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Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung von Druckstollen, Druckschächten
od, dgl. Um das Auftreten von Rissen in der Auskleidung von Druckstollen, Druckschächten
oder sonstigen unter hohem Betriebsdruck stehenden Bauwerken unmöglich zu machen,
wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, bei denen der Auskleidung unter
Verwendung von Preßbeton eine solch hohe Verspannung erteilt werden soll, daß die
dadurch in der Auskleidung hervorgerufenen Druckspannungen größer als die zufolge
der Betriebsspannungen auftretenden Zugspannungen sind. Mit diesen bekannten Verfahren
kann aber die erforderliche Verspannung tatsächlich nicht erreicht werden, weil
sie teils konstruktive Mängel aufweisen, die den Erfolg ausschließen, teils hierfür
die theoretischen Voraussetzungen nicht erfüllen. A11 den bekannten Verfahren ist
das Merkmal gemeinsam, daß der Preßbeton unmittelbar in den Hohlraum zwischen der
Gebirgswandung und einer aufweitbaren Schalung oder einem aus Beton oder Formsteinen
gebildeten Innenmantel eingebracht wird. Eine solche Quer-
schnittsgestaltung
hat aber den Nachteil, daß sie den sachgemäßen Einbau der 'Schalung oder des Innenmantels,
vor allem in nicht standfestem Gebirge, sehr erschwert. Ferner fällt der zu verpressende
Hohlraum wegen des unvermeidlich ungleichmäßigen
Stollenausbruches
sehr unterschiedlichstark aus, wodurch sich nicht nur ein großer Verbrauch an kostspieligem
Preßmörtel ergibt, sondern auch die Vorspannung durch. das- Sehwinden. des verhältnismäßig
dickem und- ungleich starken Mörtelmantels erheblich beeinträchtigt wird. Außerdem.
mangeln den bekannten Verfahren Vorkehrungen, daß der Spanndruck bis zur Ex'härtung
des Preßmörtels in der erforderlichen Höhe auch tatsächlich erhalten bleibt.
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Erfindungsgemäß werden all die nur kurz angedeuteten Mängel dadurch
vermieden, daß ein an: das umhüllende Gebirge anschließender, äußerer Verkleidungsring
und weiter unter Belassung eines ringförmigere Hohlraumes ein innerer Kernring hergestellt
werden, worauf der Kernring durch Einpressen einer Füll- und Dichtungsmasse in den
zwischen ihm und dem Verkleidungsring gebildeten Hohlraum unter Vorspannung gesetzt
wird, um Rißbildung im Kernring und damit Wasserverluste bei der Unterdrucksetzung
der Stollenrohre wirksam zu verhindern.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert, und zwar zeigt Fig. z einen Druckstollen im Querschnitt, links ohne und
rechts mit einer Torkretmanschette, Fig. 2 im Längsschnitt, Fig. 3 den mittleren
Scheitelteil der Fig.2 im vergrößerten Maßstab und.
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Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 3.
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Zur Herstellung der Druckstollenauskleidung wird vorerst im Anschluß
an das Gebirge a ein Verkleidungsring b hergestellt: Der hierfür ver-@vendete Beton
braucht keine besondere Güte aufzuweisen. Im standfesten Fels genügt eine Mindeststärke
von ro bis 15 cm, bei nicht standfestem Fels muß der Verkleidungsring dem auftretenden
Gebirgsdruck standhalten und daher entsprechend stark bemessen werden. Der Verkleidungsring
b kann im übrigen in üblicher Weise betoniert werden. Wirtschaftliche Vorteile verspricht
die Anwendung einer fahrbaren Rüstung mit eiserner Schalung und die Einbringung
des Betons nach dem Pumpverfahren. Das letztere empfiehlt sich unter anderem auch
wegen der damit verbundenen Möglichkeit, an Auskleidungsstärke und damit auch an
Ausbruch zu sparen.
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Nach innen zu schließt sich an den Verkleidungsring b ein Hohlraum
(Hohlring) c an, in welchem eine Welleinlage d angeordnet ist. Für die Ausführung
der Welleinlage können handelsübliche Wellbleche aus Schwarzblech oder zwecks Ausschaltung
des Eisens als Baustoff Wehtafeln aus Eternit oder aus einem anderen geeigneten
Austauschstoff Verwendung finden. Eine Sonderausführung der Welleinlage d, z. B.
in Halbkreisform mit Rippenlage senkrecht zur Stollenachse, würde den Einbau wesentlich
vereinfachen!. Die Einzelteile der Weheinlage d werden mit allseitiger Überdeckung
ohne Fugendichtung verlegt und an der Stollenleibung so. befestigt, dag ihr Ablösen
verhindert wird. Bei, der Querlage der Rippen wird die Steifigkeit den Einbau und
die Befestigung erleichtern, andererseits muß in diesem Fall eine nach dem. Innendurchmesser
des Verkleidungsringes b gerundete Eierlage d verwendet werden. An
den, Wänden und im Stollenscheitel sind mehr Befestigungspunkte nötig als in der
Sohle. Eine Abdichtung der Längs- und Querfugen ist nicht erforderlich, da ein Eindringen
von Abpreßgut zwischen Welleinlage d und Kernring b zur Beseitigung allfälliger
Hohlräume und zur weiteren Verdichtung des letzteren erwünscht ist. Im Bedarfsfall
kann dieser Vorgang noch durch das Bohren zusätzlicher Löcher in die Welleinlage
gefördert werden.
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Innerhalb der Welleinlage d wird der Kernring e einbetoniert. Für
diesen ist Beton entsprechender Festigkeit und Dichte erforderlich. Für die Einbringung
des Betons kann jedes der bisher üblichen Verfahren angewendet werden. Der Umstand,
daß die äußere Leibung nicht mehr vom Gebirge a, sondern von dem Verkleidungsring
b mit Wellauflage d gebildet wird, erleichtert die einwandfreie Herstellung von
gütegemäßem Beton für den nach statischen Grundsätzen berechneten Kernring e.. Besondere
wirtschaftliche Vorteile verspricht die Ausführung in einem Guß nach dem Pumpverfahren.-In
den Kernring e werden Einpreß- sowie Druckprüfungsrohre feinbetoniert, die den Innenraum
des Kernringes mit dem Hohlraum c verbinden.
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Gegenüber den Einpreßrohren f sind im Verkleidungsring b Einpreßnuten
g vorgesehen:. Ferner werden in passenden Abständen im Verkleidungsring b Aussparungen
freigelassen, um die Beweglichkeit des Abpreßgutes senkrecht zu den Rippen der Welleinlage
d zu gewährleisten!, da die Rippen den Fließquerschnitt in dieser Richtung stark
verengen.
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In gewissen Abständen sind im Anschluß an den Verkleidungsring
b Abdichtungsringe 1z vorgesehen, die der Höhe der Weheinlage d entsprechen
und durch nutenförmige Ausnehmung in der Schalung im Zuge der Betonierung des Verkleidungsringes
b entstehen. Diese Abdichtungsringe h schließen die Hohlräume c ab, so daß voneinander
getrennte Zonen entstehen.
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Durch den Verkleidungsring b sind Bohrlöcher i
bis in
das Gebirge a hineingeführt. Außerdem ist im diesem Ring unten ein. Drainagerohr
k verlegt, welches durch Schieber Z abschließbar ist.
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Die Vorspannung im Kernring e wird durch Einpressen von Massen in
die Hohlräume c und die an diese anschließenden Räume, Bohrungen, Nuten, Spalten
usw. bewirkt, welcher Vorgang als Hinterpressen des Kernringes e bezeichnet werden
kann. Zu diesem Zweck erfolgt die Einpressung zonenweise durch alle Einpreßrohre
f einer Zone gleichzeitig unter Überwachung des im Einpreßring c tatsächlich erreichten
Vorspanndruckes. Vorteilhaft werden hierbei Einpreßmassen mit hydraulischer Eigenschaft
verwendet, die also abbinden und
erhärten 1unnnen. In diesem Fall
bleibt der für Zeitpunkt des Abbindens bestehende Spannungszustand bei gleicher
Temperatur nach der Verfestigung dauernd erhalten.. Eine geeignete Füllmasse mit
hydraulischer Eigenschaft ist z.. B. ein Zement-Sand-Wasser-Gemisch mit dem jeweils
günstigsten Mischungsverhältnis. Diese Füllmasse macht eine Zergliederung des Einpreßvorganges
in fünf einzelne Phasen nötig, und zwar i. Phase: es wird kurzzeitig zwecks ausgiebiger
Befeuchtung der Hohlräume Wasser mit mäßigem Druck eingepreßt und dann wieder abgelassen;
2. Phase: die Einpressung von grobem Füllmörtel wird ebenfalls mit geringem Druck
bis zur Sättigung vorgenommen; 3. Phase: die Einpressung wird unter Vermeidung einer
Druckentlastung auf Feinmörtel bzw. später auf Zementmilch umgestellt und der Druck
nach und nach bis zur Erreichung des vorgesehenen Höchstdruckes gesteigert; 4. Phase:
vor Beginn des Abbindens des Einpreßgutes wird die Einpressung ebenfalls unter Vermeidung
einer Druckentlastung auf Wasser umgestellt und ,bis zum vollzogenen Abbinden und
ausreichenden Erhärten der Füllmasse fortgeführt, um damit die bedingungsgemäße
Verspannung des Kernringes zu gewährleisten; 5. Phase: Hochdrucknachhinterpressung
mit Zementmilch oder einem anderen entsprechenden Dichtungsmittel, die der vierten
Phase mit zeitlichem Abstand folgt, zwecks Ausfüllung allfälliger, vom Preßwasser
im Anschluß an die Einpreßrohre f im Hinterpreßraum c hinterlassener Hohlräume.
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Für die Hinterpressung können auch Massen ohne hydraulische Eigenschaften,
wie z. B. Bitumen, Lehm usw., verwendet werden.
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Durch das beschriebene Hinterpreßverfahren wird eine ausreichende
statische Sicherheit gegen großen Innen- und allfälligen Außendruck bei entlasteter
Stellenröhre erzielt. Dem Kernring e wird hierdurch eine Verspannung gegeben, die
das Auftreten von Zugspannungen und damit von Rissen unter der Wirkung des Betriebsdruckes
verhindert. Im Zuge der Einpressung ist das Entstehen und Öffnen von Rissen im Beton
des äußeren Ringes b, wie sie in den Fig. 3 und 4 (links) ersichtlich sind, bei
dem Verfahren erwünscht, um dem Einpreß.gut den Weg bis zu den Klüften des umliegenden
Gebirges a zu öffnen. Zur Erleichterung des Mörtelflusses in die Hohlräume außerhalb
des Verkleidungsringes b dienen die Löcher i, die durch den Beton
in den Felsen hineingebohrt werden.
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Durch das Hinterpreßverfahren wird also die Umwandlung der Umhüllung
des Kernringes e in eine dicht gepreßte Masse erreicht, in der die Trümmer des äußeren
Verkleidungsringes b nach seiner Zerreißung in Anlehnung an den Kernring e durch
das Hinterpreßgut fest verkittet sind.
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Als Beispiel wird angeführt, daß bei einem lichten Durchmesser des
inneren Ringes e und damit der fertigen Stellenröhre von 2,4o m, einem Außendurchmesser
wxn g8a m endrspreehend m cm RingdidEe, ein Vorspaan-.k voa i_oa m: Wassersäule
eine Ringdruckspannung# vom:. 7u kg/cin$ erzeugt; so daß bei einer Würfelfestigkeit
von 2$a lig/cmy eine vierfache Sicherheit verbleibt (rgsweise Rechnung mit der einfachen
Ringformel mit Vernachlässigung .des. Rmgeigeasgewiund des Druckunterschiedes zwischen.
Sohle uni Scheitel vomusgesetzt). Wenn: mm di"er Stollen ynn= mit 116 m Wasserdruck
belastet wird, können im Kernring e keine Zugspannungen auftreten, weil die Ringspannung
ungünstigstenfalls auf Null absinkt.
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Wo der vorgesehene Vorspanndruck wegen zu starker Klüftigkeit des
Gebirges d während der Einpreßphase 3 nicht erzielt wird bzw. gehalten werden kann
und somit zwangläufig während der Phase 4 entsprechend große Wasserverluste in das
Gebirge auftreten, sind die Voraussetzungen für den Einbau von bewehrten Torkretmanschetten
r gegeben. Eine einwandfreie Grundlage für die Bemessung der Bewehrung s ist der
Druckunterschied, um den der im Zuge der Einpreßphase 3 an den Druckprüfern gemessene
und somit tatsächlich erreichte Vorspanndruck hinter dem Sollvorspanndruck zurückbleibt.
Die fehlende Vorspannkraft je Längeneinheit gleich Druckunterschied mal äußerem
Durchmesser des Kernringes e muß durch die Eisenzugkraft der Manschette r je Längeneinheit
ersetzt werden. Da Eisen grundsätzlich nur in Zonen eingebaut wird, wo auf andere
Weise die erforderliche Sicherheit der Auskleidung nicht erreicht wird und die Bemessung
der Bewehrung s sich nach den tatsächlichen Erfordernissen richtet, ist beim beschriebenen
Verfahren eine sparsame Inanspruchnahme von Eisen gewährleistet.
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Das beschriebene Verfahren kommt außer bei Druckstollen im Fels für
jeden bei Wasserkraftanlagen praktisch vorkommenden Durchmesser, auch bei schrägen
und senkrechten Druckschächten, in Betracht.