DE3806126C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausbau für untertägige Grubenstrecken und Schächte mit einer Innenschale aus in Ausbaulängsrichtung aufeinanderfolgend anzuordnenden Auskleidungsrahmen aus vorzugsweise Stahlblech, die durch zumindest zwei in Ausbauumfangsrichtung lageveränderlich aneinander festlegbare Auskleidungsrahmenteile gebildet sind, und mit einer Außenschale aus beispielsweise schnell aushärtenden Baustoffen oder dergleichen Hinterfüllmaterial versehen sind, wobei die Auskleidungsrahmenteile in Ausbauumfangsrichtung nachgiebig ausgebildet sind.

Untertägige Streckenausbauten sind aufgrund generell steigender Ausbauteufen (Primärdruck) und sonstiger Drücke (z. B. aus Durchbauungsgrad, Restpfeilern und dergleichen) in zunehmendem Maß erhöhten Belastungen ausgesetzt, so daß der herkömmliche Ausbau diesen Beanspruchungen immer weniger gerecht werden kann.

Um einem erhöhten Gebirgsdruck standhalten zu können, ist aus der DE- AS 27 02 672 ein Ausbau der eingangs genannten Art bekannt, bei dem entsprechend dem auch schon für andere Einsatzfälle grundsätzlich bekannten Gleitbogenausbau die Auskleidungsrahmenteile der mit aushärtenden Materialien hinterfüllbaren Innenschale über Klemmverbindungen in einem gewissen Maß umfangsnachgiebig aneinander festzulegen sind. Den unvermeidbaren Konvergenzerscheinungen in den künstlich geschaffenen Hohlräumen kann mit diesem bekannten Ausbau jedoch nur in einem äußerst bescheidenen Maße entgegengewirkt werden, da zunächst bei auftretenden Belastungen die Außenschale bricht und anschließend nur deren Resttragkraft in Verbindung mit der Klemmkraft der Klemmverbindungen zum Aufbringen des Ausbauwiderstandes zur Verfügung steht. Eine verformungsfreie Nachgiebigkeit der Innenschale kann somit auch nur über einen gewissen Bereich bei größeren Belastungen realisiert werden, wenn entsprechend stark dimensionierte, aufwendige und damit kostenintensive Bauteile Verwendung finden. Aufgrund der gleitverschieblichen Festlegung der Auskleidungsrahmenteile können zudem ohnehin nur in wenigen Richtungen wirkende Druckkräfte Berücksichtigung finden. Der erreichbare Endkonvergenzbelastungswert ist daher auch bei Verwendung aufwendiger Baumaterialien wesentlich größer als es die betrieblichen Anforderungen erlauben.

Ein Ausbau, der in Ausbauumfangsrichtung nachgiebig ausgebildet ist und einen segmentär aufgebauten Blechmantel sowie eine gleichfalls in Segmenten aufgebaute Betonschale besitzt, ist aus der DE-OS 36 13 140 bekannt. Hier handelt es sich um ein Konzept für eine vorpreßbare Tunnelröhre, die nur im beschränkten Umfang mit untertägigen Grubenstrecken und Schächten vergleichbar ist. Außerdem ist die Nachgiebigkeit dieses Ausbaus allein von der Dimensionierung des Blechmantels abhängig. Für untertägige Grubenstrecken und Schächte eignet sich das nicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ausbau der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Verwendung möglichst kostengünstiger Bauteile in der Lage ist, einen hohen Ausbauwiderstand über einen weiten Konvergenzbereich aufzubringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der Ausbau der eingangs genannten Art in erster Linie durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Durch die segmentär und mit Hilfe von Nachgiebigkeitselementen in besonderer Weise nachgiebig ausgebildeten Schale zerbricht diese nicht etwa bei auftretenden hohen Belastungen, sondern ist in der Lage, einen entsprechenden Ausbauwiderstand aufzubringen und gemeinsam mit den Auskleidungsrahmenteilen nachzugeben, so daß in baulich einfacher Weise, z. B. über paarweise aneinander über Distanzstücke abgestützte Außenschalesegmente sowohl in Größe in Richtung definiert Gegenkräfte in das Gebirge eingeleitet werden.

Zwar sind aus der DE-AS 14 83 898 und der DE-PS 32 10 530 Nachgiebigkeitselemente bekannt, die im Umfang zwischen Ausbausegmenten eingeschaltet sind, der Ausbau ist jedoch nicht mit dem erfindungsgemäßen Ausbau vergleichbar. In beiden Fällen fehlt es an der mehrschaligen Ausbauweise, nämlich an der Kombination von Blechmantel und Betonschale.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselemente als formveränderbare Quetschkörper ausgebildet. Dadurch sind - wie über gleichfalls als Quetschkörper ausgebildete Distanzstücke abgestützte Außenschalesegmente - die Auskleidungsrahmenteile kontinuierlich - nicht etwa erst bei Erreichen einer bestimmten Belastung - in Umfangsrichtung nachgiebig, sondern können auch in anderen Richtungen nachgeben. Die Nachgiebigkeitselemente bzw. Distanzstücke können dabei derart hinsichtlich Anzahl und auch Ausbildung z. B. zur Darstellung eines unterschiedlichen Ansprechverhaltens, anderen Nachgiebigkeiten in bestimmten Richtungen und dergleichen vorgesehen werden, daß vorsehbare bzw. berechenbare Belastungen definiert Berücksichtigung finden.

Insgesamt ist damit ein in vielfältiger Hinsicht variierbarer und den speziellen Erfordernissen im Einzelfall Rechnung tragender Ausbau zur Verfügung gestellt, der durch eine geeignete Anzahl von verschiedenen Ausbauteilen sozusagen im Baukastensystem individuell den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann und durch die im montierten Zustand vorliegende definierte Nachgiebigkeit insgesamt in der Lage ist, Konvergenzerscheinungen in künstlich geschaffenen unterirdischen Hohlräumen dadurch planmäßig entgegenzuwirken, daß vollflächig, sowohl in Größe und Richtung definiert, Gegenkräfte zum geeigneten Zeitpunkt ins Gebirge eingeleitet werden können und unmittelbar nach der Montage vollflächig ein hoher Gewölbewiderstand kontinuierlich aufgebracht werden kann, der über den unvermeidbaren Konvergenzbereich nicht etwa zusammenbricht, sondern in unverändert hoher und bekannter Größenordnung verbleibt bzw. sich definiert noch weiter aufbaut. Dadurch wird auch die Eigentragfähigkeit des Gebirges in verschiedenen Konvergenzzuständen stets in optimaler Weise aktiviert.

Ein Verbindungselement für Rahmenteile bzw. Segmente des Ausbaus, das als Nachgiebigkeits- bzw. Distanzelement für den geschlossenen Ausbau nach der Erfindung Verwendung finden kann, aber auch für andere Ausbauten und dergleichen geeignet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen gegenüberliegenden Seitenwandbereichen zur Abstützung von Rahmenteilen Verformungsprofile vorgesehen sind. In baulich einfacher Weise ist durch eine entsprechende Auslegung bzw. Profilgestaltung die definierte Nachgiebigkeit von an den Seitenwandbereichen abgestützten Rahmenteilen der Innenschalung bzw. der Außenschale des Ausbaus je nach den zu erwartenden Beanspruchungen zu erreichen. Zum Ausbau einer z. B. mit mehreren übereinander angeordneten Gruppen von Verformungsprofilen, die darüber hinaus in einer im wesentlichen dem Krümmungsradius des Ausbaus entsprechenden Lage aneinander festlegbar sind, bereit gehalten werden, so daß je nach den zu erwartenden Belastungen die entsprechende Zahl von Elementen an den jeweils erforderlichen Stellen in baulich einfacher und montagefreundlicher Weise vorgesehen werden können.

Hinsichtlich weiterer wesentlicher Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ausbaus wird auf die Unteransprüche, Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch in Vorderansicht ein Ausführungsbeispiel eines geschlossenen Ausbaus nach der Erfindung mit schematischer Darstellung einzelner Nachgiebigkeits- und Distanzelemente, und

Fig. 2, 3 und 4 Ausführungsbeispiele von Nachgiebigkeits- und Distanzelementen nach der Erfindung in perspektivischer Einzeldarstellung.

In der Zeichnung sind die auszubauende Grubenstrecke allge­ mein mit 1 und deren Streckensohle mit 2 beziffert. Im einzelnen nicht näher veranschaulicht ist das den Strecken­ ausbau umgebende Gebirge. Der Streckenausbau 3 besteht im einzelnen aus einer Innenschale aus in Ausbaulängs­ richtung aufeinanderfolgend anzuordnenden Auskleidungs­ rahmenteilen 4 aus Stahlwellblechen, deren Anzahl in Streckenumfangsrichtung und auch -längsrichtung variier­ bar ist. Zur Aneinanderreihung der Auskleidungsrahmenteile 4 der Innenschale in Streckenausbaurichtung haben diese jeweils abgewinkelten Randansätze 4.1, die sich in Strecken­ längsrichtung paarweise überlappen und z. B. mittels Schraubverbindungen aneinander und damit vom Streckeninneren her lösbar zu befestigen sind.

Der Streckenausbau 3 hat eine im einzelnen nicht näher dargestellte Außenschale aus schnell aushärtenden Baustoffen oder dgl. Hinterfüllmaterial, das beim Streckenausbau mittels bekannter Verfahren hinter die Auskleidungsrah­ menteile gebracht werden kann, so daß es den Streckenausbau 3 dicht an das Gebirge anschließt. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Ausbaus bildet das in die von der Wellprofilierung der Auskleidungsrahmenteile 4 und dem Gebirge begrenzten Räume, eingefüllte Hinterfüllmaterial die Außenschale, so daß jedem Auskleidungsrahmenteil 4 ein Außenschalesegment in Ausbauumfangsrichtung zugeordnet ist. Die einzelnen Auskleidungsrahmenteile 4 haben eine dem Krümmungsradius der auszubauenden Grubenstrecke 1 ange­ paßte Krümmung und sind in Ausbauumfangsrichtung lagever­ änderlich und damit auch umfangsnachgiebig aneinander fest­ gelegt. Die den einzelnen Auskleidungsrahmenteilen 4 zuge­ ordneten Außenschalesegmente sind ebenfalls innerhalb vorgeb­ barer Grenzen lageveränderlich und damit auch umfangsnach­ giebig aneinander abgestützt. Diese lageveränderliche Ab­ stützung ist bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Ausbaus durch einzelne Auskleidungsrahmenteile 4 ab­ stützende Nachgiebigkeitselemente 5.1, 5.2, 5.3 erreicht, die gleichfalls solange Distanzstücke für die Außenschale­ segmente ausbilden, bis diese nach Verbrauch des jeweiligen Nachgiebigkeitsweges vollflächig aufeinander aufliegen. Im ausgeführten Beispiel wird die Abdichtung von den einzelnen Segmenten der Außenschale während des Hinterfüll- bzw. Aushärtungsvorganges zur Erreichung einer Freispiel­ strecke zwischen den Außenschalesegmenten durch aufblasbare, an den Nachgiebigkeitselementen in Streckenlängsrichtung beweglich geführte Kissen bewirkt. Möglich ist auch die Übernahme der Abdichtfunktion durch entsprechende bauliche Gestaltung (Erweiterung) der Nachgiebigkeitselemente bzw. Distanzstücke.

Die die Distanzstücke mitausbildenden Nachgiebigkeitsele­ mente 5.1, 5.2, 5.3 sind durch formveränderbare Quetschkör­ per gebildet, die je nach Angriffsrichtung der zu erwarten­ den Gebirgsbelastungen oder sonstigen betrieblichen Anfor­ derungen in entsprechender Anzahl, Ausbildung, Länge und dgl. an beliebigen Stellen des Streckenausbaus 3 angeordnet werden können. Durch die damit geschaffene definierte Nach­ giebigkeit kann schon die Außenschale bei auftretenden Gebirgsdrücken bzw. Lockerungsvorgängen im Gebirge und daraus resultierenden Konvergenzerscheinungen über einen weiten Konvergenzbereich kontinuierlich einen in der jeweils notwendigen Richtung hohen Ausbauwiderstand aufbringen, ohne dabei unmittelbar die entsprechenden Gebirgsbelastungen auf die Innenschale mit etwa daraus resultierenden pla­ stischen Verformungen zu übertragen. Zugleich ist die Innen­ schale in der Lage, sowohl von Größe und Richtung durch entsprechende Auslegung der Nachgiebigkeitselemente de­ finiert nachzugeben, so daß insgesamt der geschlossene Ausbau nach der Erfindung in der Lage ist, unmittelbar nach dem Einbringen vollflächig einen hohen Gewölbewider­ stand aufzubringen, der auch im Falle zunehmender Konver­ genzerscheinungen nach Erreichen eines Spitzenwertes nicht etwa auf ein unakzeptables Niveau abfällt, sondern in hohem Maße aufrechterhalten bleibt oder sich sogar definiert noch weiter aufbaut. Dadurch wird auch die Eigentragfähig­ keit des Gebirges in verschiedenen Konvergenzzuständen stets in optimaler Weise aktiviert. Die verbleibenden und in der Regel unvermeidlichen Endkonvergenzen sind bei dem geschlossenen Ausbau nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten Ausbausystemen erheblich geringer. Aufgrund dieses Verhaltens ist bei den Ausbauteilen die Verwendung neuar­ tiger und erheblich kostengünstigerer Bauteile bzw. Bau­ stoffkomponenten möglich. Zweckmäßig kann es hierbei auch sein, die Außenschalesegmente mit einer zusätzlichen Ar­ mierung zu versehen, die jedoch auch durch die Steckbolzen der Innenschale zur Verklammerung mit der Außenschale ge­ bildet sein kann.

Die Auskleidungsrahmenteile 4 und auch die Nachgiebigkeits­ elemente 5.1, 5.2 bzw. 5.3 sind außerordentlich einfach zu handhabende Bauteile. Zum Beispiel können auch die im Firstbe­ reich des Grubenstreckenausbaus vorzusehenden Ausbaurahmen­ teile bzw. Nachgiebigkeitselemente auch als vormontierte Einheiten mit Hilfe von z. B. Bühnen und Manipulatoren ein­ gebracht werden, woraus sich weitere Vorteile bezüglich Montagefreundlichkeit und Sicherheit ergeben. Im einzelnen nicht näher veranschaulicht können die Distanzstücke der Außenschalesegmente auch durch separate, von den Nachgiebig­ keitselementen unabhängige Bauteile gebildet sein, z. B. durch Abdichtungselemente wie aufblasbare Kissen, die nach Erhärtung des Hinterfüllmaterials durch Ablassen der Luft entspannt und z. B. in eine nächste Hinterfüllposition umgesetzt werden. Auch können Hohlkörper aus Holz, Stahl oder Kunststoff als Distanzstücke Verwendung finden, die an ihrer Position verbleiben oder zur Nutzung bei einem nachfolgenden Hinterfüllvorgang umgesetzt werden können.

Wie im einzelnen in den Fig. 2 bis 4 näher veranschaulicht ist, haben die Nachgiebigkeits- bzw. Distanzelemente 5.1, 5.2 und 5.3 jeweils gegenüberliegende Seitenwandbereiche 6, zwischen denen Verformungsprofile 7 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des jeweiligen Elements vorgesehen sind. Die Verformungsprofile 7 der veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispiele haben eine im wesentlichen M- bzw. W-förmige Querschnittsgestalt, wobei die Querschnittsgestaltung, das verwendete Material und dgl. für das Ansprechverhalten der Elemente wichtige Parameter variieren können. Bei dem den Streckenausbau 3 auf der Streckensohle 2 abstützenden Nachgiebigkeitselement 5.1 (Fig. 2) sind zwei mit Abstand voneinander angeordnete Verformungsprofile 7 jeweils überein­ ander vorgesehen, die entsprechend dem Krümmungsradius des Ausbaus an dieser Stelle über im wesentlichen geradlinige Stützträger 8 aneinander befestigt sind. Durch Variation z. B. der Länge der Stützträger kann auf das Nachgiebigkeits- bzw. Anspruchverhalten des Nachgiebigkeitselements ebenfalls Einfluß genommen werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die übereinander angeordneten Verformungsprofile 7 über die Stützträger 8 derart aneinander befestigt, daß sie eine dem Krümmungsradius des Ausbaus 3 im Firstbereich entsprechende Lage zueinander ein­ nehmen. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind jeweils beidseits der Stützträger 8 eine Gruppe von in Längs- und Quer­ richtung zwei Verformungsprofilen 7 vorgesehen, die jeweils auch ein unterschiedliches Ansprechverhalten haben können, um den an dieser Stelle des Streckenausbaus erwartungsgemäß auftretenden Belastungen gerecht zu werden. Zur Verbindung der Auskleidungsrahmenteile 4 mit den Nachgiebigkeitselementen bzw. Distanzelementen 5.1, 5.2 und 5.3 sind an deren Seiten­ wandbereichen 6 Halteprofile 9 zur Festlegung der Auskleidungs­ rahmenteile 4 vorgesehen. Diese Halteprofile 9 haben eine dem Wellprofil der Auskleidungsrahmenteile 4 angepaßte Gestalt, so daß zur Montage die Auskleidungsrahmenteile vom Strecken­ inneren auf die Halteprofile 9 aufgesetzt werden können und mittels einer geeigneten Verbindung z. B. einer Schraubver­ bindung 4.2, an diesen festzulegen sind.

Die Nachgiebigkeits- bzw. Distanzelemente 5.2, 5.3 haben an einer Seitenwand Kupplungskörper 11 sowie an der gegenüber­ liegenden Seitenwand mit dem entsprechenden Kupplungskörper 11 mit Zentralöffnungen 13 des in Streckenlängsrichtung be­ nachbarten Elementes zusammenwirkende, diese stirnendseitig jeweils übergreifende Kupplungsflansche 12, in die Anker zur Verbindung der einzelnen Elemente hindurchsteckbar sind. Die Kupplungskörper-/-flansche-Anker-Verbindungen können als Schwerlastträger ausgebildet bzw. mit solchen ausgerüstet sein, um Lasten zu haltern. Zur Verbindung der einzelnen Elemente können jedoch auch sonstige geeignete Verbindungsteile wie Schrauben und dgl. oder auch sonstige Schnellschlußverbindungen Verwendung finden.

Claims (11)

1. Ausbau für untertägige Grubenstrecken, Schächte mit einer Innenschale aus in Ausbaulängsrichtung aufeinanderfolgend anzuordnenden Auskleidungsrahmen aus vorzugsweise Stahlblech, die durch zumindest zwei in Ausbauumfangsrichtung lageveränderlich aneinander festlegbaren Auskleidungsrahmenteilen gebildet sind und mit einer Außenschale aus beispielsweise schnell aushärtenden Baustoffen oder dergleichen Hinterfüllmaterial versehen sind, wobei die Auskleidungsrahmenteile in Ausbauumfangsrichtung nachgiebig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale in Segmenten aufgebaut ist, die den Auskleidungsrahmenteilen (4) der Innenschale entsprechen, und daß in Ausbauumfangsrichtung Nachgiebigkeitselemente (5.1, 5.2, 5.3) vorgesehen sind, auf denen die Segmente der Außenschale und/oder die Auskleidungsrahmenteile (4) der Innenschale abgestützt sind.

2. Ausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalesegmente paarweise über Distanzstücke aneinander abstützbar sind.

3. Ausbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Distanzstücken Abdichtungselemente festlegbar oder die Distanzstücke als Abdichtungselemente ausgebildet sind.

4. Ausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsrahmenteile (4) über Nachgiebigkeitselemente (5.1, 5.2, 5.3) aneinander festlegbar sind.

5. Ausbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachgiebigkeitselemente (5.1, 5.2, 5.3) die Distanzstücke ausbilden.

6. Ausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale und die Außenschale über an den Auskleidungsrahmenteilen (4) und den Außenschalesegmenten festlegbaren Steckbolzen miteinander verbindbar sind.

7. Ausbau nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachgiebigkeitselemente (5.1, 5.2, 5.3) durch formveränderbare Quetschkörper gebildet sind.

8. Ausbau nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachgiebigkeitselemente (5.1, 5.2, 5.3) zumindest bereichsweise elastisch ausgebildet sind.

9. Ausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsrahmen durch zumindest vier Auskleidungsrahmenteile (4) gebildet sind.

10. Ausbau nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsrahmen auf der Streckensohle (2) durch Nachgiebigkeitselemente (5.1) abstützbar sind.

11. Ausbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalesegmente eine Armierung haben.