Zusammenfassung
Erfahrungen beim Ausbau der Kavernenzentrale Veytaux mit Spritzbeton und Felsankern. Es wird über die Bauweise und Erfahrungen bei der Anwendung von Spritzbeton und Felsankern in einem weitgehend zerrütteten Gebirge zur Sicherung des Hohlraumes der Kavernenzentrale Veytaux des Pumpspeicherwerkes Hongrin-Léman, Schweiz, berichtet.
Die Länge zwischen den Stirnwänden des im Querschnitt annähernd kreisförmigen Hohlraumes von 30,50 m Durchmesser beträgt auf Höhe des Maschinenbodens 137,50 m.
Das Gebirge besteht im wesentlichen aus Kalkmergel und Kalkschiefer, ist etwas gewellt, aber annähernd horizontal geschichtet und von mehreren Kluftsystemen in vertikaler Stellung durchörtert. Die Überlagerungshöhe beträgt an der äußeren Stirnwand des Hohlraumes 65 m, an der inneren 150 m.
Die äußerst kurzen Bau- und Montagetermine gaben Anregung, nach einer raschen und wirtschaftlichen Methode für den Ausbruch und die Sicherung des Hohlraumes zu suchen. Voruntersuchungen und Modellversuche boten die Möglichkeit, die Sicherung des Hohlraumes durch Felsanker und Spritzbeton vorzusehen.
Der gewählte Bauvorgang ist gekennzeichnet durch einen etappenweise hergestellten halbringförmigen Längsausbruch an der Leibung des Hohlraumes und dessen Sofortsicherung durch Ankerung und Spritzbeton, so daß auf eine Abstützung von unten verzichtet werden konnte. Der Ausbruch des Kerns konnte dann im Schutze des abgesicherten Gewölbes in einem Zuge mit großen Tagesleistungen durchgeführt werden (Methode des Abschlags im Steinbruch). Im Hinblick auf den Abtransport des Ausbruchmaterials erwies es sich als vorteilhaft, den Kern in zwei Abschnitten auszubrechen. Dem Ausbruch folgte unmittelbar die Sicherung der Seitenwände durch Felsanker. Auf den Spritzbeton konnte im Hinblick auf die im Anschluß folgende Betonierung der Seitenwände verzichtet werden.
Die äußerst kurze Zeit von siebzehn Monaten für den Vollausbruch und dessen Sicherung wäre infolge der geringen Standfestigkeit des Gebirges mit keiner anderen Unterstützungsmethode von unten einzuhalten gewesen. Das Überprofil betrug ungefähr 4,6 %. Die Betonierung eines Traggewölbes in Beton von einer theoretischen Stärke von etwa 1,50 m hätte an mehreren Stellen eine Dicke von 4,0 m erreicht.
Die Wirtschaftlichkeit der beschriebenen Bauweise kommt im besonderen darin zum Ausdruck, daß sie den Vortrieb wesentlich erleichtert und eine bedeutende Vereinfachung der Bauausführung und Zeitersparnis mit sich bringt.
Das Verhalten des Gebirges oberhalb des Maschinenbodens wird fortlaufend durch Meßgeräte (Telerocmeter und Meßanker) überprüft.
Summary
Rock Reinforcement of the Cavern at Veytaux by Rock Anchors and Pneumatically Applied Concrete. This paper deals with the methods used and experience gained during the installation of rock anchors and application of pneumatically applied concrete to stabilize the rather badly fractured rock, forming the roof and walls of the Veytaux Power-House (pumping and generating station), which is part of the Hongrin-Leman Hydro-Electric Development in Switzerland.
The cavern has a length of 137.50 metres (~450 ft) and a cross-section of excavation closely approximating a circle of 30.50 metres (100 ft) diameter.
Marly limestone and limestone-schist are the principal components of the rock mass, and while the stratification is almost horizontal, the strata are undulating, and have several groups of fractures cutting through them in a vertical direction. The entrance to the power-house is 65 metres (214 ft) and the far end is 150 metres (492 ft) below the ground surface.
From the outset, the scheduling of the project indicated that only a comparatively short time would be permitted for carrying out the work, and with this in mind a very comprehensive study was made to find a rapid and economical method of excavating and stabilizing the cavern. Early in this investigation, following model tests, the use of rock anchors and sprayed-on concrete for stabilizing the walls and roof showed up as a very practical solution of the problem, and this method was subsequently adopted.
The working method chosen was to excavate, in successive stages, a section at the periphery of the cavern in the form of a half-ring, and to immediately stabilize the exposed rock face by installating rock anchors and sprayed-on concrete. By using this method, the installation of a temporary supporting structure was eliminated.
The excavation of the core was then carried out in complete safety, using normal quarrying methods, which enabled a very high daily rate of removal to be maintained. In order to facilitate the removal of the broken rock, it was advantageous to break out the core in two phases, and for practical reasons, the demarcation line between the two was chosen at the machine room floor level. Following the removal of the upper-core, the lower part was broken out as a complete unit. Immediately after excavation, the stabilization of the side-walls, by means of rock anchors, was carried out, followed by concreting in situ. For these side-walls it was not necessary to use sprayed-on concrete, also the number of rock anchors required was not so great as in the roof. The end walls, however, had to be stabilized with rock anchors and sprayed-on concrete.
Excavation of the cavern was started in November 1965. Injections for water-proofing and consolidating the rock below the cavern took two months, while the excavation of the half-ring at the periphery of the roof, was completed in September 1966 (volume excavated, 17 000 cubic metres / ~22 000 cubic yards). The upper core (38 500 cubic metres / ~50 000 cubic yards) was then excavated in twelve weeks and the lower core (22 500 cubic metres / ~29 400 cubic yards) in nine weeks. The whole of the excavation, a total of 78 000 cubic metres (~101 400 cubic yards), was finished in 17 months.
After the excavation was finished, in March 1967, concreting and equipment installation started and at the time of writing (February 1968) is still in progress.
Conventional methods of excavation using falsework to support the roof would never have permitted the removal of such quantities of rock in so short a time, especially considering the poor characteristics of the rock. The volume of overbreak was only about 4.6 %o of the calculated total volume of excavation, as against a normal in-situ concrete roof, which, with a design thickness of 1.5 metres, would have in many places an actual thickness of 4.0 metres.
The principle used of driving a support ring into the rock following the periphery of a cavern is not new. However, this is the first time that it has been used under such difficult conditions for a cavern of such large dimensions. The simplified descriptions of how certain problems, encountered during the design and during the actual work, were overcome should not be taken to mean that these problems were of minor nature.
The financial savings involved show up particularly in the cost of excavation, which became quite easy, and also in various other work methods which were greatly simplified. The saving in time was considerable, with similar reductions in administration costs and machinery rentals.
The behaviour of the rock mass surrounding the cavern is under constant observation by means of a complete system of measuring devices (telerocmeters and special measuring anchors).
Résumé
Soutènement de la centrale en caverne de Veytaux par tirants en rocher et béton projeté. Le présent article expose la méthode d’exécution et les expériences faites lors des travaux de soutènement à l’aide de tirants en rocher et du béton projeté dans une roche très fracturée de la Centrale souterraine de Veytaux de l’aménagement hydroélectrique (turbinage-pompage) Hongrin-Léman, Suisse.
La longueur entre les deux tympans de la caverne est, au niveau du plancher des machines, de 137.50 m; la section transversale de l’excavation est à peu près circulaire, d’un diamètre de 30.50 m
Le massif rocheux est composé principalement de calcaires et de schistes argilo-calcaires; la stratification est subhorizontale, les couches sont ondulées et plusieurs faisceaux de fractures découpent la roche dans le sens vertical. La hauteur de recouvrement à l’entrée de la Centrale est de 65 m et au fond de 150 m.
Les délais d’exécution et de montage très courts nécessitaient de recourir à une méthode rapide et économique pour l’excavation et le soutènement de la caverne. Des travaux préliminaires, des investigations et des essais sur modèles ont montré la possibilité de prévoir le soutènement de la caverne au moyen de tirants en rocher et de béton projeté.
La méthode d’exécution choisie est caractérisée par l’excavation en étapes successives d’un demi-anneau situé sur le pourtour de la caverne et par le soutènement immédiat à l’aide de tirants en rocher et du béton projeté; de cette manière, il n’est pas nécessaire de recourir à un étalement par en dessous. L’excavation du noyau se fait en toute sécurité et de façon continue et utilisant la méthode d’abattage des carrières; ainsi, de grands volumes journaliers d’excavation peuvent être réalisés. Afin de faciliter le transport des matériaux excaves, il s’est relevé avantageux d’abattre le noyau en deux phases. Pour des raisons pratiques, le plancher de travail du noyau supérieur a été choisi au voisinage du niveau du plancher des machines; dans la phase suivante, le noyau inférieur a été excavé en une fois. Après l’excavation, on a procédé immédiatement au soutènement des parois au moyen des tirants en rocher; le bétonnage des parois, ayant suivi immédiatement ces travaux d’ancrage, a permis de renoncer à l’application du béton projeté et de réduire le nombre des tirants en rocher dans cette partie de l’ouvrage. Le soutènement des tympans a été effectué au moyen des tirants en rocher et du béton projeté.
Les travaux d’excavation en caverne ont débuté en novembre 1965. Les injections destinées à Pétanchement et à la consolidation du rocher de la partie inférieure de la caverne ont nécessité 2 mois; l’excavation du demi-anneau destiné au soutènement de la voûte a été terminée en septembre 1966 (volume d’excavation 17 000 m3). Le noyau supérieur (38 500 m3) a été excavé en 12 semaines, le noyau inférieur (22 500 m3) en 9 semaines et le volume total de 78 000 m3 en 17 mois.
Après l’excavation qui s’est achevée en mars 1967, les travaux de bétonnage et de montage ont commencé et sont encore en cours.
La durée très courte des travaux d’excavation n’aurait pas pu être réalisée en recourant à une méthode d’étalement par en dessous, étant donné la mauvaise tenue de la roche à excaver. Le volume de horsprofil représentait environ le 4.6% du volume théorique total. Le bétonnage d’une voûte en béton d’une épaisseur théorique de 1.50 m aurait atteint en plusieurs endroits une épaisseur réelle de 4.00 m.
Le principe d’une réalisation d’un anneau porteur dans la roche d’une caverne n’est pas nouveau. Il a toutefois été réalisé pour la première fois, dans le cas présent, pour une caverne de dimensions importantes et dans des conditions difficiles. Malgré la description simplifiée de certains problèmes rencontrés au cours de l’établissement du projet et pendant le déroulement des travaux, leur importance n’est pas à minimiser.
La rentabilité du procédé décrit s’exprime dans la facilité de l’avancement des travaux d’excavation et le gain de temps considérable (diminution des frais d’administration et de location de machines).
Le comportement du massif rocheux entourant la caverne est constamment surveillé à l’aide d’un dispositif d’appareils de mesure (télérocmètres et ancrages témoins).
Dieser Vortrag konnte beim Kolloquium aus Zeitmangel nur in Kurzform vorgetragen werden.
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Rescher, O.J. (1968). Erfahrungen beim Ausbau der Kavernenzentrale Veytaux mit Spritzbeton und Felsankern. In: Müller, L. (eds) Aktuelle Probleme der Geomechanik und Deren theoretische Anwendung / Acute Problems of Geomechanics and Their Theoretical Applications. Felsmechanik und Ingenieurgeologie / Rock Mechanics and Engineering Geology, vol 4. Springer, Vienna. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-2110-8_19
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Publisher Name: Springer, Vienna
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