DE3008727C2 - Nachgiebiger Gefrierschacht-Außenausbau - Google Patents
Nachgiebiger Gefrierschacht-AußenausbauInfo
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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 (7)
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.
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