DE3145939C2

DE3145939C2 - Schachtausbau mit einem tragenden, gleitenden Innenausbauzylinder

Info

Publication number: DE3145939C2
Application number: DE19813145939
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Prof. Dr.-Ing. 4370 Marl Lütgendorf
Original assignee: GEWERKSCHAFT AUGUSTE VICTORIA 4370 MARL DE; GEWERKSCHAFT AUGUSTE VICTORIA 4370 MARL
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3145939A1

Abstract

Ein Schachtausbau (1) für den Ausbau tiefer Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge (2) besitzt einen wasserdichten, tragenden, gleitenden Innenausbau zylinder (4) mit einem äußeren Stahlmantel (8). Der Innenausbauzylinder ist koaxial in einem äußeren Ausbauzylinder (3) angeordnet und von diesem durch eine mit einer Gleitflüssigkeit (5), zum Beispiel weichem Asphalt, gefüllte Ringfuge (5) beabstandet. Um einen leichten und somit möglichst wirtschaftlichen Innenausbau (4) zu erhalten, weist die Gleitflüssigkeit (5) ein mit größerer Teufe zunehmendes spezifisches Gewicht auf. Das im oberen Teufenbereich relativ geringe spezifische Gewicht gestattet einen leichten Innenausbau (4), während das relativ hohe spezifische Gewicht im mittleren und unteren Teufenbereich die Stabilität des dort schwereren Innenausbaus gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tiefer, im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, mit mindestens einem von einem Stahlmantel umgebenen tragenden, gleitenden innen Ausbauzylinder, der mit radialem Abstand innerhalb eines äußeren Ausbauzylinders unter Bildung einer Ringfuge angeordnet ist, die mit Gleitflüssigkeit, zum Beispiel Asphalt gefüllt ist.

Ein derartiger Schachtausbau ist zum Beispiel aus der DE-PS 28 23 950 bekannt. Die Besonderheit dieses bekannten Schachtausbaus besteht darin, daß das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit so eingestellt ist. daß es das spezifische Gewicht von Wasser nur geringfügig übersteigt; der äußere Ausbau ist hierbei als tragender Ausbau ausgebildet, er bildet einen sogenannten »Sieoausbau«, bei dem die Fugen wasserdurchlässig sind, so daß sich am Innenmantel des äußeren Ausbaus der Wasserdruck einstellen kann, wodurch der äußere Ausbau selbst dann nur noch den Gebirgsdruck aufnehmen muß. Der Vorteil dieses Schachtausbaus liegt darin, daß der äußere Ausbauzylinder nur den Differenzdruck von äußerem Gebirgs- und Wasserdruck einerseits und dem von innen wirkenden Gleitflüssigkeitsdruck aufzunehmen braucht.
Bei Schächten mit kleinen und mittleren Teufen, etwa bis zu einem Bereich von 500 m, ist ein solcher Schachtausbau problemlos zu realisieren, wobei der Vorteil erzielt wird, daß die auf den Innenausbau wirkenden Horizontalkräfte aufgrund des relativ geringen Gewichts der Gleitflüssigkeit niedrig sind, so daß der Innenausbau entsprechend leicht ausgebildet sein kann. Hierdurch verringern sich auch die auf das Fundament einwirkenden Vertikalkräfte, so daß das Fundament nicht so stark dimensioniert werden muß.

Bei größeren Teufen jedoch ist man gezwungen, den Innenausbau stärker auszulegen, da einmal der durch die Gleitflüssigkeit hervorgerufene Horizontaldruck auf den Innenausbau größer wird, und andererseits die von dem tragenden Innenausbau aufzunehmenden Vertikalkräfte beträchtlich ansteigen.

Das größere Gewicht im unteren Bereich des Innenausbaus wirft allerdings bei dem oben erläuterten bekannten Schachtausbau Probleme auf: Damit die Gleitflüssigkeit den Innenausbau gleichsam wie einen

Schwimmkörper stabilisieren kann, muß das Gewicht der durch den Innenausbau verdrängten Gleitflüssigkeit größer sein als das des Innenausbaus selbst 1st man aber durch die oben aufgezeigten Umstände gezwungen, den Innenausbau bei größeren Teufen verstärkt auszubilden, das heißt in aller Regel: schwerer zu machen, so ist die genannte Stabilitätsbedingung bei einem spezifischen Gewicht, welches dasjenige von Wasser nur gerinfügig übersteigt, nicht mehr erfüllt Folglich müßte man das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit in an sich bekannter Weise höher, zum Beispiel auf 13 einstellen, um die Stabilitätsbedingung zu erfüllen. Eine solche Maßnahme hätte aber zur Folge, daß nicht nur das auf das Fundament einwirkende Gesamtgewicht der Gleitflüssigkeit anstiege, sondern daß auch das Gesamtgewicht des Innenausbaus höher wäre, weil dann auch bei geringeren Teufen der Innenausbau verstärkt werden müßte, um die höheren Horizontalkräfte aufnehmen zu können. Abgesehen von dem hierdurch bedingten höheren Materialaufwand für den Innenausbau müßte auch das Fundament entsprechend aufwendiger dimensioniert werden, um die höheren Vertikalkräfte aufnehmen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schachtausbau der eingangs angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß das Gewicht des inneren Ausbauzylinders weiter herabgesetzt werden kann, ohne daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Horizontaldrücken und damit die Sicherheit des Ausbaus beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleitflüssigkeit ein mit größerer Teufe zunehmendes spezifisches Gewicht aufweist.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Schachtausbauter. der hier in Rede stehenden Art ist das spezifische Geweht der Gleitflüssigkeit also nicht über den gesamten Teufenbereich konstant, sondern nimmt mit zunehmender T°ufe zu. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der innere Ausbauzylinder im oberen Teufenbereich in der »leichteren« Gleitflüssigkeit *o schwimmt und dadurch stabilisiert wird, während im unteren Teufenbereich der dort schwerere Innenausbau in der dort »schwereren« Gleitflüssigkeit zu schwimmen vermag. Es wird auf diese Weise ohne Einbuße der Widerstandsfähigkeit«bezüglich Horizontaldrücken ein « leichterer und aufgrund der Materialersparnis kostengünstigerer Innenausbau ermöglicht. Das relativ geringe Gewicht des Innenausbaus macht es ferner möglich, das Fundament entsprechend weniger stabil auszubilden, was zu einer weiteren Ersparnis führt.

Hinsichtlich der Wirtschaflichkeit des Innenausbaus erzielt man die besten Ergebnisse, wenn man bei einem Schachtausbau, bei dem der äußere Ausbauzylinder wenigstens in einem oberen und/oder mittleren Teufenbereich als sogenannter Siebausbau ausgebildet ist, das heißt als wasserdurchlässiger, tragender Ausbau, vorsieht, daß das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit weitestgehend nur etwas höher als dasjenige von Wasser eingestellt ist, mit der Maßgabe, daß das auf einen Teufenabschnitt bezogene Gewicht des inneren Ausbauzylinders geringer ist als das Gewicht der im gleichen Abschnitt verdrängten Gleitflüssigkeit. In dem Bestreben, die Vorteile des Schachtausbaus gemäß der oben erwähnten DE-PS 28 23 950 weitestgehend auszunutzen, wird bei der Einstellung des spezifischen Gewichts der Gleitflüssigkei' darauf geachtet, daß die oben genannte Stabilitätsbedingung erfüllt ist, das heißt daß der Auftrieb gewährleistet ist, indem das Gewicht eines Teufenabschnitts des inneren Ausbauzylinders geringer ist als das Gewicht des durch den betreffenden Innenausbauabschnitt verdrängten Gleitmittels.

Zwar ist es bereits aus der DE-AS 12 84 387 an sich bekaint, das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit bei einem Schachtausbau der in Rede stehenden Gattung zu differenzieren; jedoch wird bei diesem bekannten Schachtausbau die Differenzierung nicht in Abhängigkeit von der Teufe vorgenommen, sondern dort erfolgt die Differenzierung in radialer Richtung in bezug auf verschiedene Ringfugen, die dort durch mehrere ineinanderstehende Ausbauzylinder gebildet werden. Zwar erweist sich die vorliegende Erfindung als besonders vorteilhaft, wenn im oberen und mittleren Teufenbereich ein sogenannter »Siebausbau« verwendet wird, jedoch ist eine Differenzierung des spezifischen Gewichts der Gleitflüssigkeit in Abhängigkeit der Teufe auch bei einem Schachtausbau der in der DE-AS 12 84 387 beschriebenen Art möglich. Da auch dort gegebenenfalls in größeren Teufen die Ausbauzylinder aufgrund des höheren Drucks entsprechend stark ausgebildet sein müssen, läßt sich auch dort eine Optimierung durch die erfindungsgemäße Maßnahme erreichen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kann auch bei einem Schachtausbau mit in Form eines »Siebausbaus« ausgelegtem äußeren Ausbau angewendet werden, wenn aufgrund besonderer Gebirgseigenschaften höhere Gebirgsdrücke gegeben sind, beispielsweise durch tonige Schichten, bei denen der Gebirgsdruck nicht durch die übliche Wichte von 0,3 sondern durch eine Wichte von bis zu 0,8 bestimmt wird. Legt man bei solchen Fällen den äußeren Ausbauzylinder so aus, daß er dem Gebirgsdruck entsprechend einer Wichte von 0,3 standhält, so wird das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit beispielsweise auf 1.5 oder 1,6 eingestellt, so daß die Summe aus diesem auf der Innenseite des äußeren Ausbauzylinders vorliegenden Gegen-lruck der Gleitflüssigkeil und seiner Tragfähigkeit von 0,3 gleich oder etwas höher ist als der höhere Gesamtdruck bei tonigen Schichten auf der Außenseite des äußeren Ausbauzylinders.

Wenn keine besonders starken Gebirgsdrücke beispielsweise durch tonige Gebirgsschichten zu erwarten sind, erhält man einen besonders kostengünstigen Ausbau dadurch, daß das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit bis zu einer oberen Grenzteufe bei etwa 500 m im wesentlichen konstant ist. vorzugsweise circa 1,02 bis 1,05 beträgt, bis zu einer unteren Grenzteufe von zum Beispiel 1000 m kontinuierlich oder stufenweise bis zu einem Wert von circa 1,3 ansteigt, und bei größeren Teufen einen Wert von mehr als 1,3 besitzt, wobei der äußere Ausbau unterhalb der unteren Grenzteufe vorzugsweise nicht mehr als tragender Ausbau ausgebildet ist.

Die obere Grenzteufe wird dann erreicht, wenn das Gewicht des inneren Ausbauzylinders in einem Abschnitt größer ist als das Gewicht der in diesem Abschnitt verdrängten Gleitflüssigkeit. Dies sei an einem Zahlenbeispiel verdeutlicht:

Der innere Ausbauzylinder habe einen konstanten Außendurchmesser von 9 m und einen von 8 m auf 6,7Cm abnehmenden Innendurchmesser. Das spezifische Gewicht (Wichte) der Gleitflüssigkeit betrage im oberen Teufenbereich 1,05. Bei entsprechendem Innenausbau hat dieser zwischen 400 und 500 m Teufe ein Gewicht von circa 6500 t, in dem darauffolgenden 100 m Abschnitt ein Gewicht von circa 6800 t. Das Gewicht

der verdrängten Gleitflüssigkcit in einem solchen 100 rn Abschnitt errechnet sich bei einer Wichte von 1,05 bis zu etwa 67001. Man erkennt also, daß, um die Stabilität des Innenausbaus zu gewiährleisten, bei größeren Teufen ein höheres spezifisches Gewicht eingestellt werden muß.

Zusätzlich zu den Vorteilen in wirtschaftlicher Hinsicht wird, wenn es sich um einen einziehenden Schacht handelt, durch den konischen Innenmantel des Innenausbaus auch noch eine günstige Wetterführung ermöglicht, indem der Innenmantel als Beschleunigungsstrecke dient.

Wenn man vorsieht, daß der innere Ausbauzylinder auch noch einen mit zunehmender Teufe geringeren Außendurchmesser besitzt, gewährleistet die Gleitflüssigkeit die Stabilisierung des inneren Ausbauzylinders in vertikaler Richtung durch Auftrieb, weii der Flüssigkeitsdruck auf die horizontale Projektion des Außenmantels wirkt.

Wenn bei einem Schachtausbau der Außendurchmesser des Innenausbaus mit zunehmender Teufe größer wird, sieht die Erfindung vor, daß in einer oder mehreren Teufenzonen über die Schachtteufe am Außenmantel des gleitenden Ausbaus in die Ringfuge ragende Zwischenabstützungen angebracht sind, die horizontale Stützkräfte übertragen, jedoch keine vertikalen Kräfte aufnehmen, und daß die Zwischenabstützungen derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie den vertikalen Durchfluß der Gleitflüssigkeit nicht verhindern.

Bei dem Schachtausbau mit sich nach unten vergrößerndem Außendurchmesser des inneren Ausbauzylinders kann die Stabilität des Ausbaus bei Krümmung der Schachtachse durch die zusätzliche axial wirkende Auflast der Gleitflüssigkeit gefährdet sein. Bei Neigung der Schachtachse erzeugt die in Achsrichtung wirkende Auflast eine Seitenkraftkomponente. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Zwischenabstützungen wird dieser Seitenkraft entgegengewirkt, so daß der Innenausbau an den Zwischenabstützungen durch über den Außenausbau in das Gebirge abgeleitete Stützkräfte festgehalten wird.

Einen leicht krümmungsfähigen inneren Ausbauzylinder erhält man insbesondere in größeren Teufen dadurch, daß der innere Ausbauzylinder in an sich bekannter Weise aus gestapelten Verbundringen besteht, deren den Beton umgebenden harten Stahlmäntel über aus weichem Stahl bestehenden Dehnringe wasserdicht verbunden sind. Die lose aufeinander gestapelten Ringe können bei Krümmungen der Schachtachse einseitig etwas voneinander abheben, wobei die harten Stahlmänte! dennoch gewährleisten, daß die großen Horizontaidrücke sicher aufgenommen werden. Die relativ weichen Dehnringe verformen sich bei einem solchen Biegevorgang dagegen plastisch, so daß die auftretenden vertikalen Druck- und Zugspannungen gering sind.

Bei Biegebeanspruchung des Innenausbaus, hervorgerufen beispielsweise durch den schachtnahen Abbau von Kohle, ist dann eine Verformung des Innenausbaus ohne Beeinflussung der lotrechten Spannungsverteilung in dem Ausbau möglich, wenn der innere Ausbauzylinder durch Flüssigkeitsgelenke in Abschnitte unterteilt ist Eine Unterteilung des inneren Ausbauzylinders durch Gelenke in mehrere gegeneinander abbiegbare Abschnitte ist aus der DE-OS 29 12 989 an sich bekannt. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Flüssigkeitsgelenke jeweils als flüssigkeitsgefüllte Stahlhohlkörper ausgebildet sind und aus zwei im wesentlichen parallel angeordneten Ringscheiben bestehen, deren Innen- beziehungsweise Außenkanten miteinander durch einen Druck- beziehungsweise Zugring verbunden sind, wobei Druck- und Zugringe gewölbt und in vertikaler Richtung im Sinne einer Höhenzu- oder -abnähme verformbar sind. Bei Biegebeanspruchung des Innenausbaus verformt sich dieser demnach polygonartig, wobei die Ecken des Polygons an den Stellen der Flüssigkeitsgelenke liegen. Durch diese Maßnahme kann die ίο Spannungsverteilung in dem Ausbau relativ gut beherrscht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Schachtausbaus;

F i g. 2 eine Schnittansicht eines Teils des Schachtausbaus gemäß F i g. 1 am unteren Ende des oberen Teufenbereichs;

F i g. 3 eine Schnittansicht eines Teils des Schachtausbaus gemäß Fig. 1 im unteren Teil des mittleren Teufenbereichs;

F i g. 4 eine Schnittansicht eines Teils des Schachtausbaus gemäß F i g. 1 im Bereich des Fundaments;
F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Fig. 4;

F i g. 6 eine Teil-Längsschnittansicht zweier Verbundringe mit Stahlmantel und zwischen den Stahlmänteln angeschweißten Dehnstreifen;

Fig. 7 eine modifizierte Ausführung der Anordnung gemäß Fig. 6;

F i g. 8 den Grundriß von Zwischenabstützungen einer Teufenzone, und

F i g. 8a den lotrechten Schnitt durch eine Zwischenabstützung.

Der in F i g. 1 dargestellte Schachtausbau 1 ist im Gefrierverfahren in das wasserführende Gebirge 2 niedergebracht. Ein äußerer Ausbauzylinder 3 und ein Innenausbauzylinder 4 bilden zwischen sich eine etwa größenordnungsmäßig I dm breite Ringfuge, in die eine Gleitflüssigkeit 5, beispielsweise weicher Asphalt, gefüllt ist.

Eine obere Grenzteufe 6 und eine untere Grenzteufe 7 unterteilen den gesamten Teufenbereich in einen oberen Teufenbereich A, einen mittleren Teufenbereich B sowie einen unteren Teufenbereich C Unter »Grenzteufe« soll hier diejenige Teufe verstanden werden, ab der der Innenausbau 4 und/oder die Gleitflüssigkeit 5 einen bezüglich des darüberliegenden Teufenbereichs unterschiedlichen Aufbau, beziehungsweise Zusammensetzung (Wichte) aufweisen.

in dem oberen Teufenbereich A kann der Schachtausbau 1 beispielsweise in der in der DE-PS 28 23 950 dargestellten Weise ausgebildet sein. Der dem Teufenbereich A zugeordnete Abschnitt 4a des Innenausbaus besteht aus einem sich bis zur oberen Grenzteufe 6 durchgehend erstreckenden wasserdichten Stahlmantel 8, der eine Betonschale 9 umgibt. Die Gleitflüssigkeit ist in dem oberen Teufenbereich A auf etwa 1,02 bis 1,05 eingestellt Der äußere Ausbauzylinder 3 ist in dem oberen Teufenbereich A als tragender Ausbauzylinder ausgebildet, beispielsweise handelt es sich um ein Trockenmauerwerk aus hochfesten Betonformsteinen mit drucknachgiebigen Spanplatten in den vertikalen und horizontalen Fugen (sogenannter »Siebausbau«). F i g. 2 zeigt den unteren, mit der oberen Grenzteufe 6 abschließenden Teil des Schachtausbaus im Teufenbereich A. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verbreitern

sich die Betonringe 10 im unteren Teil des Teufenbereichs A stufenweise. Hierdurch verengt sich der Innendurchmesser des Innenausbaus mit zunehmender Teufe. Die obere Grenzteufe 6 entspricht etwa 500 m. Das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit 5 in dem oberen Teufenbereich A ist also mit dem genannten Wert so eingestellt, daß auf den Außenmantel des Innenausbaus ein horizontaler Druck ausgeübt wird, der etwas höher ist als derjenige von Wasser. Der gleiche Druck wirkt auf die Innenseite des äußeren Ausbauzylinders 3. Daher braucht der Außenmantel des äußeren Ausbauzylinders 3 nur denjenigen Druck aufzunehmen, der sich ergibt, wenn man von der Summe der von außen einwirkenden Wasser- und Gebirgsdruckwerte den von innen wirkender. Druck subtrahiert: an diesem Mantel wirkt also praktisch lediglich der Gebirgsdruck.

Im mittleren Teufenbereich B besteht der äußere Ausbauzylinder 3 ebenfalls aus wasserdurchlässigem Mauerwerk. Die Abschnitte 4b bis 4/des Innenausbaus im mittleren Teufenbereich B bestehen jeweils aus Verbundringen, das heißt Betonringen 11 (siehe F i g. 3), die von einzelnen Stahlmänteln 12 aus hartem Stahl mit hoher Fließgrenze umgeben sind.

Die Stahlmäntel der Betonringe schließen nicht bündig mit den flachen, parallelen Stirnseiten der Betonringe 11 ab, sondern sind etwas verkürzt. Die einander zugewandten Stirnseiten benachbarter Stahlmäntel sind miteinander durch verschweißte Dehnringe verbunden, so daß der gesamte Außenmantel des Innenausbaus wasserdicht ist. Der spezielle Aufbau dieser Verbundringe soll weiter unten noch näher erläutert werden.

Wie in Fig.! und 3 angedeutet ist, nimmt die Stärke der Stahlmäntel 12 mit zunehmender Teufe zu, wobei beispie.sweise jeweils drei oder fünf. oder mehr benachbarte Stahlringe gleich dick sind. Bei dem Schachtausbau 1 gemäß F i g. 1 sind die Stahlringe in den Abschnitten 4b und 4/Tünffach abgestuft.

Die Gleitflüssigkeit 5 im mittleren Teufenbereich B weist ein entsprechend den Abschnitten 4b bis 4/ abgestuft zunehmendes spezifisches Gewicht auf. Im unteren Teil des mittleren Teufenbereichs B vor der unteren Grenzteufe 7, die bei etwa 1000 m liegt, beträgt das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit etwa 1,3. Das spezifische Gewicht wird also mit zunehmender Teufe von circa 1,05 bis auf den Wert von 1,3 stufenweise erhöht.

Im Bereich der unteren Grenzteufe 7 heben sich der von innen auf den äußeren Ausbauzylinder 3 einwirkende horizontale Druck und der von außen auf den äußeren Ausbauzyünder 3 einwirkende kombinierte Gebirgs- und Wasserdruck etwa auf. (Der Gebirgsdruck entspricht einem spezifischen Gewicht von 0,3.)

Im unteren Teufenbereich C unterteilt sich der Innenausbauzylinder 4 in die Abschnitte 4g und 4h. Der Innenausbau besteht hier ebenfalls aus Verbundringen, jedoch weisen diese im Gegensatz zu den Verbundringen des mittleren Teufenbereichs B noch stärkere äußere Stahlringe 12' sowie innere Stahlringe 13 auf.

Fig.5 zeigt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit X aus F i g. 4. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Breite der Betonringe 11 bei etwa gleicher Stahlmantelstärke zweimal etwas abgestuft, so daß sich dort der Innendurchmesser des Innenausbaus verringert Zwei benachbarte Stahlmäntel oder -ringe 12', die aus einem harten Stahl mit hoher Fließgrenze bestehen, sind über einen Dehnring 14 aneinandergeschweißt Die jeweils untere Schweißnaht kann bei der Vormontage angebracht werden, die obere Schweißnaht wird vor Ort angebracht. Die Dehnringe 14 bestehen aus relativ weichem Stahl mit niedriger Fließgrenze.

Auch wenn die inneren Stahlringe 13 nicht gegeneinander abgestuft sind, sondern miteinander fluchten, sind sie nicht aneinander geschweißt, damit der Innenmantel des Innenausbaus im Gegensatz zu dem Außenmantel wasserdurchlässig ist.

Der äußere Ausbauzylinder 3 hat in dem unteren Teufenbereich C keine tragende Funktion, weil der auf die Innenfläche des äußeren Ausbauzylinders einwirkende Druck in diesem unteren Teufenbereich größer ist als der auf den Außenmantel des äußeren Ausbauzylinders einwirkende Horizontaldruck; denn in diesem unteren Teufenbereich übersteigt das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit 5 den Wert von 1,3. Der tatsächliche Wert des spezifischen Gewichts der Gleitflüssigkeit in diesem Bereich kann beträchtlich über 1,3 liegen, und zwar abhängig von dem Gewicht des Innenausbaus der Abschnitte 4gund 4Λ.

Der obere Rand eines Fundaments 15 steht mit dem unteren Rand des Innenausbaus 4 und der Gleitflüssigkeit 5 über ein Flüssigkeitsgelenk 17 in Verbindung. Derartige Flüssigkeitsgelenke 17 sind auch innerhalb des Innenausbauzylinders selbst an mehreren Stellen vorgesehen, auch wenn dies in F i g. 1 nicht im einzelnen dargestellt ist.

Die Fig.4 und 5 zeigen im einzelnen eines von mehreren Flüssigkeitsgelenken 17, die den Innenausbau in mehrere Abschnitte unterteilen, beziehungsweise von denen eines auf dem Fundament aufliegt.

Wie Fig. 5 im Detail verdeutlicht, ist ein solches Flüssigkeitsgelenk 17 als ringförmiger, mit einer Flüssigkeit F gefüllter Stahlhohlkörper ausgebildet. Dieser Stahlhohlkörper besteht aus einer oberen Ringplatte 18a, einer unteren Ringplatte 18i>, einem gewölbten Druckring 19 und einem ebenfalls gewölbten Zugring 20. Als Flüssigkeit Fkommt bevorzugt Wasser in Betracht, dem Korrosions- und Frostschutzmittel zugefügt ist, oder andere Flüssigkeiten, die bei Temperaturen zwischen +7O⁰C und —50⁰C unter Drücken bis 200 bar fließfähig bleiben und keine Innenkorrosion des Stahlbehälters verursachen. Wie eingangs bereits allgemein ausgeführt wurde, wird hier das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit 5 etwas größer als das von Wasser gewählt, jedoch mindestens so groß, das das Gewicht der verdrängten Gleitflüssigkeit in jedem Abschnitt größer ist als das Gewicht des Innenausbaus in dem entsprechenden Abschnitt. Wenn nun der Schachtausbau beispielsweise infolge von Abbau und dadurch bedingte Gebirgsverschiebungen einer Biegebeanspruchung ausgesetzt wird, so krümmt sich der Schachtausbau nicht kontinuierlich, sondern polygonförmig, wobei die Ecken dieses Polygons gebildet werden durch die über die Länge des Schachtausbaus verteilten Flüssigkeitsgelenke 17. Auf einer Seite des Schachtausbaus wird dann ein solches Flüssigkeitsgelenk 17 zusammengepreßt, während sich der Stahlhohlkörper auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Schachtausbaus in axialer Richtung erweitert Die durch das Zusammenpressen aus der einen Seite fortgedrängte Flüssigkeit gelangt auf die gegenüberliegende Seite, und die Flüssigkeit stützt den gesamten oberhalb des Flüssigkeitsgelenks liegenden Abschnitt des Innenausbaus vertikal ab.

Innerhalb eines solchen Polygonabschnitts auftretende vertikale Zugkräfte werden von den Dehnringen 14 aufgenommen. Da diese Dehnringe aus relativ weichem

Stahl mit niedriger Fließgrenze bestehen, verformen sie sich bei Zugbeanspruchung plastisch.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel besitzt also einen Innenausbau mit einem Außenmantel konstanten Durchmessers über der gesamten Teufe, während sich der Innendurchmesser mit zunehmender Teufe verringert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derart strukturierte Innenausbauzylinder beschränkt, sondern der Innenausbau kann über die gesamte Teufe sowohl einen gleichbleibenden Außen- wie auch Innendurchmesser besitzen, wie dies etwa in F i g. 1 (aufgrund der stark verkleinerten Darstellung) angedeutet ist. Die größere Festigkeit des Innenausbaus kann dann dadurch erreicht werden, daß die Stahlmäntel 12, 12' beziehungsweise 13 entsprechend verstärkt werden.

Es besteht die weitere Möglichkeit, nicht nur den Innendurchmesser mit zunehmender Teufe geringer werden zu lassen, sondern auch den Außendurchmesser. Bei einem solchen Aufbau trägt die Gleitflüssigkeit 5 zur Stützung des Innenausbaus bei, weil die nach oben in vertikale Richtung gerichteten Druckkräfte innerhalb der Flüssigkeit eine nach oben gerichtete Kraft ergeben, die sich aus der Projektion des Außenmantels des Innenausbaus auf die Horizontale bestimmt.

Eine nicht ganz so günstige Alternative erhält man bei sich mit zunehmender Teufe vergrößerndem Außendurchmesser des Innenausbaus. Da hierbei im Falle einer Krümmung der Schachtachse die zusätzliche axial wirkende Auflast der Flüssigkeit problematisch sein kann, weil die Neigung der Schachtachse eine Seitenkraftkomponente aufgrund der in Achsrichtung wirkenden Auflast bewirkt, sind Zwischenabstützungen in der Ringfuge vorgesehen, die diese Seitenkraftkomponente in das Gebirge ableiten. Ohne solche Zwischenabstützungen müßte in Bereichen mit zunehmendem Außendurchmesser des Innenausbaus eine Gleitflüssigkeit mit einem so hoch spezifischen Gewicht gewählt werden, daß der gesamte Ausbau unwirtschaftlich würde.

Die in Zusammenhang mit F i g. 5 erläuterten Dehnfugen 14 brauchen nicht unbedingt in der in dieser Figur dargestellten Weise angeordnet zu sein. F i g. 6

ίο zeigt eine alternative Ausführungsform. Hierbei schließt die Innenseite des Dehnrings 14' bündig mit den Innenseiten der beiden benachbarten Stahlringe ab. In die dadurch außen bezüglich des Dehnrings 14' entstehende Fuge kann ein weiterer Stahlring aus

ii relativ hartem Stahl eingebracht werden, so daß Druckkräfte zwischen benachbarter. Stahlringen !2' in vertikaler Richtung übertragen werden können.

Bei der in F i g. 7 dargestellten abgewandelten Form stoßen benachbarte Stahlringe der aufeinanderliegenden Verbundringe stumpf aneinander, und in den inneren Kantenbereichen der Stahlringe ist jeweils eine Ausklinkung vorgesehen, die den Dehnring 14" aufnimmt. Bei Krümmung der Schachtachse heben sich die aufeinanderliegenden Stirnflächen der Stahlringe 12' voneinander ab, wobei der mit beiden Stahlringen verschweißte Dehnring 14" plastisch verformt wird.

Bei der in den Fig. 8 und 8a dargestellten beispielhaften Ausführungsform von Zwischenabstützungen 21 sind Stahltaschen 22 am äußeren Stahlring 20

in angeschweißt und mit Beton 23 gefüllt. Zwischen den Stahltaschen 22 kann die Gleitflüssigkeit S vertikal durchfließen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Schachtausbau, insbesondere für den Ausbau tiefer, im Gefrierverfahren abgeteufter Schächte in nicht standfestem, wasserführendem Gebirge, mit mindestens einem von einem Stahlmantel umgebenen tragenden, gleitenden inneren Ausbauzylinder, der mit radialem Abstand innerhalb eines äußeren Ausbauzylinders unter Bildung einer Ringfuge angeordnet ist, die mit Gleitflüssigkeit zum Beispiel Asphalt, gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflüssigkeit (5) ein mit größerer Teufe zunehmendes spezifisches Gewicht aufweist
2. Schachtausbau nach Anspruch 1, bei dem der äußere Ausbauzylinder wenigstens in einem oberen und/oder mittleren Teufenbereich als sogenannter Siebausbai!, das heißt als wasserdurchlässiger, tragender Ausbau ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit (5) weitestgehend nur etwas höher als dasjenige von Wasser eingestellt ist, mit der Maßgabe, daß das auf einen Teufenabschnitt bezogene Gewicht des inneren Ausbauzylinders (4) geringer ist als das Gewicht der in dem gleichen Abschnitt verdrängten Gleitflüssigkeit.
3. Schachtausbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Gleitflüssigkeit (5) bis zu einer oberen Grenzteufe (6) bei etwa 500 m im wesentlichen konstant ist, vorzugsweise circa 1,02 bis 1,05 beträgt, bis zu einer unteren Grenzteufe von zum Beispiel 1000 m kontinuierlich oder stufenweise bis zu einem Wert von circa 1,3 ansteigt, und bei größeren Teufen einen Wert von mehr als 1,3 besitzt, wobei der äußere Ausbau unterhalb der unteren Grenzteufe (7) vorzugsweise nicht mehr als tragender Ausbau ausgebildet ist.
4. Schachtausbau nach einen der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ausbauzylinder einen konstanten Außendurchmesser aufweist.
5. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ausbauzylinder (4) einen mit zunehmender Teufe abnehmenden Innendurchmesser besitzt.
6. Schachtausbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ausbauzylinder einen mit zunehmender Teufe abnehmenden Außendurchmesser besitzt.
7. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Außendurchmesser des inneren Ausbauzylinders mit zunehmender Teufe größer wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder mehreren Teufenzonen über die Schachtteufe am Außenmantel des gleitenden Ausbaus in die Ringfuge ragende Zwischenabstützungen angebracht sind, die horizontale Stützkräfte übertragen, jedoch keine vertikalen Kräfte aufnehmen, und daß die Zwischenabstützungen (21) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie den vertikalen Durchfluß der Gleitflüssigkeit nicht verhindern.
8. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ausbauzylinder in an sich bekannter Weise aus gestapelten Verbundringen (11,12) besteht, deren den Beton (11) umgebende Stahlmäntel (12) über aus weichem Stahl bestehende Dehnringe (14) wasserdicht verbunden sind.
9. Schachtausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der innere Ausbauzylinder durch Gelenke in Abschnitte unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Gelenke Flüssigkeitsgelenkte (17) vorgese-

hen sind.
10. Schachtausbau nach Anspruch!), dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsgelenke (17) jeweils als flüssigkeitsgefüllte Stahlhohlkörper ausgebildet sind, die aus parallel angeordneten Ringscheiben (18a, ^bestehen, deren Innen- beziehungsweise Außenkanten miteinander durch einen Druckbeziehungsweise Zugring (19, 20) verbunden sind, wobei Druck- und Zugring gewölbt und in vertikaler Richtung im Sinne einer Höhenzu- oder -abnähme verformbar sind.
11. Schachtausbau nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Ausbauzylinder (4) und dem Fundament (15) ein Flüssigkeitsgelenk (17) angeordnet ist