Geologische Vorerkundung. Tunnelbau — Bergbau — Gebirgssicherung — Kraftwerksbau / Geological Reconnaissance. Tunneling — Mining — Rock Support — Power Plant Construction: Vorträge des 26. Geomechanik-Kolloquiums der Österreichischen Gesellschaft für Geom

266 Pages·1978·6.294 MB·German-English

by  A. Niel (auth.), L. Müller (eds.)

Rock Mechanics
Felsmechanik
Mecanique des Roches
Supplementum 7
Geologische Vorerkundung.
Tunnelbau - Bergbau -
Gebirgssicherung - Kraftwerksbau
Vortrage des 26. Geomechanik-Kolloquiums
der Osterreichischen Gesellschaft fur Geomechanik
Geological Reconnaissance.
Tunneling - Mining - Rock Support -
Power Plant Construction
Contributions to the 26th Geomechanical Colloquium
of the Austrian Society for Geomechanics
Salzburg, 13. und 14. Oktober 1977
Herausgegeben fur / Edited for
Osterreichische Gesellschaft fur Geomechanik
von / by L. Muller, Salzburg
1978 Springer-Verlag Wien New York
Mit 192 Abbildungen
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© 1978 by Springer-Verlag/Wi en
ISBN -13: 978-3-211-81498-7 e-ISBN -13: 978-3-7091-8529-2
DOl: 10.1007/978-3-7091-8529-2
Inhaltsverzeichnis - Index - Table des matieres
Niel, A.: Geleitwort .................................................... 1
Furlinger, W.: Geologische Vorerkundung und baugeologische Erfahrungen -
ein kritischer Vergleich am Beispiel des Mitterbergtunnels ............. 3
Geological Reconnaissance and Engineering-Geological Experiences
a Critical Comparison With Regard to the Mitterberg Tunnel
Helfrich, H. K.: The Engineering-Geologic Expectation Model as a Basis for
the Prognosis in Underground Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Das ingenieurgeologische Erwartungsmodell als Prognoseunterlage fur den
Felsbau unter Tage
Gr0nhaug, A.: Requirements of Geological Studies for Undersea Tunnels 27
Anforderungen an geologische Studien fur Unterseetunnel
Roloff, A.: Geomechanische Erfahrungen beim Bau und Betrieb eines Pump-
speicherwerkes mit gedichtetem Unterbecken in Buntsandstein ......... 41
Geomechanical Experience During the Construction and Operation of a
Pumped Storage Power Station With a Lined Lower Basin in "Bunt
sandstein"
Kurzmann, E.: The Reliability of Estimating Rock Excavation Cost in Tunnel-
ing Specifications .................................................. 53
Die Zuverlassigkeit der Kostenschatzung fur Ausbrucharbeiten
La surete de l'evaluation des prix du creusement inherante aux cahiers
de charges
Muller-Salzburg, L., Sauer, G., Vardar, M.: Dreidimensionale Spannungsum-
lagerungsprozesse im Bereich der Ortsbrust .......................... 67
Three-dimensional Stress Rearrangement Processes in the Area of a
Working Face
Lutgendorf, H. 0.: Gebirgsbeherrschung durch Ausbauwiderstand und Nach-
giebigkeit des Ausbaus ............................................. 87
Strata Control by Support, Chiefly by Resistance and Capacity to Yield
Feder, G., Olsacher, A.: Bergbau und Tunnelbau - Anregungen und Er-
ganzungen ........................................................ 103
Mining and Tunnelling - Interaction and Cross-Fertilization
IV Inhaltsverzeichnis
Gergowicz, Z.: Bemessung von Druckstollenauskleidungen unter Beriick-
sichtigung des Einflusses der Gebirgsverankerung ..................... 129
Dimensioning of the Lining of Pressure Shafts With Regard to the
Influences of Rock Anchoring
Le dimensionnement des supports de puits en charge, en consideration de
I'influence du boulonnage de la roche
Jirovec, P.: Wechselwirkung zwischen Anker und Gebirge .................. 139
Behaviour of Anchors in Rock Masses
Comportement des ancrages en roches
Judtmann, G.: Die Vortriebssicherung des Arlberg-StralSentunnels - Anpas
sung an die Gebirgsverhaltnisse mit Hil£e von geotechnischen Messungen 157
Support Measures Used in Excavating the Arlberg-Tunnel - Adaption
to Rock Mass Conditions by Means of Geotechnical Measurements
Les mesures de securite employees pendant les travaux d'avancement dans
a
Ie tunnel de l'Arlberg - Adaptation aux conditions de roche l'aide de
mesures geotechniques
Martna, j.: The Submarine Discharge Tunnel at Forsmark ................. 179
Der unterseeische Auslauftunnel in Forsmark
a
Le tunnel d'evacuation sous mer Forsmark
Schneider, E.: Mechanische Auffahrung des Triebwasserstollens beim Kraft-
werk Langenegg der Vorarlberger Kraftwerke AG .................... 189
Mechanical Heading of the Penstock Pipe Tunnel at the Langenegg Power
Plant of the Vorarlberger Kraftwerke AG
John, M.: Gegeniiberstellung der Spritzbeton- und Ortbetonvorauskleidung
beim Abteufen der Schachte Maienwasen und Albona ................. 203
Comparison of the Shotcrete Lining Used While Sinking Maienwasen
Shaft With the Cast-Concrete Lining Used as Primary Support at Albona
Shaft
Comparaison entre les methodes de revetir les puits de Maienwasen et
d'A lbona avec beton projete ou avec beton coule en place
Maidl, B.: Anwendung von Stahlfaserspritzbeton im Tunnelbau - derzeitiger
Stand der Verfahrenstechnik und konstruktive Bewertung . . . . . . . . . . . . . .. 225
Application of Fiber-Wire Shotcrete in Tunnelling - Present Situation
of Research Technique and Constructive Rating
Gakzynski, S., Dudek, j.: Optimierung des Ausbaues in untertaglgen Hohl
raumen. Beispiel: Ankerausbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
Optimization of Lining in Underground Excavations. Example: Roof
Bolting System
Horninger, G.: SchlulSwort " ............................................ 267
Rock Mechanics
Rock Mechanics, Suppl. 7, 1-2 (1978)
Felsmechanik
Mecanique des Roches
© by Springer-Verlag 1978
Geleitwort
Die Tatigkeit der in der Praxis stehenden Ingenieure und Geologen
wird u. a. von drei wesentlichen Aspekten bestimmt: Verantwortung, Wis
sen und Interesse an der Arbeit.
Was das erste betrifft, heilSt es beispielsweise im Osterreichischen Ver
waltungsverfahrensgesetz in bezug auf die Sachverstandigentatigkeit trocken:
"Wer die Wissenschaft, die Kunst oder das Gewerbe offentlich als Erwerb
ausiibt oder zu deren Ausiibung offentlich ermachtigt ist, hat einer Bestellung
(von seiten der Behorde) als Sachverstandiger Folge zu leisten. Er ist fiir seine
Aussage verantwortlich". Verantwortlichkeit kann aber fiir den Betroffenen
zu schwerer psychischer Belastung fiihren, wofur es leider geniigend Bei
spiele gibt.
Zum zweiten: Dort, wo der Ingenieur bei der Beurteilung ihm gestellter
Aufgaben anhand des zur Verfiigung stehenden Unterlagenmaterials mit
logischem Denken nicht mehr weiterkommt, kann er Zusammenhange nicht
mehr beweisen, sondern solche nur intuitiv erfassen. Er kann dabei unsicher
werden, wenn ihm nicht sehr grolSe Erfahrung zur Verfiigung steht.
SchlielSlich: Das Streben, Zusammenhange physikalischer Krafte und
deren Auswirkungen zu ergriinden, ist seit je die Triebfeder des Fortschrittes
der Naturwissenschaften, in zunehmendem MalSe auch der Geowissen
schaften.
Auch die Tatigkeit des Felsmechanikers wird yom Spannungsfeld der
genannten Aspekte bestimmt. Es wird von ihm gefordert, felsmechanische
Prognosen zu erstellen, wobei es oft unmoglich ist, die tatsachlichen geo
mechanischen Verhaltnisse quantitativ festzustellen. Dieses Dilemma haben
vor etwa zweieinhalb Jahrzehnten die Griinder des Salzburger Kreises er
kannt; damals, als sich nur wenige Enthusiasten in Dr. Mullers Wohnung
versammelten. An der Unmoglichkeit der genauen Abgrenzung des Fach
gebietes Felsmechanik, aber auch an der Vielschichtigkeit der Materie lag
es, daIS dieser Kreis vorerst um Anerkennung in Fachkreisen ringen mulSte.
Welche SchlulSfolgerungen sind nun aus der Tatsache zu ziehen, daIS
wahrend der vergangenen Jahre die Teilnehmerzahl an den jahrlichen Salz
burger Kolloquien von anfanglich etwa 20 auf das ungefahr Vierzigfache
angestiegen ist? Liegt das allein an der Zunahme des bauwirtschaftlichen
Potentials oder sind seither die felsmechanischen Probleme grolSer und schwie
riger geworden?
In der Einfiihrung zum XXVI. Kolloquium, im Herbst 1977, stellte
Professor M iiller fest und bedauerte, daIS heute der informierte, in der
Praxis stehende, von theoretischem Wissen getragene Felsmechaniker zuge-
1 Rock Mechanics, Suppl. 7
2 Geleitwort
ben muiS, daiS Ingenieurgeologie, Felsmechanik, Fels- und speziell das Teil
gebiet Tunnelbau in gefiihrlicher Weise auseinanderklaffen und sich sogar
auseinanderentwickeln. Dabei bezog er sich auf konkrete FaIle - auf
MiiSerfolge, die dadurch entstanden waren, daiS ingenieurgeologische Daten
falsch oder gar nicht interpretiert worden waren, oder weil neueste Ergeb
nisse der Felsmechanik auiSer acht gelassen worden waren.
Hier Abhilfe zu versuchen, ist der Grund der Veranstaltungen der
Osterreichischen Gesellschaft flir Geomechanik.
Zum XXVI. Kolloquium vereinigten sich nun Fachleute, urn liber das
AusmaiS und die Verwertung von Erkundungen im Geliinde und vor Ort,
liber die Ausflihrung und Wirkung von Verankerungen - jeweils unter
Berlicksichtigung der Wechselwirkung zwischen AusbaumaiSnahmen und
Gebirge -, urn Probleme der moglichen Prognose, der unmittelbaren An
passung des Bauvorganges an die Gebirgsverhiiltnisse sowie Fragen der
Kostenschiitzung im Tunnel- und Bergbau zu diskutieren.
Die Zeit flir die Diskussionen, die sich an die einzelnen Vortragsgrup
pen anschlossen, war knapp; die Diskussionen mlissen daher weitergeflihrt
werden. Deshalb darf auch in diesem Rahmen darauf hinge wiesen werden,
daiS beim XXVII. Kolloquium im Herbst 1978 vor all em Fortschritte in der
theoretischen Behandlung und praktischen Anwendung der Neuen Oster
reichischen Tunnelbauweise, baugeologische Auswertungen von Erkun
dungsstollen und Stabilitiitsprobleme hoher Felsboschungen behandelt wer
den sollen.
Das XXVI. Kolloquium ist ein Steinchen in der Entwicklung der Fels
mechanik. Die Bewegung dieses Steinchens ist bereits eine Folge jenes zu
niichst unscheinbaren Steinchens, das seinerzeit die idealistischen Kriifte Prof.
Mlillers in Bewegung setzten und das in Salzburg unter Mitnahme wei
terer Steine und Gesteinsblocke von Jahr zu Jahr zur Freude der Theoretiker
und Praktiker, der Ingenieure, Geologen und Bauwirtschafter und damit
letztlich zum Wohle aller weiterrollt.
A. Niel
Rock Mechanics
Rock Mechanics, Suppl. 7, 3-11 (1978)
Felsmechanlk
Mecanlque des Roches
© by Springer-Verlag 1978
Geologische Vorerkundung und baugeologische Erfahrungen
ein kritischer Vergleich am Beispiel des Mitterbergtunnels
Von
w.
Fiirlinger
Mit 5 Abbildungen
Zusammenfassung - Summary
Geologische Vorerkundung und baugeologische Erfahrungen - ein kritischer
Vergleich am Beispiel des Mitterbergtunnels. Beim Mitterbergtunnel haben gewisse
quantitative und qualitative Abweichungen der tatsachlich angetroffenen Gebirgs
verhaltnisse von den in der Ausschreibung prognostizierten zu Schwierigkeiten
geflihrt.
1m folgenden wird versucht, aus baugeologischer Sicht einige dieser Schwierig
keiten zu beleuchten und daraus Anregungen flir Verbesserungen in klinftigen
Vorerkundungen und Ausschreibungen abzuleiten.
Geological Reconnaissance and Engineering-Geological Experiences - a Crit
ical Comparison With Regard to the Mitterberg Tunnel. The highway from Graz
to Klagenfurt (Slidautobahn) requires three tunnels to pass through the Pack moun
tain (province of Styria), the middle of which is the Mitterbergtunnel. The complex
consists of two separate slightly curved tubes, each 1100 m in length and with a
distance of 35 to 40 m separating them. The maximum length of overburden is
185 m. The area of the tunnels cross section ranges between 65 and 76 sqm. The
tunnel lies in flat to moderately steep South-dipping micaschists and gneisses of the
Koralm crystalline complex.
Exploratory studies had been made by the contractor (Amt der Steiermarki
schen Landesregierung) while planning the tunnels. Armed with a foreknowledge of
regional geology seven core holes were drilled into the potential tunnel site followed
by the excavation of an exploratory gallery to confirm the rock qualities which
would be encountered in the final construction. The results of this exploration
were used to establish the geological criteria of the work order.
After the first 200 meters of construction it developed that excavation methods
were not meeting the geological requirements that were prior determined. This
discrepancy did not allow for the desired smooth profile and further led to a
partial collapse of the structure.
Consequently the construction consortium had made a restudy of the engineer
ing geological conditions, along with a more detailed investigation carried out on
the basis of a tunnel documentation. The continuous survey of the tunnel face
revealed a degree of weathering and mechanical fracturing of the rock mass which
exceeded exspectations. In addition to this the presence of expandable clay minerals
in mylonites and joint fillings turned out to be of negative influence on the stability
of the rock mass, making it hard to obtain the desired smoothness of the tunnel walls.
4 W. Fiirlinger:
Der Mitterbergtunnel ist das mittlere von drei Tunnelbauwerken, mit
denen die Siidautobahn (Graz - Klagenfurt) auf steirischer Seite den Riicken
der Pack iiberquert. Die Fahrbahnen verlaufen in zwei leicht gekriimmten,
je 1100 m langen Rohren im Abstand von 35-40 m. Die maximale Dber
lagerung liegt bei 185 m. Der Ausbruchsquerschnitt betragt zwischen 65 und
76 m2, je nach GGKL.
Der Tunnelliegt in flach bis mittelsteil gegen S fallenden Granatglimmer
schiefern und Augengneisen des Koralm-Kristallins.
Fiir Projektierung und Bau des Mitterbergtunnels wurden yom Bauherrn
(Amt der Steierm. Landesregierung) geologische Vorerkundungen ausgefiihrt.
Es handelt sich dabei urn eine Verarbeitung regionalgeologischer Kenntnisse
aus umfangreichen Kartierungen im Kristallingebiet der Koralpe. AufSerdem
wurden AufschlufSbohrungen im Bereich der Tunneltrasse gemacht und ein
Sondierstollen, der im Zentrum der siidlichen Rohre des MT verlauft, ge
baut. Die Ergebnisse dieser Vorerkundung wurden in Form eines geologi
schen Gutachtens mit schematischen Planbeilagen und einer Beschreibung
der Gebirgsgiiteklassen der Ausschreibung zugrundegelegt.
Die Gebirgsguteklassifizierung des Sondierstollens lieferte erste Grund
lagen fur die Prognose der Gebirgsverhaltnisse beim Auffahren der beiden
Rohren.
Eine einfache summarische Gegenuberstellung der im Vollausbruch an
getroffenen GGKL zeigt gegeniiber dem Sondierstollen insgesamt eine deut
liche Verschiebung zum Schlechteren.
GEBIRGSGU TEKLA SSEN
v
I 1/ 1/1 IV
..
..
',:.:
VerteiIung der einzelnen GebirgsgiitekIassen - ProzentzahIen. Leeres Feld: GGKL It.
SondierstoIIen; voIles FeId: TatsachIich angetroffene GGKL; punktiert: GGKL It. Leistungs
verzeichnis der Ausschreibung (Prognose)
Die Mengenanteile der Klassen I, II und III blieben merkbar hinter den
in der Ausschreibung prognostizierten Werten zuriick. Die Anteile der schlech
ten Klassen IV und V haben sich betrachtlich erhoht.
Diese relativ schlechte Bilanz ist wohl zum Teil rein aus der Tatsache
des ungunstigeren Gebirgsverhaltens beim Dbergang yom klein en Sondier
stollenquerschnitt auf den vollen Querschnitt der Tunnelrohre zu verstehen
und war zu erwarten.
Geologische Vorerkundung und baugeologische Erfahrungen 5
Nach den Erfahrungen von Prof. E. H. Weiss macht diese zu erwar
tende, oder "normale" Verschlechterung 1 bis 11/2 Klassen aus.
Es gibt aber auch zahlreiche Falle, bei denen der Sprung gro~er als
1 Klasse ist. Die Ursachen der Verschlechterung des Gebirgsverhaltens sind
dann nicht nur aus der Vergro~erung des Querschnittes bzw. der freien
Stutzweite zu erklaren, sondern es wurden zusatzliche unvorhergesehene
Ein£lusse berucksichtigt.
In solchen Fallen sprechen wir von einer "effektiven" Verschlechterung
der Gebirgsgute.
Wenn man einen solchen Vergleich am MT anstellt, so sieht man, daIS
sich auf mehr als 1/3 der ausgebrochenen Tunnelstrecke das Gebirge urn
mindestens 2 Klassen, also "effektiv" schlechter erwiesen hat, als aufgrund
der Voruntersuchungen angenommen wurde.
Eine tabellarische Bilanz zeigt auch die gro~en Unterschiede zwischen
S- und N-Rohre bezogen auf den Sondierstollen. Wahrend die effektive Ver
schlechterung bei der Sudrohre (in deren Zentrum ja der Sondierstollen lag)
im Mittel 26% betragt, liegt dieser Wert fur die etwa 40 m entfernte Nord
rohre bei 45%.
Bilanz der GGKL-Relation zwischen dem Sondierstollen und den beiden
Tunnelrohren
Siidrohre Ost West
Gleichbleibend und besser ................... 39,09% 24,94%
Verschlechterung urn 1 Klasse ................ 43,67% 39,16%
Verschlechterung urn mehr als 1 Klasse 17,24% 35,90%
Nordrohre
Gleichbleibend und besser ................... 41,50% 14,40%
Verschlechterung urn 1 Klasse ................ 28,65% 25,66%
Verschlechterung urn mehr als 1 Klasse ....... 29,85% 59,94%
An den Anfang der Suche nach den Ursachen dieser effektiven Ver
schlechterung wollen wir zunachst eine Beschreibung des Gebirges stellen:
Das Gebirge, in dem der Mitterbergtunnel liegt, wird von zwei ver
schiedenen Gesteinsarten aufgebaut. Es sind dies einmal dunkel£arbige Gra
natglimmerschiefer, die eine gewisse lithologische Variationsbreite von Biotit
schiefern bis zu sogenannten Disthen£lasergneisen haben konnen. Zum ande
ren sind heIl- bis mittelgraue augige bis linsig-Iagige Gneise von pegmatoidem
Charakter am Aufbau des Gebirges beteiligt.
Beide Gesteinsarten treten zu etwa gleichen Anteilen im Tunnel auf.
Sie gehoren der Serie der "venitisch durchtriinkten Granatglimmerschiefer"
(Homann, 1962; Beck-Mannagetta, 1975) des Kristallins der Koralpe an.
Das zunachst auffalligste Gefiigemerkmal ist eine streng geregelte Schie
ferung, die dem Gebirge einen Habitus verleiht, der von grobbankig bis
dunnschiefrig reicht. AIle denkbaren Kombinationen von hell/dunkel wur
den im Laufe des Vortriebes beobachtet: Volle Querschnitte in ausschlielSlich
dunklen Schiefern bzw. hellen Gneisen; vorwiegend heller Gneis mit dunklen
6 w. Fiirlinger:
Banken und umgekehrt. Verzahnungsbereiche der beiden Gesteinstypen boten
die asthetisch schonsten AufschluBbilder und lassen Schliisse auf die Ver
formungs- und Entstehungsgeschichte des Gesteins zu.
\
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L __________________
~
Abb. 1. Verzahnung heller pegmatoider Gneise mit dunklen Granatglimmerschiefern
Light pegmatite-type gneisses interfingering dark colored garnet-bearing mica-schists
I
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~------------------~
Abb. 2. Verfaltung von hellen Gneisen und dunklen Granatglimmerschiefern. Storungen
Light colored gneisses folded together with dark colored mica-schists. Faults
Diese Bilder charakterisieren also das Gesteinsmaterial mit dem wir es
beim Mitterbergtunnel zu tun haben: Eine Serie von wechselnd machtigen,
z. T. seitlich auskeilenden und ausdiinnenden hellen und dunklen kristallinen
Schiefern bzw. Gneisen, die im plastischen Zustand innig ineinander ver
walzt, verschuppt und zu wilden Faltenstrukturen verformt wurden.
Eine jiingere, brechend verformende Gebirgsbildungsphase hat dies em
Material dann jene Strukturen auf- bzw. eingepragt, die die Eigenschaften