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Verfahren und Einrichtung zur Dichtung von Druckstollen, Druckschächten
und Betonrohrleitungen bei wasserbaulichen Anlagen Druckstollen und Druckschächte
werden nach dem gegenwärtigen Stand der Technik in der Regel mit Beton ausgekleidet,
um damit außer einer glatten Wasserführung und einem Schutz gegen Gesteinsablösungen
auch eine Dichtung der Gebirgsklüfte zu erreichen. Das Gebirge ist zwar in den Fällen,
wo man Druckstollen und Druckschächte berechtigterweise ausführen darf, an sich
imstande, den Innendruck des Wassers durch -die Gesteinsüberlagerung aufzunehmen,
doch erfolgt dies unter einer gewissen Dehnung der Auskleidung und des Gebirges.
Eine unbe-,vehrte Betonauskleidung ist aber infolge ihrer geringen Zugfestigkeit
nicht befähigt, nennenswerte Dehnungen ohne Rißbilidung zu ertragen. Durch solche
Rißbildungen und die im Gebirge mehr oder weniger immer vorhandenen Klüfte kann
dann Druckwaser ins Freie oder in andere Teile des Gebirges verlorengehen, wodurch
außer den Wasserverlusten auch Gefahren durch Bodensetzungen und Bergrutschungen
entstehen können. ;nenn auch die meist engen und verzweigten Betonrisse den standfesten
Zusammenhalt der Auskleidung in ,der Regel nicht gefährden, so ist doch bei höheren
Wasserdrücken eine zusätzliche Sicherung aus obigen Gründen nicht zu umgehen.
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Als bekannte -Maßnahmen dafür kamen bisher vor allem in Betracht:
bei Druckstollen innerhalb obe-ngenannter Betonauskleidung die Herstellung eines
Dichtungsmantels (Bitumenanstrich, Zementputz, Schleuder- [Torkret-] Putz, eisenbewehrter
Schleuderbeton- [Torkret-] Ring, Holzdauben oder
Stahlblechauskleidung)
; bei Druckschächten eine Stahlpanzerung, wobei die Rohrschüsse satt einbetoniert
und sorgfältig hinterpreßt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das bei Druckstollen und
-schächten eine unbewehrte Betonauskleidung befähigt, nicht nur als Tragkörper für
einen inneren Dichtungsmantel, sondern selbst als solcher zu dienen. Sinngemäß ist
es auch dazu verwendbar, Beton- bzw. Eisenbetonrohrleitungen, die unter der Wirkung
des .Innendruckes Haarrisse erleiden, abzudichten, wodurch man mit geringerer Bewehrungsstärke
auskommt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die unter der Innendruckwirkung
entstehenden Betonrisse im Stollen, Schacht oder Rohr bewußt zugelassen werden,
daß an sich bekannte flüssige Dichtungsmittel als Aufschlämmungen, Emulsionen oder
Lösungen an die Betoninnenfläche des unter Wasserfüllumg gestellten Stollens, Schachtes
oder Rohres herangeführt und dabei von dem an undichten Stellen austretenden Druckwasser
in die unter dem herrschenden Innendruck geöffneten Betonrisse und IGebi@rgsklüfte
hineingezogen und mitgenommen werden, wodurch deren gewünschte Abdichtung erfolgt.
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Die dichtende Wirkung kommt hierbei an allen denjenigen, und nur an
diesen Stellen zustande, wo tatsächlich Wasseraustritte erfolgen. Wo solche nicht
bestehen, erfolgt keine Dichtung; sie ist dort aber auch nicht notwendig. Der Grundgedanke
des Verfahrens ist also die künstliche Anwendung des bekannten natürlichen Selbstdichtungsvorganges.
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Als Dichtungsmittel kommen vor allem in Frage: a) Aufschlämmungen,
feinverteilter bindiger Stoffe, wie Ton, Gletscherschlick, Gesteinsbohrmehl u.,dgl.,
allenfalls mit Zusätzen, um eine quellende Wirkung zu fördern; dabei handelt es
sich um ein allmähliches Verstopfen der Wasserablaufwege durch den Aufbau eines
natürlichen Filters; b) mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten angemachte Bindemittel,
wie Zemente oder wasserbindende Kalke, allenfalls in Verbindung mit Zusatzstoffen,
wie sie im Handel z. B. unter der Bezeichnung Thurament, Trass, Tixoton, Plastiment
und Sika erhältlich sind; c) Emulsionen von Bitumen oder ähnlichen Stoffen, die
durch geeignete Fällzusätze in einem vorherbestimmbaren Zeitpunkt zum Brechen gebracht
werden und dadurch Risse und Spalte mit dem ausfallenden Bitumen dichten.
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Die Dichtungsmittel können je nach den besonderen Verhältnissen auch
hintereinander oder nebeneinander verwendet werden, um ihre Wirkung zu ergänzen
und. zu steigern, z. B. zuerst Zementmilch für gröbere, dann Bitumenemulsion für
feinere Undichtheiten.
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Der einfachste derartige Vorgang zur Einbringung eines Dichtungsmittels,
die Anreicherung des ganzen Wasserdurchflusses, würde eine sehr große Menge Dichtungsmittel
erfordern, die größtenteils gar nicht zur Dichtungswirkung käme.
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Durch das beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgende Unt-erdrucksetzen
der ganzen. oder mindestens einer großen Stollen-, Schacht- und Rohrstrecke ist
man sicher, während des Dichtungsvorganges ganz oder nahezu die gleichen Ausweitungsverhältnisse
der Risse und Klüfte vorwegzunehmen, wie sie im späteren Betrieb herrschen werdem
Die zugehörigen erfindungsgemäßen Einrichtungen gestatten es, möglichst sparsam
bemessene Mengen von Dichtungsmitteln in den unter Innendruck stehenden Druckstollen,
Druckschacht oder Druckrohrstrang einzubringen und dort unter Vermeidung vorzeitigen
Absetzens zum selbsttätigen Einziehen in Risse und Klüfte bereitzustellen.
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In den Abb. T bis q. ist das Anwendungsbeispiel eines Druckschachtes,
in den Abb. 5 bis 8 dasjenige eines Druckstollens dargestellt.
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Abb. i zeigt den Längsschnitt eines Druckschachtes bei einer Hoch-
oder Mitteldruckanlage, Abb. 2 ein zu dichtendes Teilstück dieses Druckschachtes
mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen, Abb. 3 einen Querschnitt hierzu nach Linie
a-ca der Abb. 2, Abb. q. schließlich eine wahlweise Abänderung der Dichtungseinrichtung
der Abb. i ; Abb. 5 zeigt den Einlauf eines Druckstollens im Schnitt, Abb.6 den
Längsschnitt eines zu dichtenden Druckstollens mit Einlaufbauwerk und Übergang zum
Druckschacht, Abb.7 ein zu dichtendes Stollenstück mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen,
Abb.8 schließlich einen Querschnitt nach Linie b-b in Abb. - .
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In den Bauwerkslängsschnitten Abb. i und 6 bedeutet i den mit unb,ewe@hrtem
Beton ausgekleideten Druckstollen, 2 das Speicherstauziel, 3 den Wassersdhloßsteigscbacht,
q. die Wasserschloßoberkammer mit höchstem Wasserspiegelanstieg, 5 die Apparatekammer
mit Absperrorgan (Drosselklappe, Schieber, Luftventil u. dgl.), 6 den Fenster- und
Zugangsstollen, 7 den bloß mit unbewehrtem Beton ausgekleideten Druckschacht, 8
die Dränleitung (meist nur für Zwecke des Baues), 9 den wieder nur mit unbewehrtem
Beton ausgekleideten unteren Druckstollen, io das Absperrorgan in der Verteilleitung,
i i den Berghang über dem Druckstollen bzw. Druckschacht und 12 die unter der Wirkung
des Irrneudruckes entstehenden Haarrisse in der Betonauskleidung sowie 13 die sich
etwas erweiternden Klüfte im Gebirge, beide als Wasseraustrittswege wirkend.
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Der Eintritt des Dichtungsmittels in Betonrisse und anschließende
Gebirgsspalte geht an der Innenleibung dies Stollens, Schachtes oder Rohres vor
sich. Diese muß daher im betreffenden Abschnitt von der Dichtungsflüssigkeit frei
bestrichen werden können. Dazu dient ein im druckwass-ererfüllten Stollen, Schacht
oder Rohr fahrbarer Dichtungswagen 1q. mit dem Ringraum i5, der die Dichtungsflüssigkeit
an die wechselnden Innenleibungsflächen heranführt. Der Dichtungsvorgang erfolgt
dabei
entweder abschnittsweise während Haltezeiten oder fortlaufend
während der Verfahrung. Der Ringraum 15 wird außen durch :die B.etonausIsleidun"sinnenleibung,
innen durch die Außenfläche des Dichtungswagens, an den Stirnseiten durch ringförmige
Abschlußwände mit Schleifdichtungen 16 gebildet. Die Lichtweite des Ringraumes wird
so klein wie möglich, etwa mit io his 15 cm zu wählen sein. Seine Länge steht zur
Lichtweite des Druckstollens bzw. -schachtes in angemessenem Verhältnis, z. B. ..l
: i. Je länger -der Ringraum ist, um so rascher kann dlie ganze Länge gedichtet
werden, um so schwerer wird aber der Dichtungswagen und um so mehr Dichtungsflüssigkeit
bleibt unter Umständen unausgenutzt.
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Die Stirnwände 16 mit Schleifdichtungen, die den Ringraum auf beiden
Seiten nach dem Druckstollen hzw. -schacht hin begrenzen, bestehen nach bekannten
Mustern z. B. aus anpressenden Gummileisten, federnden Schleifblechen mit Lederbesatz
od. dgl. Im Ringraum kann der gleiche Innendruck gewählt werden, wie er im Druckstollen,
Schacht oder Rohr bei der betreffenden Wasserfüllung an dieser Stelle herrscht;
dann brauchen die Stirnwände 16 keinen einseitigen Wasserüberdruck auszuhalten,
sondern sollen diesfalls nur verhindern, daß beim Flüssigkeitsaustritt aus dem Ringraum
in die Betonrisse das Nachströmen aus dem Stollen-, Schacht- bzw. Rohrwasser erfolgt
statt aus der Zuleitung oder dem Vorratsraum für die Dichtungsflüssigkeit. Entsteht
etwa gelegentlich ein geringer Druckunterschied zwischen der Wasserfüllung im Stollen
usw. und dem Ringraum, so gleicht er sich durch hier unschädliche umdichte Stellen
der Stirndichtung von selbst aus. Es kann aber im Ringraum auch absichtlich ein
gewisser Überdruck gegenüber dem Stollen, Schacht oder Rohr vorgesehen werden; dann
müssen die Stirnwände 16 diesem Überdruck standhalten und ihn abdichten.
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Der Dichtungswagen ist mit Fahrrollen 17 ausgerüstet, z. B. je einem
Paar flußaufwärts und flußabwärts. Sie können außerhalb (wie in Abb.2) oder innerhalb
der Stirnwände liegen. Der frei.-. Durchzugsraum i8 im Dichtungswagen hat die Aufgabe,
bei der Verfahrung des Wagens das Wasser des Druckstollens, -scbachtes oder -roteres
durchstreichen zu lassen.
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Enthält das Dichtungsmittel Feststoffe, die zum Absetzen neigen, wie
das etwa hei Zement der Fall ist, so muß dem auf geeignete Weise vorgebeugt werden,
insbesonders durch Erzeugung einer umwälzenden, im Ringraum nach aufwärts gerichteten
Bewegung der Dichtungsflüssigkeit, z. B. mittels Pumpe, Wasserschnecke, Druckluft
u. ä. (Umwälzgerät 2i). Zu seinem Antrieb, allenfalls auch zum Fahren des Dichtungswagens
kann ein im Wasser laufender Elektromotor ig dienen. Als Umwälzgerät ist auch ein
im Durchzugsraum 18 eingebauter Wasserflügel (Propeller) denkbar, dessen zwangsläufige
Drehung zur Erzeugung der Umwälzbewegung verwendet wird.
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An der tiefsten Stelle des Ringraumes 15 ist ein mittels Ziigdralites
oder -elektrisch lösbares Bodenventil 2o vorgesehen. Das Zulauf rohr 22 führt aus
dem Ringraum 15 zum Umwälzgerät 2i, das Rücklaufrolir 23 vom Umwälzgerät 21 in den
Ringraum 15 zurück. Eine Kabel- und Schleifleitung 2@d. .dient zum Antrieb des Motors
ig.
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Für die Zubringung des Dichtungsmittels zum Dichtungswagen sind verschiedene
Wege denkbar, z. B. die Zuleitung kann mittels Schläuche geschehen. die während
der Verfahrung aufgerollt werden; oder sie kann, wie beispielsweise in Abb. i, 2
und d. angedeutet, mittels einer aus Einzelrohren zusammengesetzten Rohrleitung
25 erfolgen, die im Stollen-, Schacht- oder Rohrinnern mit dem Dichtungswagen auf-
oder abwärts verfahren wird (ihr jeweils oberstes, als Einlauf benutztes Rohrstück
wird dabei außerhalb des wassererfüllten Raumes ab- bzw. zugebaut) ; oder sie kann
mittels einer im Stollen, Schacht oder Rohr verlegten Rohrleitung mit Entnahmestellen
erfolgen, aus denen das Dichtungsmittel auf geeignete Weise in den Dichtungswagen
übernommen wird; oder der Dichtungswagen kann, wie in Abb. 7 dargestellt, einen
Vorrat des Dichtungsmittels mit sich führen und nach dessen Verbrauch jedesmal an
das eine Ende des Stollens, Schachtes oder Rohres zur Wiederauffüllung heranfahren;
oder die Dichtungsflüssigkeit kann ihm mittels eines Zubringerwagens zugefahren
und auf 9e eignet--. Weise übergeleitet werden; scbließ.licli kann das Dichtungsmittel
auch im Dichtungswagen selbst in fester Form mitgeführt und dort auf mechanischem
Wege laufend angemacht werden.
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Das Zuleitungsrohr 25 zur Zuführung der Dichtungsflüssigkeit aus einem
Vorratsbehälter 29a oder .einem Vorratsraum 2g b in den Ringraum 15 kann je nach
dem Anwendungsfall lang oder kurz sein: im Anwendungsbeispiel der Abb. i bis .t
(Druckschacht) sind es Rohre von der Gesamtlänge der Dichtungsstrecke; beim Beispiel
einer Druckstollendiclitung mit Vorratsraum im Dichtungswagen (Ahb, d. bis 8) handelt
es sich um eine nur ganz kurze Rohrverbindung. Im ersteren Falle werden die Zuleitungsrohre
in der Regel auch zugleich zum Verfahren des am untersten Rohrstück angehängten
Dichtungswagens dienen. Wird dagegen ein am Wagen selbst angreifendes Zugsei126
verwendet, so werden dieRohre beim Verfahren des Dichtungswagens auf der Betonsohle
lediglich mitverschoben.
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Soll ein Druckschacht zu seiner Dichtung wie in Abb. i nur bis zur
Sohle des oberen Krümmers gefüllt werden, so kann jeweils das obersteZuleitungsrohr
ohne Stopfbüchse innerhalb des Krümmers von einer Arbeitsbühne aus abgenommen werden.
Wird der Schacht jedoch bis zum Speicherspiegel 2 vollgefüllt, so durchfährt das
jeweils oberste Zuleitungsrohr die obere Wand des Krümmers mittels Stopfbüchse (Abb.4),
so d'aß ein der Wagenlänge entsprechender Vorschub in die Apparatekammer 5 hinein
erfolgt. Das allfällige Zugseil 26 wird mittels der Seilwinde 27 aufgewunden, die
(Abb. i bis 3) entweder offen in der Apparatekammer oder (Abb. q.) außerhalb des
Krümmerrohres in der Apparatekammer aufgestellt wird; ihre Welle durchbricht diesfalls
mittels Stopfbüchse die Krümmerrohrwand
und wird von außen `her
angetrieben. Die Winde ist mit Teufenzeiger ausgerüstet.
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Ein in der Zuleitung 25 eingebautes Durchfiußmeßgerät 28 (Meßflügel,
Staurohr od. dgl.) gestattet die laufende Messung und Fernregistrierung der in den
Ringraum nachströmenden Dichtungsflüssigkeit. Der Vorratsbehälter 29a für die Dichtungsflüssigkeit
kann wie in Abb. i bis q. außerhalb des Stollen-,oder Schachtwasserraumes stehen
oder wie in Abb. 7 als Vorratsraum 29b innerhalb des Dichtungswagens.
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Wenn die Dichtung unter einem Druck erfolgen soll, der dien im Druckstollen;
Druckschacht oder Rohrstrang an der Stelle des Dichtungswagens herrschenden Innendruck
übersteigt (und nur in diesem Falle), so dient die Pumpe 30 zum Ein pressen
der Dichtungsflüssigkeit in, die Zuleitung25. Soll der Wasserinhalt des Druckstollens,
Druckschachtes oder Leitungsraumes zwischen einer oberen und unteren Absperrung
künstlich unter Druck gesetzt werden., so daß also z. B. bei tatsächlicher Wasserfüllung
nur bis zum oberen. Krümmer trotzdem ein dem künftigen Stauziel :2 entsprechender
Innendruck erreicht wird, so wird das mit der Pumpe 31 bewirkt. Wahlweise hierzu
kann eine Rohrleitung 32: am Berghang i i (Abb. 5) als Standrohr bis über die Höhe
:des Stauspiegels 2 oder des höchsten Wasserschloßspiegels q. hochgeführt und dann
an S telle der Pumpe 31 verwendet werden. Zum Wassernachfüllen ist .das Standrohr
zweckmäßigerweise an einen Bach anzuschließen. Das Wasserschloß 3 oder ein Einlaufschützenschacht
32+ in Abb. 6 kann ebenfalls als Standrohr dienen.
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Beim Anwendungsfall eines Druckstollens (Abb. 5 bis 8) ist beispielsweise
ein Kolben: 33 mit Umfangsführung und -dichtung vorgesehen, der den Vorratsraum
29b vom offenen Wasserraum im Stollen oder Schacht trennt. Tritt aus dem Ringraum
Dichtungsflüssigkeit in die Betonrisse ein, so folgt der Kolben durch den in Entstehung
begriffenen Druckunterschied ständig der Grenze zwischen dem sich verkleinernden
Vorratsraum 29b und dem nachrückenden 'offenen Wasser, wird also selbsttätig jeweils
in diejenige Stellung im Innern des Dichtungswagens geschoben, bei der Druckgleichheit
zum Ringraum herrscht.
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Im Beispiel der Abb. 5 bis 8 soll das Nachfüllen der Dichtungsflüssigkeit
beim Stollenabschluß 34 (Schütze, Dammtafel, wieder zu entfernendes Betonkugelgewölbe
od. dgl.) erfolgen. Dazu dient das Übernahmerohr 35 mit Fangvorrichtung (gelenkiger
Trichter od..dgl.) und Rückschlagventil oder -klappe so-,vie das durch den Stollenabschluß
34 hindurchführende Übergaberohr 36 in den herangefahrenen Dichtungswagen. Während
des Einpumpens schiebt sich dter Kolben 33 in seine entfernteste Stellung zurück,
denVorratsraum 29b freigebend. Im Vorratsraum 29b ist ein eigenes Umwälzgerät 38
eingebaut.
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Die Wirkungsweise der Erfindung geht aus der vorangehenden Beschreibung
der Einrichtung bereits hervor. Es sei nur hervorgehoben, daß mit einer Feststellung
besonders undichter Stellen mit Hilfe des Dichtungswagens begonnen wird. Dazu wird
er z. B. in einem Druckschacht am Zugseil 26 ohne die Zuleitungsrohre 25 an das
untere Ende der betonverkleideten Schrägstrecke gefahren. An das Ansatzrohr des
Dichtungswagens, durch das sonst die Zuleitung 25 eintritt, wird hier das Durchflußmeßgerät
28 angesetzt, durch das Druckschachtwasser unmittelbar in denRingraum eintretenkann.
Die Anzeige dieses Gerätes wird auf elektrischem Wege, etwa durch Mitbenutzung des
Zugseiles, in die Apparatekammer gemeldet. Die in jeder Stellung des Dichtungswagens
abzulesende Wasserdurchtrittsmenge gibt unmittelbar die Wasserverluste im betreffenden
Druckschachtabschnitt an. Je nach der Größe dieser Verluste wird man entscheiden,
welches der in Betracht kommenden Dichtungsmittel am besten geeignet ist und ob
man etwa mehrere Dichtungsmittel nacheinander verwenden will, z. B. zuerst Zementmilch
zum Dichten gröbererAustrittsstellen und' dann.Bitumenemulsion oder Schlickaufschlämmung
zum Dichten von Feinrissen. Dieser Vorgang kann übrigens auch angewendet werden,
wenn Zementeinpressungen bisher üblicher Art vorgesehen sind.
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Bezüglich der Anwendung des Verfahrens bei Betonrohrleitungen sei
noch folgendes bemerkt: Übersteigt der Innendruck die zulässige Zugbeanspruchung
des Betons, so muß zur Aufnahme der Ringzugkräfte eine Eisenbewehrung eingelegt
werden. Bemißt man sie nach dien üblichen Eisenbetonformeln, bei denen der Beton
mit gerissener Zugzone zugelassen wird, so wird zwar die zulässige Eisenspannung
ausgenutzt, der Beton des Rohres erleidet aber Haarrisse. Will man sie zwecks Wasserdichtheit
vermeiden, so dürfte man die Bewehrung nur mit dem rund rofachen der Betonzugfestigkeit
beanspruchen, das ist etwa mit Zoo kg/cm2. Dichtet man dagegen die bei voller Ausnutzung
der Eisenspannung entstehenden Haarrisse nach dem gegenständlichen Verfahren, so
kann das Eisen voll mit etwa i?oo kg/cm2 beansprucht werden:.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß bisher in vielen Anlagen beträchtliche
Mengen an Stahl und 'zugehörigen Arbeitsstunden für die Bewehrung des Stollenauskleidungsbetons,
für die Panzerung von Druckschächten oder für ähnliche Maßnahmen aufgewendet wurden,
die vielleicht nur zum Teil oder gar nicht notwendig gewesen wären, wenn man undichte
Stellen einer ohne Bewehrung oder Panzerung ausgeführten Betonauskleidung hätte
finden und dichten können. Um Mißerfolgen, vorzubeugen, mußte man sich aber vorsichtshalber
meist zu diesen großen Aufwendungen entschließen. Demgegenüber erleichtert und rechtfertigt
das erfindungsgemäße Verfahren bei Druckstollen und Druckschächten den Entschluß,
lediglich eine unbewehrte bzw. ungepanzerte Betonauskleidung vorzusehen. Bei Eisenbetonrohrieitungen
kann die Bewehrung in Anbetracht der Abdichtung entstehender Haarrisse voll beansprucht
und daher weit sparsamer bemessen werden.
Außer diesen unmittelbaren,
unter Umständern sehr ansehnlichen Aufwandsersparnissen ergibt sich gegebenenfalls
eine Vereinfachung der Gesamtanlageverhältnisse durch .den Entfall vorn Sperrenkraftwerken
am Fuße von Großspeichern, die sonst zur Entlastung des anschließenden Druckstollens
angeordnet werden mußten. Weiter wird die Betriebssicherheit bei Druckschächten
ohne Blechpanzerung durch den Wegfall der Einbeulungsgefahr bei rascher Entleerung
erhöht.