EP1564369A1 - Verfahren und Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes Download PDF

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EP1564369A1
EP1564369A1 EP04405086A EP04405086A EP1564369A1 EP 1564369 A1 EP1564369 A1 EP 1564369A1 EP 04405086 A EP04405086 A EP 04405086A EP 04405086 A EP04405086 A EP 04405086A EP 1564369 A1 EP1564369 A1 EP 1564369A1
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compression body
compression
cavity
plastic
steel
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/05—Lining with building materials using compressible insertions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
    • E21D11/083—Methods or devices for joining adjacent concrete segments
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0086—Bearing plates

Definitions

  • the present invention relates to a method and a Device for stabilizing one in underground mining broken cavity according to the preamble of Claim 1 or 10. This method and this device preferably used in bad, pressure mountains with low strength.
  • This known tunnel lining has some practical Disadvantage. In the area of the end faces of the compression tubes occurs in the lining segments a local Stress concentration on. It must therefore except the Installing the pressure transfer plates further precautions be taken so that the lining segments because of this Stress concentration can not be damaged. That affects also detrimental to the costs. With a lining off Shotcrete also has to be manufactured during the production process Contraction joint against the penetration of shotcrete to be protected. Next may be a possible misalignment the compression tubes due to transverse movements of the Lining segments relative to each other cause problems.
  • the present invention is based on the object, a method and a device of the type mentioned to create, which makes it possible to simpler and easier cost-effective manner the exerted on the proppant Pressure some resistance under approval of To counteract deformations.
  • the dimensions and mechanical properties of the Compression body can be easily attached to the respective Adapt requirements.
  • the compression body as a in Direction transverse to the applied compressive forces elongated structure be designed so that the danger a concentration of stress in the support means avoided becomes.
  • Tunneling 1 consists of two serving as proppant Tunnel removal elements 2 and 3. With the arrow C is the last Built-in stage called.
  • the Tunnelausbauium 2, 3, the made of shotcrete, cast-in-situ concrete or prefabricated Concrete elements are made, take the pressure through the deformations of the tunnel cavity 4 surrounding mountains 5 is caused on.
  • the Tunnelausbauium 2, 3 are by a gap running in the tunnel longitudinal direction 6 (contraction joint) separated.
  • elongated compression body 7 are arranged, the Fill the gap 6 practically completely.
  • the compression bodies 7 have a length which Length of an installation stage C corresponds.
  • Each Stauchgroper 7 consists of a material with a certain volume fraction of voids, throughout Stuffer body 7 are distributed.
  • the cavities are at the Production of the compression body 7 introduced targeted.
  • the Upset body 7 in particular has a compressive strength of at least 1 MPa and a void fraction of 10 to 90% of his total volume.
  • the compression body 7 preferably, a compressive strength of at least 3 MPa and a Void content of 20 to 70%.
  • the compression body 7 should can withstand a certain pressure load, but when exceeding a certain pressure load deform relatively strongly. This deformation happens for the most part, that the cavities gradually in collapse or gradually compressed become.
  • the cavities of the compression body 7 can be closed or open and partially or completely interconnected. These cavities can also be elongated, a have cylindrical or prismatic shape and arranged so be that their longitudinal axes parallel to each other and preferably at right angles to the axis of the pressure load run. In this way, results in a compression body 7 with honeycomb structure.
  • the compression body 7 consist in a first embodiment from a porous metal foam, but preferably from Steel foam, and may e.g. after in DE-C-197 16 514 be prepared described methods. Made of metal foam Existing bodies and their manufacture are also in Wo-A-00/55567 described.
  • To form the cavities can instead of Blähglaspumblen also particles from another suitable Material, e.g. Plastic or steel foam, to be used. It is also possible to combine one or more of these materials. So it is possible, for example To use polystyrene grains.
  • the cavities can also through the use of a propellant in the manufacture of the Upsetting body 7 causes the generation of gas bubbles, be formed. While the expanded glass particles a Compressing the compression body 7 a certain resistance Opposite, this is hardly the case with styrofoam grains.
  • a raw material instead of cement, also a Plastic, such as a synthetic resin can be used.
  • FIGs. 3 and 4 an area of the tunnel construction with the Compression body 7 in unloaded or loaded state shown, wherein the compressive force acting on the compression body 7 with N, its cross-sectional area with F and the height of the Compression body 7 in the unloaded state with d and in loaded state is denoted by d '.
  • Figs. 1 to 4 are the compression body 7 between the tunnel extension elements 2, 3rd arranged without them in addition to the Expansion elements 2, 3 are connected.
  • these surfaces 7a, 7b also obliquely to each other, i. forming an angle with each other, to be ordered.
  • the compression elements 7 then have a Wedge shape.
  • the compression elements 7 are so in the space 6 incorporated that the surfaces 7a, 7b in the direction of the mountains 5 diverge.
  • Figs. 6 to 8 are now different ways to additional connection of the compression body 7 with the respective adjacent expansion element 2 or 3 shown.
  • Fig. 6 shows a tongue and groove connection, wherein the Compression body 7 is provided with projecting strips 8, the engage in recesses 9 in the expansion element 2 and 3 respectively. It is also possible, the recesses on the compression body 7 and the Last to provide the tunnel extension elements 2, 3.
  • Embodiment of a tunnel lining 1 are called proppant instead of the tunnel construction elements 2, 3 steel beams 12 and 13 used in the tunnel longitudinal direction in each case in certain Be installed intervals (see Fig. 9).
  • interacting Steel beams 12, 13 are the same as in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 by a gap. 6 separated from each other, in each case a compression body. 7 is used.
  • These compression body 7 correspond in structure and the mode of operation with reference to FIGS. 1 to 5 described compression bodies 7 and are only in their Shape adapted to the slightly different proportions.
  • FIG. 11 shows a possibility for connecting the Upset body 7 with the adjacent steel beams 12, 13th This connection is offset in the tunnel longitudinal direction arranged head bolt 14 ensured.
  • FIG. 12 a third embodiment of a Described Tunnelausbau 1, fixed in the mountains 5 Anchor 15 can be used.
  • the anchor 15 is with his Anchor rod 16 in the mountains 5 firmly anchored, e.g. mechanically or by mortaring.
  • a compression body 7 is installed, which in the In connection with FIGS. 1 to 5 described compression body equivalent.
  • the compression body 7 is between two Steel discs 18 and 19 arranged.
  • step-by-step collapse or compression of the cavities in the interior of the compression body 7 under load in a very specific, controlled manner he follows.
  • a controlled behavior of Compression body 7 under pressure load can be achieved be that in the compression bodies 7 by a corresponding Shape of the compression body 7 or by suitable measures during their manufacture, e.g. by providing Weak points, an inhomogeneous stress state generated becomes.
  • the compression bodies 7 can also be provided with at least one plate or lattice-shaped reinforcing element be provided transversely and preferably at right angles to the loading direction (Effective direction of the compressive force N in FIGS. 3 and 4) runs.
  • This reinforcing element which has a high mechanical Strength can be found in the base material of Be embedded compression body 7.
  • the Upset 7 is the Upset 7 as a multilayer composite formed, in each case a layer of a Partial body made of a material containing the cavities exists, with a plate or lattice-like Reinforcement element alternates.
  • the reinforcement elements can the compression behavior of the compression body 7 at Pressure load can be favorably influenced.
  • Support means or extensions 1 not only in tunneling, but can generally be used in underground mining.

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Abstract

In die Kontraktionsfuge (6) zwischen zwei Tunnelausbauelementen (2, 3) ist ein Stauchkörper (7) eingesetzt, der sich bei einer durch die sich gegeneinander bewegenden Tunnelausbauelemente (2, 3) hervorgerufenen Druckbelastung verformt. Der Stauchkörper (7) besteht aus einem Hohlräume enthaltenden Material und hat eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens. Der Stauchkörper (7) kann beispielsweise aus Stahlschaum oder aus einer Mischung, die Zement und Blähglas- oder Kunststoffpartikel enthält, bestehen. Beim Ueberschreiten einer bestimmten Druckbelastung fallen die Hohlräume im Stauchkörper (7) schrittweise in sich zusammen oder werden schrittweise zusammengedrückt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 10. Dieses Verfahren und diese Einrichtung findet bevorzugt Anwendung im schlechten, druckhaften Gebirge mit geringer Festigkeit.
Bei Untertagebauten (Tunnels, Stollen, Schächten, Kavernen und dgl.) ist es bekannt, den ausgebrochenen Hohlraum mittels eines Ausbaues, d.h. mittels Stützmitteln, wie z.B. Stahlbogen, Spritzbeton, Ankern, vorfabrizierten Betonelementen (Tübbingen), zu sichern. Im schlechten, druckhaften Gebirge mit geringer Festigkeit hat das Profil des ausgebrochenen Hohlraumes die Tendenz, sich zu verengen. Dadurch wirken auf den Ausbau Kräfte, die in den Stützmitteln Druckspannungen hervorrufen. Bekannte Stützmittel sind unter solchen Verhältnissen deshalb so ausgelegt, dass sie einer Ueberbelastung ausweichen können. Infolge dieses Ausweichens nimmt der Gebirgsdruck in der Regel ab.
In der den nächstliegenden Stand der Technik bildenden EP-B-1 034 096 ist eine Tunnelauskleidung gezeigt und beschrieben, die wenigstens zwei als Stützteile dienende Auskleidungssegmente aufweist, die durch eine in Tunnellängsrichtung verlaufende Kontraktionsfuge voneinander getrennt sind. In diese Kontraktionsfuge sind Stauchrohre eingesetzt, von denen jedes zwischen einem äusseren und einem inneren Stützrohr angeordnet und stirnseitig zwischen zwei Druckübertragungsplatten eingespannt ist. Ueber diese Druckplatten wird der Druck von den Auskleidungssegmenten auf das jeweilige Stauchrohr übertragen. Bei einer bestimmten, den Ausbeulwiderstand des Stauchrohres übersteigenden Axialbelastung beult sich das Stauchrohr schrittweise aus und verkürzt sich. Die Auskleidungssegmente können sich unter Ueberwindung eines Widerstandes in Umfangsrichtung des Tunnels gegeneinander bewegen und gleichzeitig einen Ausbauwiderstand gegen das Gebirge ausüben.
Diese bekannte Tunnelauskleidung hat gewisse praktische Nachteile. Im Bereich der Stirnseiten der Stauchrohre tritt in den Auskleidungssegmenten eine örtliche Spannungskonzentration auf. Es müssen daher ausser dem Einbauen der Druckübertragungsplatten weitere Vorkehrungen getroffen werden, damit die Auskleidungssegmente wegen dieser Spannungskonzentration keinen Schaden nehmen. Das wirkt sich auch nachteilig auf die Kosten aus. Bei einer Auskleidung aus Spritzbeton muss bei deren Herstellung zudem die Kontraktionsfuge gegen das Eindringen von Spritzbeton geschützt werden. Weiter kann eine mögliche Schiefstellung der Stauchrohre infolge von Querbewegungen der Auskleidungssegmente relativ zueinander zu Problemen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die es ermöglicht, auf einfachere und kostengünstigere Weise dem auf die Stützmittel ausgeübten Druck einen gewissen Widerstand unter Zulassung von Verformungen entgegen zu setzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Der mit dieser Einrichtung verwendbare Stauchkörper ist wie in den Ansprüchen 19 bis 25 definiert ausgebildet.
Die bei der Herstellung gezielt eingebrachten Hohlräume des Stauchkörpers, der in den, vom sich deformierenden Gebirge herrührenden Kraftfluss eingeschaltet ist, werden beim Ueberschreiten einer bestimmten Druckbelastung schrittweise verkleinert. Diese Verkleinerung der Hohlräume erfolgt bei einem Stauchkörper auf Metallbasis durch ein schrittweises Zusammendrücken derselben, bei einem Stauchkörper auf Zementbasis durch ein schrittweises Zusammenbrechen der Hohlräume. Diese Verkleinerung der Hohlräume in Verbindung mit der Verformung des Grundmaterials des Stauchkörpers erlaubt eine erhebliche Relativbewegung innerhalb der Stützmittel. Es erfolgt dabei keine oder im Verhältnis zur Stauchung nur eine geringe Querverformung des Stauchkörpers, was sich bei gewissen Anwendungen vorteilhaft auswirkt. Der Hohlraumanteil im Vergleich zum Gesamtvolumen des Stauchkörpers ist mitbestimmend für dessen maximale Zusammendrückbarkeit und den Stauchwiderstand.
Die Abmessungen und mechanischen Eigenschaften des Stauchkörpers lassen sich sehr einfach an die jeweiligen Anforderungen anpassen. So kann der Stauchkörper als ein in Richtung quer zu den einwirkenden Druckkräften langgestrecktes Gebilde ausgestaltet sein, so dass die Gefahr einer Spannungskonzentration in den Stützmitteln vermieden wird.
Bevorzugte Weiterausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens, der erfindungsgemässen Einrichtung und des erfindungsgemässen Stauchkörpers bilden Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1
eine Ansicht auf einen Bereich einer ersten Ausführungsform eines Tunnelausbaus in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2,
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 und 4
in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung einen Bereich des Tunnelausbaus mit dem Stauchkörper in unbelastetem bzw. belastetem Zustand.
Fig. 5
ein, ein mögliches Stauchverhalten des Stauchkörpers darstellendes Diagramm,
Fig. 6 bis 8
in einer der Fig. 2 entsprechender Darstellung verschiedene Verbindungen zwischen dem Stauchkörper und den angrenzenden Tunnelausbauelementen,
Fig. 9
eine Ansicht auf einen Bereich einer zweiten Ausführungsform eines Tunnelausbaus in Richtung des Pfeiles B in Fig. 10,
Fig. 10
einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig.9,
Fig. 11
in einer der Fig. 10 entsprechenden Darstellung die Verbindung zwischen dem Stauchkörper und den angrenzenden Stahlträgern, und
Fig. 12
in einer den Fig. 2 und 10 entsprechenden Schnittdarstellung einen Bereich einer dritten Ausführungsform eines Tunnelausbaus.
Der in den Fig. 1 und 2 bereichsweise dargestellte Tunnelausbau 1 besteht aus zwei als Stützmittel dienenden Tunnelausbauelementen 2 und 3. Mit dem Pfeil C ist die letzte Einbauetappe bezeichnet. Die Tunnelausbauelemente 2, 3, die aus Spritzbeton, Ortsbeton oder vorfabrizierten Betonelementen hergestellt sind, nehmen den Druck, der durch die Verformungen des den Tunnelhohlraum 4 umgebenden Gebirges 5 hervorgerufen wird, auf. Die Tunnelausbauelemente 2, 3 sind durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Zwischenraum 6 (Kontraktionsfuge) voneinander getrennt. In diesem Zwischenraum 6 sind längliche Stauchkörper 7 angeordnet, die den Zwischenraum 6 praktisch vollständig ausfüllen. Vorzugsweise haben die Stauchkörper 7 eine Länge, die der Länge einer Einbauetappe C entspricht.
Jeder Stauchköper 7 besteht aus einem Material mit einem bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen, die im ganzen Stauchkörper 7 verteilt sind. Die Hohlräume werden bei der Herstellung des Stauchkörpers 7 gezielt eingebracht. Der Stauchkörper 7 hat insbesondere eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens. Vorzugsweise hat der Stauchköper 7 jedoch eine Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einen Hohlraumanteil von 20 bis 70%. Die Stauchkörper 7 sollen einer gewissen Druckbelastung standhalten können, sich aber bei Ueberschreiten einer bestimmten Druckbelastung vergleichsweise stark verformen. Diese Verformung geschieht zum grössten Teil dadurch, dass die Hohlräume schrittweise in sich zusammenbrechen oder schrittweise zusammengedrückt werden.
Die Hohlräume der Stauchkörper 7 können geschlossen oder offen und teilweise oder ganz miteinander verbunden sein. Diese Hohlräume können auch langgestreckt sein, eine zylindrische oder prismatische Form haben und so angeordnet sein, dass ihre Längsachsen parallel zueinander und vorzugsweise rechtwinklig zur Achse der Druckbelastung verlaufen. Auf diese Weise ergibt sich ein Stauchkörper 7 mit wabenartiger Struktur.
Die Stauchkörper 7 bestehen bei einer ersten Ausführungsform aus einem porigen Metallschaum, vorzugsweise jedoch aus Stahlschaum, und können z.B. nach dem in der DE-C-197 16 514 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Aus Metallschaum bestehende Körper und deren Herstellung sind auch in der Wo-A-00/55567 beschrieben.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthalten die Stauchkörper 7 Zement, Blähglaspartikel, z.B. Blähglasgranulat, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas. Dabei können Verstärkungselemente in der Form von Fasern, Gittern, Netzen, Stäben oder Platten mit oder ohne Öffnungen Anwendung finden. Die Blähglaspartikel legen in der Grundmasse (Matrix) die Hohlräume fest. Für den erfindungsgemässen Einsatz besonders geeignete Stauchkörper 7 werden aus einem Gemisch mit den folgenden Komponenten je m3 hergestellt:
  • Zement: 1000 -1300 kg
  • Wasser: 390 - 410 kg
  • Glasschaum: 140 - 180 kg
  • Verflüssiger: 10 1
  • Stahlfasern: 90 - 120 kg
    • Als Bestandteile dieser Mischung eignen sich die folgenden Produkte:
  • Zement: Portlandsilicatstaubzement "Fortico 5R"; Lieferant: Holcim (Schweiz) AG, Zürich.
  • Glasschaum: "Liaver" mit einer Körnung von 2 -4 mm und einer Korndichte von ca. 0.3 g/cm3; Lieferant: Liaver Ilmenau, Deutschland.
  • Verflüssiger: "Glenium AC20"; Lieferant: Degussa Construction Chemicals AG, Zürich.
  • Stahlfasern: "DRAMIX RC - 65/35 - BN steel fibre"; Lieferant: Dramix, Belgien.
    • Zur Bildung der Hohlräume können anstelle von Blähglaspartikeln auch Partikel aus einem andern geeigneten Material, z.B. Kunststoff oder Stahlschaum, verwendet werden. Möglich ist auch die Kombination einzelner oder mehrerer dieser Materialien. So ist es möglich, beispielsweise Styroporkörner einzusetzen. Die Hohlräume können auch durch den Einsatz eines Treibmittels, das bei der Herstellung des Stauchkörpers 7 die Erzeugung von Gasbläschen verursacht, gebildet werden. Während die Blähglaspartikel einem Zusammendrücken des Stauchkörpers 7 einen gewissen Widerstand entgegensetzen, ist das bei Styroporkörnern kaum der Fall.
    Ferner kann als Grundstoff, anstelle von Zement, auch ein Kunststoff, beispielsweise ein Kunstharz, verwendet werden.
    Anhand der Fig. 3 bis 5 wird nachfolgend die Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Tunnelausbaus 1 erläutert.
    In den Fig. 3 und 4 ist ein Bereich des Tunnelausbaus mit dem Stauchkörper 7 in unbelastetem bzw. belastetem Zustand gezeigt, wobei die auf den Stauchkörper 7 wirkende Druckkraft mit N, dessen Querschnittsfläche mit F und die Höhe des Stauchkörpers 7 in unbelastetem Zustand mit d und in belastetem Zustand mit d' bezeichnet ist. In Fig. 5 ist auf der horizontalen Achse die Stauchung ε des Stauchkörpers 7 (ε = (d-d')/d) und auf der vertikalen Achse die Druckspannung σ im Stauchkörper 7 (σ = N/F) aufgetragen.
    Verformungen im Gebirge 5 rufen eine Verengung des Profils des Tunnelhohlraumes 4 hervor, wodurch die Tunnelausbauelemente 2, 3 Druckkräften ausgesetzt werden und sich relativ zueinander zu verschieben beginnen. Dabei werden in den Stauchkörpern 7 Druckspannungen erzeugt, die ein Zusammendrücken der Stauchkörper 7 zur Folgen haben. Zu Beginn der Belastung der Stauchkörper 7 verläuft deren Stauchung ε mit zunehmender Druckspannung σ im wesentlich linear (Bereich I in Fig. 5). Bei Erreichen einer bestimmten Druckspannung σ beginnt eine Rissbildung in den Stauchkörpern 7 und ein schrittweises Zusammenbrechen bzw. eine plastische Verformung der Hohlräume der Stauchkörper 7 (Bereich II in Fig. 5). Die Tunnelausbauelemente 2, 3 geben der wachsenden Belastung nach und verschieben sich unter Verkleinerung des Zwischenraumes 6 aufeinander zu. Die Stauchelemente 7 werden dabei immer stärker zusammengedrückt. Wie die Fig. 5 zeigt, bleibt dabei die Druckspannung im Bereich II auf einem durchschnittlich hohen Niveau. Anschliessend folgt eine Phase der zunehmenden Verfestigung infolge einer besseren Druckübertragung bei abnehmendem Hohlraumvolumen (Bereich III in Fig. 5).
    Beim in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stauchkörper 7 zwischen den Tunnelausbauelementen 2, 3 angeordnet, ohne dass sie noch zusätzlich mit den Ausbauelementen 2, 3 verbunden sind. Die mit dem jeweils angrenzenden Tunnelausbauelement 2, 3 in Berührung stehenden, druckbelasteten Flächen 7a, 7b der Stauchelemente 7 verlaufen dabei parallel zueinander. Um zu vermeiden, dass bei einer Druckbelastung die Stauchelemente 7 aus dem Zwischenraum 6 herausgedrückt werden, können diese Flächen 7a, 7b auch schräg zueinander, d.h. miteinander einen Winkel bildend, angeordnet werden. Die Stauchelemente 7 haben dann eine Keilform. Die Stauchelemente 7 werden so in den Zwischenraum 6 eingebaut, dass die Flächen 7a, 7b in Richtung zum Gebirge 5 hin divergieren.
    In den Fig. 6 bis 8 sind nun verschiedene Möglichkeiten zum zusätzlichen Verbinden der Stauchkörper 7 mit dem jeweils angrenzenden Ausbauelement 2 bzw. 3 gezeigt.
    Fig. 6 zeigt eine Nut-Feder-Verbindung, bei der der Stauchkörper 7 mit vorspringenden Leisten 8 versehen ist, die in Ausnehmungen 9 im Ausbauelement 2 bzw. 3 eingreifen. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen am Stauchkörper 7 und die Leisten an den Tunnelausbauelementen 2, 3 vorzusehen.
    Bei der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verbindung zwischen Stauchkörper 7 und Ausbauelement 2, 3 mittels Bolzen 10, die in Längsrichtung des Zwischenraumes 6, d.h. in Tunnellängsrichtung, versetzt angeordnet sind.
    Bei der Variante gemäss Fig. 8 stellen ebenfalls in Tunnellängsrichtung verteilte Kopfbolzen 11 die Verbindung zwischen Stauchkörper 7 und Tunnelausbauelementen 2, 3 her.
    Bei der in den Fig. 9 und 10 gezeigten zweiten Ausführungsform eines Tunnelausbaus 1 werden als Stützmittel an Stelle der Tunnelausbauelemente 2, 3 Stahlträger 12 und 13 verwendet, die in Tunnellängsrichtung jeweils in gewissen Abständen eingebaut werden (siehe Fig. 9). Zusammenwirkende Stahlträger 12, 13 sind gleich wie beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und 2 durch einen Zwischenraum 6 voneinander getrennt, in den jeweils ein Stauchkörper 7 eingesetzt ist. Diese Stauchkörper 7 entsprechen im Aufbau und der Wirkungsweise den anhand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen Stauchkörpern 7 und sind lediglich in ihrer Form den etwas andern Grössenverhältnissen angepasst.
    Die Fig. 11 zeigt eine Möglichkeit zum Verbinden des Stauchkörpers 7 mit den angrenzenden Stahlträgern 12, 13. Diese Verbindung wird durch in Tunnellängsrichtung versetzt angeordnete Kopfbolzen 14 sichergestellt.
    Anhand der Fig. 12 wird nun eine dritte Ausführungsform eines Tunnelausbaus 1 beschrieben, bei der im Gebirge 5 fixierte Anker 15 verwendet werden. In der Fig. 12 ist nur einer dieser Anker 15 dargestellt. Der Anker 15 ist mit seinem Ankerstab 16 im Gebirge 5 fest verankert, z.B. mechanisch oder mittels Vermörtelung. In den in den Tunnelhohlraum 4 hineinragenden Ankerkopf 17, der mit dem Ankerstab 16 fest verbunden ist, ist ein Stauchkörper 7 eingebaut, der dem im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Stauchkörper entspricht. Der Stauchkörper 7 ist zwischen zwei Stahlscheiben 18 und 19 angeordnet.
    Bei einer Bewegung des den Tunnelhohlraum 4 begrenzenden Wandbereiches 20 relativ zum tief in das Gebirge 5 hineinragenden Ankerstab 16 wird der Stauchkörper 7 durch die auf ihn wirkenden Druckkräfte verformt, d. h. zusammen gedrückt. Dabei wird wie anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert eine gewisse Relativbewegung zwischen dem Ankerstab 16 und dem Wandbereich 20 ermöglicht, ohne dass der Anker 15 einer zu grossen, ihn zerstörenden mechanischen Belastung ausgesetzt wird.
    Es kann erwünscht sein, dass das schrittweise Zusammenbrechen bzw. Zusammendrücken der Hohlräume im Innern der Stauchkörper 7 bei Belastung auf eine ganz bestimmte, gesteuerte Weise erfolgt. Ein derartiges gesteuertes Verhalten der Stauchkörper 7 unter Druckbelastung kann dadurch erreicht werden, dass in den Stauchkörpern 7 durch eine entsprechende Formgebung der Stauchkörper 7 oder durch geeignete Massnahmen bei deren Herstellung, z.B. durch Vorsehen von Schwächungsstellen, ein inhomogener Spannungszustand erzeugt wird.
    Die Stauchkörper 7 können auch mit mindestens einem platten- oder gitterförmigen Bewehrungselement versehen sein, das quer und vorzugsweise rechtwinklig zur Belastungsrichtung (Wirkrichtung der Druckkraft N in den Fig. 3 und 4) verläuft. Dieses Bewehrungselement, das eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, kann in das Grundmaterial des Stauchkörpers 7 eingebettet sein. Vorzugsweise ist jedoch der Stauchkörper 7 als ein mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildet, bei dem jeweils eine Schicht aus einem Teilkörper, der aus einem die Hohlräume enthaltenden Material besteht, mit einem platten- oder gitterartigen Bewehrungselement abwechselt. Mittels der Bewehrungselemente kann das Stauchverhalten des Stauchkörpers 7 bei Druckbelastung günstig beeinflusst werden.
    Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Stützmittel bzw. Ausbauten 1 nicht nur im Tunnelbau, sondern ganz generell im Untertagebau eingesetzt werden können.
    Bezugszeichenliste
    1
    Tunnelausbau
    2, 3
    Tunnelausbauelemente
    4
    Tunnelhohlraum
    5
    Gebirge
    6
    Zwischenraum
    7
    Stauchkörper; 7a, 7b druckbelastete Fläche
    8
    Leiste
    9
    Ausnehmung
    10
    Bolzen
    11
    Kopfbolzen
    12, 13
    Stahlträger
    14
    Kopfbolzen
    15
    Anker
    16
    Ankerstab
    17
    Ankerkopf
    18, 19
    Stahlscheibe
    20
    Wandbereich

    Claims (25)

    1. Verfahren zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes (4), bei dem der Hohlraum (4) mittels Stützmitteln (2, 3; 12, 13; 15) gesichert wird und der vom Gebirge (5) auf die Stützmittel (2, 3; 12, 13; 15) ausgeübte Druck über wenigstens ein, beim Ueberschreiten einer bestimmten Druckbelastung sich verformendes Stauchelement (7) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Stauchelement ein Stauchkörper (7), der aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht, verwendet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stauchkörper (7) mit einer Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einem Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens verwendet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stauchkörper (7) mit einer Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einem Hohlraumanteil von 20 bis 70% seines Gesamtvolumens verwendet wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stauchkörper (7) aus einem porigen Metallschaum, vorzugsweise Stahlschaum, verwendet wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stauchkörper (7) verwendet wird, der ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet werden.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise als mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildeter Stauchkörper (7) mit mindestens einem eingebauten platten- oder gitterartigen Bewehrungselement verwendet wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Hohlraum (4) mittels wenigstens zweier, sich unter dem vom Gebirge (5) ausgeübten Druck relativ zueinander verschiebbarer Stützteile (2, 3; 12, 13) gesichert wird, die durch , wenigstens einen in Längsrichtung des Hohlraumes (4) verlaufenden Zwischenraum (6) voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in diesen Zwischenraum (6) zumindest ein Stauchkörper (7) eingesetzt wird, der bei einer Relativbewegung der Stützteile (2, 3; 12, 13) zusammengedrückt oder gestaucht wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Hohlraum (4) mittels wenigstens eines im Gebirge (5) fixierten Ankers (15) gesichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kopf (17) des Ankers (15) zumindest ein Stauchkörper (7) eingesetzt wird, der bei einer Bewegung des Wandbereiches (20) des Hohlraumes (4) relativ zum Stab (16) des Ankers (15) zusammengedrückt oder gestaucht wird.
    10. Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes (4), mit Stützmitteln (2, 3; 12, 13; 15) zum Sichern des Hohlraumes (4) und wenigstens einem, bei Ueberschreiten einer bestimmten Druckbelastung durch den vom Gebirge (5) auf die Stützmittel (2, 3; 12, 13; 15) ausgeübten Druckbelastung sich verformenden Stauchelement (7), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stauchelement ein Stauchkörper (7) ist, der aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht.
    11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens hat.
    12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) eine Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einen Hohlraumanteil von 20 bis 70% seines Gesamtvolumens aufweist.
    13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) aus einem porigen Metallschaum, vorzugsweise Stahlschaum, besteht.
    14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
    15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet werden.
    16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildete Stauchkörper (7) mit mindestens einem eingebauten platten- oder gitterartigen Bewehrungselement versehen ist.
    17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit wenigstens zwei, den Hohlraum (4) zu sichern bestimmten, sich unter dem vom Gebirge (5) ausgeübten Druck relativ zueinander verschiebbaren Stützteilen (2, 3; 12, 13), die durch wenigstens einen in Längsrichtung des zu sichernden Hohlraumes (4) verlaufenden Zwischenraum (6) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in diesen Zwischenraum (6) zumindest ein Stauchkörper (7) eingesetzt ist, der bei einer Relativbewegung der Stützteile (2, 3; 12, 13) zusammengedrückt oder gestaucht wird.
    18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit wenigstens einem, den Hohlraum (4) zu sichern bestimmten, im Gebirge (5) fixierbaren Anker (15), dadurch gekennzeichnet, dass in den Kopf (17) des Ankers (15) zumindest ein Stauchkörper (7) eingesetzt ist, der bei einer Bewegung des Wandbereiches (20) des Hohlraumes (4) relativ zum Stab (16) des Ankers (15) zusammengedrückt oder gestaucht wird.
    19. Stauchkörper (7) für eine Einrichtung gemäss den Ansprüchen 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht.
    20. Stauchkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens aufweist.
    21. Stauchkörper (7) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einen Hohlraumanteil von 20 bis 70% seines Gesamtvolumens aufweist.
    22. Stauchkörper (7) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem porigen Metallschaum, vorzugsweise Stahlschaum, besteht.
    23. Stauchkörper (7) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
    24. Stauchkörper (7) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet sind.
    25. Stauchkörper (7) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem eingebauten platten- oder gitterartigen Bewehrungselement versehen ist und vorzugsweise als mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildet ist.
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