EP2918772A2 - Ausbausystem für untertägige Tunnel oder Strecken - Google Patents

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EP2918772A2
EP2918772A2 EP15157604.8A EP15157604A EP2918772A2 EP 2918772 A2 EP2918772 A2 EP 2918772A2 EP 15157604 A EP15157604 A EP 15157604A EP 2918772 A2 EP2918772 A2 EP 2918772A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
expansion
section
lattice girder
rock
mountains
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15157604.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2918772A3 (de
Inventor
Franz-Josef Wunderlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG filed Critical Bochumer Eisenhuette Heintzmann GmbH and Co KG
Publication of EP2918772A2 publication Critical patent/EP2918772A2/de
Publication of EP2918772A3 publication Critical patent/EP2918772A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • E21D11/006—Lining anchored in the rock
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • 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
    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
    • E21D11/22—Clamps or other yieldable means for interconnecting adjacent arch members either rigidly, or allowing arch member parts to slide when subjected to excessive pressure

Definitions

  • the invention relates to a removal system for underground tunnels or routes.
  • expansion refers to securing and keeping open cavities or underground mine work.
  • the term refers in summary to all means and methods that lead to the support or solidification of the rock or rock surrounding the cavity to be secured.
  • the introduced expansion has to bear the rock of the loosened pressure arch and counteract the impact pressure. This is to prevent further movement of the mountains.
  • Known removal systems include the introduction of rock anchors, reinforcing nets, steel arches, shotcrete and arrears elements.
  • arches or arc segments from fixed type programs (U-profile, TH profile, lattice arches etc.) in the form of rolled profiles or prefabricated arches are used.
  • a lattice girder for the underground route development is for example from the EP 0 073 733 B1 described.
  • the AT 362 739 B discloses an arcuate segment for an expansion arch of underground tunnels or lines, which has a lattice girder section and a slide profile section connected end to end with the girder section. These arc segments should be connected to self-contained expansion frame.
  • the truss girders are lattice girder sections and made of round bars. At the ends of the truss girder sections are secured by welding between the upper flange and the lower flange and connected by a pair of straps and screws and / or wedges tensile strength.
  • a compliant composite structure is through the DE 39 27 446 C1 known.
  • For composite construction includes a shotcrete layer on the wall of the tunnel or the track surrounding mountains and a plurality of longitudinally arranged in the longitudinal direction of the underground storage space frame in accordance with the mountain convergence einschubnachgiebig connected expansion segments and a concrete backfill between the shotcrete layer and the expansion frame.
  • the expansion segments are connected by clamps or similar connecting means.
  • the concrete backfill may extend along with drafting mats along the Underground space. Between adjacent expansion frame are Verbolzungsetti, which are designed as squeezing, which are Champquetschbar under the influence of rock pressure, at least in its transverse direction.
  • compression elements serve as rock support elements, which divide the annular shotcrete expansion into segments and can absorb a majority of the deformations.
  • a very well proven in practice compression element is from the EP 2 042 686 B1 known.
  • the compression element called honeycomb, is arranged between load-distributing plates. It consists of flat pipe sections in the required pipe thickness and pipe diameter.
  • the compression elements are part of a composite construction of gutter profiles or lattice girders and a concrete shell.
  • a honeycomb-like compliance element goes out of the EP 1 762 698 A1 out.
  • the backfill consists of high-strength concrete and deformable crimping elements, which are preferably pipe sections.
  • the from the DE 38 06 126 C2 known expansion provides starting frame made of sheet steel, which are formed from frame parts under inclusion of compliance elements. Furthermore, an outer shell of fast-curing building material or similar backfilling material is provided.
  • the choice of the most appropriate expansion system depends on several aspects. In addition to the duration of service and the size of the area to be supported, the type and size of the expected rock pressure as well as the associated mountain movements are decisive.
  • the invention is based on the prior art, the task of creating a development system for underground routes and tunnels, which is logistically and montageetechnisch advantageous and has a very good expansion behavior with limited compliance.
  • An inventive development system for underground tunnels or tracks combines a resilient Gleitbogenausbau, an anchor removal and a concrete construction with integrated compression elements.
  • the expansion system comprises rock anchors, which are tensioned in the mountains, and expansion units which are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the tunnel or the track, and which are composed of arcuately connected arc segments.
  • a concrete body in particular a concrete shell and integrated compression elements is provided.
  • the expansion system is limited yielding.
  • the integrated upsetting elements are used for this purpose.
  • the expansion units are designed to be limited yield, lattice girders and sliding profiles, in particular gutter profiles are combined in an expansion unit.
  • an arc segment has a lattice girder section and a sliding profile section joined at least at one end to the lattice girder section.
  • the rock anchors are set through the lattice girder sections.
  • the sliding profile section is in particular a channel profile section.
  • the channel profile section is a so-called TH profile (Toussaint-Heintzmann profile).
  • the rock anchors make a physical connection of the arc segments with the mountains ago by the lattice girder sections are linked via the rock anchors with the mountains.
  • the lattice girder sections in turn are linked to the Concrete body. This creates a panel effect, so that the expansion system is connected to the mountains.
  • arcuate segments used in accordance with the invention and the expansion units assembled therefrom combine the advantages of lightweight lattice girders with the flexibility of the expansion unit, which gives it the Gleitprofilabitese that can slide into each other depending on rock pressure.
  • An inventive arc segment is therefore characterized by its low weight and the associated better transportability and installation.
  • the arc segments can be designed stackable.
  • the expansion system consists essentially of the suburban anchorage by means of rock anchors, the limited yielding expansion units as TH profile / lattice girder combination, the compression elements and the concrete shell.
  • the concrete shell can be applied as shotcrete or executed as a concrete backfill.
  • the coordinated system components can converge at a very high level, with the expansion support force becoming increasingly larger. After the rock tensions have reduced, an inner shell can be inserted, if necessary.
  • a respective sliding profile section is provided at both ends of a lattice girder section.
  • Two arc segments are coupled together incorporating a Gleittheticsprofils.
  • the Gleittagensprofil is also preferably a gutter profile, in particular a TH profile.
  • a preferred sliding connection means are connection clamps or connection locks.
  • an expansion unit can be designed annular or arcuate.
  • the arc segments can be installed with their open side to the mountains or to the tunnel or track out.
  • the mountain mantle or the wall of the limiting mountain can be provided with a shotcrete layer. This is introduced early after the eruption to increase the self-bearing capacity of the surrounding mountains.
  • mountain mantle or the wall of the limiting mountains may be provided with arresting elements, in particular mats, draft mats or wire mesh. These measures contribute to mountain protection.
  • a further aspect of the invention provides that at least a part of the rock anchors are set through the lattice girder sections.
  • the arc segments can be added and clamped in an advantageous manner on or with the mountains.
  • Anchors with anchor lugs tuned to the lattice girders are used for the assembly of the arch segments. This facilitates installation and also has an influence on the necessary machinery or machine equipment.
  • the lattice girder sections are designed as a four-belt grid.
  • the rock anchors are then positioned or set between the two adjacent to the mountains rods of the lattice girder section.
  • the individual expansion units are placed depending on their load with a certain distance in the longitudinal direction.
  • the expansion units can be connected to one another by means of spacer elements, for example in the form of spacer bars or bolted joints, in a manner that is tensile and compressive.
  • a measure that improves the convergence behavior or expansion behavior of the expansion system provides that a plurality of compression elements are arranged offset from one another on a pitch circle. Furthermore, in the longitudinal direction of the tunnel or the route, a plurality of upsetting elements are arranged in a row in succession.
  • the dimension of the insertion path in the slide profile is matched to the insertion capacity of the compression elements.
  • the lattice girder sections can be designed as a three-belt grid or as a four-belt grid.
  • a sliding profile section is provided at each end of a lattice girder section.
  • Lattice girder section and sliding profile section overlap each other and are joined together, in particular joined materially.
  • the arc segments are stackable. This has particular transportation and logistic advantages.
  • FIGS. 1 to 9 Based on FIGS. 1 to 9 an inventive expansion system and its system components is explained.
  • the FIGS. 1 and 2 each show a cross section through an underground track.
  • the expansion system comprises in the mountain G tense rock anchors 1.
  • the rock anchors 1 have been introduced into the mountain G immediately after the outbreak of the route cross-section.
  • the mountain mantle is further lined with arrears elements 2 in the form of wire mesh.
  • the expansion units 3 are designed in a ring shape for a circular path cross-section.
  • the expansion system is introduced so that the required clearance gauge of the route cross-section is adjusted. Accordingly, a larger breakout profile is ascended before operating the route. This is necessary because around the mining cavity around secondary stress states that mechanically load the rock or the mountains.
  • the expansion units 3 consist of yieldingly connected arc segments 4.
  • the cavity between the rock jacket and the expansion units 3 is filled by a shell-shaped concrete body 5.
  • the concrete body 5 is created in shotcrete execution. Furthermore, 5 integrated compression elements 6 are provided in the concrete body.
  • the expansion system is limited yielding.
  • the compliance is on the one hand ensured by the integrated compression elements 6 (see also FIG. 5 ).
  • An arc segment 4 has a lattice girder section 7.
  • a sliding profile section 10 is joined to the lattice girder section 7.
  • the sliding profile section 10 is a channel profile section (TH profile).
  • a plurality of upsetting elements 6 on a pitch circle offset from each other are arranged (see FIGS. 1 and 2 ).
  • a total of twelve compression elements 6 are integrated at a uniform distance over the circumference.
  • a plurality of compression elements 6 in a row are arranged successively (see. FIGS. 8 and 9 ).
  • the compression elements 6 are each adjacent to the connection region between two arc segments 4, arranged between two expansion units 3.
  • the arch segment 4 has a lattice girder section 7. At each end 8, 9 a Gleitprofilabêt 10 is added in the form of a bell-shaped channel profile section.
  • the lattice girder portion 7 has in its longitudinal direction extending rods 11, 12 (top and bottom chord) and the rods 11, 12 connecting diagonal braces 13. Two embodiments of lattice girder sections are in the FIGS. 6a) and 7a ).
  • the lattice girder section 7 ' is a lattice girder section designed as a three-belt grid.
  • the lattice girder section 7 " is designed as a four-belt grid FIGS. 6b) and 7b ) it can be seen that the lattice girder section 7 ', 7 "and the slide profile section 10 overlap on the end side and are joined in the overlapping region, in particular by material bonding, by welding.
  • the arc segments 4 are coupled to each other via a Gleittheticsprofil 14.
  • the Gleittheticsprofil 14 extends between the Gleitprofilabêt 10 of two circumferentially adjacent successive arc segments 4.
  • the Gleittagensprofil 14 and the Gleitprofilabête 10 of two arc segments 4 overlap in the connecting portion 15 and are via Gleittheticssch 16 in the form of friction locks with upper flap 17 and Bottom plate 18 connected together.
  • the connection is such that the expansion unit 3 can yield by telescoping the Gleitprofilabbalde 10 and the Gleititatisprofils 14. This is by the presentation of FIGS. 3a) to 3c ) illustrates.
  • FIG. 3a) to 3c illustrates.
  • the FIG. 5 illustrates a in the context of the expansion system according to the invention reaching-used compression element 6.
  • the compression element 6 consists of flat pipe sections 19 in demand pipe thickness and pipe diameter, which are arranged between load-distributing plates 20.
  • the compression elements 6 allow the force absorption in both tangential (normal force) and in the radial direction (transverse force) and in the axial direction (longitudinal force in the direction of advance).
  • the selected load-travel characteristic depends on the selection of the pipe sections 19 used and is controllable via the pipe sizing (pipe diameter, pipe thickness, pipe piece length and the choice of material and steel quality).
  • the design of the compression elements 6 makes it possible to adapt the load absorption to the individual mountain conditions during the rock deformation.
  • the arc segments 4 are fixed by rock anchor 1 in or with the mountains G, wherein rock anchor 1 are passed through the lattice girder sections 7.
  • the arc segments 4 are clamped over in the contour of the lattice girder sections 7 adapted anchor plates 21 via rock anchor 1 with the mountains G.
  • FIG. 2 the compliance behavior of the expansion system according to the invention is again clarified.
  • the outer ring of the expansion unit 3 shows the situation before the convergence.
  • the annular expansion unit 3 has an outer diameter D1, for example, 13,000 cm.
  • the inner representation of the expansion unit 3 illustrates the situation after the convergence.
  • the expansion unit 3 has been reduced by telescoping the Gleitprofilabête 10 and the GleitENSsprofils 14 to a diameter of 12,200 cm.
  • the upsetting elements 6 have absorbed load and have been squeezed together.
  • An upsetting element before the load and after the load bearing show the FIGS. 5a) and 5b ).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ausbausystem für untertägige Tunnel oder Strecken. Das Ausbausystem umfasst im Gebirge verspannte Gebirgsanker 1 und in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke mit Abstand zueinander angeordnete Ausbaueinheiten 3, welche aus miteinander nachgiebig verbundenen Bogensegmenten 4 zusammengesetzt sind sowie einem Betonkörper 5 und integrierte Stauchelemente 6. Erfindungsgemäß besteht ein Bogensegment 4 aus einem Gitterträgerabschnitt 7 mit endseitigen Gleitprofilabschnitten 10, wobei die Gebirgsanker 1 durch die Gitterträgerabschnitte 7 hindurch gesetzt sind. Zwei in Umfangsrichtung benachbarte Bogensegmente 4 sind unter Eingliederung eines Gleitverbindungsprofils miteinander gekoppelt derart, dass die Ausbaueinheit 3 durch Ineinanderschieben des Gleitprofilabschnittes 10 und des Gleitverbindungsprofils nachgeben kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ausbausystem für untertägige Tunnel oder Strecken.
  • Mit Ausbau bezeichnet man im Berg- und Tunnelbau das Absichern und Offenhalten von Hohlräumen bzw. Grubenbauen unter Tage. Der Begriff bezieht sich zusammenfassend auf alle Mittel und Verfahren, die zur Abstützung oder Verfestigung des Gesteins bzw. Gebirges führen, welches den zu sichernden Hohlraum umgibt.
  • Beim Auffahren von Tunneln bzw. Strecken bildet sich um den Hohlraum ein ovales Druckgewölbe mit erhöhtem Druck in den Stößen. Bei festem Gestein bildet sich ein kleines, bei gebrächem Gestein ein großes Druckgewölbe. Das Gebirge innerhalb des Druckgewölbes entspannt sich und kann sich auflockern. Aufgrund des Gebirgsdrucks versucht das Gebirge den hergestellten Hohlraum wieder zu verfüllen.
  • Der eingebrachte Ausbau hat das Gestein des aufgelockerten Druckgewölbes zu tragen und dem Stoßdruck entgegen zu wirken. Dadurch soll eine weitere Bewegung des Gebirges verhindert werden.
  • Bekannte Ausbausysteme umfassen das Einbringen von Gebirgsankern, Bewehrungsnetzen, Stahlbögen, Spritzbeton und Verzugselementen.
  • Als Stahlbögen werden Bögen bzw. Bogensegmente aus festvorgegebenen Typenprogrammen (U-Profil, TH-Profil, Gitterbögen usw.) in Form von gewalzten Profilen oder vorgefertigten Bögen verwendet.
  • Ein Gitterträger für den untertägigen Streckenausbau ist beispielsweise aus der EP 0 073 733 B1 beschrieben.
  • Die AT 362 739 B offenbart ein Bogensegment für einen Ausbaubogen von untertägigen Tunneln oder Strecken, welches einen Gitterträgerabschnitt und einen endseitig mit dem Gitterträgerabschnitt verbundenen Gleitprofilabschnitt aufweist. Diese Bogensegmente sollen zu in sich geschlossenen Ausbaurahmen verbunden werden.
  • Durch die DE 1 237 160 A zählt eine Stoßverbindung zwischen Fachwerkträgern zum Stand der Technik, die als Bewehrung einer Tunnelauskleidung aus Beton dienen. Die Fachwerkträger sind Gitterträgerabschnitte und aus Rundeisen hergestellt. An den Enden der Fachwerkträger sind zwischen dem Obergurt und dem Untergurt Profilabschnitte durch Schweißen befestigt und miteinander durch ein Laschenpaar sowie Schrauben und/oder Keile zugfest verbunden.
  • Ein nachgiebiger Verbundausbau ist durch die DE 39 27 446 C1 bekannt. Zum Verbundausbau gehören eine Spritzbetonschicht auf der Wand des den Tunnel bzw. die Strecke umgebenden Gebirges sowie eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Untertageraumes angeordneten Ausbaurahmen aus nach Maßgabe der Gebirgskonvergenz einschubnachgiebig verbundenen Ausbausegmenten und eine Betonhinterfüllung zwischen der Spritzbetonschicht und den Ausbaurahmen. Die Ausbausegmente sind durch Schellen oder ähnliche Verbindungsmittel verbunden. Die Betonhinterfüllung erstreckt sich gegebenenfalls mit Verzugsmatten längs des Untertagesraumes. Zwischen benachbarten Ausbaurahmen befinden sich Verbolzungselemente, die als Quetschelemente ausgeführt sind, die unter dem Einfluss des Gebirgsdrucks zumindest in ihrer Querrichtung zusammenquetschbar sind.
  • Ein Ausbau mit Spritzbeton kann größere Verformungen des Gebirges nicht ohne weiteres schadlos aufnehmen. Bei größeren Verformungserscheinungen kommt es zu Abplatzungen und in weiterer Folge zur Zerstörung der Spritzbetonschale. Aus diesem Grund hat man Stauchelemente in das Ausbausystem integriert. Die Stauchelemente dienen als Gebirgsstützelemente, die den ringförmigen Spritzbetonausbau in Segmente unterteilen und einen überwiegenden Anteil der Verformungen aufnehmen können. Ein in der Praxis sehr gut bewährtes Stauchelement ist aus der EP 2 042 686 B1 bekannt. Das Stauchelement, genannt Wabe, ist zwischen lastverteilenden Platten angeordnet. Es besteht aus flachliegenden Rohrstücken in bedarfsgerechter Rohrdicke und Rohrdurchmesser. Die Stauchelemente sind Teil eines Verbundausbaus aus Rinnenprofilen oder Gitterträgern und einer Betonschale.
  • Ein wabenförmiges Nachgiebigkeitselement geht aus der EP 1 762 698 A1 hervor.
  • Ferner zählt durch die DE 42 21 656 A1 eine nachgiebige Hinterfüllung für den Streckenausbau im Bergbau zum Stand der Technik. Die Hinterfüllung besteht aus hochfestem Beton und verformbaren Quetschelementen, die vorzugsweise Rohrstücke sind.
  • Der aus der DE 38 06 126 C2 bekannte Ausbau sieht Ausgangsrahmen aus Stahlblech vor, die aus Rahmenteilen unter Eingliederung von Nachgiebigkeitselementen gebildet sind. Weiterhin ist eine Außenschale aus schnellaushärtenden Baustoff oder ähnlichem Hinterfüllmaterial vorgesehen.
  • Wie bereits einleitend ausgeführt, bereiten Gebirgsverhältnisse mit hohen Druckbereichen, die bedingt durch geringe geologische Festigkeitsverhältnisse oder hohe Lockergesteinsüberlagerungen auftreten, bei der Herstellung von Tunneln und Strecken generell Probleme. Selbstverständlich ist auch bei homogenen Gebirgsverhältnissen ein zuverlässiges Ausbausystem unerlässlich.
  • Die Wahl des zweckmäßigsten Ausbausystems ist von mehreren Gesichtspunkten abhängig. Neben der Standdauer und der Größe der zu stützenden Fläche sind vor allem die Art und die Größe des zu erwartenden Gebirgsdrucks sowie die mit ihm verbundenen Gebirgsbewegungen maßgebend.
  • Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Ausbausystem für untertägige Strecken und Tunnel zu schaffen, welches logistisch und montagetechnisch vorteilhaft ist und ein sehr gutes Ausbauverhalten mit begrenzter Nachgiebigkeit besitzt.
  • Die das Ausbausystem betreffende Lösung der Aufgabe zeigt Patentanspruch 1 auf.
  • Ein erfindungsgemäßes Ausbausystem für untertägige Tunnel oder Strecken vereint einen nachgiebigen Gleitbogenausbau, einen Ankerausbau sowie einen Betonausbau mit integrierten Stauchelementen. Das Ausbausystem umfasst im Gebirge verspannte Gebirgsanker sowie in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke mit Abstand zueinander angeordnete Ausbaueinheiten, welche aus miteinander nachgiebig verbundenen Bogensegmenten zusammengesetzt sind. Weiterhin ist ein Betonkörper, insbesondere eine Betonschale und integrierte Stauchelemente vorgesehen. Das Ausbausystem ist begrenzt nachgiebig. Hierzu dienen zum einen die integrierten Stauchelemente. Weiterhin sind hierzu die Ausbaueinheiten begrenzt nachgiebig ausgeführt, wobei in einer Ausbaueinheit Gitterträger und Gleitprofile, insbesondere Rinnenprofile, kombiniert sind. Erfindungsgemäß weist ein Bogensegment einen Gitterträgerabschnitt und einen zumindest an einem Ende mit dem Gitterträgerabschnitt gefügten Gleitprofilabschnitt auf. Die Gebirgsanker sind durch die Gitterträgerabschnitte hindurch gesetzt. Bei dem Gleitprofilabschnitt handelt es sich insbesondere um einen Rinnenprofilabschnitt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Rinnenprofilabschnitt um ein sogenanntes TH-Profil (Toussaint-Heintzmann-Profil).
  • Die Gebirgsanker stellen eine körperliche Verbindung der Bogensegmente mit dem Gebirge her, indem die Gitterträgerabschnitte über die Gebirgsanker mit dem Gebirge verkettet sind. Die Gitterträgerabschnitte ihrerseits sind verkettet mit dem Betonkörper. Hierdurch entsteht eine Paneelwirkung, so dass das Ausbausystem mit dem Gebirge verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Bogensegmente und die hieraus zusammengesetzten Ausbaueinheiten verbinden die Vorteile von leichtbauenden Gitterträgern mit der Formänderungsfähigkeit der Ausbaueinheit, die ihm die Gleitprofilabschnitte geben, die in Abhängigkeit von Gebirgsdruck ineinander gleiten können. Ein erfindungsgemäßes Bogensegment zeichnet sich folglich durch sein geringes Gewicht und die damit einhergehende bessere Transportfähigkeit und Montage aus. Ebenso können die Bogensegmente stapelbar gestaltet sein.
  • Das Ausbausystem besteht im Wesentlichen aus der Vorort-Ankerung mittels Gebirgsankern, den begrenzt nachgiebigen Ausbaueinheiten als TH-Profil/Gitterträger-Kombination, den Stauchelementen sowie der Betonschale. Die Betonschale kann als Spritzbeton aufgetragen oder auch als Beton-Hinterfüllung ausgeführt sein.
  • Die aufeinander abgestimmten Systemkomponenten können auf sehr hohem Niveau konvergieren, wobei die Ausbaustützkraft zunehmend größer wird. Nachdem die Gebirgsspannungen sich reduziert haben, kann eine Innenschale eingebracht werden, sofern dies erforderlich ist.
  • Vorzugsweise ist an beiden Enden eines Gitterträgerabschnittes jeweils ein Gleitprofilabschnitt vorgesehen. Zwei Bogensegmente sind unter Eingliederung eines Gleitverbindungsprofils miteinander gekoppelt. Das Gleitverbindungsprofil ist ebenfalls vorzugsweise ein Rinnenprofil, insbesondere ein TH-Profil.
  • Der Gleitprofilabschnitt eines Bogensegmentes und ein Gleitverbindungsprofil überlappen sich im Verbindungsbereich. Über Gleitverbindungsmittel sind der Gleitprofilabschnitt und das Gleitverbindungsprofil so miteinander verbunden, dass die Ausbaueinheit durch Ineinanderschieben von Gleitprofilabschnitt und Gleitverbindungsprofil nachgeben kann. Ein bevorzugtes Gleitverbindungsmittel sind Verbindungsschellen bzw. Verbindungsschlösser.
  • Besonders bevorzugt kann eine Ausbaueinheit ringförmig oder bogenförmig ausgeführt sein. Je nach Einsatz bzw. Anwendungsfall können die Bogensegmente mit ihrer offenen Seite zum Gebirge oder zum Tunnel bzw. Strecke hin verbaut sein.
  • Zusätzlich kann der Gebirgsmantel bzw. die Wand des begrenzenden Gebirges mit einer Spritzbetonschicht versehen sein. Diese wird frühzeitig nach dem Ausbruch eingebracht, um die Eigentragfähigkeit des umgebenden Gebirges zu erhöhen.
  • Weiterhin kann der Gebirgsmantel bzw. die Wand des begrenzenden Gebirges mit Verzugselementen, insbesondere Baustahlmatten, Verzugsmatten oder Maschendraht versehen sein. Diese Maßnahmen tragen zur Gebirgssicherung bei.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Teil der Gebirgsanker durch die Gitterträgerabschnitte hindurch gesetzt sind. Hierdurch können die Bogensegmente in vorteilhafter Weise am bzw. mit dem Gebirge gefügt und verspannt werden. Für die Montage der Bogensegmente werden Anker mit auf die Gitterträger abgestimmten Ankerlaschen verwendet. Dies erleichtert den Einbau und hat auch Einfluss auf den notwendigen Maschinenpark bzw. die maschinelle Ausrüstung.
  • Besonders vorteilhaft sind die Gitterträgerabschnitte als Vier-Gurt-Gitter ausgeführt. Die Gebirgsanker sind dann zwischen den beiden am Gebirge anliegenden Stäben des Gitterträgerabschnitts positioniert bzw. hindurch gesetzt.
  • Die einzelnen Ausbaueinheiten werden je nach ihrer Belastung mit einem bestimmten Bauabstand in Längsrichtung aufgestellt. Um ein Verschieben etwa durch Gebirgsbewegungen zu verhindern bzw. zu vermeiden können die Ausbaueinheiten untereinander durch Distanzelemente, beispielsweise in Form von Distanzeisen bzw. Verbolzungen untereinander zug- und druckfest verbunden sein.
  • Eine das Konvergenzverhalten bzw. Ausbauverhalten des Ausbausystems verbessernde Maßnahme sieht vor, dass mehrere Stauchelemente auf einem Teilkreis versetzt zueinander angeordnet sind. Weiterhin sind in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke eine Vielzahl von Stauchelementen in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet.
  • Wie erwähnt, erfolgt im Rahmen der Erfindung eine Kombination aus starren, im Beton eingebetteten Gitterträgerbögen bzw. -abschnitten in Verbindung mit begrenzt nachgiebigen Gleitprofil-Überlappungen, insbesondere TH-Profil-Überlappungen. Das Maß des Einschubwegs in das Gleitprofil ist auf das Einschubvermögen der Stauchelemente abgestimmt.
  • Die Gitterträgerabschnitte können als Drei-Gurt-Gitter oder als Vier-Gurt-Gitter ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise ist an jedem Ende eines Gitterträgerabschnittes ein Gleitprofilabschnitt vorgesehen. Gitterträgerabschnitt und Gleitprofilabschnitt überlappen sich endseitig und sind miteinander gefügt, insbesondere stoffschlüssig gefügt. Vorzugsweise sind die Bogensegmente stapelbar. Dies hat insbesondere transporttechnische und logistische Vorteile.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch eine mit einem erfindungsgemäßen Ausbausystem ausgebaute Strecke;
    Figur 2
    das Ausbausystem vor und nach einer Lastaufnahme in Folge von Gebirgskonvergenz;
    Figur 3 a) bis c)
    einen Ausschnitt aus einer Ausbaueinheit des Ausbausystems in drei verschiedenen Lastaufnahmesituationen;
    Figur 3 d)
    einen Schnitt durch die Darstellung der Figur 3a) entlang der Linie A-A;
    Figur 4
    ein Bogensegment;
    Figur 5a) und b)
    ein Stauchelement vor einer Lastaufnahme (Figur 5a) und nach der Lastaufnahme (Figur 5b);
    Figur 6a)
    eine Ansicht auf zwei übereinander gestapelte Bogensegmente;
    Figur 6b)
    einen Ausschnitt aus einem Bogensegmenten in einer ersten Ausführungsform;
    Figur 7a)
    eine Ansicht auf zwei übereinander gestapelte Bogensegmente;
    Figur 7b)
    einen Ausschnitt aus einem Bogensegmenten in einer zweiten Ausführungsform;
    Figur 8
    in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Ausbausystems und
    Figur 9
    einen Ausschnitt aus dem Ausbausystem in einer anderen Ansicht.
  • Anhand der Figuren 1 bis 9 ist ein erfindungsgemäßes Ausbausystem und dessen Systemkomponenten erläutert.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen Querschnitt durch eine untertägige Strecke. Das Ausbausystem umfasst im Gebirge G verspannte Gebirgsanker 1. Die Gebirgsanker 1 sind unmittelbar nach dem Ausbruch des Streckenquerschnitts in das Gebirge G eingebracht worden. Der Gebirgsmantel ist weiterhin mit Verzugselementen 2 in Form von Maschendraht ausgekleidet. In Längsrichtung der Strecke sind mit Abstand zueinander angeordnete Ausbaueinheiten 3 eingebracht (siehe auch Figuren 8 und 9). Vorliegend sind die Ausbaueinheiten 3 in Ringform ausgeführt für einen kreisrunden Streckenquerschnitt. Das Ausbausystem ist so eingebracht, dass das geforderte Lichtraumprofil des Streckenquerschnitts eingestellt wird. Dementsprechend wird vor dem Betrieb der Strecke ein größeres Ausbruchprofil aufgefahren. Dies ist notwendig, da um den bergmännischen Hohlraum herum sekundäre Spannungszustände liegen, die das Gestein bzw. das Gebirge mechanisch belasten.
  • Die Ausbaueinheiten 3 bestehen aus nachgiebig verbundenen Bogensegmenten 4. Der Hohlraum zwischen dem Gebirgsmantel und den Ausbaueinheiten 3 ist durch einen schalenförmigen Betonkörper 5 verfüllt. Der Betonkörper 5 ist in Spritzbetonausführung erstellt. Weiterhin sind im Betonkörper 5 integrierte Stauchelemente 6 vorgesehen.
  • Das Ausbausystem ist begrenzt nachgiebig. Die Nachgiebigkeit wird einerseits gewährleistet durch die integrierten Stauchelemente 6 (siehe hierzu auch Figur 5).
  • Weiterhin sind die Ausbaueinheiten 3 begrenzt nachgiebig ausgeführt. Ein Bogensegment 4 weist einen Gitterträgerabschnitt 7 auf. Jeweils am Ende 8, 9 eines Gitterträgerabschnittes 7 ist ein Gleitprofilabschnitt 10 mit dem Gitterträgerabschnitt 7 gefügt. Bei dem Gleitprofilabschnitt 10 handelt es sich um einen Rinnenprofilabschnitt (TH-Profil).
  • Innerhalb des Ausbausystems sind mehrere Stauchelemente 6 auf einem Teilkreis versetzt zueinander angeordnet (siehe Figuren 1 und 2). Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind in gleichmäßigem Abstand über den Umfang insgesamt zwölf Stauchelemente 6 integriert. Des Weiteren sind in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke eine Vielzahl von Stauchelementen 6 in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet (vgl. Figuren 8 und 9). Die Stauchelemente 6 sind jeweils benachbart zum Verbindungsbereich zwischen zwei Bogensegmenten 4, zwischen zwei Ausbaueinheiten 3 angeordnet.
  • Ein Bogensegment 4 ist näher zu erkennen in der Figur 4. Das Bogensegment 4 weist einen Gitterträgerabschnitt 7 auf. An jedem Ende 8, 9 ist ein Gleitprofilabschnitt 10 in Form eines glockenförmigen Rinnenprofilabschnitts gefügt. Der Gitterträgerabschnitt 7 weist in seiner Längsrichtung erstreckende Stäbe 11, 12 (Obergurt und Untergurt) auf sowie die Stäbe 11, 12 verbindende Diagonalstreben 13. Zwei Ausführungsformen von Gitterträgerabschnitten sind in den Figuren 6a) und 7a) dargestellt. Bei dem Gitterträgerabschnitt 7' handelt es sich um einen als Drei-Gurt-Gitter ausführten Gitterträgerabschnitt. Bei dem in der Figur 7a) dargestellten Bogensegment ist der Gitterträgerabschnitt 7" als Vier-Gurt-Gitter ausgeführt. Auch anhand der Figuren 6b) und 7b) erkennt man, dass sich der Gitterträgerabschnitt 7', 7" und der Gleitprofilabschnitt 10 endseitig überlappen und im Überlappungsbereich insbesondere stoffschlüssig durch Verschweißen gefügt sind.
  • Die Bogensegmente 4 sind untereinander über ein Gleitverbindungsprofil 14 miteinander gekoppelt. Das Gleitverbindungsprofil 14 erstreckt sich zwischen dem Gleitprofilabschnitt 10 zweier in Umfangsrichtung benachbart aufeinanderfolgender Bogensegmente 4. Das Gleitverbindungsprofil 14 und die Gleitprofilabschnitte 10 zweier Bogensegmente 4 überlappen sich im Verbindungsbereich 15 und sind über Gleitverbindungsmittel 16 in Form von Reibschlössern mit Oberlasche 17 und Unterlasche 18 miteinander verbunden. Die Verbindung ist dergestalt, dass die Ausbaueinheit 3 durch Ineinanderschieben der Gleitprofilabschnitte 10 und des Gleitverbindungsprofils 14 nachgeben kann. Dies ist durch die Darstellung der Figuren 3a) bis 3c) verdeutlicht. Die Figur 3a) zeigt die Situation, bei der die Ausbaueinheit 3 noch keine Last aus dem Gebirge aufgenommen hat. Die Gleitprofilabschnitte 10 bzw. die freien Ende der Gleitprofilabschnitte 10 zweier benachbarter Bogensegmente 4 sind unter Eingliederung des Gleitverbindungsprofils 14 mit Abstand zueinander angeordnet. Mit zunehmender Lastaufnahme durch Gebirgskonvergenz schieben sich die Gleitprofilabschnitte 10 über das Gleitverbindungsprofil 14 (Figur 3b) bis sie die komplette Nachgiebigkeitsstrecke ausgenutzt haben und stoßseitig aneinander liegen (Figur 3c).
  • Die Figur 5 verdeutlicht ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Ausbausystems zum Einsatz gelangendes Stauchelement 6. Das Stauchelement 6 besteht aus flachliegenden Rohrstücken 19 in bedarfsgerechter Rohrdicke und Rohrdurchmesser, die zwischen lastverteilenden Platten 20 angeordnet sind. Die Stauchelemente 6 erlauben die Kraftaufnahme sowohl in tangentialer (Normalkraft) als auch in radialer Richtung (Querkraft) sowie in axialer Richtung (Längskraft in Vortriebsrichtung). Die gewählte Last-Weg-Charakteristik ist abhängig von der Auswahl der verwendeten Rohrstücke 19 und ist steuerbar über die Rohrdimensionierung (Rohrdurchmesser, Rohrdicke, Rohrstücklänge sowie die Wahl des Materials und der Stahlqualität). Die Bauart der Stauchelemente 6 lässt es zu, während der Gebirgsverformung die Lastaufnahme den individuellen Gebirgsverhältnissen anzupassen. Dies geschieht, indem man in die vorhandenen Rohrstücke 19 weitere Rohrstücke einschiebt. Die temporäre Aushärtung des Spritzbetons wird durch das Verformungsvermögen der Stauchelemente 6 (Verformung der Rohrabschnitte) unterstützt und verhindert so weitestgehend Brüche in der Spritzbetonschale.
  • Wie insbesondere auch in den Figuren 8 und 9 zu erkennen ist, sind die Bogensegmente 4 durch Gebirgsanker 1 im bzw. mit dem Gebirge G fixiert, wobei Gebirgsanker 1 durch die Gitterträgerabschnitte 7 hindurchgesetzt sind. Hierbei sind die Bogensegmente 4 über in der Kontur an die Gitterträgerabschnitte 7 angepasste Ankerplatten 21 über Gebirgsanker 1 mit dem Gebirge G verspannt.
  • In der Figur 2 ist das Nachgiebigkeitsverhalten des erfindungsgemäßen Ausbausystems nochmals verdeutlicht. Der äußere Ring der Ausbaueinheit 3 zeigt die Situation vor der Konvergenz. Hierbei hat die ringförmige Ausbaueinheit 3 einen äußeren Durchmesser D1 von beispielsweise 13.000 cm. Die innere Darstellung der Ausbaueinheit 3 verdeutlicht die Situation nach der Konvergenz. Die Ausbaueinheit 3 hat sich durch Ineinanderschieben der Gleitprofilabschnitte 10 und des Gleitverbindungsprofils 14 auf einen Durchmesser von 12.200 cm verringert. Gleichzeitig haben die Stauchelemente 6 Last aufgenommen und sind zusammen gequetscht worden. Ein Stauchelement vor der Lastaufnahme und nach der Lastaufnahme zeigen die Figuren 5a) und 5b).
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Gebirgsanker
    2 -
    Verzugselement
    3 -
    Ausbaueinheit
    4 -
    Bogensegment
    5 -
    Beton körper
    6 -
    Stauchelement
    7 -
    Gitterträgerabschnitt
    7' -
    Gitterträgerabschnitt
    7" -
    Gitterträgerabschnitt
    8 -
    Ende von 7
    9 -
    Ende von 7
    10 -
    Gleitprofilabschnitt
    11 -
    Stab
    12 -
    Stab
    13 -
    Diagonalstrebe
    14 -
    Gleitverbindungsprofil
    15 -
    Verbindungsbereich
    16 -
    Gleitverbindungsmittel
    17 -
    Oberlasche
    18 -
    Unterlasche
    19 -
    Rohrstück
    20 -
    Platte
    21 -
    Ankerplatte
    G -
    Gebirge
    D1 -
    Durchmesser
    D2 -
    Durchmesser

Claims (10)

  1. Ausbausystem für untertägige Tunnel oder Strecken, umfassend im Gebirge (G) verspannte Gebirgsanker (1) und in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke mit Abstand zueinander angeordnete Ausbaueinheiten (3), welche aus miteinander nachgiebig verbundenen Bogensegmenten (4) zusammengesetzt sind sowie einen Betonkörper (5) und integrierte Stauchelemente (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein Bogensegment (4) einen Gitterträgerabschnitt (7, 7', 7") und einen endseitig mit dem Gitterträgerabschnitt (7, 7', 7") gefügten Gleitprofilabschnitt (10), insbesondere einen Rinnenprofilabschnitt, aufweist, wobei die Gebirgsanker (1) durch die Gitterträgerabschnitte (7, 7', 7") hindurch gesetzt sind.
  2. Ausbausystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden (8, 9) des Gitterträgerabschnitts (7) ein Gleitprofilabschnitt (10) vorgesehen ist.
  3. Ausbausystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bogensegmente (4) unter Eingliederung eines Gleitverbindungsprofils (16) miteinander gekoppelt sind.
  4. Ausbausystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitprofilabschnitt (10) eines Bogensegments (4) und ein Gleitverbindungsprofil (14) sich im Verbindungsbereich (15) überlappen und über Gleitverbindungsmittel (16) so miteinander verbunden sind, die Ausbaueinheit (3) durch Ineinanderschieben der Gleitprofilabschnitts (10) und des Gleitverbindungsprofils (14) nachgeben kann.
  5. Ausbausystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des begrenzenden Gebirges (G) mit einer Spritzbetonschicht versehen ist.
  6. Ausbausystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des begrenzenden Gebirges (G) mit Verzugselementen (2), insbesondere Baustahl- bzw. Verzugsmatten oder Maschendraht, versehen ist.
  7. Ausbausystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterträgerabschnitt (7") als Vier-Gurt-Gitter ausgeführt ist und die Gebirgsanker (1) zwischen den beiden am Gebirge (G) anliegenden Stäben (11) gesetzt sind.
  8. Ausbausystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Längsrichtung benachbarte Ausbaueinheiten (3) Distanzelemente eingegliedert sind.
  9. Ausbausystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stauchelemente (6) auf einem Teilkreis versetzt zueinander angeordnet sind.
  10. Ausbausystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung des Tunnels bzw. der Strecke eine Vielzahl von Stauchelementen (6) in einer Reihe aufeinander folgend angeordnet sind.
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