DE3008727C2

DE3008727C2 - Nachgiebiger Gefrierschacht-Außenausbau

Info

Publication number: DE3008727C2
Application number: DE19803008727
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 4630 Bochum Klein
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1982-10-14
Also published as: DE3008727A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Gefrierschacht-Außenausbau, dessen aus gleich ausgebildeten Stahlprofilringen bestehende Einzelsegmente über Schraubverbindüngen zusammengehalten sind und am Gebirge anliegen.

Bei Gefrierschächten geringer Teufe reicht die durch den Gefriermantel gebildete Frostwand sowohl um die Wasserlast als auch um den anstehenden Erddruck aufzunehmen. Aus diesem Grunde wird bei Gefrierschächten bis zu wenigen hundert Metern lediglich eine statisch nicht tragende Stoßsicherung gegen herabfallendes Gestein, z. B. durch eine Magerbetonschicht, eingebracht. Der endgültige Ausbau wird dann nach Fertigstellung des Schachtes montiert. Bei Gefrierschächten größerer Teufe kann ein sogenannter Außenausbau eingebracht werden, der gegen das gefrorene Gebirge eine tragende Wirkung und statische Funktionen übernehmen muß. Hierzu sind Betonsteinmauern, bei denen eine hohe Flexibilität hinsichtlich radialer Verformbarkeit aufweisende Flachspanplatten zwischengefügt werden, geeignet. Erst nach dem Zusammendrücken dieser Zwischeneinlagen, die im Prinzip auch aus dem Streckenausbau bekannt sind, erreicht die Betonformsteinwand die vorgeschriebene Festigkeit. Um den Festigkeitsanforderungen von großen Teufen gerecht zu v/erden, ist es notwendig, sehr starke Wände von unter Umständen mehr als einem Meter Dicke zu errichten. Damit verbunden ist ein entsprechender Mehrausbruch im gefrorenen Gebirge. Darüber hinaus müßten diese Mauern auf aufwendige Mauerfuß- und Keilkranzkonstruktionen aufgesetzt werden. Auch hierfür ist ein zusätzlicher erheblicher Ausbruch notwendig.

Aus F. Mohr »Schachtbautechnik«, H. Hübener Verlag KG, Goslar 1964, Seite 23,24 ist ein Gefrierschacht-Aaßenausbau bekannt, der aus gleich ausgebildeten Stahlprofilelementen besteht Diese Einzelelemente werden über Schraubverbindungen zusammengehalten. Sie liegen jeweils am Gebirge an. Dieser Ausbau ist somit starr und sofort tragend. Die einzelnen Ringe werden in senkrechter Richtung über Traghaken miteinander verbunden. Sie hängen somit jeweils aneinander. Die verbleibenden Zwischenräume zwischen den Ringen und dem Gebirge werden mit Verzug oder Spritzbeton hinterfüllt, so daß eine direkte Verbindung mit dem Gebirge nicht besteht

In Montan-Rundschau 21. /ahrgang (1973), Heft 11, Seite 329 und in Beton- und Stahlbetonausbau 8/1968, Umschlagseite XIV sind als vorläufiger Ausbau einge&etzte Stahlringe erläutert wobei auch hier das Gebirge durch Verzug- oder Spritzbeton gesichert ist Dieser Ausbau entspricht somit im Prinzip dem bereits erläuterten bekannten Ausbau. Aus Beion- und Stahlbeton U/1976, Seiten 282 bis 284 und Tiefbau, Ingenieurbau, Straßenbau 6/1977, Seiten 452, 454 und 456 sind Ausbauverfahren bzw. ein kombinierter Ring/Ankerausbau bekannt. Dieser kombinierte Ring/Ankerausbau hat insbesondere im Tunnelbau die Aufgabe, den Einfluß der Untertagearbeiten auf die Tagesoberfläche möglichst gering zu halten. Die Anker sollen daher das Gebirge um den Ausbau herum zusätzlich verfestigen und somit den Ausbau gleichzeitig auch verstärken. Bei der sogenannten »neuen österreichischen Tunnelbauweise« ist darüber hinaus bsi druckhaftem Gebirge eine gewisse Nachgiebigkeit vorgesehen. Aber auch hier haben die Anker insbesondere die Aufgabe der Verfestigung des anstehenden Gebirges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nachgiebigen, schnell montierbaren und unabhängig vom bereits eingebrachten Ausbau einzubringenden und insbesondere als Stoßsicherung dienenden Außenausbau für Gefrierschächte zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Stahlprofilsegmente jedes Stahlringes über Anker oder Nägel mit dem Gebirge und über die Schraubverbindungen ergänzende verschiebbar angeordnete Reibschienen miteinander verbunden sind.

Ein derartiges Stahlringausbausystem übernimmt den Erddruck voll, so daß die Frostwand lediglich die von der Wasserlast ausgehenden Drücke aufnehmen muß. Es kann davon ausgegangen werden, daß ein Ringabstand von etwa einem Meter über die Teufenhöhe verteilt oder mit der Teufe abnehmend ausreicht um das Gebirge hinreichend zu unterstützen. Als Hinterfüllung für das Stahlringelement zum kraftschlüssigen Übergang zum Stoß kann Magerbeton, Asche oder ähnliches in Frage kommen. Als zusätzliche Elemente empfehlen sich Anker mit Baustahlgewebe als Verzug gegen Steinschlag oder eine dünne Spritzbetonschicht zwischen den Stahlringelementen mit Reibschiene. Aufgrund der verschiebbar angeordneten Reibschienen kann der Stahlringausbau zunächst nachgeben und übernimmt erst die tragende Funktion voll, wenn die Stöße der einzelnen Stahlprofile aufeinandertreffen.

Infolge des hohen Plastifizierungsgrades des gefrorenen Gebirges kommt es im Laufe der Stoßschiebung zu einer Einbettung und Einschnürung der Stahlringelemente, so daß ein Ausknicken in Schachtachsenrichtung sicher vermieden wird.

Die Anker erleichtern darüber hinaus die Montage der Ausbauringe, da die Anker vorab und relativ schnell in das gefrorene Gebirge eingebracht und die einzelnen Segmente dann nur aufgesteckt zu werden brauchen. Die Arbeit des Ringeinbringens ist damit nicht nur leichter, sonrtern auch sicherer. Der einzelne Ring kann vorteilhaft dicht am Gebirge anliegend eingebracht und sogar gegebenenfalls verspannt werden. Die Anker erfüllen neben der Aufgabe des Annageins des Ausbau an das Gebirge auch noch die Aufgabe, den Einschub-Vorgang der einzelnen Segmente abzubremsen. Die einzelnen Segmente können nämlich aufgrund ihrer Verbindung mit dem Gebirge erst einschieben, wenn die Anker entsprechend gelockert sind. Schließlich erfüllt der erfindungsgemäße Ausbau gleichzeitig auch noch die Aufgabe eines Notausbaus, wenn Ausbrüche zu befürchten sind. In vorteilhafter Weise sind nämlich keine gesonderten Vorarbeiten notwendig, um die schützenden Stahlringe einzubringen. Je nach Bedarf ist es darüber hinaus möglich, den Abstand zwischen den einzelnen Ringen zu variieren. Wesentliche Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß keine aufwendigen Mauerfuß- und Keilkranzkonstruktionen erforderlich sind. Dadurch ergibt sich ein geringerer Mehrausbruch und es ist ein kontinuierliches Abteufen ab Rasen Hängebank gesichert. Der eingebrachte nachgiebige Gefrierschacht-Außenausbau dient anschließend zur Verstärkung des gesamten Ausbaus, da er ohne weiteres hinter diesem verbleiben kann. Es ist allerdings im Bedarfsfälle auch ohne Schwierigkeiten möglich, den vorläufigen Ausbau während des Einbringens des endgültigen Ausbaus zu demontieren. Zusätzlich ist vorteilhaft, daß die frei sichtbaren Reibverbindungen die Möglichkeit bieten, die Konvergenz des Gebirges zu beobachten und den Belastungsgrad des Ausbaus zu überwachen.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß als Stahlprofil auf der Innenseite offene Kastenprofile dienen. Ein derartiges Profil weist eine hohe Knicksicherheit auf, zumal auch die schachteinwärts gerichtete offene Seite des Katenprofils eine entsprechende Profilhöhe hat.

Bei entsprechender Führung der Reibschienen kann die Reibkraft erhöht werden, in dem gemäß der Erfindung in den Flanschen der Stahlprofile Längsschiitze zur Aufnahme von Halteschrauben angeordnet sind. Darüber hinaus wird die von einem Einschieben der Stahlprofile zu überwindende Reibkraft dadurch erhöht, daß die Reibschienen von den Stahlprofilen abveichende Krümmungsradien aufweisen.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stahlprofile auf der dem Gebirge zugewandten Außenseite Ausschnitte aufweisen, die den über die Ankerschraube verspannbaren Anker führen. Zweckmäßig ist es dabei, daß die Ankerschrauben und die Halteschrauben gleichmäßig vorgespannt sind. Dadurch wird zusätzlich zu den von den Reibschienen vorgegebenen Stellen auch an weiteren Stellen des Stahlringes das Einschieben der Stahlprofile durch zu überwindende Reibkräfte gezielt behindert. Durch die gleichmäßige Vorspannung der Schrauben wird eine Grenzlast vorgegeben, die mehr oder weniger gleichmäßig auf den gesamten Ausbauring wirkt. Erst wenn die Grenzlast überschritten -.vird, kommt es zur Verschiebung der Stahlprofile, so daß sich ein kleinerer Kreisumfang eingestellt Hierbei ist es zusätzlich von Vorteil, daß gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Reibschienen doppelkeilförmig ausgebildet sind und in beiden Einschubrichtungen Keilflächen aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schachtscheibe in Teilansicht

Fig.2 einen Ausschnitt des Gefrierschacht-Außenausbaus im Bereich einer Verbindung,

F i g. 3 den Gefrierschacht-Außenausbau in Seitenansicht

Fig.4 den Gefrierschacht-Außenausbau im Schnitt im Bereich einer Verbindung und

Fig.5 den Gefrierschacht-Außenausbau im Schnitt im Bereich eines Ankers.

Der nachgiebige Gefrierschacht-Außenausbau macht sich das Prinzip der Erddruckumlagerung zunutze, nach der es lediglich nötig ist in gewissen Abständen eine Unterstützung des Gebirges herbeizuführen. Das Gebirge 1 bzw. der Schachtstoß 2 wird zum Offenhalten des Schachtinneren 3 über die Teufe gesehen in gewissen Abständen durch einen allgemein mit 8 bezeichneten Schachtring abgestützt Ein derartiger Schachtring 8 ist aus mehreren gleich ausgebildeten Stahlprofilen 5, 6, 7 gebildet die zum Gebirge 1 hin durch Anker 10.11 und untereinander durch Reibschienen 12,13 verbunden sind.

Wie aus F i g. 1 zu entnehmen ist, werden die einzelnen Stahlprofile 5,6,7 jeweils über zwei Anker 10, 11 gehalten und nacheinander in einer Art Stecksystem mit der Reibschiene 12, 13 ineinandergefügt. Das Stahlprofil weist an den Enden im oberen und unteren Flansch 15 Längsschlitze 16, 17 auf, die zur Aufnahme der Halteschrauben 18 vorgesehen sind. Erst bei Überwindung der von den Halteschrauben aufgebrachten Reibkräfte können die Reibschienen 12, 13 einschieben, bis ihre Stöße 14 aufeinanderstoßen. Durch die Wahl adäquater Momentanspannungen mit den Halteschrauben 18 können die Reibschienen so befestigt werden, daß sie eine gewisse Grenzlast aufnehmen können und anschließend versagen. Versagen heißt in diesem Fall, daß es zu einer Verschiebung der Stahlprofile 5, 6, 7 kommt und sich ein kleinerer Kreisumfang einstellt, wobei beim Einbau des Schachtringes 8 zunächst der Maximalabstand zwischen den Stößen der einzelnen Stahlprofile 5,6,7 eingestellt wird. Beim Einschieben der Stahlprofile kommt es durch die Änderung des Krümmungsradius im Bereich der Reibschienen 12, 13 zu einer Verkeilung, die eine zusätzliche Kraftwirkung bis zum endgültigen Kontaktstoß der Profilquerschnitte bewirkt. Endzustand ist ein stumpfer Stoß 14 der Stahlprofile 5, 6, 7, der in Abhängigkeit von der Verwölbung des Querschnittes mehr oder weniger plan erfolgt. Es kommt zu einer polygonartigen Verformung des Gesamtsystems an den Stützstellen der Reibschienen 12,13 und dem Anker 10. Hierbei hat die einwärts gerichtete Verschiebungskomponente einen zusätzlichen positiven Vorspannungseffekt auf die Anker und eine Überlagerung von Quer«igspannungen im Bereich der Ankereinleitungsstrecke.

Rein rechnerisch läßt sich die Flexibilität erforderliche Profillänge bei Kenntnis des lichten Durchmessers des endgültigen Schachtes ermitteln. Die Wahl der

Länge des Stahlprofils 5,6, 7 erfolgt dergestalt, daß eine gleichmäßige Verschiebungsmöglichkeit in Art von Zwischenabständen auf den Umfang des Schachtes verteilt wird. Aus dem Letzteren ergibt sich die erforderliche Länge der Reibschiene, die derart konstruiert ist, daß ein Kontakt, der dem Stoß zugeneigten Stahlflächen garantiert wird. Durch Aufschweißen von Querschotten im Bereich der Reibschiene und eine zusätzliche Holzeinlage kann der spättragende Effekt verlängert werden.

Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen die Stahlprofile 5, 6, 7 in Draufsicht bzw. im Schnitt. Daraus wird deutlich, daß das eingesetzte Stahlprofil eine kastenähnliche Form aufweist, wobei die Außenseite 22 durchgehend ist, während die offene Seite 21 eine durchgehende Ausnehmung aufweist. Die beiden Flanschen 20 weisen

die aus Fig.2 erkennbaren Längsschlitze 17, 18 auf, in denen die Halteschraube 18 geführt ist. In regelmäßigen Abständen sind die Ausschnitte 24 vorgesehen, die bei ausreichender Toleranz den Durchlaß der Ankerschraube 25 und die Auflage der Ankerplatte 26 garantieren.

Ein derartiger Außenausbau kann in den Gefrierschächten den Erddruck aufnehmen, während der Wasserdruck nach wie vor durch den Gefriermantel getragen wird. Der von den Schachtringen 8 gebildete Ausbau eignet sich infolge seiner schnellen Einbautechnik zudem als Notsicherungsmaßnahme. Anhand der frei sichtbaren Reibverbindungen im Bereich der Reibschienen 12, 13, der Halteschraube 18 und der Ankerschraube 25 läßt sich jederzeit die Konvergenz des Gebirges beobachten und der Belastungsgrad des Ausbaus abschätzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Gefrierschacht-Außenausbau, dessen aus gleich ausgebildeten Stahlprofilringen bestehende Einzelsegmente über Schraubverbindungen zusammengehalten sind und am Gebirge anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlprofilsegmente (5, 6, 7) jedes Schachtringes (8) über Anker (10,11) oder Nägel mit dem Gebirge (1) und über die Schraubverbindungen (18) ergänzende verschiebbar angeordnete Reibschienen (12, 13) miteinander verbunden sind.

2. Geirierschacht-Außenausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlprofile (5,6,7) auf der Innenseite (21) offene Kastenprofile dienen.

3. Gefrierschacht-Außenausbau nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlprofile (5, 6, 7) in den Flanschen (35, 20) die Halteschrauben (18) aufnehmende Längsschlitze (16, 17) aufweisen.

4. Gefrierschacht-Außenausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlprofile (5,6,7) und die Reibschienen (12, 13) unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.

5. Gefrierschacht-Außenausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlprofile (5,6,7) auf der dem Gebirge (1) zugewandten Außenseite (22) Ausschnitte (24) aufweisen, die den über die Ankerschraube (25) verspannbaren Anker (10, 11) führen.

6. Gefrierschacht-Außenausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschienen (12, 13) doppelkeilförmig ausgebildet sind und in beiden Einschubrichtungen Keüfiächen aufweisen.

7. Gefrierschacht-Außenausbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerschrauben (25) und die Halteschrauben (18) gleichmäßig vorgespannt sind.