FERNSEMINAR ROHRVORTRIEB 7. Fortsetzung am

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1 7. Fortsetzung Seite 1 FERNSEMINAR ROHRVORTRIEB 7. Fortsetzung am Eine Anwenderinformation für alle am Rohrvortrieb Interessierten von: Dr.-Ing. Max Scherle in Zusammenarbeit mit Dipl.-Ing. Uwe Rößler, Fa. Herrenknecht AG, Tunnelvortriebstechnik und Norddeutscher Wirtschaftsverlag GmbH. Thema: - Einflüsse des untertägigen Abbaues auf die statische Berechnung von Vortriebsrohren - Sicherungsmaßnahmen bei Rohrvortrieben unter Bahnbetriebsgelände

2 7. Fortsetzung Seite 2 Hinweis für die Anwender Mit diesem Seminar stellt der Autor, Dr.-Ing. Max Scherle, allen am Rohrvortrieb Interessierten und Beteiligten Anregungen und Arbeitshilfen zur Verfügung. Die Seminarunterlagen wurden von ihm auf der Grundlage seiner Ausbildung zum Maschineningenieur und zum Bauingenieur, seiner langjährigen Erfahrungen im Tiefbau im Allgemeinen und im Rohrvortrieb im Besonderen, seiner eigenen Forschungen und Veröffentlichungen, seiner früheren Seminare und den damit verbundenen Diskussionen, seiner neunzehnjährigen Tätigkeit als Obmann des gemeinsamen Arbeitskreises Rohrvortrieb der Abwassertechnischen Vereinigung und des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches nach bestem Wissen und Gewissen mit einem Höchstmaß an Sorgfalt erstellt. Mit der Anwendung der Seminarunterlagen entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln. Regressansprüche gegen den Autor oder gegen die an der Gestaltung und Durchführung des Seminars Mitwirkenden sind ausgeschlossen.

3 7. Fortsetzung Seite 3 Dr.-Ing. Max Scherle Meine sehr verehrten Damen, meine sehr geehrten Herren, ich begrüße Sie zugleich im Namen meines Partners, Herrn Dipl.-Ing. Uwe Rößler, der Firma Herrenknecht AG und des Norddeutschen Wirtschaftsverlages GmbH. Ich freue mich, dass Sie immer noch oder auch ganz neu Interesse an unserem Fernseminar haben. Das Thema statische Berechnung von Vortriebsrohren ist fast schon zum Dauerbrenner geworden doch diesmal in einer ganz neuen Variante: Einflüsse des untertägigen Abbaues. Ich würde mich nicht wundern, wenn Sie fragen würden, was soll der untertägige Abbau in einem Seminar, das alle am Rohrvortrieb Interessierten ansprechen soll. Zugegeben, untertägiger Abbau kommt wenn man die Anwendungsmöglichkeiten des Rohrvortriebs insgesamt betrachtet - nur sehr selten vor. Was ist nun untertägiger Abbau? Es ist die Gewinnung von Bodenschätzen im Untertagebau. Dazu gehört in erster Linie die Gewinnung von Steinkohle, aber auch von Erzen, von Salzen, von Edelgestein usw. Wenn man von untertägigem Abbau spricht, dann meint man meist Kohlebergbau. Dieser ist auch am augenfälligsten. Ganze Städte, ganze Regionen sind um 10 Meter oder mehr abgesenkt. Teilweise sieht man nur noch die Spitzen der Kirchtürme. Wenn man untertägigen Abbau meint, dann spricht man meist von Bergsenkungsgebieten. Dieser Senkungsprozess ging nicht ohne Schäden vonstatten, deshalb auch Bergschadensgebiete. Daraus rührt die vereinfachende Vorstellung: Gebiet des untertägigen Abbaues = Bergsenkungsgebiet = Bergschadensgebiet. So einfach ist es aber nicht. Bergsenkungen und Bergschäden sind für den Hochbau und für den allgemeinen Tiefbau bereits eingehend erforscht. Die Bergschäden der Vergangenheit sind im Rahmen des Möglichen behoben bzw. reguliert. Bei Gebieten des untertägigen Abbaues, in denen der Abbau seit längerer Zeit schon eingestellt ist, spricht man von Bergruhe. Bergruhe lässt sich definieren als Zustand, in dem an der Erdoberfläche keine weiteren Senkungen mehr messbar sind. Gebiete des untertägigen Abbaues ob alt oder neu, ob Gegenwart oder Vergangenheit machen nur einen geringen (vielleicht sogar äußerst geringen) Anteil an den für den Rohrvortrieb in Frage kommenden Gesamtgebieten aus. Doch auch für den Rohrvortrieb ist der Markt sehr groß geworden deutschlandweit europaweit weltweit! So kann jeder Planer ganz plötzlich mit dem untertägigen Abbau genauso wie jede Vortriebsfirma, jeder Rohrhersteller und jeder Prüfingenieur mit dem untertägigen Abbau konfrontiert werden. Mit diesem Seminar will der Autor den mit dem Rohrvortrieb Befassten Bauherren, Planern und Bauausführenden einen Einblick in die geheimnisvolle Welt des untertägigen Abbaues geben, ohne den untertägigen Abbau selbst

4 7. Fortsetzung Seite 4 anzusprechen. Er will versuchen, die Ursachen, die zu den sichtbaren Veränderungen an der Oberfläche der Landschaft führen bzw. schon geführt haben, zu ergründen. Er will versuchen, die Veränderungen, die sich im Baugrund aus dem untertägigen Abbau ergeben und ihre Auswirkungen auf den Rohrvortrieb darzustellen. Der Autor will aber auch versuchen, einen Einblick in den Wortschatz des untertägigen Abbaues zu geben, um die Sprache des Bergbaues besser verstehen zu können, zum Beispiel: Tiefe = Teufe absenken = abteufen Geländeoberfläche = Tagesoberfläche

5 7. Fortsetzung Seite 5 Einflüsse des untertägiges Abbaues auf die Statische Berechung von Vortriebsrohren von Dr.-Ing. Max Scherle Quelle: Grundbautaschenbuch Ernst & Sohn 3. Auflage, Teil 2 Abschnitt 2.15 Gründungen in Bergbaugebieten von o. Prof. Dr.-Ing. Helmut Nendza, Essen

6 7. Fortsetzung Seite 6 Einführung Die Lehre von der Bodenbewegung infolge untertägigen Abbaues ist die Bergschadenskunde. Die Bewertung bergbaulicher Bodenbewegungen und Festlegung von baulichen Maßnahmen gegenüber Abbaueinwirkungen wird mit Bergschadenssicherung bezeichnet. Die Grundlagen dazu liefert der Markscheider Er gibt aufgrund von Messungen und Erfahrungen die Größenordnung, Richtung und den zeitlichen Ablauf der Bodenbewegung an. Der Bodenmechaniker hat zu prüfen, ob die Reaktionskräfte vom Bauwerk schadlos aufgenommen werden können und welche konstruktive Maßnahmen zu treffen sind, um eine Schadensfreiheit (bzw. eine Schadensminderung) zu erreichen. In der Bergschadenkunde wird zwischen Abbau in großer Teufe und oberflächennahem Abbau unterschieden. Als oberflächennaher Abbau wird allgemein ein solcher mit einer Teufe von 100 bis 150 m bezeichnet. Die Einwirkung bergbaulicher Maßnahmen aus oberflächennahem Abbau auf die Tagesoberfläche ist naturgemäß gefährlicher als die Einwirkung bergbaulicher Maßnahmen in großen Teufen. Für den Abbau in der obersten und damit am meisten gefährdeten Zone wurde der Begriff des eingeführt. tagesnahen Bergbaues Auswirkung des untertägigen Abbaues auf die statische Berechnung von Vortriebsrohren, so lautet das Thema unseres gegenwärtigen Seminars und nicht Analyse des untertägigen Abbaues. Mit dieser zugegeben sehr grob gefassten Darstellung wollte der Autor die Entstehung der Senkungen als sichtbares und auf Dauer bleibendes Zeichen des untertägigen Abbaues vor Augen führen. Es fällt nicht schwer, sich vorzustellen, welche gewaltigen Kräfte erforderlich waren, um ganze Regionen in Bewegung zu versetzen. Der Rohrvortrieb erfolgt und das ist wohl eine Binsenwahrheit im Untergrund genauso wie der untertägige Abbau, wenn auch der untertägige Abbau in sehr viel

7 7. Fortsetzung Seite 7 größeren Teufen erfolgt als der Rohrvortrieb. Maßgeblich ist allein die Wirkung und der untertägige Abbau wirkt sichtbar bis zur Tagoberfläche hinauf. Die Wirkung des untertägigen Abbaues auf den Rohrvortrieb hat der Autor im Rahmen seiner gutachterlichen Tätigkeit untersucht. Rohre waren zu Schaden gekommen, obwohl der Vortrieb seit 10 Jahren eingestellt und Bergruhe eingetreten war. Dafür eine Erklärung zu geben und Vorschläge für Abhilfe zu machen, war die gestellte Aufgabe. So entstand die nachstehende Analyse des untertägigen Abbaues, die Eingang in die Dissertation des Autors im Jahre 1990 an der Universität Hannover gefunden hatte. Und der Vortrieb ging mit neuen, nach der Analyse geänderten Rohren schadlos weiter!

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28 7. Fortsetzung Seite 28 Hier im gegenwärtigen Seminar stellt sich die Frage, wie wirkt sich der untertägige Abbau auf den Rohrvortrieb, der in Tiefen von einigen Metern bis zu einigen zehn Metern erfolgt, aus. Fest steht, dass die statische Berechnung für Vortriebsrohre soweit nicht Störungen wie untertägiger Abbau vorliegen für ungestörten Boden erfolgt. Fest steht, dass in ungestörten Böden a) die mittragende Wirkung des Bodens ausgedrückt durch den Abminderungsfaktor Κ entsprechend Abschnitt des Arbeitsblatts A161 der Abwassertechnischen Vereinigung e.v. (ATV) zur Entlastung der Vortriebsrohre herangezogen wird. b) der seitliche Erddruck ausgedrückt durch den Seitendruckbeiwert Κ 2 entsprechend Abschnitt des Arbeitsblattes A161 der Abwassertechnischen Vereinigung e.v. zur Minderung der Spannungen aus den vertikalen Lasten herangezogen wird. Die beiden Kriterien nach den Absätzen a) und b) haben sich als Stand und Regeln der Technik unangefochten weltweit in nicht mehr zählbaren Fällen bewährt. Sie haben den Rohrvortrieb erst wirtschaftlich vertretbar und in großen Tiefen erst möglich gemacht. Fest steht, dass als Folge des untertägigen Abbaues bei der Entstehung des Senkungstroges Verschiebungen vor sich gehen, die Zerrungen und Pressungen bewirken. Zerrungen bedeuten Zug ist gleich Zugspannungen im Boden. Pressungen bedeuten Druck ist gleich Druckspannungen im Boden. Doch was soll das ganze Theoretisieren, wenn doch der untertägige Abbau in dem vom geplanten Rohrvortrieb betroffenen Gebiet schon seit x Jahren eingestellt ist und seit dieser Zeit keine Bewegungen an der Tagoberfläche mehr beobachtet wurden Veränderungen, Senkungen und Verschiebungen, wurden nicht mehr gemessen. Also ruht der Berg. Es ist Bergruhe eingetreten. Welche Einflüsse soll dann noch ein der Vergangenheit angehörender untertägiger Abbau auf die statische Berechnung von Vortriebsrohren ausüben? Mit dem Schlagwort Bergruhe sollen alle Sorgen und Bedenken der den Rohrvortrieb Planenden und Berechnenden zerstreut und ausgeräumt werden. Leider trifft das so pauschal nicht zu! Durch den untertägigen Abbau wurde der Berg in Bewegung versetzt. Teile davon wurden in die Senkungsmulde hineingezerrt. Teile wurden in die Senkungsmulde hineingepresst. Es entstanden Zerrungen, es entstanden Pressungen.

29 7. Fortsetzung Seite 29 Als Folge der Zerrungen entstanden Zugspannungen und Dehnungen, als Folge der Pressungen entstanden Druckspannungen und Stauchungen im Boden. Die Zug- und Druckspannungen bleiben solange im Boden bis sich die sie bildenden Zerrungen und Pressungen zurückgebildet haben. Eine Rückbildung aber ist nur durch neue Bewegungen im Berg oder durch einen Konsolidierungsprozess möglich. Neue Bewegungen im Berg scheiden aus, da Bergruhe herrscht! Am gravierendsten ist der Einfluss der Zerrungen auf die statische Berechnung der Rohre. Er betrifft sowohl den Abminderungsfaktor Κ als auch den Seitendruckbeiwert Κ 2. Der Abminderungsfaktor Κ drückt die Abstützung des die Rohre überlagernden Bodens auf den seitlichen Boden aus (siehe Fernseminar 4. Fortsetzung!). Wenn aber der seitliche Boden unter Zugspannungen als Folge von Zerrungen steht, weicht er nach rückwärts aus, wenn sich der die Rohre überlagernde Erdkörper auf ihn abstützen will. Damit geht die stützende Wirkung zum Teil oder ganz verloren. Dies wirkt sich in einer Verschlechterung des Abminderungsfaktors Κ aus. Κ ist als derjenige Faktor gekennzeichnet, mit dem die die Rohre überlagernde Last abgemindert werden darf, deshalb Abminderungsfaktor. Dementsprechend ist der niederste Wert von Κ der günstigste und der höchste Wert von Κ, das heißt Κ = 1,0 der ungünstigste Wert. Das heißt, dass der nach der Formel für den Abminderungsfaktor Κ der ATV- A161 Abschnitt errechnete Wert für Κ angemessen bis gegen 1,0 erhöht werden muss. Im Zweifelsfall ist bei anzunehmenden Zerrungen stets Κ = 1,0 anzusetzen. Der Seitendruckbeiwert Κ 2 nach dem Arbeitsblatt A161 der ATV Abschnitt bringt zum Ausdruck, dass und wie horizontaler Erddruck die Rohre horizontal belastet und dadurch vertikal entlastet. Ein Boden, der als Folge von Zerrungen horizontal unter Zugspannungen steht, kann keinen oder nur einen entsprechend stark verminderten Druck auf die Rohre ausüben und damit die Rohre nicht vertikal entlasten! Der Seitendruckbeiwert Κ 2, der in ungestörten Böden meist zwischen 0,5 und 0,3 liegt, muss in durch Zerrungen belasteten Böden angemessen bis gegen 0 abgesenkt werden. Im Zweifelsfall ist bei anzunehmenden Zerrungen stets Κ 2 = 0 anzusetzen.

30 7. Fortsetzung Seite 30 Pressungen sind wenn auch nicht in gleichem Maß gefährlich wie Zerrungen nicht zu unterschätzen. Pressungen wirken ebenso horizontal wie Zwängungen. So wirken auch die von Pressungen bewirkten Druckspannungen horizontal. Horizontale Druckspannungen unterstützen die mittragende Wirkung des Bodens nach Abschnitt der A161. Eine dadurch bedingte Verbesserung des Seitendruckbeiwertes Κ 2 bleibt jedoch außer Ansatz, da sie mit den zur Verfügung stehenden Mitteln nicht nachweisbar sind. Nicht vernachlässigbar sind jedoch die erhöhten Druckspannungen als Auslöser für ein verstärktes Eindringen des Bodens in den vom Überschnitt geschaffenen Spalt zwischen dem Boden und den Rohren, wodurch die Vorpresswiderstände bis zu einem Festhalten der Rohre erhöht werden können.

31 7. Fortsetzung Seite 31 Resümee Rohrvortrieb ist in Gebieten des untertägigen Abbaues möglich und vertretbar, wenn die während des untertägigen Abbaues entstandenen Veränderungen im Baugrund auch bei eingetretener Bergruhe in der statischen Berechnung der Vortriebsrohre angemessen berücksichtigt werden. Bergruhe heißt: Der Berg ruht, solange man ihn in Ruhe lässt. Doch er kann sehr unruhig werden, wenn er in seiner Ruhe gestört wird zum Beispiel durch einen Rohrvortireb. Dann ist es gut zu wissen, wie man ihn beschwichtigen kann zum Beispiel durch eine angepasste statische Berechnung!

36 7. Fortsetzung Seite 36 Befestigung der Meßlatte an der Schiene

39 7. Fortsetzung Seite 39 Setzungsmessung im Untergrund

42 7. Fortsetzung Seite 42 Damit verabschiedet sich der Autor und dankt Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit. Hoffentlich war es ein wenig interessant, einmal einen Einblick in die geheimnisvolle Welt des untertägigen Abbaues zu tun. Mit dem Bergmannsgruß Glückauf laden Sie herzlich ein Ihre zu unseren letzten beiden Seminaren, die vorgesehen sind und Max Scherle Uwe Rößler Fa. Herrenknecht AG Norddeutscher Wirtschaftsverlag GmbH für den als 8. Fortsetzung mit dem Thema Rohrverbindungen, Zwischenpressstationen und Vortriebsschilde für den als 9. Fortsetzung mit dem Thema Rohrvortrieb in Druckluft Fragen zu diesem Seminar sowie Anregungen zu den beiden nächsten Seminaren bitte an Fax 0621/