stahlmantel als dehnbaren Dichtungszylinder auszubilden und ihn zu diesem Zweck mit einzelnen oder Gruppen von unverfüllt bleibenden Dehnfalten zu versehen. Dabei handelt es

ίο sich aber nicht um einen im eigentlichen Sinne gleitfähigen Stahlmantel. Vielmehr ist der Dichtungszylinder in diesem Falle zwischen dem inneren und dem äußeren Ausbauzylinder aus Mauerwerk oder Beton fest eingebettet und mit diesen durch zahnartige ringförmige Ausweitungen fest verzahnt. Zwar kann, der innere, aus Beton errichtete Ausbauzylinder innerhalb oder unmittelbar unterhalb der Verzahnungsstellen Löseflächen in Form ringförmiger Dehnungsfugen aufweisen, doch handelt es sich dab*;i gleichwohl nicht um einen Ausbauzylinder in Form einer mit Bezug auf die Schachtachse krümmungsfähigen Stahlbetonringsäule aus lose aufeinandergestapelte" Stahlbetonringen. Bei Krümmungen der Schachtachse •-/ü'-de der innere, aus Beton bestehende Ausbauzylinder mithin trotz der in größeren Abständen vorgesehenen Löseflächen bzw. ringförmigen Dehnungsfugen unkontollierbar reißen, ohne daß es dem mit ihm sowie zugleich mit dem gebirgsverbundenen äußeren Ausbauzylinder verzahnten Dichtungszylinder trotz der Dehnfalten möglich wäre, sich den dabei auftretenden beträchtlichen Zusatzspannungen, insbesondere in Fo-m von Zugspannungen, durch relative Gleitbewegung gegenüber den beiden Ausbauzylindern nennenswert zu entziehen.
Den gleichen Nachteil weist prinzipiell auch ein weiterhin bekannter, wasserdicht konzipierter Schachtausbau auf (»Glückauf«, 103 (1967), Heft 12, Seite 554, Abb. 2), bei dem der tragende Ausbauzylinder aus durchgehend betoniertem Stahlbeton sowohl innen- als auch außenseitig im Verbund mit U-Profilstahlringen steht und bei dem sich im Falle von Krümmungen der Schachtachse unkontrollierbare Rißfugen im Beton einstellen, während die durch Schrauben miteinander ve.'bundenen Flansche der U-Profilstahlringe auf der Zugseite entsprechend aufgebogen werden, mit dem Risiko, dadurch ihre Dichtheit im Verbindiingsbereich einzubüßen.

Um namentlich bei größeren Teufen zu wesentlich wirtschaftlicheren Lösungen zu gelangen, die es gestatten, den wasserdichten Stahlmantel auch bei Krümmungen der Schachtachse weitgehend frei von zusätzlichen Spannungen, insbesondere Zugspannungen, zu halten, ist gemäß dem eingangs an erster Stelle beschriebenen, älteren, aber nicht vorveröffentlichten Schachtausbau (DE-AS 28 08 387) bereits vorgeschiagen worden, den an sich bekannten gleitfähigen und aus Ringschüssen zusammengesetzten Stahlmantel mit über eine seine axiale Länge in Abständen verteilten verformungsweichen Dehnfalten zu versehen, die in Höhe mindestens eines Teils der horizontalen Trennfugen zwischen den Stahlbetonringen in dafür vorgesehene radiale Randajsnehmungen nach innen eingreifen und sich b?i Krümmungen der Schachtachse auf der Biegezugseite des Ausbaus zusammen mit den Fugen der Stahlbetonringe vertikal öffnen.

Gemäß diesem älteren Vorschlag sind die Stahlbetonzylinder nicht unmittelbar aufcinandergeiictzt, sondern bewußt unter Zwischenschaltung einer weichen Zwischenschicht aus flexiblem Material. Dies hat 7ur Folge,