Beitrag zur Berechnung und Optimierung von Felsankern im Tunnelbau

Zusammenfassung

Aus Mangel besserer Möglichkeiten wird der durch Anker aufgebrachte Ausbauwiderstand p a meist als vergleichsmäßigter Flächendruck gerechnet.

Es ist jedoch selbstredend und wird durch Beobachtung im Tunnelbau bestätigt, daß die Länge der Anker einen wesentlichen Einfluß auf die Ankerwirkung bzw. die Deformationen hat und daß auch noch eine Dübelwirkung vorhanden sein muß.

Die Auswirkung der Ankerlänge, d. h. der zum Hohlraum gerichteten Kraft des inneren Ankerkopfes auf die Größe der Deformationen untersuchte bereits Egger.

Im vorliegenden Bemessungsverfahren ist diese Untersuchung insoferne eingebaut, als zu den normalen Kennlinien, die für einen rein als Innendruck wirkenden Ausbauwiderstand gelten (wie z. B. ein Betonring oder unendlich lange Anker), zusätzliche Ankerkennlinien eingezeichnet wurden, die die verschiedenen Ankerlängen berücksichtigen. Damit ist es möglich, den Ankereinsatz in Hinblick auf Stückzahl und Länge der Anker zu optimieren.

Die Dübelwirkung der Anker wurde von Bjurström in In-Situ-Großscherversuchen und von Feder in Laborversuchen an Beton untersucht. Mit Hilfe der von Bjurström angegebenen Formel läßt sich eine erhöhte Scherfestigkeit ermitteln, die vom Stahlquerschnitt sowie von der Stahl- und Gesteinsfestigkeit abhängt. Auch diese erhöhte Scherfestigkeit läßt sich in die zusätzlichen Ankerkennlinien einrechnen.

Somit kann an den zusätzlichen Ankerkennlinien der Einfluß der Ankerlänge und der Dübelwirkung abgelesen und in der Bemessung berücksichtigt werden.

Summary

The lining resistance p a of rock anchors is usually computed as an equal pressure acting from the opening towards the tunnel surface, because no better methods are available.

It is evident, however, and has been confirmed by observations made in tunnels, that the anchor length has a considerable influence on deformation. In addition, it appears that the anchors also act as dowels.

The degree to which the amount of deformation is influenced by anchor length, that is to say the force of the far end of the rock anchor directed towards the cavity, has been investigated already by Egger.

The results of this investigation have been taken into account here in so far as additional anchor characteristics for different anchor lengths were plotted, in addition to the usual characteristic lines which hold for a lining resistance that acts merely as an internal pressure (e. g. concrete ring or anchors of infinite length). It is therefore possible to optimize the number and length of rock anchors.

The dowel action of the rock anchors was investigated by Bjurström in large-scale in situ shear tests and by Feder in laboratory experiments with concrete. With the aid of the equation given by Bjurström an increased shear strength can be inferred which is a function of the steel cross section and of the strengths of steel and rock.

This increased shear strength, too, can be accounted for in the additional characteristic lines of the rock anchors.

The additional characteristic lines of the rock anchors therefore describe the influence of anchor length and dowel action which can thus be taken into consideration in dimensioning the anchors.

Résumé

Faute de meilleures méthodes, la résistence de revêtement p a declenchée par les ancrages est généralement calculée comme pression uniforme agissant de l’ouverture vers la surface du tunnel.

Il est pourtant évident et les observations faites dans les tunnels le confirment que la longueur d’ancrage a une grande influence sur la déformation. En outre, l’action de goujons est également indispensable.

Le degré auquel l’ampleur de la déformation est influencée par la longueur d’ancrage, c’est à dire la force du bout éloigné de l’ancrage orientée vers la cavité a déjà été étudié par M. Egger.

La présente méthode de calcul comporte les résultats de cette étude dans la mesure où de nouvelles lignes caractéristiques d’ancrage, tenant compte de différentes longueurs d’ancrage furent dessinées et s’ajoutent aux lignes caractéristiques habituelles qui sont considérées comme résistance de revêtement qui sert uniquement de pression intérieure (p. ex. anneau à béton ou des ancrages d’une longueur infinie). Il est ainsi possible d’optimiser les nombres et la longueur des ancrages.

L’action de goujon atteinte par les ancrages a été étudiée par M. Bjurström au cours de vastes essais de cisaillement sur place et par M. Feder au cours des expériences avec béton en laboratoire. A l’aide de la formule établie par M. Bjurström une plus grande résistance au cisaillement peut être déduite qui dépend de la section transversale du beton ainsi que de la résistance du béton et de la roche.

Cette plus grande résistance au cisaillement peut être également comprise dans les nouvelles lignes caractéristiques des ancrages.

L’influence de la longueur des ancrages et de l’action de goujons se manifeste ainsi aux nouvelles lignes caractéristiques des ancrages et peut être prise en considération pour le dimensionnement des ancrages.