Fels- und Untertagbau

Verzugsbleche, vorauseilend in Baugrund eingeschlagen

Ziel: Tunnel über Abschlagslänge sichern, bis Sicherung aus Spritzbeton und Stahlbögen nachgeführt wird

Einsatz: in stanfestem Baugrund

Stahlbögen: Auflager der Pfändung

- Verzugsbleche geschlossen über Stahlbogen

- Länge Verzugsbleche ca. 1.5 x Bogenabstand

- Abstandshalter meist Holzkeile oder Spritzbeton

- Verzugselemente um eine Elementlänge versetzt

- Länge Verzugsbleche ca. 2.5 x Bogenabstand (geschlossene Pfändung) 

dem Vortrieb vorauseilende Sicherung, Länge ca 3-4 x Bogenabstand, Spriessen auf Stahlbögen aufgelagert

Einsatz: in stark geklüftetem Fels (nicht für Pfändungsbleche geeignet)

Material: Profilstähle, Rundstöhle, Rohre mit Mörtelaustritt (Injektion des Bohrlochs)

Bestandteile: Ankerkopf, Ankerstab, Verbundbereich (Vorrichtung zur Krafteinleitung)

Unterteilung: 

- Material (Stahlanker, GFK-Anker)

- Verund (Freispielanker, Vollverbundanker)

- Krafteinleitung (schlaff/passiv, vorgespannt/aktiv)

Freispielanker

Vollverbundanker

Expansionsanker

Mörtelanker (SN-Anker, Perfoanker)

Kunstharzklebeanker

Spreizhülsenrohranker

Swellex-Anker

Schwere Anker

- Sicherung des Ausbruchprofils oder Ortsbrust

- punktuell als Sicherung von potentiellen Bruchkörpern

- lokal zur Bewehrung des Gebirges

- systematisch zur Erzeugung eines Ausbauwiderstands

Punktuelle Sicherung von Bruchkörper: 

- Anker senkrecht zu massgebender Trennfläche

- genügende Verankerungslänge im gesunden Gebirge

- ausserhalb oder innerhalb Bruchkörper

- stark zerklüftetes, lockergesteinsartiges Gestein

- Bruchkörper mit geringer Gesteinsfestigkeit

→ flächenhafte Sicherung (Armierungsnetz, Spritzbeton, Schale)

verbinden von Gesteinslagen

Lage oder Bruchkörper können sich nicht lösen

regelmässigee Anordnung der Anker

flächige Sicherung des Profils

Ausbauwiderstand

Faktoren für Tragsicherheit:

- Festigkeit Ankerstab (Material aus Stahl, Glasfaser)

- Durchmesser Ankerstab (Reduktion QS bei Gewinden)

- Traglast Ankerkopf (Durchstanzen, Verformung)

- Gesteinsart (Haftung, Verwitterung)

- Eigenschaften der Verankerung (Art, Länge, Durchmesser Bohrloch, Festigkeit Injektionsmittel)

GFK-Stäbe: können grösste Kraft P aufnehmen, spröd

Swellex-Anker: ausgeprägtes Fliessverhalten

Versagensmechanismen bei Vollverbundankern (Massgebend ist kleinste Kraft)

- Bruch des Ankerstabs (Bruchlast P_pl im Zugglied)

- Versagen der Verankerung im Gebirge ausserhalb des Bruchkörpers (Verankerungskraft \(P_{VG}=(l-h)\pi d \tau_m\))

-Versagen der Verankerung im Bruchkörper (Verankerungskraft \(P_{VB}=max(P_A,h\pi d \tau_m); P_A:\)Bruchlast Ankerplatte)

Verbundspannung: abhängig von Gesteinstyp, mittels Auszieheversuch bestimmen

Versagen: plötzlicher Kollaps der Sicherung vermeiden --> Dunktiles Versagen des Ankers (innerhalb Ankerstabes), möglich durch lange Ankerlänge (Erhöhung Mantelfläche)

Freispielanker: Kraftübertragung innerhalb Bruchkörpers ausschliesslich über Ankerplatte

-endgültige Sicherung und Verkleidung von Hohlräumen

-selten für Ausbruchsicherung

Ortsschale als definitive Verkleidung: nach Durchschlag des Tunnels, parallel zu Vortriebsarbeiten

Funktionen definitiver Verkleidung: statische Funktion, Abdichtung, Glatte saubere Oberfläche, 

Betonstärke: >25cm

Bewehrung: Nur in statisch begründeten Fällen, muss selbsttragend sein, erschwert Betonverdichtung

Allgemein: Ausschalung nach 12-36h, Betoniergeschwindigkeit von QS-Grösse abhängig

Anforderung an Schalung: 

-versetzbar - fahrbar - einklappbar

-ausreichende Steifigkeit 

-Durchfahrmöglichkeit bei Durchmesser > 6m

-Platz für Durchführung der Lutte

-Sohlgewölbe

-Stirnabschalung

Einfüllen Beton: Schalungsfenster oder Stirnabschalung

Verdichtung Beton: Tauchvibratoren oder Schalungsrüttler

Injektionsstutzen: zum Nachinjizieren im Firstvereich

Probleme: 

- gute Baustellenorganisation (Ausbruch-, Sicherungs-, Abdichtungs-, Bewehrungs- und Betonierarbeiten parallel)

- frühe Belastung des Frischbeton (entsprechende Betonzusammensetzung; inkompressible Zwischenschicht (Noppenprofile) erlauben gewisse Gebirgsbewegungen bevor Gewölbe belastet wird)

Strömung des Wassers durch den Fles

Befasst sich mit Verformungen und Bewegungen der Erdkruste unter Wirkung von Kräften

Strassen-, Kraftwerk-, Hochbau und Rohstoffgewinnung

Verkehr, Unterirdischer BHF

Ver- und ENtsorgung

Lüftung

Lagerung radioaktiver Mat.

Rohstoffgewinnung

Problem der Stabilität: Verformung bei tiefen Bohrungen

Ergiebigkeit abhängig von Durchlässigkeit des Fels, Durchlässigkeit kann durch künstliche Erzeugung von Klüften (hydrofracturing) erhöht werden

Härte des Gesteins hat Einfluss auf Verschleiss (Leistung und Kosten)

Beschreibt mögliche kritische Situationen oder unerwünschte Ereignisse für ein Bauwerk (Niederbruch, unzl. Verformung, zu hohe Wasserverluste)

Standsicherheit 

(natürliche Felsböschungen oder Felsabschnitte) 

beeinflusst durch: Vorhandensein, Beschaffenheit und Eigenschaften der Trennflächen

Standsicherheit und Verformungsverhalten (Felsfundation) 

Durchlässigkeit (Fels)

Standischerheit der Talflanken

Aus Wasserdruck resultierende Kraft wird von Mauer aufgenommen und in Felsuntergrund eingeleitet

Grosse Beanspruchung in Gründungsbereich von Bogenstaumauern (konzentrierte Krafteinleitung)

Instabilität des Gründungsbereich --> Versagen der Staumauer

Ungleichförmige Setzung entlang der Gründung --> Beeinträchtigung der Tragsicherheit oder Gebrauchstauglichkeit (Rissbildung)

Unter- oder Umströmung der Talsperre durch seeseitigen Wasserdruck

Instabilität kann Mauer gefährden

Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit

Schwirigkeiten bei heterogenem Baugrund, verwittertem Fles, Karsthohlräume im Fundationsbereich

Problem der Setzungsdifferenzen (Schiefe, Rissbildung)

Gibt an, wie leicht sich das gestein abbauen lässt

Beeinflusst Bauzeit und Baukosten (v. a. Steinbrüche)

Untertagbauten werden je nach Zweckbestimmung in unterschiedlichen Tiefen und mit unterschiedlichen Abmesungen erstellt

Stabilität oder Gebrauchstauglichkeit des Hohlraums:

- Lösbarkeit des Gesteins --> Verschleiss der Bohr- und Abbauwerkzeuge (Bauzeit, Baukosten)

- Wasserzutritt --> Erschwerte Vortriebsarbeiten, Gefährdung Arbeitssicherheit