DE3632189C3 - Druckwasserstollen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckwasserstollen in wasserun­ durchlässigen Gebirgen, mit einer wasserundurchlässigen Innenschale, wobei im Ringraum zwischen dem Ausbau und dem Gebirge eine Drainage vorgesehen ist, über die durch einen von außen auf die Auskleidung wirkenden hydrostatischen Wasserdruck in der Auskleidung planmäßig eine Ringdruckkraft bewirkt wird.

Druckwasserstollen mit einer planmäßig in der Stollenaus­ kleidung erzeugten Ringdruckkraft oder Ringvorspannung sind in vielfältiger Weise bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, Betonauskleidungen mit Spannstahl planmäßig vorzu­ spannen und hiermit eine Ringdruckkraft zu erzeugen. Diese Maßnahme ist einmal sehr kostenintensiv. Außerdem sind nach dem Betonieren der Betonauskleidung die Spannarbeiten und andere damit zusammenhängende Nacharbeiten erforderlich, die sehr zeitaufwendig sind und damit den gesamten Arbeitsablauf bei der Herstellung des Stollens erheblich behindern.

Zum nächstkommenden Stand der Technik ist die Literaturstelle "ISRM Symposium/Aachen/1982. 05. 26-28, Rock Mechanics: Caverns and pressure shafts, A. A. Balkema/Rotterdam/1982, Seiten 753 bis 758 zu nennen".

Diese Literaturstelle beschreibt den Einfluß der Belastungs­ geschichte aus Wasserdruck auf die Tunnelspannungen, wobei dem Abschnitt 4.4 der Vorschlag zu entnehmen ist, bei einem Druckstollen den Wasserdruck von außen direkt auf die Aus­ kleidung einwirken zu lassen und durch den hydrostatischen Wasserdruck eine Ringdruckkraft im Ausbau zu erzeugen, um die Zugspannungen in der Auskleidung, die durch den inneren Wasserdruck hervorgerufen werden, zu reduzieren. Ferner ist aus dieser Literaturstelle bekannt, durch Injizieren von Wasser unter hohem Druck die Auskleidung vom Gebirge zu trennen, um sicher zu stellen, daß der hydrostatische Wasserdruck aus dem Gebirge über die geschaffene Trennfuge zwischen Ausbau und Gebirge, direkt an der Auskleidung an­ greift. Die Trennfuge zwischen der Auskleidung und dem Gebirge, die eine Drainagefunktion hat, ist mit dem anstehen­ den Gebirgswasser (Grundwasser) verbunden und demnach gleich­ falls an ein hydraulisches Drucksystem angeschlossen.

Zum Stand der Technik ist ferner die DE-PS 28 23 950 zu nennen, die sich auf einen Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tieferer Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge bezieht. Bei der Offenbarung gemäß DE-PS 28 34 950 handelt es sich nicht um einen Druckwasserstollen, sondern um einen Schachtausbau, so daß grundsätzlich von einer Kategorie Verschiedenheit zu sprechen ist. Aus der DE-PS 28 34 950 kann entnommen werden, bei einem als Schacht ausgebildeten unterirdischen Bauwerk, den aus zwei Ausbauzylindern bestehenden Ausbau derart zu gestalten, daß der anstehende Wasserdruck aus dem Gebirge auf den inneren, wasserundurchlässigen Ausbauzylinder übertragen wird, was durch die wasserdurchlässige Drainageausbildung des Ausbauzylinders erreicht wird.

Durch das "Handbuch des Tunnel- und Stollenhaus", Bd. I, Maidl, Verlag Glückauf GmbH Essen, Seite 90, 3. Absatz und Bild 88 ist ein Druckwasserstollen bekannt, bei dem planmäßig in der Stollenauskleidung eine Ringdruckkraft erzeugt wird. Der Ring­ spalt zwischen Gebirge oder Ausbruchsicherung und der inneren Auskleidung wird mittels Hochdruckinjektion ausgepreßt, wo­ durch in der Auskleidung eine Ringdruckkraft entsteht.

Der Hauptnachteil der letztgenannten Methode ist darin zu sehen, daß die so erzeugte Ringdruckkraft in der Regel nicht in ihrer Anfangsgröße erhalten bleibt. Auch bei hochfesten Gesteinen treten Kriecherscheinungen auf, durch die eine auf diese Weise erzeugte Ringdruckkraft zumindest teilweise wieder abgebaut wird. In weichen Gesteinsformationen mit ge­ ringem Elastizitätsmodul und plastischem Verhalten kann eine so erzeugte Ringdruckkraft nicht angewandt werden, da sie infolge Kriechens des Gesteins nach kurzer Zeit auf Null abgebaut ist.

Generell liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckwasserstollen anzugeben, bei dem die Größe der erzeugten Ringdruckkraft in der Auskleidung von den elasti­ schen und/oder plastischen Eigenschaften des Gebirges während der Betriebsdauer des Druckstollens unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckwasserstollen der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Drainage als Drainageschicht aus Filterbeton oder Schaumbeton von ausreichender Festigkeit ausgebildet ist, um Gebirgsdrücke aufnehmen zu können und daß die Drainageschicht an eine oder mehrere Steigleitungen angeschlossen ist, die mit einem höher liegenden Wasserreservoir verbunden sind.

Vorteilhafte Ausbildungsformen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Wesentliche Vorteile der Erfindung sind die Einfachheit der Ausführung, die Wirtschaftlichkeit sowie die auf Dauer unver­ änderliche Größe der erzeugten Ringdruckkraft. Die Erfindung kann angewandt werden für Druckwasserstollen im festen Gebirge, wobei allerdings eine nicht zu starke Wasserdurch­ lässigkeit des Gebirges wichtig ist, um den hydrostatischen Wasserdruck aufrechthalten zu können. Ein Hauptanwendungs­ gebiet der Erfindung sind Druckwasserstollen in stark tonigen und/oder schluffigen Bodenschichten, die in der Regel wasser­ undurchlässig sind. In Regionen mit solchen Bodenschichten ist in der Regel auch über diesen Bodenschichten ein natür­ liches Wasserreservoir vorhanden, z. B. eine Grundwasser­ zone, ein See oder ein Fluß, wodurch ein Anschluß der Drainageschicht (4) in einfacher Weise möglich ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß z. B. bei Stollenauskleidungen aus Beton entweder auf eine Stahlbewehrung ganz verzichtet werden kann oder eine minimale konstruktive Oberflächenbewehrung ausreicht. Durch die plan­ mäßig erzeugte Ringdruckkraft treten keine oder nur geringe Betonzugspannungen in der Betonauskleidung auf, so daß die Wasserundurchlässigkeit der Betonauskleidung wesentlich ver­ bessert wird.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das anhand der Zeichnung Fig. 1 näher erläutert wird.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckwasserstollen ist Teil einer Druckwasserleitung eines Abwasserkanalsystems, die hydraulisch betrachtet als Düker ausgebildet ist. Von einer Höhenlage im Bereich der Geländeroberkante wird eine Abwasserleitung über einen Schacht (9) senkrecht nach unten geführt und in einer wasserundurchlässigen, ton- und/oder schluffhaltigen Boden­ schicht als Druckwasserstollen mit leichtem Gefälle weiterge­ führt, bis zu einem weiteren vertikalen Schacht (9) (in der Zeichnung nicht dargestellt), in dem die Abwasserleitung wieder nach oben geführt wird. Die Auskleidung (1) des Stollens ist zweischalig ausgebildet und zwar mit einer Ortbetoninnenschale (1.1) und einer Tübbingaußenschale (1.2). Der Stollen wird mit einer Schildvortriebsmaschine aufgefahren, wobei im Schutze des Schildschwanzes kontinuierlich der Tübbingausbau erfolgt. Die Tübbingaußenschale dient der vorläufigen Sicherung des Aus­ bruchquerschnittes, in deren Schutz zu einem beliebigen Zeit­ punkt die Ortsbetoninnenschale hergestellt werden kann. Der Ringraum zwischen der Tübbingaußenschale (1.2) und dem anste­ henden Untergrund (3) wird nach Ringschluß der Tübbings über Injektionsöffnungen in den Tübbings mit einem feinkörnigen Schaumbeton verpreßt. Der erhärtete Schaumbeton hat 2 Funk­ tionen: Während des Bauzustandes, wo nur die äußere Tübbing­ schale vorhanden ist, verbindet er diese kraftschlüssig mit dem Untergrund (3). Hierfür ist also auch eine Mindestdruck­ festigkeit des Drainagemittels notwendig, um die Belastungen aus dem Gebirgsdruck aufnehmen zu können. Im Endzustand dient er zusätzlich als Drainageschicht (4). Der Schacht (9) ist der vertikale Teil des Dükers. Er besteht aus dem vorläufigen Schachtausbau (10), beispielsweise einer Spritzbetonschale, einer Stahlbetoninnenschale (11) und einer dazwischen angeordneten Drainageschicht, die als Steigleitung (5) dient. Über Öffnungen (12) in der Außenschale (10) wird der Anschluß des Grundwassers in der Bodenschicht (6) hergestellt. Im Endzustand wirkt über die Steigleitung (5) der Wasserdruck (2) im Bereich der Drainageschicht (4) auf die Stollenauskleidung (1). Über Druckmeßeinrichtungen (8) der Drainageschicht (4) kann der Wasserdruck (2) ständig kontrolliert werden. Die Anwendung der Erfindung ist auch bei anderen Herstellungs­ methoden eines Druckstollens möglich. Bei Anwendung der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) erfolgt die Ausbruch­ sicherung mit Spritzbeton. Neuere Entwicklungen ermöglichen das Auftragen eines Porenschaumbetons ebenfalls mit der Spritz­ technik. Die Drainageschicht (4) wird hiermit aufgebracht. Danach erfolgt die Herstellung der Betoninnenschale (1.1) wie oben beschrieben.

Claims (7)

1. Druckwasserstollen in wasserundurchlässigen Gebirgen, mit einer wasserundurchlässigen Innenschale, wobei im Ringraum zwischen dem Ausbau und dem Gebirge eine Drainage vorge­ sehen ist, über die durch einen von außen auf die Ausklei­ dung wirkenden hydrostatischen Wasserdruck in der Ausklei­ dung planmäßig eine Ringdruckkraft bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainage als Drainageschicht (4) aus Filterbeton oder Schaumbeton von ausreichender Festigkeit ausgebildet ist, um Gebirgsdrücke aufnehmen zu können, und daß die Drainageschicht (4) an eine oder mehrere Steigleitungen (5) angeschlossen ist, die mit einem höher liegenden Was­ serreservoir verbunden sind.

2. Druckwasserstollen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steigleitung (5) im Bereich einer Grundwasser führenden Bodenschicht (6), die oberhalb des Druckwasserstollens liegt, an das Grundwasser ange­ schlossen ist.

3. Druckwasserstollen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steigleitung (5) an ein natürliches oder künstlich angelegtes Wasserreservoir, z. B. einen See, einen Fluß, einen Wasservorratsbehälter angeschlossen ist.

4. Druckwasserstollen nach nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Auskleidung (1) wirkende hydrostatische Wasserdruck (2) in einer Größe aufgebracht ist, die unge­ fähr dem Flüssigkeitsdruck (7) der im Druckstollen vor­ handenen Flüssigkeit entspricht.

5. Druckwasserstollen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollenauskleidung (1) aus unbewehrtem Beton her­ gestellt ist.

6. Druckwasserstollen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollenauskleidung (1) aus Stahlbeton hergestellt ist.

7. Druckwasserstollen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drainageschicht (4) Druckmeßeinrichtungen (8) angeordnet sind, die mit einer zentralen Überwachungsein­ richtung verbunden sind.