DE4326880C1 - Verfahren zum Auffahren eines unterirdischen Hohlraumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffahren eines unterirdischen Hohlraumes in nicht standfestem, vorwiegend aus Lockergestein bestehendem Gebirge im Getriebevortrieb, bei dem die Ortsbrust abschnittsweise abgebaut und am Ende eines jeden Abbauabschnittes ein Stützbogen gesetzt wird und auf diesem Stützbogen aufliegend Vorpfändelemente in das Gebirge in Vortriebsrichtung eingetrieben werden, die bis in den übernächsten Abbauabschnitt hineinreichen und sich im radialen Abstand von den Vorpfändelementen des vor­ hergehenden Abbauabschnittes befinden und wobei der Zwischen­ raum zwischen den Vorpfändelementen der aufeinanderfolgenden Abbauabschnitte an der Ortsbrust gegen Herausrieseln von Lockergestein gesichert wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art, bei dem die Verzugs­ bohlen aus Stahl dicht aneinander anschließend oder auf Lücke geschlagen werden und das als "Kölner Verbau" bekannt ist, wird der Randbereich zwischen dem Brustverzug und den die Firste und die Ulmen abstützenden Verzugsdielen, der durch die Pfändung entsteht, durch Holzwolle gegen Herausrieseln von Lockergestein gesichert. Da Holzwolle jedoch kein fester Baustoff ist, ist der Schutz gegen Herausrieseln von Locker­ gestein, welches ein Nachbrechen des Gebirges zur Folge haben kann, sehr unzuverlässig. Es ist deshalb vorgeschlagen worden (DE 40 26 368 A1) den Spalt zwischen Brustverzug und Frist- und Ulmenverzug mit Spritzbeton abzudecken und dann die Verzugsdie­ len für den nächstfolgenden Abbauabschnitt durch die erhärtete Spritzbeton-Sicherungsschicht hindurchzuschlagen.

Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch die Spritzbetonab­ deckung beim Eintreiben der Verzugsdielen wieder zerstört, so daß nicht nur die zerschlagene Spritzbetonsicherungsschicht wie­ der heraus fällt, sondern auch Lockergestein aus dem Spalt zwi­ schen den im Abstand voneinander angeordneten Verzugsdielen der aufeinanderfolgenden Abschnitte herausrieselt. Man muß deshalb auch bei diesem bekannten Verfahren mindestens teilweise wieder auf Holzwolle zurückgreifen, um die Löcher und Klüfte auszustop­ fen, die sich beim Einschlagen der Verzugsdielen des nächstfol­ genden Abschnittes und bei der hiermit einhergehenden Zerstörung der Spritzbeton-Plombe ergeben.

Beim Auffahren von Tunneln in gebrächem Gebirge ist es bekannt (AT-PS 389 148), vor dem Ausbruch Bohrungen rings um die Peri­ pherie des Ausbruchquerschnittes vorzutreiben, in die mit Venti­ len versehene Trägerrohre eingeführt werden, aus denen eine er­ härtende Masse auf der ganzen Länge der Trägerrohre in das Ge­ birge injiziert wird. Als erhärtende Masse werden chemische Kunststoffe, Natriumsilikat, Gefrierwirkstoffe und Zementmi­ schungen verwendet, welche die Hohlräume des die Injektionslan­ zen umgehenden Gebirges ausfüllen und zusammen mit den im Gebir­ ge verbleibenden Injektionslanzen eine provisorische Tunnelaus­ kleidung bilden, in deren Schutz der Tunnelkern ausgebrochen werden kann.

Dieses bekannte Verfahren ist verhältnismäßig umständlich und gibt bei rolligem Gebirge aus Lockergestein keinen sicheren Schutz gegen das Hereinbrechen des Gebirges beim Vortrieb. Es erfordert auch große Mengen an erhärtendem Injektionsmaterial, und es ist nach jedem Injizieren eine lange Wartezeit erfor­ derlich, bis das injizierte Material genügend erhärtet ist und mit dem Ausbruch begonnen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs näher definierten Art so abzuwandeln und zu verbessern, daß ein Herausrieseln von Lockergestein aus dem Spalt zwischen den die Firste und die Ulmen eines Hohlraumes schützenden Verzugselementen von aufeinanderfolgenden Abbauab­ schnitten auch dann zuverlässig verhindert wird, wenn die Ver­ zugselemente vor Beginn eines neuen Abbauabschnittes in das Ge­ birge eingetrieben werden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß vor dem Eintreiben der Vorpfändelemente eines neuen Abbauabschnittes das Gebirge mindestens in dem Randbereich zwischen den noch einzu­ treibenden Vorpfändelementen des neuen Abbauabschnittes und den in den neuen Abbauabschnitt hineinreichenden vorderen Enden der bereits eingetriebenen Vorpfändelemente des vorhergehenden Ab­ bauabschnittes durch Injizieren eines bindigen Füllmaterials stabilisiert und/oder verfestigt wird.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß der Randbereich zwischen den Vorpfändelementen aufeinanderfolgender Abbauab­ schnitte nicht nur an seiner Stirnseite abgedeckt, sondern min­ destens bis zur Tiefe der in den neuen Abbauabschnitt hinein­ reichenden Vorpfändelemente des vorhergehenden Abbauabschnittes in seiner Bodenkonsistenz umgewandelt wird, so daß das Gebirge unmittelbar hinter der Ortsbrust in deren Randbereich nicht mehr als Lockergestein besteht, sondern nach dessen Stabili­ sierung und ggf. Verfestigung eine standfeste Konsistenz auf­ weist. Beim Eintreiben der Vorpfändelemente des nächstfolgenden Abbauabschnittes rieselt deshalb kein Bodenmaterial mehr aus dem Spalt zwischen den Vorpfändelementen aufeinanderfolgender Abbauabschnitte. Durch das bindige Füllmaterial, welches die Hohlräume des anstehenden Gebirges im Randbereich der Ortsbrust ausfüllt, wird auch der Widerstand kaum erhöht, den das Gebirge dem Eintreiben der Verzugsbohlen des nächstfolgenden Abbauab­ schnittes entgegensetzt. Im Gegenteil: Die bindigen Bestand­ teile des Füllmaterials, das zweckmäßig als wäßrige Suspension injiziert wird, wirken beim Eintreiben der Verzugsdielen zu­ nächst wie ein Gleitmittel.

Während die über die Ortsbrust hinausragenden, in den neuen Abbauabschnitt hineinreichenden vorderen Enden der Vorpfänd­ elemente des vorhergehenden Abschnittes ein Verlaufen des bindigen Füllmaterials beim Injizieren nach außen verhindern, kann das injizierte Füllmaterial je nach Klüftigkeit des Gebirges und je nach der Höhe des Injektionsdruckes auch noch in Richtung auf den aufzufahrenden Hohlraum vordringen. Dies ist jedoch kein Nachteil, da hierdurch auch der Randbereich des Ausbruches stabilisiert wird, der den Regel-Ausbruchquer­ schnitt überschreitet und immer einer zusätzlichen Sicherung gegen Herausrieseln von Lockergestein bedarf.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn dem bindigen Füllmaterial ein erhärtendes Bindemittel zugesetzt wird. Das in das Locker­ gestein eingepreßte Füllmaterial wird dann nach dem Eintreiben der Vorpfändelemente für den nächstfolgenden Abbauabschnitt hart und fest und beteiligt sich hierdurch an der Übertragung des Gebirgsdruckes von den vorderen Enden der äußeren Ver­ zugsdielen des vorhergehenden Abbauabschnittes auf die inneren Enden der Verzugsdielen des folgenden Abbauabschnittes, die sich auf dem Stützbogen abstützen. Es ist deshalb nicht unbe­ dingt notwendig, unmittelbar nach dem Eintreiben der Vorpfänd­ elemente des neuen Abbauabschnittes in den Randbereich einen Sicherungsring aus Spritzbeton einzubringen.

Das bindige Füllmaterial wird zweckmäßig in Form einer Sus­ pension injiziert, die zunächst leicht fließt und dann das in der Regel wäßrige Aufschlammittel nach und nach in das umgebende Gebirge abgibt, wobei sich das Füllmaterial langsam verfestigt. Besonders geeignet ist ein bindiges Füllmaterial, das aus einem Gemisch aus Kalkmergel, Ton und Zement besteht, welches unter der Bezeichnung "Dämmer" bekannt ist. Dieser "Dämmer" wird mit Wasser zu einer Suspension geeigneter Kon­ sistenz aufgeschlämmt und bleibt über längere Zeit fließfähig und injizierbar, erhärtet aber nach geraumer Zeit und bildet zusammen mit dem Steingerüst des aus Lockerboden bestehenden Gebirges einen porenarmen Erdbeton von beträchtlicher Festig­ keit.

Um das Füllmaterial auch über größere Strecken und längere Zeit fließfähig zu halten, kann man dem bindigen Füllmaterial Bentonit zusetzen. Das Füllmaterial hat dann thixotrope Eigenschaften.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann so vorgegangen wer­ den, daß die Ortsbrust mit Brust-Verzugsbohlen verbaut wird, von denen mindestens je zwei in einer Flucht angeordnete Bohlen einander überlappend bis zu einander gegenüberliegenden Rän­ dern des ausgebrochenen Hohlraumes reichen und von denen je­ weils eine zeitweilig soweit vom Hohlraumrand zurückgezogen wird, daß eine Injektionsvorrichtung in den zu verfestigenden Randbereich des nächsten Abbauabschnittes eingeführt werden kann.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß während des Vortriebs der Randbereich nicht mit besonderen Randabstützelementen abge­ deckt werden muß und daß bei der Injektion des Füllmaterials nur jeweils ein ganz kleiner Teil des Randbereiches freigelegt wird, der nicht größer ist als die Breite einer Brustverzugsbohle und der nach dem Injizieren durch Ausschieben der Brustverzugsbohle bis zum Rand des Ausbruchquerschnittes wieder geschlossen werden kann. Hierdurch kann das unsichere Ausstopfen des Randbereiches mit Holzwolle ganz entfallen.

Um eine zuverlässige Stabilisierung und ggf. Verfestigung des Randbereiches zwischen den Vorpfändelementen aufeinanderfolgen­ der Abbauabschnitte zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn das bindige Füllmaterial, beginnend an den vorderen Enden der be­ reits eingetriebenen Vorpfändelemente des vorhergehenden Abbau­ abschnittes solange in den Randbereich des nächsten Bauab­ schnittes entgegen der Vortriebsrichtung injiziert wird, bis das Füllmaterial an der Oberfläche des Randbereiches wieder aus­ tritt. Bei diesem Vorgehen wird sichergestellt, daß alle Hohl­ räume des Randbereiches mit dem bindigen Füllmaterial ausgefüllt sind.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ver­ fahren nach der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abbauabschnitt eines untertage aufgefah­ renen Stollens im Bauzustand im Längsschnitt,

Fig. 2 den Stollen nach Fig. 1 in einem Querschnitt nach Linie 2-2 und

Fig. 3 den Stollen nach Fig. 1 mit begonnenem zweiten Abbauabschnitt im Längsschnitt.

Von dem in der Zeichnung dargestellten unterirdischen Hohlraum, nämlich einem Stollen 10, wurde der erste Abbauabschnitt I im sogenannten "Kölner Vortrieb" hergestellt. Hierbei wird der ausgebrochene Hohlraum an der Firste 11 und an den Ulmen 12 durch Vorpfändelemente 13 des ersten Abbauabschnittes I gesichert, die an ihrem hinteren Ende 14 durch einen kleinen Stützbogen 15 und in der Mitte durch einen großen Stützbogen 16 abgestützt sind und mit ihrem vorderen Ende 17 in den neuen, noch nicht aufgefahrenen zweiten Abbauabschnitt II hinein­ reichen. Die Vorpfändelemente 13 bestehen aus profilierten Stahldielen, die sich an ihren vorderen Enden 17 konisch er­ weitern und mit umgebogenen Längsrändern ineinandergreifen, so daß sie einen geschlossenen Verzug bilden, der den Hohlraum oben und an den Seiten gegen das Gebirge 18 vollständig abdeckt, welches aus Lockergestein, beispielsweise rolligen Kiesen oder Flußsanden besteht. Die Stützbögen 15 und 16 bestehen eben­ falls aus Stahl und sind in Vortriebsrichtung 19 durch hori­ zontale Druckstreben 20 ausgesteift und gegen die Vorpfändele­ mente 13 mit Keilen 21 fest verkeilt.

Die Ortsbrust 22 ist durch einen Brustverzug 23 gesichert, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von horizontal einge­ bauten linken Brusthölzern 24 und rechten Brusthölzern 25 gebildet wird, die bis zum Ausbruchrand 26 des Hohlraumes 10 reichen und in der Mitte des Hohlraumes einander überlappen.

Im Überlappungsbereich 27 liegen sie an einem Vertikalriegel 28 an, der nach hinten mit kräftigen Druckstreben 29 abgestützt ist.

In der Nähe des Ausbruchrandes 26 werden die Brusthölzer 24 und 25 durch einen weiteren, kleinen Stützbogen 30 gehalten, der am Ende des ersten Abbauabschnittes I unmittelbar hinter die Ortsbrust 22 gesetzt und seinerseits durch Druckstreben 20 gegen die vorhergehenden Stützbögen 15 und 16 abgestützt ist und zusammen mit dem Vertikalriegel 28 den Brustverzug 23 sichert.

Bevor nun mit dem Ausbruch des zweiten Abbauabschnittes II (Fig. 3) begonnen werden kann, müssen die Vorpfändelemente 31 des zwei­ ten, neuen Abbauabschnittes II in Vortriebsrichtung 19 in das Gebirge 18 eingetrieben werden. Das Gebirgsgefüge wird hier­ durch gestört und es treten Erschütterungen auf, die ein Herausrieseln von Lockergestein aus dem Randbereich 32 der Ortsbrust 22 und ein Nachrutschen des Gebirges in diesem Bereich zur Folge haben können. Um dies zu verhindern, wird vor dem Ein­ treiben der Vorpfändelemente 31 des neuen Abbauabschnittes II das Gebirge 18 in diesem Randbereich 32 durch Injizieren eines bindigen Füllmaterials unter die in den neuen Abbauabschnitt II hineinreichenden vorderen Enden 17 der bereits eingetriebenen Vorpfändelemente 13 des vorhergehenden Abbauabschnittes I stabilisiert und verfestigt. Zu diesem Zweck wird, an der Firste 11 oder an den Ulmen 12 beginnend, jeweils eines der Brusthölzer 24 bzw. 25 ein kleines Stück zurückgezogen und in den geöffneten Bereich 33 eine Injektionslanze 34 in den Rand­ bereich 32 soweit in Vortriebsrichtung 19 eingeführt, daß sich das vordere Austrittsende 35 der Injektionslanze 34 unter dem vorderen Rand 17a der hinteren Vorpfändelemente 13 be­ findet. Mit einer geeigneten Pumpe 36 wird dann solange bin­ diges Füllmaterial mit der Injektionslanze 34, beginnend im Bereich des vorderen Randes 17a der bereits eingetriebenen Vorpfändelemente 13 des vorhergehenden Abbauabschnittes I, in den Randbereich 32 des nächsten Abbauabschnittes II ent­ gegen der Vortriebsrichtung 19 injiziert, bis das injizierte Füllmaterial alle Hohlräume des Gebirges 18 im Randbereich 32 der Ortsbrust ausfüllt und an der Oberfläche des geöffneten Be­ reiches 33 wieder austritt.

Als Füllmaterial kann Ton oder ein anderes, bindiges Bodenmate­ rial verwendet werden. Besonders zweckmäßig ist es, ein Gemisch aus Kalkmergel, Ton und Zement einzupressen, das unter der Be­ zeichnung "Dämmer" bekannt ist und nach geraumer Zeit erhärtet, jedoch zunächst noch plastisch bleibt, so daß nach dem vollstän­ digen Injizieren des gesamten, den Stützbogen 30 umgebenden Randbereiches 32 der Ortsbrust 22 des neuen Abbauabschnittes II die Vorpfändelemente 31 dieses neuen Abbauabschnittes II ohne Schwierigkeiten eingetrieben werden können.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es bei Durchführung des Verfah­ rens wesentlich ist, daß der ganze Randbereich 32 zwischen den vorderen Enden 17 der Vorpfändelemente 13 des vorhergehenden Ab­ schnittes und den noch einzutreibenden Vorpfändelementen 31 des neuen Abbauabschnittes II injiziert wird. Dieser injizierte Be­ reich überträgt dann beim Ausbruch des neuen Abbauabschnittes den Gebirgsdruck sicher von den vorderen Enden 17 der Vorpfänd­ elemente 13 auf die Vorpfändelemente 31 des neuen Abbauabschnit­ tes II, die sich mit ihren hinteren Enden auf dem Stützbogen 30 abstützen, nachdem sie auf diesem Stützbogen 30 aufliegend in Vortriebsrichtung 19 in das Gebirge mit Pfändung eingetrieben wurden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind mehrere Änderungen und Ergänzungen möglich. Beispielsweise kann es beim Auffahren klei­ nerer Stollen zweckmäßig sein, einteilige Brusthölzer zu verwen­ den und den Randbereich zwischen den Stirnenden dieser Brusthöl­ zer und dem Ausbruchrand des Hohlraumes durch zusätzliche Ab­ deckplatten abzudecken, die dann zum Injizieren von bindigem Füllmaterial in den Randbereich einzeln herausgenommen werden. Ferner ist es möglich, dem bindigen Füllmaterial Bentonit zuzusetzen, um das Füll­ material beim Pumpen fließfähig zu halten. Ferner kann an­ stelle von Zement auch ein anderes, erhärtendes Bindemittel, beispielsweise Wasserglas dem Füllmaterial zugesetzt werden, wobei das bindige Füllmaterial in Form einer Suspension in­ jiziert wird. Schließlich ist es auch möglich, nach dem Ein­ treiben der Vorpfändelemente 31 für den neuen Abbauabschnitt II einen Teil des Randbereiches zwischen den einander über­ lappenden Vorpfändelementen 13 und 31 mit Spritzbeton auszu­ füllen, wie dies an sich bekannt ist und immer dann ausgeführt wird, wenn die Getriebezimmerung in den endgültigen Ausbau des Hohlraumes einbezogen wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Auffahren eines unterirdischen Hohlraumes in nicht standfestem, vorwiegend aus Lockergestein bestehen­ dem Gebirge im Getriebevortrieb, bei dem die Ortsbrust abschnittsweise abgebaut und am Ende eines jeden Abbauab­ schnittes ein Stützbogen gesetzt wird und auf diesem Stütz­ bogen aufliegend Vorpfändelemente in das Gebirge in Vor­ triebsrichtung eingetrieben werden, die bis in den über­ nächsten Abbauabschnitt hineinreichen und sich im radialen Abstand von den Vorpfändelementen des vorhergehenden Abbau­ abschnittes befinden und wobei der Zwischenraum zwischen den Vorpfändelementen der aufeinanderfolgenden Abbauab­ schnitte an der Ortsbrust gegen Herausrieseln von Locker­ gestein gesichert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Eintreiben der Vorpfänd­ elemente (31) eines neuen Abbauabschnittes (II) das Ge­ birge (18) mindestens in dem Randbereich (32) zwischen den noch einzutreibenden Vorpfändelementen (31) des neuen Abbauabschnittes (II) und den in den neuen Abbauabschnitt (II) hineinreichenden, vorderen Enden (17) der bereits eingetriebenen Vorpfändelemente (13) des vorhergehenden Abbauabschnittes (I) durch Injizieren eines bindigen Füll­ materials stabilisiert und/oder verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem bindigen Füllmaterial ein erhärtendes Bindemittel zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das bindige Füllmaterial in Form einer Suspension injiziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bindige Füll­ material als Gemisch aus Kalkmergel, Ton und Zement (Dämmer) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem bindigen Füllma­ terial Bentonit zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortsbrust (22) mit einem Brustverzug (23) verbaut wird, von dem min­ destens je zwei in einer Flucht angeordnete Brustelemente (24, 25) einander überlappend bis zu einander gegenüber­ liegenden Ausbruchrändern (26) des ausgebrochenen Hohl­ raumes (10) reichen und von denen jeweils eines zeitweilig soweit vom Ausbruchrand (26) zurückgezogen wird, daß eine Injektionsvorrichtung (34) in den zu verfestigenden Randbereich (32) des nächsten Abbauabschnittes (II) einge­ führt werden kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bindige Füll­ material, beginnend an den vorderen Enden (17) der bereits eingetriebenen Vorpfändelemente (13) des vorhergehenden Abbauabschnittes (I) solange in den Randbereich (32) des nächsten Abbauabschnittes (II) entgegen der Vortriebs­ richtung (19) injiziert wird, bis das Füllmaterial an der Oberfläche des Randbereiches (32) wieder austritt.