SUMMARY

The paper describes the application of a finite element program, developed for the computation of rock-statics problems, on the analysis of pressure tunnels. Concrete lined pressure tunnels prestressed by grouting are considered as well as non-prestressed tunnels. For a number of examples the influences of an anisotropic rock mass deformability as well as those of plastic zones induced in the rock mass during the prestressing and loading of the tunnel are investigated. The results indicate that the tensile stresses in the lining are underestimated in the cases considered if the above mentioned influences are ignored.

ZUSAMMENFASSUNG

Im vorliegenden Beitrag wird die Berechnung von Druckstollen mit einem fuer felsstatische Berechnungen entwickelten Finite-Element-Programm erlautert. Es werden sowohl nichtvorgespannte als such durch Injektion vorgespannte Druckstollen betrachtet. Fuer einige ausgewahlte 8eispiele werden die Einfluesse einer anisotropen Uerformbarkeit des Gebirges and von örtlichen Festigkeitsueberschreitungen im Gebirge auf die Beanspruchung der Druckstollenauskleidung untersucht. Die Berechnungsergebnisse zeigen, daft in den untersuchten Fallen bei einer Vernachlassigung dieser Einfluesse die Zugbeanspruchung der Auskleidung unterschatzt wird.

RESUME

Dans le texte suivant on trouvera des explications concernant le calcul des galeries forcees suivant un programme des elements finis relatif au calcul statique des rochas. Prises en consideration sont des galeries forcees qui n''ont pas subi une precontrainte ainsi que celles qui ont subi une precontrainte par injection. Dans quelques exemples les influences de la deformation anisotrope de la roche at du depassement local de la resistance de la roche sur les contraintes dans le revêtement des galeries forcees sont etudiees. Les resultats des calculs montrent que dans les cas etudies, où ces influences sont negligees, la contrainte de traction du revêtement est sous-estimee.

EINLEITUNG

Beim Bau von Wasserkraftanlagen werden in zunehmendem Maße Triebwasserstollen mit hohen Innendruecken ausgefuehrt. Bei Durchmessern von 4–5m betragen die Druckhuehen zum Teil mehr als 500 m. Dabei können die Innendruecke nur in seltenen Fallen unmittelbar auf das Gebirge uebertragen and von diesem aufgenommen werden. In der Regal ist eine Stollenaus- Von Kieser [4] wurde in den 40er Jahren ein Injektionsverfahren fuer Druckstollen entwickelt, bei welchem die Stollenauskleidung aus einer auf3enliegenden Vorauskleidung und einem Kernring aus Betonformsteinen besteht (Fig. la). Der zwischen der Vorauskleidung und dem Kernring ver— bleibende 2 — 3 cm dicke Spalt wird mit Zementsuspension injiziert. Der radial auf den Kernring wirkende In— jektionsdruck fuehrt dabei zu einer Tangentialvorspannung dieser Schale, wobei die Vorspannung auch nach Er— harten des Injektionsgutes bestehen bleibt. Dieses Verfahren wurde von kleidung erforderlich, die bei der Belastung durch den Innenwasserdruck in Wechselwirkung mit dem umliegen— den Gebirge tritt und je nach den vorhandenen Steifigkeitsverhdltnis— sen einen Teil der Belastung auf das Gebirge uebertrggt. Neben dickwandigen Stahlpanzerun— gen, die aus wirtschaftlichen Gruen— den heute ueblicherweise nur noch in Stollenabschnitten mit höchsten Be— anspruchungen ausgefuehrt werden, kommen als Auskleidung in erster Linie Betonschalen in Frage. Um die erforderliche Dichtigkeit zu gewahr— leisten, erhalten die Betonschalen neuerdings haufiger eine außenliegen— den Tiroler Wasserkraftwerken AG de Dichtungsfolie. Darueber hinaus verwendet man in bestimmten Fallen such eine duenne Stahlpanzerung. Als sehr wirtschaftlich haben sich in vielen Fëllen Betonauskleidungen erwiesen, bei denen durch eine Ze— mentinjektion des Spaltes zwischen Auskleidung und Gebirge eine radiale Vorspannung der Betonauskleidung erzeugt wird. Diese Vorspannung be— wirkt im Beton in tangentialer Rich— tung Druckspannungen, die größer sind als die aus dem Innenwasser— druck resultierenden Zugspannungen. Darueber hinaus fuehrt die Zementinjektion auch hgufig zu einer Vergue— tung des an den Stollen angrenzenden Gebirges. (TIWAG) weiterentwickelt, indem zwi— schen Gebirge und Betonauskleidung In jektionsschlëuche angeordnet warden, durch die nach dem Erhgrten des Betons die Vorspanninjektion erfolgt (Fig. 1b, [9]). In einigen Fgllen wurde in einer Abwandlung dieses Ver•- fahrens die Vorspannung auch durch eine Injektion nachtrëglich herge— stellter, radial angeordneter Bohr— lacher bewirkt (Fig. 1c, [12]). Dieser Beitrag befaat sich mit der rechnerischen Erfassung des Span— nungs— und Dehnungszustandes von in— jektionsvorgespannten Druckstollen— auskleidungen durch Berechnungen nach der Methode der Finiten Ele— mente (FEM). Dabei wird anhand einia Varspann verfahren nach KIESER (Figure in the paper) ger ausgewahlter Beispielrechnungen der Einfluß einer anisotropen Ver -formbarkeit des Gebirgesowie der Einfluß von örtlichen Festigkeitsueberschreitungen im Gebirge auf den Spannungszustand in der Auskleidung untersucht.

BERECHNUNGSVERFAHREN

Im Hinblick auf eine wirklichkeits— nahe rechnerische Erfassung des Spannungszustandes in Druckstollen— auskleidungen ist eine Beruecksichti— gung der Wechselwirkung zwischen Auskleidung und Gebirge von wesent— licher Bedeutung. Dementsprechend wurden schon fruehzeitig kontinuums— mechanische Methoden zur Druckstol— lenberechnung entwickelt [2, 4]. Grundlage dieser Berechnungen ist i.a. die Annahme eines isotropen und elastischen Spannungs—Dehnungsver— haltens des Felses. Der nach Ausbruch des Stollenquerschnitts vor dem Einbau einer Sicherung im Gebirge vorhandene Spannungszustand, der sogenannte Sekunduerspannungszustand, lue0t sich hiernach aus einer ge— schlossenen Lbsung fuer eine an den Ruendern belastete, kreisrund gelochte Scheibe ermitteln. Die aus dem Innenwasserdruck und einem In— jektionsdruck resultierenden Span— nungen kbnnen nach der Theorie des dickwandigen Rohres berechnet wer— den.

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