EP1564369B1 - Verfahren und Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes - Google Patents
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- EP1564369B1 EP1564369B1 EP04405086A EP04405086A EP1564369B1 EP 1564369 B1 EP1564369 B1 EP 1564369B1 EP 04405086 A EP04405086 A EP 04405086A EP 04405086 A EP04405086 A EP 04405086A EP 1564369 B1 EP1564369 B1 EP 1564369B1
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Classifications
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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
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- E21D21/0086—Bearing plates
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for stabilizing a cavity excavated in underground mining according to the preamble of claims 1 and 8, respectively.
- This method and device is preferably used in poor low-pressure rock.
- a tunnel lining which has at least two serving as support parts lining segments, which are separated by a running in the tunnel longitudinal direction of contraction joint.
- compression tubes are used, each of which is arranged between an outer and an inner support tube and the end face clamped between two pressure transfer plates. About these Pressure plates, the pressure of the lining segments is transferred to the respective compression tube.
- the Ausbeulwiderstand of the compression tube excess axial load, the compression tube bulges gradually and shortens.
- the lining segments can move while overcoming a resistance in the circumferential direction of the tunnel against each other and at the same time exert an expansion resistance to the mountains.
- This known tunnel lining has certain practical disadvantages. In the area of the end faces of the compression tubes, a local stress concentration occurs in the lining segments. It must therefore be made in addition to installing the pressure transfer plates further precautions so that the lining segments take no harm because of this stress concentration. This also has a negative effect on the costs. In the case of a shotcrete coating, the contraction joint must also be protected against the ingress of sprayed concrete during its manufacture. Furthermore, a possible misalignment of the stuffing tubes as a result of transverse movements of the lining segments relative to one another can lead to problems.
- EP-A-0 089 403 discloses a lining for cavities excavated in underground mining which has two concrete segments serving as support members, between which a crushing or compliant element of concrete mortar is arranged. At a compressive load, the compliance element yields and compresses.
- pipes are embedded in the concrete mortar. This adjustment force is determined inter alia by the number of tubes and their mutual distance and by the tube diameter and the wall thickness of the pipes. By filling the pipes with fillers, eg concrete mortar, the mentioned adjustment force can be increased.
- the present invention is based on the object to provide a method and a device of the type mentioned, in which or in which the compression element can be produced in a simpler and more cost-effective manner and the admission of deformations the pressure exerted on the support means a targeted adjustable resistance to oppose.
- the deliberately introduced in the production cavities of the compression body which is turned on in the, originating from the deforming mountain force flow, are gradually reduced when exceeding a certain pressure load.
- This reduction of the cavities takes place in a metal-based compression body by a stepwise compression of the same, in a compression body on cement base by a gradual collapse of the cavities.
- This reduction of the voids in connection with the deformation of the base material of the compression body allows a considerable relative movement within the support means.
- There is no or in relation to the compression only a small transverse deformation of the compression body, which has an advantageous effect in certain applications.
- the void fraction compared to the total volume of the compression body is determining for the maximum Compressibility and compression resistance.
- the compression body can be easily adapted to the respective requirements.
- the compression body can be configured as an elongated in the direction transverse to the applied compressive forces structure, so that the risk of stress concentration is avoided in the support means.
- Tunnelausbau 1 consists of two serving as a support means Tunnelausbaumaschinen 2 and 3.
- the arrow C is the last installation stage designated.
- the Tunnelausbauium 2, 3 are separated by a running in the tunnel longitudinal direction gap 6 (contraction joint).
- elongated compression body 7 are arranged, which fill the gap 6 practically completely.
- the compression bodies 7 have a length which corresponds to the length of an installation stage C.
- Each Stauchgroper 7 consists of a material with a certain volume fraction of cavities, which are distributed throughout the compression body 7.
- the cavities are introduced in the production of the compression body 7 targeted.
- the compression body 7 in particular has a compressive strength of at least 1 MPa and a void fraction of 10 to 90% of its total volume.
- the Stauchgroper 7 preferably has a compressive strength of at least 3 MPa and a void content of 20 to 70%.
- the compression body 7 should be able to withstand a certain pressure load, but deform relatively strong when exceeding a certain pressure load. This deformation is largely due to the fact that the cavities gradually collapse or are gradually compressed.
- the cavities of the compression body 7 can be closed or open and partially or completely interconnected.
- particles of 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 to use, for example, styrofoam grains. While the expanded glass particles oppose a compression of the compression body 7 a certain resistance, this is hardly the case with styrofoam grains.
- a base material instead of cement, a plastic, for example, a synthetic resin may be used.
- a region of the tunnel construction is shown with the compression body 7 in the unloaded or loaded state, wherein the force acting on the compression body 7 compressive force with N, whose cross-sectional area is denoted by F and the height of the compression body 7 in the unloaded state with d and in the loaded state with d '.
- the compression bodies 7 are arranged between the tunnel extension elements 2, 3, without being additionally connected to the expansion elements 2, 3.
- the one with each adjacent tunnel extension element 2, 3 in contact, pressure-loaded surfaces 7a, 7b of the upsetting elements 7 extend parallel to each other.
- these surfaces 7a, 7b can also be arranged at an angle to one another, ie forming an angle with one another.
- the compression elements 7 then have a wedge shape.
- the compression elements 7 are installed in the gap 6 so that the surfaces 7 a, 7 b diverge in the direction of the mountains 5 out.
- FIGS. 6 to 8 various possibilities for additional connection of the compression body 7 with the respectively adjacent expansion element 2 or 3 are shown.
- Fig. 6 shows a tongue and groove connection, in which the compression body 7 is provided with projecting strips 8, which engage in recesses 9 in the expansion element 2 and 3 respectively. It is also possible to provide the recesses on the upsetting body 7 and the strips on the tunnel extension elements 2, 3.
- head bolts 11 also distributed in the longitudinal direction of the tunnel make the connection between compression body 7 and tunnel extension elements 2, 3.
- steel beams 12 and 13 are used as support means which are installed in the tunnel longitudinal direction at certain intervals (see FIG. 9).
- interacting Steel beams 12, 13 are the same as in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 separated by a gap 6, in each of which a compression body 7 is inserted.
- These compression bodies 7 correspond in construction and the mode of operation to the compression bodies 7 described with reference to FIGS. 1 to 5 and are adapted only in their shape to the somewhat different size ratios.
- FIG. 11 shows a possibility for connecting the compression body 7 to the adjacent steel beams 12, 13. This connection is ensured by head bolts 14 arranged offset in the longitudinal direction of the tunnel.
- FIG. 12 A third embodiment of a tunnel construction 1 will now be described with reference to FIG. 12, in which anchors 15 fixed in the mountains 5 are used.
- FIG. 12 only one of these anchors 15 is shown.
- the anchor 15 is firmly anchored with his anchor rod 16 in the mountains 5, e.g. mechanically or by mortaring.
- anchor head 17 which is fixedly connected to the anchor rod 16, a compression body 7 is installed, which corresponds to the compression body described in connection with FIGS. 1 to 5.
- the compression body 7 is arranged between two steel discs 18 and 19.
- anchor rod 16 of the compression body 7 is deformed by the pressure forces acting on it, ie pressed together.
- a certain relative movement between the anchor rod 16 and the wall region 20 is made possible without the armature 15 being exposed to an excessive mechanical load which destroys it.
- stepwise collapse or compression of the cavities in the interior of the compression body 7 takes place under load in a very specific, controlled manner.
- a controlled behavior of the compression body 7 under pressure load can be achieved that in the compression bodies 7 by a corresponding shaping of the compression body 7 or by suitable measures in their preparation, e.g. by providing weak points, an inhomogeneous stress state is generated.
- the compression bodies 7 can also be provided with at least one plate-like or lattice-shaped reinforcing element, which extends transversely and preferably at right angles to the loading direction (effective direction of the compressive force N in FIGS. 3 and 4).
- This reinforcing element which has a high mechanical strength, may be embedded in the base material of the compression body 7.
- the compression body 7 is formed as a multilayer composite body, in which a respective layer of a partial body, which consists of a material containing the cavities, alternates with a plate-like or lattice-like reinforcing element.
- support means or extensions 1 described above can be used not only in tunneling, but quite generally in underground mining.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Stabilisieren eines beim Untertagebau ausgebrochenen Hohlraumes gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 8. 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
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.
- In der den nächstliegenden Stand der Technik bildenden
EP-A-0 089 403 ist ein Auskleidung für beim Untertagebau ausgebrochene Hohlräume offenbart, die zwei als Stützteile dienende Betonsegmente aufweist, zwischen denen ein Stauch- oder Nachgiebigkeitselement aus Betonmörtel angeordnet ist. Bei einer Druckbelastung gibt das Nachgiebigkeitselement nach und wird zusammengedrückt. Um die Nachgiebigkeit des Nachgiebigkeitselementes besser einstellen zu können, werden in den Betonmörtel Rohre eingebettet. Diese Einstellkraft wird unter anderem bestimmt durch die Anzahl der Rohre und deren gegenseitigen Abstand sowie durch den Rohrdurchmesser und die Wandstärke der Rohre. Durch Füllen der Rohre mit Füllstoffen, z.B. Betonmörtel, lässt sich die erwähnte Einstellkraft erhöhen. - Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bzw. bei der das Stauchelement auf einfachere und kostengünstigere Weise herstellt werden kann und unter Zulassung von Verformungen dem auf die Stützmittel ausgeübten Druck einen gezielt einstellbaren Widerstand entgegen zu setzen vermag.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Der mit dieser Einrichtung verwendbare Stauchkörper ist wie in den Ansprüchen 15 bis 19 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
- 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.
- Bei einer 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. 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.
-
- 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 (19)
- 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, das aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht, wobei als Stauchelement ein Stauchkörper (7) verwendet wird, der ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) weiter die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
- 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.
- 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.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise als mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildeter Stauchkörper (7) mit mindestens einem eingebauten platten- oder gitterartigen Bewehrungselement verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
- 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), das aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht, wobei das wenigstens eine Stauchelement ein Stauchkörper (7) ist, der ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) weiter die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
- Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens hat.
- Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchkörper (7) eine Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einen Hohlraumanteil von 20 bis 70% seines Gesamtvolumens aufweist.
- Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet werden.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als mehrschichtiger Verbundkörper ausgebildete Stauchkörper (7) mit mindestens einem eingebauten platten- oder gitterartigen Bewehrungselement versehen ist.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 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.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 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.
- Stauchkörper (7) für eine Einrichtung gemäss den Ansprüchen 8 bis 14, der aus einem, einen bestimmten Volumenanteil von Hohlräumen enthaltenden Material besteht und ein Bindemittel, vorzugsweise Zement oder Kunststoff, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter die Hohlräume bildende Partikel, vorzugsweise Blähglas- oder Kunststoffpartikel, und Verstärkungselemente aus Stahl, Kunststoff oder Glas enthält.
- Stauchkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckfestigkeit von mindestens 1 MPa und einen Hohlraumanteil von 10 bis 90% seines Gesamtvolumens aufweist.
- Stauchkörper (7) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckfestigkeit von mindestens 3 MPa und einen Hohlraumanteil von 20 bis 70% seines Gesamtvolumens aufweist.
- Stauchkörper (7) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente Stahlfasern verwendet sind.
- Stauchkörper (7) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, 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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