DE2912989C2

DE2912989C2 - Ringausbau für am vorläufig verfestigten, vorzugsweise im gefrorenen Gebirge abgeteufte Schächte des Berg- und Tunnelbaus

Info

Publication number: DE2912989C2
Application number: DE19792912989
Authority: DE
Inventors: Dieter 4390 Gladbeck Thierse
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1979-03-31
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE2912989A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Ringausbau für am vorläufig verfestigten, vorzugsweise im gefrorenen Gebirge abgeteufte Schächte des Berg- und Tunnelbaus, mit einem tragenden, gleitenden Schachtausbau, wel- v> eher einen z. B. mit beweglichen Stahlbetonringen innen abgestützten Stahlblechmantel aufweist, der mit einer Gleitschicht an das Gebirge bzw. an einen gebirgsverbundenen, vorläufigen Ausbau angeschlossen ist, wobei der tragende Schachtausbau auf einem Fundament über ein Gelenk abgestützt ist.

Der Ringausbau gemäß der Erfindung reicht im allgemeinen von einem Vorschacht bis zu dem Fundament. Da seine z. B. aus Asphalt bestehende Gleitschicht als Spannungsausgleich wirkt, werden &o Zerrungen, Pressungen und Stauchungen, die im Bergbau hauptsächlich durch den Abbau ausgelöst werden, von dem tragenden Ausbau ferngehalten. Nur die radial gerichteten Wasser- und Gebirgsdrücke werden auf den Stahlblechmantel übertragen. Da es *5 aber außerdem zu Krümmungen der Schachtröhre kommen kann, welche der tragende Ausbau mitmachen muß, sichert der Stahlblechmantel die Dichtigkeit des Schachtes. Dieser Stahlblechmantel wird seinerseits innen zumeist mit Betonausbau unterstützt. Wenn man diesen Ausbau aus lose aufeinander gestellten Stahlbetonringen aufbaut, werden die bei Krümmung der Schachtachse im Stahlblechmantel auftretenden Zerrungen nicht auf die Stahlbetonringe übertragen, jedoch ergeben sich die größten vertikalen Spannungen im untersten Ring.

Das Fundament nimmt das Gewicht dei tragenden Schachtausbaus und eine geringe Restpressung aus einer angenommenen Absinkgeschwindigkeit des Gebirges auf. Das Gelenk soll einerseits diese Last des Schachtausbaus gleichmäßig auf das Fundament verteilen und andererseits Querkräfte abtragen. Da man in der Regel die maximale Durchbiegung des Schachtrohres kennt, weiß man auch den Winkel, um den sich der Schachtrohrfuß dreht.

Es ist bekannt (Glückauf 100 (1964), Heft 25, S. 1473 bis 1495), zwischen einer Fußplatte eines derartigen Stahlbetonverbundschachtausbaus und dem Fundament eine etwa 44 mm dicke Kreisringplatte aus Blei einzubauen, welche mit Graphit und Öl bestrichen wird (a. a. 0.1476, Ii. Sp. letzter Abs.). Hierbei dichtet man die die Gleitschicht aufnehmende Ringfuge mit Hinterfüllbeton ab. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß unter bestimmten Voraussetzungen bei einer Schiefstellung des Fundamentes und/oder einer Verkippung des tragenden Schachtausbaus einseitige punktförmige Belastungen an der Fundamentfläche auftreten, die an der Oberfläche des Fundamentes zu Zerstörungen führen können.

Es ist auch bekannt, den unteren Teil der beweglichen Schachtröhre über dem Fundament einzuspannen (Glückauf 103 (1967) Heft 12, S. 553-560), um bei Krümmungen dei Schachtachse oberhalb des Fundamentbereiches eine Schiefstellung der Ausbauringe auf der Auflagerfläche des Fundamentes und Kantenpressungen zu verhindern. Die Schachtröhre sitzt hierbei auf einem Blechring und wird durch das nachträgliche Verpressen einer mit Kies gefüllten Ringfuge mit Zementmörtel vorgespannt Dadurch entsteht eine Einspannung der Schachtröhre im Gebirge. Durch das nachträgliche Einspannen, d. h. das Verpressen des Kiesgerüstes kann zunächst der Ringausbau komplett eingebracht und dessen Gewicht in das Fundament eingeleitet werden, so daß dieses nicht im Einspannbereich kraftschlüssig aufgefangen wird. Nachteilig wirkt sich aus, daß im unteren Bereich der Schachtröhre suf diese Weise d«3 eingangs geschilderte Prinzip des Gleitausbaus aufgegeben wird und deswegen in den tragenden Schachtausbau Biegekräfte aus dem Gebirge bzw. aus dem sich verkippenden Fundament eingeleitet werden, die zu dessen vorzeitiger Zerstörung führen können.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, punktförmige Belastungen bei Schiefstellungen der Schachtröhre von dem tragenden Ausbau, insbesondere von dem Fundament fernzuhalten, um Zerstörungen, vorzugsweise solche des Fundamentes zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Gelenk ein Kugelgelenk dient, dessen Gleitflächen die Auflageflächen des tragenden Schachtausbaus und des Fundamentes sind, die Ringausschnitte aus den Lagerflächen von Kugel und Kugelpfanne sind, wobei deren Kugelradien mit der Schachtachse zusammenfallen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Schachtrohr auch dann ständig auf dem Fundament aufsitzt.

wenn es Krümmungen erleidet, weil es unter dem Einfluß von Relativbewegungen infolge Schieflagen des Fundamentes oder Krümmungen des Schachtrohres nicht von dem Fundament einseitig abheben kann. Infolgedessen kann es nicht zu punktförmigen Belastungen des Fundamentes und zu den hierauf beruhenden Zerstörungen kommen. Außerdem läßt sich gegebenenfalls völlig auf eine Einspannung des Schachtrohres oberhalb des Fundamentes verzichten.

Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Auflageflächen des Schachtausbaus und des Fundamentes konvex bzw. konkav gekrümait. Auf diese Weise werden übermäßige Flächendrücke verhindert, die ihrerseits Anlaß zu Zerstörungen geben könnten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 den unteren Teil eines erfindungsgemäßen Schachtausbaus,

F i g. 2 in verkleinerter Darstellung und schematisch den Gegenstand der Fig. !, wobei strichpunktiert Verkippungen der Schachtröhre wiedergegeben sind und

F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Erfin- 2S dung.

Der in Fig. 1 dargestellte untere Schachtabschnitt steht oben im vorläufig verfestigten, beispielsweise im gefrorenen Gebirge 1. Er hat einen tragenden, gleitenden Schachtausbau, der allgemein mit 2 bezeich- w net ist. Innen besteht dieses Schachtrohr aus aufeinanderfolgenden segmentweise zusammengesetzten Ringen 3—9, die einen äußeren Stahlblechmantel 10 von innen unterstützen. Der Stahlblechmantel ist mit einer Gleitschicht 11 an einen vorläufigen Ausbau 12 J5 angeschlossen. Dieser Ausbau besteht gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus aufeinanderfolgenden Ringen 13, welche aus Formsteinen mit Flachsspanplattenzwischenlagen 28 oder abschnittsweise mit Mörtelfugen 24 aufgebaut sind, sowie aus einem -*⁰ Anschluß an da".· Gebirge aus Hinterfüllbeton 14.

Unten ist der tragende Schachtausbau 2 auf einem Fundament 15 abgestützt. Gemäß dem Ausfühmngsbeispiel wird der unterste Ring 9 von einem Stahlblechring 16 unterstützt, der innen an einem kurzen Zylinder 16' ⁴^ endet und außen an den Stahlblechmantel 10 angeschlossen ist. Die Auflagerfläche wird cemnach von der Außenfläche 17 des Stahlblechringes 16 gebildet. Ihr entspricht die Auflagerfläche 18 des Fundamentes 15. Die Auflagerfläche 17 ist entsprechend dem Radius R >° gekrümmt, der von der SciMchtachse 19 bei 20 ausgeht und dessen Länge sich entsprechend den zu erwartenden Krümmungen der Schachlröhre wählen läßt.

Die Auflagerfläche 18 des Fundamentes ist entsprechend der Fläche 17 gekrümmt.

Der untere Bereich der Ringfuge 21, welche die Gleitschicht 11 aufnimmt, ist bei 22 mit einer abdichtend wirkenden Mischung verfüllt. Diese kann aus Sand und Asphalt bestehen. An diesen Bereich schließt sich Kiesbeton-Ringfuge 24 an, die sich unten auf einer &o Ringfuge 25 aus Dichtmaterial wie bei 22 abstützt. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die innere Schachtröhre 2 im Bereich der Einspannung 24 über den hier voll vcrmörtelten Betonformsteinausbau 12 mit dem Gebirge verbunden. Infolge des Kugelgelenkes kann die beschriebene Einspannung aber auch entfallen, so daß das Gleitprinzip bis zum Fundament erhalten bleibt

Im Betrieb kann sich der untere Ring 9 aus seiner ausgezogenen Stellung bei 30 in die strichpunktierte Stellung bei 31 verschwenken, wobei die Flächen 17 und 18 aufeinander gleiten, so daß punktförmige Belastungen vermieden werden. Die Abweichung der Schachtachse ist bei 32 wiedergegeben und zeigt, daß sehr große Verschwenkwinkel möglich sind, ohne daß das Fundament 15 unzulässig beansprucht wird. Die entsprechenden Wirkungen treten ein, falls das Fundament 15 mit der anschließenden Schachtröhre 33 verkippt wird.

Technisch ist die Auflagerfläche 17 eine Ringfläche aus der Kugel und dem Radius R eines Kugelgelenkes, dessen Kugelpfanne auf der Ringfläche 18 des Fundamentes 15 abgebildet ist. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2 ist bei der Ausführungsform nach F i g. 3 das Fundament 15 mit der Kugelringfläche 36 versehen, und die Anfiagerfläche 35 des tragenden Schachtausbaues ist gemäß einer Ringfläche der Kugelpfanne gekrümmt

Anhand des Ausführungsbeispieles nach F i g. 1 ist gezeigt, daß die Lösung der eingangs herausgearbeiteten Erfinaungsaufgabe auch damit kombiniert werden kann, daß zerstörerisch wirkende, punktförmige Belastungen an einzelnen Betonringen, die mit 4—7 bezeichnet sind, zu vermeiden. Diese Aufgabenlösung kann auch für sich, d. h. ohne die Ausbildung eines Kugelgelenkes im Bereich der Auflagerflächen 17, 18 des tragenden Schachtausbaus 2 und des Fundamentes 15 verwirklicht werden; andererseits kann man die eingangs bezeichnete Gelenkausbildung auch für sich verwirklichen, wie die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 2 und 3 erkennen lassen sollen.

Während gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur einige der Betonringe gelenkig aufeinander abgestützt sind, die man naturgemäß aufgrund der Vorausberechnungen der Schachtkrümmung auswählen kann, läßt sich diese Aufgabenlösung auch an allen Betonringen verwirklichen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind im übrigen die Gelenke so ausgebildet, wie das Gelenk zwischen dem untersten Ring 9 und dem Fundament 15, obwohl diese Aasführung für höhere Beanspruchungen und größere Schwenkwinkel vorgesehen und geeignet ist. Deswegen kann man die Gelenke zwischen benachbarten ßetonringen 4, 5 bzw. 5, 6 bzw. 6, 7 konstruktiv auch vereinfachen, z. B. es können eingeschaltete Stahlblechringe 16a—16c weggelassen und an deren Stelle die einander zugekehrten Auflagerfiächen 6-a/7a benachbarter Betonringe 6, 7 unmittelbar aufeinander abgestützt werden, wie hier am Beispiel der Ringe 5—6 dargelegt wird. Man kann auch auf andere Weise als durch die beschriebenen Stahlblechringe 16 dafür sorgen, daß beim Arbeiten der Gelenke Scher- und Schubspannungen von den Betonringen ferngehalten werden, die diese nicht bruchlos überstehen -'-Orden.

Die Radien R\, R7 und Ri für die dargestellten Gelenke im Schachtausbau 2 fallen ebenfalls mit der Schachtachse 19 zusammen und können je nach vorausberechneter Krümmung gewählt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ringausbau für am vorläufig verfestigten, vorzugsweise im gefrorenen Gebirge abgeteufte Schächte des Berg- und Tunnelbaus, mit einem tragenden, gleitenden Schachtausbau, welcher einen

z. B. mit beweglichen Betonringen innen abgestützten Stahlblechmantel aufweist, der mit einer Gleitschicht an das Gebirge bzw. einen gebirgsverbundenen vorläufigen Ausbau angeschlossen ist, wobei der tragende Schachtausbau auf einem Fundament über ein Gelenk abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Gelenk ein Kugelgelenk dient, dessen Gleitflächen die Auflageflächen (17, 18) des tragenden Schachtausbaus (2) ;■> und des Fundamentes (15) und Ringausschnitte aus den Lagerflächen von Kugel und Kugelpfanne sind, wobei deren Kugelradien (R) mit der Schachtachse (19) zusammenfallen.

2. Ringausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß die Auflagefläche (17) des tragenden Schachtausbaus (2) konvex und die Auflagefläche (18) des Fundamentes konkav gekrümmt ist.

3. Ringausbau für im vorläufig verfestigten oder gesicherten, vorzugsweise in gefrorenen Gebirge abgeteufte Schächte des Berg- und Tunnelbaus mit einem tragenden, gleitenden Schachtausbau, welcher einen z. B. mit beweglichen Betonringen innen abgestützten Stahlblechmantel aufweist, der mit einer Gleitschicht an das Gebirge bzw. einen gebirgsverbundenen, vorläufigen Ausbau angeschlossen Ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ds." wenigstens einige der Betonringe (4—7) übrr ein Gelenk (16a— 16c;6a, 7a) mit dem ihnen jeweils iii dem 'agenden Schachtausbau (2) folgenden Betonring verbunden sind und als Gelenk ein Kugelgelenk dient, dessen Gleitflächen (6a, 7a) die Auflageflächen der benachbarten Betonringe und Ringausschnitte aus den Lagerflächen von Kugel und Kugelpfanne sind, wobei die *o Kugelradien (R₁-R₃) mit der Schachtachse (19) zusammenfallen.