DE3625129A1 - Schachtausbau mit gusseisen-ringelementen fuer tiefe gefrierschaechte des bergbaus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schachtausbau, insbe­ sondere für den Ausbau tiefer Schächte in nicht stand­ festem, wasserführendem Gebirge, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Schachtausbau ist z.B. aus dem deutschen Patent 28 23 950 der Anmelderin bekannt. Auf Grund der speziellen Ausgestaltung dieses bekannten Schachtaus­ baus wird erreicht, daß der äußere Ausbauzylinder den Gebirgsdruck, der innere Ausbauzylinder aber praktisch nur noch den Wasserdruck aufnehmen muß. Dadurch, daß der äußere Ausbauzylinder wasserdurchlässig ausgebil­ det ist, während das Raumgewicht des in der Ringfuge zwischen innerem und äußerem Ausbauzylinder vorgese­ henen Füllmittels etwa dem Raumgewicht von Wasser ent­ spricht, wirkt auf den inneren Ausbauzylinder praktisch nur der dem Wasserdruck entsprechende Radialdruck ein.

Bei dem bekannten Schachtausbau besteht der innere Aus­ bauzylinder aus übereinander gestapelten Stahlbeton- Verbundtragringen. Da der Radialdruck mit zunehmender Teufe größer wird, müssen diese Verbundtragringe dort sehr großen Beanspruchungen standhalten können. Deshalb ist bei dem bekannten Schachtausbau für größere Teufen eine spezielle Form von Verbundringen vorgesehen. Diese hoch belastbaren Verbundringe bestehen aus einer inne­ ren und einer äußeren Gußeisen- oder Stahlschale, die auf der inneren bzw. auf der äußeren Wand eines Beton­ segments angeordnet sind.

Bei sehr großen Teufen jedoch werden die Stahl- oder Gußeisendicken und damit die Wanddicke des Innenausbaus insgesamt zu groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schacht­ ausbau der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Dicke des inneren Ausbauzylinders in größeren Teu­ fen im Vergleich zum Stand der Technik verkleinert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß der dichte Ausbau nur Druck-, Schub- und Biegedruckspannun­ gen aufnehmen muß. Während in geringeren Teufen, z.B. in Teufen oberhalb einer Grenze, die etwa zwischen 400 m und 500 m liegt, die Stahlbeton-Verbundringe eine wirtschaftlich günstige Lösung für den inneren Ausbauzylinder darstellen, ist die Lösung mit Gußeisen-Ringsegmenten bei größeren Teufen wirtschaftlicher. Da - wie gesagt - nur Druck-, Schub- und Biegedruckspannungen aufgenommen werden müssen, kann man zur Herstellung der Gußeisen-Segmente die für den Einzelfall wirtschaftlichste Gußeisensorte auswählen.

Die Gußeisen-Ringsegmente stoßen stumpf aneinander. Als günstigste Querschnittsform hat sich ein H-förmiger Querschnitt erwiesen. Der Querschnitt entspricht im wesentlichen einer Hantel. In den horizontal liegen­ den Stegen der einzelnen Ringsegmente befinden sich Vergußlöcher, durch die hindurch Füllbeton in den Zwi­ schenraum zwischen zwei vertikal benachbarten Trag­ ringen eingegossen wird. Diese Vergußlöcher erleichtern auch die Handhabung der Segmente beim Transport. Hierzu ist mindestens eines der Vergußlöcher - im Grundriß gesehen - auf einer durch den Schwerpunkt des Ringseg­ ments verlaufenden Geraden angeordnet.

Auf Grund der besonderen Konstruktion des Schachtaus­ baus können also die Tragringe der Ringsäule so ausge­ legt werden, daß sie den zu erwartenden Beanspruchungen standhält. Es bietet sich bei den erfindungsgemäßen Gußeisen-Ringsegmenten an, eine besonders billige Guß­ eisensorte zu wählen. Die Ringsegmente bestehen bei­ spielsweise aus Gußeisen mit Kugelgraphit GGG oder aus Gußeisen mit Lamellengraphit GG.

Vorzugsweise sind die einzelnen Gußeisen-Ringsegmente benachbarte Tragringe jeweils um eine halbe Segment­ länge in Umfangsrichtung versetzt, so daß in jedem zweiten Tragring die Stoßkanten der Ringsegmente die­ ser Tragringe miteinander fluchten.

Die Erfindung ist besonders günstig anwendbar bei einem Schachtausbau, wie er in der oben erwähnten DE-PS 28 23 950 der Anmelderin beschrieben ist. Diese spezielle Anwendung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 ange­ geben.

Andererseits ist die Erfindung aber nicht auf den oben erwähnten speziellen Schachtausbau beschränkt. Es ist auch möglich, die Erfindung zu verwenden bei einem Ge­ frierschacht, dessen äußerer Ausbauzylinder als nicht­ tragender Ausbauzylinder ausgebildet ist. Bei einem solchen Schachtausbau wird das Raumgewicht des weichen Asphalts zwischen äußerem und innerem Ausbauzylinder entsprechend dem Wasser- und Gebirgsdruck gewählt. Dieser Anwendungsfall ist im Anspruch 7 angegeben.

Schließlich ist die Erfindung auch noch bei anderen Schachtausbau-Typen verwendbar, insbesondere bei einem Schachtausbau für einen im Bohrschachtverfahren abge­ teuften Schacht (Anspruch 8). Auch bei einem derart abgeteuften Schacht wird das Raumgewicht des Asphalts auf der Außenseite der Ringsäule entsprechend dem Wasser- und Gebirgsdruck eingestellt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen längsgeschnittenen Abschnitt eines Ausbaus in perspektivischer Darstellung.

In der Zeichnung sind der äußere Ausbauzylinder mit A, der inneren Ausbauzylinder mit B und das die Ringfuge zwischen beiden Ausbauzylindern ausfüllende zähflüssige Füllmittel in Form weichen Asphalts mit C bezeichnet. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der äußere Ausbau­ zylinder A gebirgsverbunden, indem er an das ihn außen umgebende Gebirge 1 mittels Vergußmörtels 2 dicht an­ geschlossen ist. Er besteht aus zwei bzw. drei Ring­ mauern 3, 3 a und 3 b, die als Trockenmauerwerk aus hochfesten Betonformsteinen 4 errichtet sind, in deren vertikale und horizontale Fugen unter Druck nachgiebige Flachsspanplatten 5 bzw. 5 a eingelegt sind. Die nur wenige Zentimeter breiten Ringfugen 6 zwischen den einzelnen Ringmauern 3, 3 a und 3 b sind mit Sand ausge­ füllt.

Auf Grund des beschriebenen Aufbaus ist der äußere Aus­ bauzylinder A nach Art eines Siebs wasserdurchlässig ausgebildet, jedoch gegenüber dem ihn von außen bean­ spruchenden Gebirgsdruck sowohl druckfest als auch begrenzt radial verformbar.

Je nach dem zu erwartenden höheren oder geringeren äußeren Gebirgsdruck, der nicht nur von der Teufe ab­ hängt, sondern auch gebirgsschichtspezifisch ist, weist der äußere Ausbauzylinder A eine entsprechend kleinere oder größere Anzahl im Abstand koaxial zueinander an­ geordneter Ringmauern 3, 3 a und 3 b auf, so daß er unter dem von außen einwirkenden Gebirgsdruck einer über seine Länge im wesentlichen gleich großen radialen Verformung bzw. Zusammendrückung unterworfen ist. Während die äu­ ßeren Ringmauern um ein relativ größeres Maß vom Ge­ birgsdruck zusammengedrückt werden, baut sich dieses Maß dank des Charakters der Fugenfüllungen 5, 5 a bzw. 6 bezüglich der innenliegenden Ringmauern stufenweise ab. Auf diese Weise kann sich der Radius unter der Gebirgs­ druckverformung bis zu etwa 10 cm verkleinern. Ist die Anzahl der Ringmauern im Hinblick auf den lokal jeweils zu erwartenden gebirgsspezifischen Gebirgsdruck richtig gewählt, verkleinert sich der Innenradius des äußeren Ausbauzylinders A über seine gesamte Längen nahezu gleichmäßig um nur wenige Zentimeter.

Entsprechend diesem zu erwartenden Maß der Verkleine­ rung des Innenradius des äußeren Ausbauzylinders A ist die Breite der Ringfuge 7 zwischen dem äußeren Ausbau­ zylinder A und dem inneren Ausbauzylinder B gewählt. Es genügt im allgemeinen, sie in der Größenordnung von etwa 10 cm oder nur wenig mehr zu bemessen.

Die Ringfuge 7 ist mit weichem Asphalt C ausgefüllt, dessen Raumgewicht durch Beimengung von Kalkmehl oder dergleichen auf nur etwa 1,05 eingestellt ist, so daß es das Raumgewicht von Wasser nur geringfügig über­ steigt.

Der Asphaltmantel C innerhalb der Ringfuge 7 ist mit­ hin im Stande, den Druck des durch den äußeren Ausbau­ zylinders A zu ihm durchdringenden Wassers aufzunehmen, und er belastet folglich auch den inneren Ausbauzylin­ der B 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 infolge der Gleiteigenschaften des Asphaltmantels C relativ zu diesem gleiten.

Der inneren Ausbauzylinder B besteht außerdem aus einer innerhalb des Dichtmantels 8 angeordneten Ringsäule 9 aus übereinander gestapelten Tragringen. Die Tragringe bestehen jeweils aus stumpf aneinander stoßenden Guß­ eisen-Ringsegmenten 9 a, 9 b. In der Zeichnung sind die jeweils einem Tragring zugehörigen Ringsegmenten mit 9 a und die dem benachbarten Tragring zugeordneten Ring­ segmenten mit 9 b bezeichnet. Die Ringsegmente eines Tragrings sind gegenüber den Ringsegmenten des benach­ barten Tragrings um eine halbe Segmentlänge in Umfangs­ richtung versetzt, so daß die Stoßfugen in jeweils jedem zweiten Tragring fluchten.

Zwischen der Ringsäule 9 und dem Stahlblechmantel 8 befindet sich eine mit Zementmörtel gefüllte Ringfuge 10. Diese gefüllte Ringfuge dient zum Ausgleich von Maßtoleranzen zwischen den Bauteilen.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hat jedes Ringseg­ ment 9 a, 9 b einen hantelförmigen oder H-förmigen Quer­ schnitt mit horizontalem Steg. In dem Steg jedes Ring­ segments 9 a, 9 b befindet sich mindestens ein Verguß­ loch 12, welches auch beim Transport und bei der Hand­ habung der Ringsegmente nützlich ist. Üblicherweise befinden sich in einem Ringsegment mehrere, z.B. 5, Vergußlöcher 12.

Wie der Zeichnung weiterhin entnehmbar ist, stoßen die einzelnen Gußeisen-Ringsegmente 9 a, 9 b mit ihren Stirn­ seiten stumpf aneinander. Die oberen und unteren Flä­ chen der an den Steg anschließenden Querschenkel benachbarter Tragringe liegen stumpf aufeinander. Nachdem auf einem bereits vorhandenen Tragring ein weiterer Tragring aus mehreren Ringsegmenten aufgelegt ist, wird der Zwischenraum zwischen den beiden benach­ barten Tragringen mit Beton ausgefüllt. Der Beton wird durch die Vergußlöcher 12 eingebracht. In der Zeichnung sind die Zwischenräume zwischen den unteren Tragringen mit Füllbeton 11 ausgefüllt, der Zwischenraum zwischen den beiden obersten Tragringen ist noch nicht ausge­ füllt.

Während die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion der Ringsäule 9 vornehmlich in größeren Teufen, z.B. in Teufen unterhalb einer Grenze, die zwischen 400 m und 500 m liegt, eingesetzt wird, können in geringeren Teufen die in der DE-PS 28 23 950 beschriebenen Stahl­ beton- oder Gußeisen-Verbundringe wirtschaftlich ein­ gesetzt werden.

Als Material für die Gußeisen-Ringsegmente kommt die im Einzelfall wirtschaftliche Gußeisensorte GG oder GGG in Frage. Die Ringsäule 9 ist ausschließlich Druck-, Schub- und Biegedruckbeanspruchungen ausge­ setzt. Die aus aufeinander gestapelten und zusammen­ gesetzten Ringsegmenten bestehende Ringsäule vermag diese Spannungen schadlos aufzunehmen. Der Füllbeton 11 zwischen benachbarten Tragringen dient einerseits als Korrosionsschutz, andererseits als Tragreserve.

Claims (8)

1. Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tie­ fer Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, welcher aus mindestens einem dichten, druck­ festen Ausbau gebildet ist, welcher von einem zäh­ flüssigen Mantel, insbesondere weichem Asphalt, umgeben ist, und der in an sich bekannter Weise wasserdicht ausgebildet ist und insbesondere zu diesem Zweck aus einem äußeren wasserdichten Stahlmantel mit einer darin gleitend angeordneten, aus übereinander gestapelten Tragringen gebildeten Ringsäule besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragringe der die den inneren Ausbauzylinder (B) bildenden Ring­ säule (9) in größeren Teufen, insbesondere unterhalb einer Grenze, die zwischen 400 m und 500 m liegt, aus druck- und biegefesten Gußeisen-Ringsegmenten (9 a, 9 b) besteht.

2. Schachtausbau nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gußeisen-Ring­ segmente (9 a, 9 b) stumpf aneinander stoßen.

3. Schachtausbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes Ringsegments (9 a, 9 b) H-förmig mit horizontalem Steg ist, daß in dem Steg mindestens ein Vergußloch (12) ausgebildet ist, und daß der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Tragringen mit Füllbeton (11) aus­ gefüllt ist.

4. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ring­ segmente (9 a, 9 b) aus Gußeisen mit Kugelgraphit GGG oder aus Gußeisen mit Lamellengraphit GG bestehen.

5. Schachtausbau nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (9 a, 9 b) derart angeordnet sind, daß ihre stumpf aneinander stoßenden Kanten in jedem zweiten Tragring miteinander fluchten.

6. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für im Gefrierverfahren abgeteufte Schächte, mit min­ destens zwei mit radialem Abstand koaxial ineinander angeordneten tragenden Ausbauzylindern, deren Ring­ fuge den zähflüssigen Mantel aus weichem Asphalt auf­ nimmt, wobei das Raumgewicht des Asphalts das Raum­ gewicht von Wasser nur geringfügig übersteigt, und wobei der äußere gebirgsverbundene und in Abhängigkeit vom Druckverhalten der durchteuften Gebirgsschichten aus einem oder mehreren Ausbauringen zusammengesetzte Ausbauzylinder wasserdurchlässig und gegenüber dem ihn beanspruchenden äußeren Gebirgsdruck druckfest, jedoch radial begrenzt verformbar ausgebildet ist, während der innere, den im umgebenden Gebirge an­ stehenden Wasserdruck aufnehmende Ausbauzylinder durch die Ringsäule gebildet ist.

7. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für im Gefrierverfahren abgeteufte Schächte, wobei der Ausbau mindestens zwei mit radialem Abstand koaxial ineinander angeordnete Ausbauzylinder aufweist, in deren Ringfuge der aus weichem Asphalt bestehende Man­ tel aufgenommen ist, wobei der Außenausbau als nicht­ tragender Ausbau ausgebildet ist, das Raumgewicht des Asphalts dem Wasser- und Gebirgsdruck entsprechend ge­ wählt ist, und der innere Ausbauzylinder aus der Ring­ säule besteht.

8. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schacht im Bohrschachtverfahren abgeteuft ist und das Raumgewicht des weichen Asphalts des zäh­ flüssigen Mantels dem Wasser- und Gebirgsdruck ent­ sprechend gewählt ist.