DE4101349C2 - Nachgiebiger betonsegmentausbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nachgiebigen, Betonsegmente aufweisenden Ausbau für den untertägigen Berg- und Tunnel­ bau gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Zeitschrift "Felsbau" ist in einem Sonderdruck, Jahrgang 3 (1985), Nr. 4, ein nachgiebiger Betonsegmentaus­ bau beschrieben, der sich aus acht, einen Ringausbau bil­ denden Tübbingsegmenten zusammensetzt, die sich in den Längsfugen gegeneinander verdrehen und verschieben und da­ durch einer Änderung der Querschnittsform anpassen können. Um eine Überlastung der Tübbingsysteme bei einer Verkleine­ rung des Hohlraumquerschnitts zu vermeiden, sind vier Längsfugen als Stauchfugen ausgebildet. Die Kräfte im Tüb­ bingsystem werden über in den Stauchfugen angeordnete Stauchelemente, die sich ab einer gewählten Druckbelastung einschieben, kontrolliert.

Die Stauchelemente bestehen im wesentlichen aus einem Stauchstempel, der über einen Scherring und ein Führungsrohr in einem Tübbingende geführt und im gegenüberliegenden Tübbingende in einer Stahlplatte gelenkig gelagert ist, ge­ bildet. Bei einer entsprechenden Belastung wird der Stauch­ stempel über im Scherring angeordnete Bolzen durch Mate­ rialverformung in das korrespondierende Führungsrohr hineingedrückt. Zweifelsfrei lassen derartige, die Nachgie­ bigkeit bewirkende Stauchelemente eine Bestimmung der Höhe des Ausbauwiderstandes als auch eine Bewertung der Größe der Nachgiebigkeit zu. Der wesentliche Nachteil derartiger, einen nachgiebigen Tübbingausbau bildenden Stauchelemente liegt jedoch in der konstruktiv sehr kostenaufwendigen und wirtschaftlich kaum vertretbaren Konstruktion. Ein derartiger Ausbau ist auch DE-Z "Glückauf 125" (1989), Nr. 13/14, Seiten 806-811, zu entnehmen.

Aus der DE-GM 89 11 197 sind Nachgiebigkeitselemente für den Betonausbau bekannt, wobei diese Nachgiebigkeitsele­ mente als Quetschlagen oder Quetschkörper zu bezeichnen sind, die zwischen den Enden der einander gegenüberliegen­ den Betonsegmente angeordnet und mit Druck beaufschlagt werden. Diese Quetschkörper sind metallummantelt und sollen die grundsätzlich bekannten Quetschholzlagen ersetzen. Der Körper selbst besteht aus einem porösen Material, wobei aber besonderes Gewicht auf die Ummantelung gelegt ist. Diese Quetschkörper füllen zwar den Spalt bzw. die Fuge zwischen den einander benachbarten Betonsegmenten aus, kön­ nen aber zur Dichtheit dieses Bereiches nichts beitragen. Insbesondere sind diese Materialien nicht in den Betonaus­ bau integrierbar. Ähnlich verhält es sich um den Betonplat­ tenverzug gemäß DE-AS 11 43 171. Dieser Betonplattenverzug ist für einen stählernen Streckenausbau vorgesehen. Die Verzugelemente können ohne den eigentlichen stählernen Streckenausbau nicht eingesetzt werden, da sie selbst keinen funktionsfähigen Streckenausbau darstellen bzw. ihn auch nicht darstellen sollen. Die Verzugelemente werden in radialer Richtung ineinandergesteckt, ohne daß die beson­ dere Nachgiebigkeit angesprochen ist bzw. eine Nachgiebig­ keit in weitere Richtungen gelehrt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kom­ plett nachgiebigen und dichten Betonpaneelausbau zu schaf­ fen, der als Endlosröhre aus einfach herzustellenden und gut zu handhabenden Betonsegmenten zusammengesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruches 1 gelöst.

Ein derart ausgebildeter Betonsegmentausbau besteht aus mehreren, gleich ausgebildeten Betonsegmenten, die inein­ andergesteckt einen Ring ergeben, der damit sowohl in radialer wie in axialer Richtung gegenüber dem Gebirge bzw. dem dazwischen eingebrachten Hinterfüllmaterial abstützend und abdichtend wirksam wird. Durch keilförmige Endstücke oder andere geeignete Maßnahmen werden diese ringförmigen Aus­ bauelemente gegeneinander verspannt, wobei das in die Aus­ nehmungen eingebrachte nachgiebige Material, wie auch die Ausbildung der Verschiebeelemente, die gewünschte Nachgie­ bigkeit genau vorgeben. Damit ist die Möglichkeit gegeben, eine Endlosröhre herzustellen, die durch die entsprechende Abdichtung auch im Bereich der Fugen ein Herausbröckeln des Hinterfüllmaterials und des nachgiebigen Materials verhin­ dert, so daß auch dieses Material in die Nachgiebigkeitsbe­ rechnung eindeutig mit eingerechnet werden kann. Der Beton­ segmentausbau in der vorstehend beschriebenen Form kann me­ chanisiert bzw. halbautomatisiert eingebracht werden, so daß hohe Tagesleistungen zu erreichen sind. Falls notwen­ dig, kann ein entsprechend ausgebildeter Betonsegment­ ausbau später durch Stahlanker, Stahlringe oder ähnliches verstärkt und ergänzt werden, wobei dies im Abstand zur Ortsbrust erfolgen kann, so daß getrennte Arbeitsvorgänge mit entsprechenden Vorteilen abzuwickeln sind. Damit ist ein komplettes Ausbausystem geschaffen, das sich für den Einsatz im untertägigen Berg- und Tunnelbau gut eignet.

Die an den miteinander korrespondierenden Enden der Beton­ segmente vorgesehenen Nachgiebigkeitselemente sind in Ver­ bindung mit dem Verfüllmaterial so aufeinander abgestellt, daß sich nach der anfänglichen Nachgiebigkeit ein zuneh­ mender Ausbauwiderstand einstellt. Die Nachgiebigkeit der Verschiebeelemente wird durch das Ineinanderschieben gegen einen Widerstand erreicht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Verschiebeelement als Absatz mit geringerem Querschnitt über das Ende des Betonsegmentes übersteht und die korrespon­ dierende Ausnehmung den Absatz mindestens teilweise formschlüssig aufnehmend ausgebildet ist.

Im Rahmen der Erfindung erweist sich als ebenfalls vor­ teilhaft, daß die miteinander korrespondierenden Verschiebe­ elemente zahn- oder sägeblattartig ineinandergreifend ausgebildet sind.

Die Ausnehmungen, ob offen oder seitlich mindestens teil­ weise geschlossen, werden mit einem Verfüllmaterial ausge­ füllt, das in seiner Nachgiebigkeit und Belastbarkeit durch eine beispielsweise Vermischung verschiedener Materialien so einstellbar ist, daß einerseits keine Überlastung der Betonsegmente eintritt und andererseits eine dem Ein­ satzpunkt angepaßte Lastaufnahme erfolgen kann.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß die Verschiebe­ elemente in Form von Absätzen und Ausnehmungen auf die stumpfen Enden der Betonsegmente aufsetzbar ausgebildet sind. Darüber hinaus ist vorstellbar, daß das verformbare Material in Form einer komprimierbaren Keramikfüllung vorab in verformbare Metallkonstruktionen oder Metallgehäuse ein­ zufüllen und diese dann den Betonsegmenten zuzuordnen.

Um ein Verschieben in Umfangsrichtung zu begünstigen, ist weiter vorgesehen, daß die die Stege aufnehmenden Ausneh­ mungen um den vorgegebenen Verschiebeweg gegenüber den Ste­ gen verlängert ausgebildet sind. Dabei kann ein gezielter Widerstand dadurch vorgegeben werden, daß die seitlichen Ausnehmungen über die Aufnahme der Stege hinaus mit einem die Lastaufnahme bei der Nachgiebigkeit erhöhenden, ver­ formbaren Material verfüllbar ausgebildet sind.

Ein derartig belastbarer und nachgiebiger Betonsegmentaus­ bau kann zum Ausbau beliebiger Streckenquerschnitte insbe­ sondere als Ringausbau vor Ort mechanisiert eingebracht werden und kann somit in kürzerem Abstand von der Ortsbrust Gebirgsstützkräfte aufbringen, die einem "Aufblättern" bzw. einer "Bruchverformung" des Gebirges sowie einem Konvergie­ ren der Streckenwandung entgegenwirken.

Ein solcher Streckenausbau kann insbesondere mit der ent­ sprechenden Hinterfüllung im Abstand hinter der Strecken­ vortriebsmaschine sowie beispielsweise durch zusätzlichen Ankerausbau, oder stählernen Ringausbau verstärkt werden.

Ziel des vorgeschlagenen Ausbausystems ist eine frühzeitige Stützung des vor Ort freigelegten Gebirges durch unmittel­ bar nach Montage hinterfüllbarem Betonsegmentausbau, wobei das Hinterfüllmaterial kurzfristig erstarren, also früh­ tragend eingestellt sein soll. Die zweite Phase des Ausbau­ systems besteht darin, daß der hinterfüllte Betonsegment­ ausbau weiter rückwärts, außerhalb des Vorortbereichs, er­ forderlichenfalls verstärkt werden kann, z. B. durch Anker- oder Stahlringausbau. Die ggf. dritte Phase des Ausbau­ systems ergibt sich kurzfristig vor einer besonderen gebirgs­ mechanischen Belastung dieser Strecke. Erst dann kann und braucht die endgültige Ausbauverstärkung vorgenommen wer­ den, z. B. durch Anker oder Stahlringausbau. Die zeitliche Verteilung der Ausbaukosten in Abhängigkeit von den Erfor­ dernissen führt insgesamt zu einer Minderung der Ausbau­ kosten.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Schnitt durch einen Betonsegmentausbau in geschlossener Bauweise in schematisierter Wiedergabe,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Betonsegmentes nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Schnitt nach den Linien A-A in Fig. 2,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines im Schnitt dargestellten Betonsegmentes und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Betonsegmentes mit zahnartig ineinander­ greifenden Verschiebeelementen.

In Fig. 1 ist in einem Schnitt durch eine Strecke 10 ein Streckenausbau in geschlossener Bauweise oder Ringausbau wiedergegeben, der aus einer Anzahl Betonsegmenten 1 besteht, an deren miteinander korrespondierenden Enden Verschiebeelemente 2 vor­ gesehen sind.

Zwischen dem Ringausbau aus Betonsegmenten 1 und dem Gebirge 11 ist der beim Streckenauffahren her­ gestellte Ausbruch durch ein Hinterfüllmaterial 12 verfüllt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Betonsegmentes, wie es in Fig. 1 Anwendung gefunden hat, ist teilweise geschnitten in Fig. 2 wiedergegeben. Das Betonseg­ ment 1 weist an einem Ende als Verschiebeelement einen zapfenartigen Absatz 5 und am anderen Ende eine mit dem zapfenartigen Absatz 5 korrespondie­ rende Ausnehmung 3 auf.

Seitlich an dem in Fig. 2 dargestellten Betonseg­ ment ist ein Steg 6 angebracht, der in das benach­ barte Betonsegment bzw. in eine Ausnehmung 7 des benachbarten Betonsegmentes eingreift, die in dem Schnitt nach den Linien A-A in Fig. 3 angedeutet ist.

In Fig. 4 ist in einem Querschnitt durch ein Betonsegment 1 eine Möglichkeit für ein zwischen den Betonsegmenten 1 in Streckenumfangsrichtung anzuordnendes Dichtungselement 8 angedeutet, wobei das Dichtungselement 8 in jeweils zwei benachbarten Nuten 9 untergebracht ist.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ nes Betonsegmentes 1 wiedergegeben, wobei die Enden des Betonsegmentes 1 zahn- oder sägeblattartig aus­ gebildet sind.

Die Ausnehmungen 3, die mit einem entsprechenden auf die Nachgiebigkeit und Belastbarkeit ein­ stellbaren Verfüllmaterial verfüllt sind und in welche der zapfenartige Absatz 5 entsprechend ein­ dringen kann, sind in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 offen ausgebildet.

 1 Betonsegment
 2 Verschiebeelement
 3 Ausnehmung
 4 Verfüllmaterial
 5 Absatz (zapfenartig)
 6 Steg
 7 Ausnehmungen
 8 Dichtungselement
 9 Nut
10 Strecke
11 Gebirge
12 Hinterfüllmaterial

Claims (12)

1. Nachgiebiger, Betonsegmente aufweisender Ausbau für den untertägigen Berg- und Tunnelbau, wobei die Betonsegmente an den radialen Stirnflächen mit Verschiebeelementen in Form von zapfenar­ tigen Absätzen versehen sind, die mit korres­ pondierenden Ausnehmungen im Nachbarbetonsegment ineinandersteckbar sind, wobei der Betonseg­ mentausbau mit einer die Anlage ans Gebirge ge­ währleistenden nachgiebigen Hinterfüllung ver­ sehen ist und die Verschiebeelemente eine kon­ trollierbare Nachgiebigkeit des mehrschaligen Gesamtausbaus durch Einschieben bei Druckein­ wirkung vorgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die zapfenartigen Absätze (5) bzw. die Ausneh­ mungen (3) an den Betonsegmenten (1) angeformt sind, daß an den axialen Berührungsflächen an den Betonsegmenten angeformte Stege (6) bzw. korrespondierende Ausnehmungen (7) mit einer dem maximalen Verschiebeweg angepaßten Länge vorge­ sehen sind, daß die Ausnehmungen (3) mit einem in der Nachgiebigkeit und Belastbarkeit ein­ stellbaren, verformbaren Material und die Aus­ nehmungen (7) über die Aufnahme der Stege (6) hinaus mit einem die Lastaufnahme bei der Nachgiebigkeit erhöhenden, verformbaren Material verfüllt sind und daß an den radialen und axia­ len Flächen der Betonsegmente (1) Dichtungs­ elemente (8) vorgesehen sind.

2. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebeelement (2) als Absatz (5) mit geringerem Querschnitt über das Ende eines Betonsegmentes (1) überstehend und die korrespondierende Ausnehmung (3) den Absatz (5) mindestens teilweise form­ schlüssig aufnehmend ausgebildet sind.

3. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander korrespondierenden Verschiebeelemente (2) zahn- oder sägeblattartig ineinandergreifend ausge­ bildet sind.

4. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die zahn- oder sägeblattartig ausgebildeten zapfenartigen Ab­ sätze (5) aufnehmenden Ausnehmungen (3) zum Ge­ birge (11) und zur Strecke (10) hin offen und/oder mindestens teilweise verschlossen aus­ gebildet sind.

5. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach den An­ sprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeelemente (2) in Form von Absätzen (5) und Ausnehmungen (3) auf die stumpfen Enden der Betonsegmente (1) aufsetzbar ausgebildet sind.

6. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens teilweise zur Verfüllung der Ausnehmungen (3) vorgesehene Material in verschiedenen Formen und Zuständen auf eine gewünschte Einstellbarkeit der Nachgiebigkeit und Belastbarkeit aus ver­ schiedenen verformbaren Stoffen zusammensetzbar ist.

7. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfüllmaterial für die Ausnehmungen (3) porös, beispielsweise als Schaummörtel oder Schaumstoff, ausgebildet ist.

8. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfüllmaterial in den Ausnehmungen (3) aus verschiedenen, ver­ tikalen oder horizontalen mehrlagigen Schichten aus verschiedenen Stoffen besteht.

9. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsele­ mente (8) mindestens teilweise in die Beton­ segmente (1) eingreifend zwischen diesen ange­ ordnet sind.

10. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (8) zusätzlich zu den Stegen (6) und Ausnehmungen (7) vorgesehen sind.

11. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonsegmente (1) im Bereich der zapfenartigen Absätze (5) und der Ausnehmungen (3) zum Gebirge (11) hinwei­ sende Dichtungselemente aufweisen.

12. Nachgiebiger Betonsegmentausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Ma­ terial jeweils in Form einer komprimierbaren Keramikfüllung von formbaren Metallkonstruk­ tionen oder Metallgehäusen umgeben in die Aus­ nehmungen (3) und Ausnehmungen (7) eingesetzt ist.