DE3927446C1

DE3927446C1 - Yieldable tunnel wall support - has segmental frames with sprayed concrete and infill

Info

Publication number: DE3927446C1
Application number: DE19893927446
Authority: DE
Inventors: Werner 4670 Luenen De Mennekes; Karlheinz Dipl.-Ing. 4630 Bochum De Bohnes; Rudi Ing.(Grad.) 4690 Herne De Podjadtke; Lothar Ing.(Grad.) 4200 Oberhausen De Domanski; Dieter Spakowski; Ruediger Dipl.-Ing. 4630 Bochum De Oostenryck
Original assignee: Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Current assignee: Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Priority date: 1989-08-19
Filing date: 1989-08-19
Publication date: 1991-03-14
Anticipated expiration: 2009-08-20

Description

Die Erfindung betrifft einen nachgiebigen Verbundausbau für einen langgestreckten Untertageraum, insbesondere einer Strecke in einem Bergbaubetrieb oder eines Tunnels, - mit einer Spritzbetonschicht auf der Wand des begrenzenden Ge birges, einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Untertage raumes angeordneten Ausbaurahmen aus nach Maßgabe der Konver genz einschubnachgiebig verbundenen Ausbausegmenten und einer Betonhinterfüllung zwischen der Spritzbetonschicht und den Ausbaurahmen, wobei den benachbarten Ausbaurahmen Verbindungs elemente zugeordnet sind und die Betonhinterfüllung, ggf. mit Verzugmatten, sich längs des Untertageraumes erstreckt. Bei der Ausführungsform mit Verzugmatten können diese als Beweh rung in die Betonhinterfüllung eingebettet sein. Der Ausdruck Ausbaurahmen steht sowohl für offene Ausbaubögen, aber auch für geschlossene Ausbauringe. Es versteht sich, daß zusätz liche Begrenzungs- oder Blockierelemente an den Ausbaurahmen angeordnet sein können, z. B. zwischen den sogenannten Über lappungsstößen, so daß je nach Auslegung eine Erhöhung des Asubaustützdruckes oder auch eine Blockierung des Nachgiebig keitsverhaltens der Ausbaurahmen erfolgt. Der Ausdruck Beton hinterfüllung ist im Rahmen der Erfindung unabhängig von den Baustoffen, von dem Binder, den Zuschlagstoffen und den Zu satzstoffen.

Bei dem aus der Praxis bekannten Verbundausbau, von dem die Erfindung ausgeht, sind die Verbindungselemente für die Ver bolzung eingerichtet und insoweit gleichsam starre Elemente. Sie sind insbesondere in radialer Richtung in bezug auf den Untertagebau, z. B. die Strecke oder die Tunnelröhre und in Umfangsrichtung des Verbundausbaus nicht zusammenquetschbar. Sie sind in ihrer Funktion starre Abstützungen benachbarter Ausbaurahmen und in das Nachgiebigkeitsverhalten der einzelnen Ausbaurahmen und des Verbundausbaus praktisch nicht integriert. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen kann nicht verhindert werden, daß bei starker Konvergenz der Verbund zwischen Spritzbetonschicht einerseits, Betonhinterfüllung andererseits und endlich des Systems aus den gereihten Ausbaurahmen be reichsweise aufgehoben wird, der Hinterfüllungsbeton freikommt und u. U. sogar ein unkontrolliertes Versagen eines Ausbau rahmens erfolgt, weil Ausbausegmente ausknicken.

Bei einem Streckenausbau, bei dem die Ausbaurahmen eine ge schlossene Innenschale bilden und bei dem die Ausbausegmente zu diesem Zweck aus Stahlwellblech bestehen, ist es bekannt (DE 38 06 126, PatG § 3 (2)), eine Hinterfüllung aus Beton segmentär auszubilden, wobei die Segmente den einzelnen Aus bausegmenten zugeordnet sind. Die Ausbausegmente sind in den einzelnen Ausbaurahmen durch zwischen den Ausbausegmenten angeordnete Nachgiebigkeitselemente, die als formveränderbare Quetschkörper oder auch bereichsweise elastisch ausgebildet sind, gegeneinander abgestützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundausbau des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter auszubilden, daß auch bei beachtlicher Konvergenz der Verbund nicht beeinträch tigt wird und eine sichere Aufnahme der Gebirgskräfte bei definierter Nachgiebigkeit gewährleistet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Ver bolzungselemente als Quetschelemente ausgeführt sind, die unter dem Einfluß des Gebirgsdruckes zumindest in ihrer Quer richtung zusammenquetschbar sind, daß die Quetschelemente an der Spritzbetonschicht anliegen, auf den Ausbausegmenten auf liegen sowie im übrigen in der Betonhinterfüllung gekammert sind, und daß die Quetschelemente in Längsrichtung des Unter tageraumes von Ausbaurahmenpaar zu Ausbaurahmenpaar gegenei nander versetzt sind. Daß die Quetschelemente in Querrichtung zusammenquetschbar sind, meint, bezogen auf den Ausbaurahmen, in Umfangsrichtung. Orthogonal zur Längsrichtung meint in radialer Richtung. Es versteht sich, daß die Quetschelemente zum Inneren des Untertageraumes hin im allgemeinen freiliegen und nicht von der Betonhinterfüllung abgedeckt sind, obwohl eine das beschriebene Quetschverhalten nicht beeinträchtigende Betonabdeckung vorgesehen sein kann. Die Quetschelemente kön nen im Rahmen der Erfindung eine doppelte Funktion erfüllen. Sie können nämlich gleichzeitig als Verbolzungselemente ausge bildet und eingesetzt sein. Stets ermöglichen die Quetschele mente, weil sie in der beschriebenen Art und Weise zusammen quetschbar eingerichtet sind, eine Umfangsanpassung der Beton hinterfüllung. Betrachtet man die Betonhinterfüllung für sich, so ist diese nach Maßgabe der Quetschelemente nachgiebig. Die Quetschelemente funktionieren auch ausrichtend und können vorpfändend eingesetzt werden. Die versetzte Anordnung der gleichzeitig als Quetschelemente wirkenden Verbundelemente beseitigt das beschriebene Ausknicken von Ausbausegmenten und erhöht dadurch die Stabilität. Es versteht sich, daß eine Abstimmung der Verbindungstechnik der Ausbausegmente auf die Quetschelemente erfolgt, so daß sich ein definiertes Verfor mungsverhalten des gesamten Systems unter dem Einfluß der Gebirgskräfte bei der Konvergenz ergibt.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglich keiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Es ist praktisch, wenn die Spritzbetonschicht als frühtragende Konsolidierungs schicht ausgeführt ist. Sie kann ggf. mit Gebirgsankern ausgerüstet sein, obwohl dieses zumeist nicht erforderlich ist.

Die Gestaltung der Quetschelemente ist im Rahmen der Erfin dung weitgehend beliebig. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente aus Porenbe ton aufgebaut und dadurch zusammenquetschbar sind. Ein solcher Aufbau schließt Bewehrungen der Quetschelemente nicht aus. Die Anordnung kann dabei so getroffen werden, daß die Be wehrung sich mitverformt. Die Quetschelemente können aber auch aus einem Holzwerkstoff bestehen. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, die Quetschelemente als Schlauch oder Kissen auszuführen, die eine ausreichend verformungs fähige Füllung aufweisen. Im Rahmen der Erfindung liegt es fernerhin, die Quetschelemente als unter dem Einfluß der Gebirgskräfte verformungsfähige Kastentragwerke aus Blech zu gestalten. Auch diese können eine verformungsfähige Füllung aufweisen. Jedenfalls wird man die Quetschelemente mit den Ausbausegmenten verbinden, z. B. durch Verschraubung, durch Schellen od. dergl. Bei dem erfindungsgemäßen Verbundausbau ist es möglich, auch die Betonhinterfüllung in Grenzen nach giebig auszuführen. Sie ist jedoch zweckmäßigerweise weniger nachgiebig und weniger zusammenquetschbar als es die Quetsch elemente sind. In bezug auf die Anordnung der Quetschelemente ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß die Quetschelemente von Ausbaurahmenpaar zu Ausbaurahmenpaar mittig gegeneinander versetzt sind und parallel zur Achse des Untertageraumes verlaufen. Die Quetsch elemente können aber auch schräg zur Achse des Untertage raumes verlaufen.

Die erreichten Vorteile beruhen auf einer Kombination der im Hauptanspruch beschriebenen Maßnahmen und werden durch die Merkmale der weiteren Ansprüche fortgeführt. Man erreicht auch bei beachtlicher Konvergenz sehr definierte Verhältnisse und ein sauberes Einschubverhalten, ohne daß sich der Verbund auflöst und wegen des fehlenden Verbundes eintretende Aus knickungen von Ausbausegmenten in Kauf genommen werden müßten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbund ausbau mit einem vergrößerten Ausschnitt A,

Fig. 2 entsprechend der Fig. 1 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ver bundausbaus mit vergrößertem Ausschnitt B,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung Elemente des Verbund ausbaus,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 4,

Fig. 6 das Quetschelement aus dem Gegenstand der Fig. 5 aus Richtung des Pfeiles D,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 4, und

Fig. 8 entsprechend der Fig. 3 in weiterer Schematisierung eine andere Ausführungsform von Elementen eines er findungsgemäßen Verbundausbaus.

Der in den Figuren dargestellte Verbundausbau ist für einen langgestreckten Untertageraum bestimmt, wozu auf die Fig. 3 und 8 verwiesen wird. Es mag sich um eine Strecke in einem Bergbaubetrieb handeln. Ähnlich liegen die Verhältnisse beim Tunnelausbau.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, gehören zu dem Verbund ausbau eine Spritzbetonschicht 1 auf der Wand des den Tunnel bzw. die Strecke umgebenden Gebirges 2 (in dem die Strecke oder der Tunnel aufgefahren sind), eine Mehrzahl von in Längs richtung des Untertageraumes angeordneten Ausbaurahmen 3 aus nach Maßgabe der sogenannten Konvergenz einschubnachgiebig verbundenen Ausbausegmenten 4 und eine Betonhinterfüllung 5 zwischen der Spritzbetonschicht 1 und den Ausbaurahmen 3. Es versteht sich, daß die Ausbausegmente 4 durch Schellen oder ähnliche Verbindungsmittel verbunden sind. Betrachtet man den Einschubbereich bei den Ausbaurahmen 3 nach Fig. 1, so ist ein sehr großer Einschubbereich erkennbar und dadurch eine sehr große Konvergenz möglich. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist demgegenüber der Einschub dadurch begrenzt, daß Ausbausegmente 4 auf ihrem Einschubweg gegeneinanderstoßen. Zwischen den benachbarten Ausbaurahmen 3 befinden sich Ver bolzungselemente. Die Betonhinterfüllung 5 erstreckt sich längs des Untertageraumes. Insoweit könnten auch Verzugmatten angeordnet sein, was nicht gezeichnet worden ist.

Im Ausführungsbeispiel dienen die Quetschelemente zu gleich, mehr oder weniger ausgeprägt, als Verbolzung. Sie sind erfindungsgemäß als Quetschelemente 6 ausgeführt, die unter dem Einfluß des Gebirgsdruckes in ihrer durch Pfeile angedeuteten Querrichtung und, wie ebenfalls durch Pfeile an gedeutet, orthogonal zu ihrer Längserstreckung zusammen quetschbar sind. Die Quetschelemente 6 liegen an dem Gebirge 2 an, sie liegen auf den Ausbausegmenten auf und sind im übrigen in der Betonhinterfüllung 5 gekammert, wozu insbesondere auf die vergrößerten Ausschnitte A und B in den Fig. 1 und 2 verwiesen wird. Zum Innenraum des Untertageraumes hin ist im allgemeinen eine Betonabdeckung der Quetschelemente 6 nicht vorgesehen. Die Quetschelemente 6 sind in Längsrichtung des Untertageraumes von Ausbaurahmenpaaar zu Ausbaurahmenpaar gegeneinander versetzt angeordnet, wie es die Fig. 3 und 8 erkennen lassen. Die Spritzbetonschicht 1 ist als frühtragen de Konsolidierungsschicht ausgeführt. Sie könnte auch mit Gebirgsankern ausgerüstet sein. Die Quetschelemente 6 mögen aus Porenbeton aufgebaut und dadurch zusammenquetschbar sein. Sie könnten aber auch als ein entsprechend eingerichtetes Kastentragwerk aus Blech ausgebildet sein. Sie sind, wie die Fig. 4 bis 7 erkennen lassen im Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Schellen 7 mit den Ausbausegmenten 4 verbunden. Die Beton hinterfüllung 5 besteht aus Ortbeton oder aus Fertigbauteilen. Sie könnte ebenfalls in Grenzen nachgiebig sein, jedoch soll sie nicht derart weit zusammenquetschbar sein, wie es für die Quetschelemente 6 nach Maßgabe der Gebirgskräfte und des an gestrebten Verhaltens vorzusehen ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Quetschelemente 6 von Ausbaurahmenpaar zu Ausbaurahmenpaar mittig versetzt, sie verlaufen im übrigen parallel zur Längsachse des Unter tageraumes. Sie können aber auch schräg angeordnet sein, wie es die Fig. 8 erkennen läßt.

Claims

1. Nachgiebiger Verbundausbau für einen langgestreckten Unter tageraum, insbesondere einer Strecke in einem Bergbaubetrieb oder eines Tunnels - mit
einer Spritzbetonschicht auf der Wand des begrenzenden Gebirges,
einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Untertage raumes angeordneten Ausbaurahmen aus nach Maßgabe der Konvergenz einschubnachgiebig verbundenen Ausbauseg menten und
einer Betonhinterfüllung zwischen Spritzbetonschicht und den Ausbaurahmen,
wobei den benachbarten Ausbaurahmen Verbindungselemente zuge ordnet sind und die Betonhinterfüllung, ggf. mit Verzugmatten, sich längs des Untertageraumes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente als Quetschelemente (6) ausgeführt sind, die unter dem Einfluß des Gebirgsdruckes zumindest in ihrer Querrichtung zusammen quetschbar sind,
daß die Quetschelemente (6) an der Spritzbetonschicht anliegen, auf den Ausbausegmenten (4) aufliegen sowie im übrigen in der Betonhinterfüllung (5) gekammert sind, und
daß die Quetschelemente (6) in Längsrichtung des Untertage raumes von Ausbaurahmenpaar zu Ausbaurahmenpaar gegeneinander versetzt sind.

2. Verbundausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente (6) von Ausbaurahmenpaar zu Ausbaurahmen paar mittig gegeneinander versetzt sind und parallel zur Achse des Untertageraumes verlaufen.

3. Verbundausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente (6) schräg zur Achse des Untertageraumes verlaufen.

4. Verbundausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente (6) aus einem Holz werkstoff bestehen.

5. Verbundausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente (6) aus einem ver formungsfähigen Kastentragwerk aus Blech bestehen.

6. Verbundausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschelemente (6) als Schlauch oder Kissen ausgeführt sind und eine verformungsfähige Füllung aufweisen.