Verbrüche in Druckstollen

Zusammenfassung

Verbrüche in Druckstollen. Es werden nicht die üblichen, schon beim Vortrieb auftretenden Verbrüche behandelt, sondern Verstürze, die erst während des Betriebes von Druckstollen bei verschiedenen Anlagen vorgekommen sind und durch Auflösen von Kluftfüllungen und örtlich begrenztes Zerfallen des Felsgefüges unter dem Einfluß wechselnden Wasserdruckes entstehen wenn das Wasser zum Gebirge Zutritt hat.

Die Anzeichen für die Möglichkeit solcher späterer Verbrüche sind während der Vortriebszeit oft sehr unauffällig. Ein Beispiel dieser Art bot der Kaunertal-Druckstollen in einem Schiefergneisabschnitt gelegentlich eines Abpreßversuches über eine noch unausgeklei-dete längere Strecke (geologischer Längsschnitt). Es werden die Beweggründe zu diesem Großversuch und der Versuchsablauf selbst erläutert (Diagramm für Druck und Wasserverlust). Die Ähnlichkeit der Beanspruchung beim Füllen, Druckaufbau und Druckhalten sowie beim Entleeren, mit der wechselnden Druckbelastung infolge Regelbetriebes des Kraftwerkes (Diagramm der Druckschwankungen im Wasserschloß), wird aufgezeigt. Versuchsbedingungen also ähnlich dem späteren Betrieb.

Es entstanden fünf größere Verbrüche (Längsschnitt des Verbruchsbereiches).

Sanierung des großen Verbruches V (schematische Darstellung der einzelnen Phasen) durch Vollbetonieren des ganzen Hohlraumes über einen Schrägschacht. Das restliche Verbruchshaufwerk diente dabei als Unterlage. Anschließend Durchörtern des Materials. Betonieren eines starken Außenringes und Ersatz des Materials zwischen Domfüllung und Gewölbe durch Beton, wobei die Abstützung des einsturzgefährdeten Nachbarbereiches auch vorübergehend nicht verlorengehen durfte. Keine Querschnittseinbuße.

Tabellarische Zusammenstellung gleichartiger Verbrüche des In- und Auslandes, welche z. T. nach mehrjährigem Betrieb eintraten.

Kemano Kitimat — 19 000 m³ Verbruch, 50 m hoch, Bewältigung mittels starken Betongewölbes über dem Schutthaufen, darüber 1,5 m Schutzschicht aus Brechschotter. Stollenbeton an Schutzgewölbe anschließend. Großer Hohlraum blieb leer.

Tåsan — 3000 m³, 30 m hoch, ebenfalls nur Teilausbaggerung, Hohlraum leer belassen. Durchörterung des Haufens unter dem Schutz waagrecht eingerammter Spundbohlen, stählerne Stützkonstruktion und Stahlbetonauskleidung bei Profileinschränkung.

Hemesdal. Montmorillonit als verb ruchsf orderndes Mineral.

Schlußfolgerungen: Bei erosionsgefährdetem geologischem Aufbau und hohem Gebirgs-wasserstand ist eine Auskleidung auch in „standfestem Fels” erforderlich und deren möglichste Rissefreiheit erwünscht, um ein Ausspülen von Fülltsoffen aus der Klüftung infolge Druckwechsels hintanzuhalten und damit den Zusammenhang des Felsgefüges aufrechtzuerhalten.

Summary

Rockfalls in Pressure Galleries. This paper does not deal with the usual rockfalls during tunnel heading but with those which only occurred afterwards during the operation of pressure galleries at various power plants, and which resulted from the decomposition of the fissure filling and from the local disintegration of the rock structure under the influence of the varying water pressure, when the gallery water got access to the rock.

The symptoms which indicate the possibility of such subsequent rockfall are often very inconspicuous during the heading period. A good example is given by a section of the Kauner Valley pressure gallery in schist gneiss on the occasion of a pressure test over a greater length, as yet unlined (see geological forecast for the longitudinal tunnel section, constructional time table). The reasons for such a large-scale pressure test and its execution are described (see pressure and water loss diagrams). The similarity between the stresses during the periods of tunnel filling, of building up and maintaining pressure as well as of tunnel draining on one hand and the varying pressure owing to the load control operation of the power plant on the other hand (see pressure variation diagram for the surge chamber) are shown. Thus the conditions of the test were similar to those during the subsequent operation.

Five major rockfalls have occurred (see longitudinal section of the rockfall zone).

The large rockfall V (see schematic representation of the individual stages of the repair work) was repaired in filling the entire cavern with concrete over an inclined shaft, the residual muck heap serving as a support. Then the muck was cut through, a strong concrete ring outside the gallery profile was installed and the muck between the concrete and the ring crest was replaced by concrete in such a way that the support of the adjacent zones exposed to caving was not lost, even temporarily. The gallery profile did not undergo any reduction.

Similar rockfalls, which have occurred in this country and abroad, partly after a several years’ operation, are listed.

Kemano Kitimat — Rockfall 19 000 m³ in volume and 50 m in height; repair with the aid of a strong concrete arch above the muck heap; above it a 1.5 m high protective cover of crushed stone; the tunnel concrete joining the protective arch; the large cavern remaining empty.

Tâsan — Rockfall 3000 m³ in volume and 30 m in height; only partial excavation too; the cavern remaining empty; cutting through the muck heap under the protection of sheet piles horizontally rammed in; the supporting steel structure and the armed concrete lining resulting in a reduction of the gallery profile.

Hemesdal — Montmorillonite constituting the mineral promoting rockfall.

Conclusion: When the geological structure is exposed to erosion and the crack water level is high also an apparently “resistant rock” requires a tunnel lining, which is desired to be as free from fissures as possible in order to prevent the fissure filling from being washed out owing to the change in pressure, and therewith to preserve the coherence of the rock structure.

Résumé

Éboulements dans les galeries en charge. Il ne s’agit pas des éboulements habituels pendant l’avancement mais de ceux qui se produisent pendant l’exploitation des galeries en charge de diverses usines. Ils prennent naissance à la faveur de l’altération des remplissages de fissures et de la ruine localisée de la structure rocheuse sous l’influence des variations de la pression intérieure lorsque l’eau peut accéder au massif rocheux.

Les symptômes de tels éboulements ultérieurs sont souvent presque imperceptibles lors de l’avancement. La galerie en charge du Kaunertal a offert un exemple de ce type dans des schistes gneissiques à l’occasion de l’essai de mise en charge d’un tronçon assez long non revêtu (voir profil en long géologique et programme d’exécution). Les raisons de cet essai à grande échelle et de son programme s’expliquent d’elles mêmes (voir graphique des pertes d’eau en fonction de la pression). On montre la ressemblance entre d’une part le remplissage, la montée en pression, le maintien sous charge constante et la vidange et d’autre part les variations de pression dues au fonctionnement de la centrale en réglage (voir graphique des variations de charge dans la cheminée d’équilibre). Les conditions d’essai ressemblent donc à celles du fonctionnement ultérieur.

Il s’est produit cinq éboulements principaux (voir profil en long des zones éboulées).

Pour réparer Péboulement no. 5 (voir schéma des phases successives), on a rempli de béton la cavité entière, grâce à un puits incliné, en utilisant comme support la masse éboulée restée en place. On a bétonné ensuite un anneau robuste puis on a remplacé par du béton les matériaux restant entre le remplissage supérieur et la voûte, sans jamais enlever l’appui des zones voisines menacées d’éboulement. Ceci, sans réduction de section.

Un tableau rassemble des éboulements similaires en Autriche et à l’étranger, survenus après plusieurs années d’exploitation.

Kemano Kitimat — Eboulement de 19 000 m³, 50 m de haut, surmonté grâce à une robuste voûte de béton sur les déblais. Une couche de 1.5 m de pierres protège ce béton qui est accordé au béton de la galerie. L’essentiel de la cavité demeure vide.

Täsan — On a laissé vide également cette cavité de 3000 m³ et 30 m de haut après l’avoir partiellement curée. Le tas de déblais a été franchi sous la protection d’un enfilage de palplanches horizontales, par mise en place d’un soutènement métallique et d’un revêtement en béton armé réduisant la section de la galerie.

Hemesdal — La montmorillonite a favorisé l’éboulement.

Conclusions. Lorsque la structure géologique peut être détruite par l’érosion et lorsque le niveau piézométrique est élevé, même dans une “roche résistante”, le revêtement est nécessaire et il soit être autant que possible dépourvu de fissures, afin d’empêcher le délavage des matériaux de remplissage hors des fissures lors des changements de pression et de conserver ainsi en état la cohésion du massif rocheux.