SUMMARY: Control measurements are used not only in working mines but also as a practical method of assessing the stability of rock caverns. The assumption upon which stability calculations are based can be checked using the results of these measurements. It is explained with the aid of diagrams how the stability of large rock caverns- can be monitored. The results of evaluation of control measurements carried out over a period of ten years in the underground machine hall of the Waldeck II pumped storage station are described, as well as the monitoring of secondary stresses in rock Pillars in a disused gypsum mine. An evaluation of the results was undertaken to assess the overall stability and to determine the need for additional rock reinforcement. ZUSAMMENFASSUNG: Kontrollmessungen dienen dem Zweck wirtschaftlich zu bauen und den praktischen Nachweis der Standsicherheit zu erbringen. Die Berechnungsannahmen der Standsicherheitsberechnungen können mit den Meßergebnissen ueberprueft werden. An Beispielen wird erlautert, wie die Standsicherheit großer Felshohlraume durch Überwachungsmeßmethoden kontrollierbar ist. Insbesondere werden die Ergebnisse mehr als 10-jahriger Kontrollmessungen an der Maschinenkaverne des Pumpspeicherwerks Waldeck II und spezielle Kontrollen der Sekundarspannungen in Felspfeilern einer Lagerkammer in einem ehemaligen Gipsbergwerk dargestellt. Eine Wertung der Ergebnisse erfolgt im Hinblick auf die Standsicherheit und ggf. erforderlicher Verstarkungen des Ausbaus. RESUME: Les mesures de contrôle servent à construire economiquement et à apporter la preuve pratique de la stabilite. Les suppositions du calcul de ceux de la stabilite peut etre contrôlees par les resultats des mesures. 11 est explique par des exemples que la stabilite de grandes cavernes rocheuses est contrôlable par des programmes de mesure de surveillance. En particulier, on y expose les resultats de mesure de contrôle de plus d''une decennie à la caverne centrale de pompage Waldeck II, aussi que des contrôles speciaux de la tension secondaire dans des pilliers de roche d''une chambre d''entrepat dans une ancienne mine de gypse. Une evaluation des resultats a lieu en vue de la stabilite et, au cas echeant, de renforcement de soutenement qui s''avereraient necessaries. EINLEITUNG Im Felsbau sol len Bauwerk und Gebirge ein System bilden, das statisch zu untersuchen und zu berechnen ist. Vom Arbeitskreis 18 der Deutschen Gesellschaft fuer Erd- und Grundbau wurde ein Sicherheitskonzept entwickelt (DGEG 1980, Empfehlungen fuer den Tunnelbau unter Tage) das aile die Sicherheit beeinflussenden Parameter enthalt. Danach sind Sicherheitsaussagen fuer folgende Versagensfalle zu machen: – Minderung der Gebrauchsfahigkeit z.B. Wasserundichtigkeit – Begrenzung der Verformungen – örtliches Versagen des Gebirges oder elnzelner Ausbauteile, z.B. Versagen von Felsankern – Gesamtversagen, d.h. Zusammenbruch infolge Festigkeitsuberschreitungen. Diesen Sicherheitsaussagen sind Kriterien zuzuordnen, wie Gebirgsspannungen, Verformungen und Druckfestigkeit des Gebirges, Festigkeit von Ausbauten und Tragfahigkeit von Felsankern, die realitatsnah anzunehmen, bzw. durch Untersuchungen zu bestimmen sind. Der geologische, meist inhomogene und anisotrope Aufbau des Gebirges, mögliche Restspannungen frueherer Beanspruchungen und mitunter unregelmaßige Gestaltung von Felshohlraumen haben nicht immer genau bestimmbare Größen und bringen Unsicherheit in die Berechnungen. Deshalb nehmen die meßtechnische Überwachung und Langzeitmessungen einen festen Platz im Entwurfkonzept fuer untertagige Felsbauten ein. Langjahrige Kontrollmessungen dienen somit dem Zweck, moglichst wirtschaftlich zu bauen und den praktischen Nachweis der Standsicherheit zu erbringen. Außerdem kann mit den Meßergebnissen der rechnerische Nachweis uberpruft werden. Von den an der Planung und Bauausfuehrung beteiligten Fachleuten sind im Einzelfall die durch Messungen zu untersuchenden Sicherheitskriterien auszuwahlen.

SUMMARY: The actual tendency to exploit our energy resources as thoroughly as possible lead to a Renaissance in the development of hydro power and also gave rise to new inspirations in the field of pressure tunnel design. Dams are always getting higher and capacities of power plants are steadily increasing. This required new and improved lining systems for the corresponding pressure tunnels, in order to cope with the increased stresses. One possibility of controlling the higher pressures are prestress techniques; a further improvement can be achieved by a combination with a plastic sheet. Finally, for highest pressures like those ocurring in pressure shafts, the only possibility left is a steel lining. Modern design methods basing on in--situ measurements reduce the thickness of t.r.e lining to such an extent, that the practicable minimum thickness would be sufficient for the largest part of a pressure shaft. Specific measures have to be taken to support the external rock water pressure. In all these cases mechanical excavations provided better conditions for the construction works as well as for the static effectiveness of the linings. ZUSAMMENFASSUNG: Der gegenwartige Trend zu möglichst vollkommener Ausnutzung der vorhandenen Energiereserven fuehrte zu einer Renaissance im Wasserkraftbau und gab auch der Entwicklung des Druckstollenbaues neue Impulse. Die immer höher werdenden Talsperren und die steigenden Leistungen der Kraftwerke erforderten bei den Druckstollen neue und verbesserte Auskleidurgssysteme, um den erhöhten Beanspruchungen gerecht zu werden. Eine Möglichkeit zur BeherrsChung höherer Druecke bieten Vorspannverfahren; eine weitere Verbesserung bringt eine Kombination mit einer Kunststoffolie. Schlieβlich bleibt bei höchsten Druecken, wie sie in den Druckschachten auftreten, nur mehr die Möglichkeit einer Stahlpanzerung. Moderne Bemessungsmethoden, basierend auf in-situ Messungen, reduzieren die Wanddicke dermaβen, daβ fuer den gröβten Teil eines Druckschachtes die Minimalwanddicke ausreichen wuerde. Zur Aufnarme des Gebirgswasserdruckes sind dann eigene Maβnahmen erforderlich. In allen Fallen ergaben sich durch den mechanischen Ausbruch bessere Bedingungen sowohl fuer die bauliche Ausfuehrung als auch fuer die statische Wirksamkeit der Auskleidung. RESUME: La tendance actuelle visant a une exploitation tres radicale de nos ressources energetiques mena à une renaissance dans l''evolution de l''energie hydro-electrique et aussi donna de nouvelles impulsions pour le developpement des galeries en charge. Comme l''hatteur des barrages monte de plus en plus et les puissances des usines hydro-electriques augmentent continuellement, il fallut des nouveaux et ameliores systèmes de revêtement pour les galeries en charge, afin de satisfaire aux efforts eleves. Une possibilite de contrôler les pressions plus fortes ce sont des methodes de precontrainte; une ameliora tion supplementaire peut être obtenue par une combinaison avec une feuille en matière plastique. Enfin, en ce qui concerne les press ions les plus fortes qui se manifestent dans les puits en charge, il ne reste que la possibilite d''un blindage en acier. Les methodes modernes de dimensionnement, basant sur des mesures "in situ", reduisent l''epaisseur du revêtement tellement que pour la partie la plus longue d''un puits en charge l''epaisseur minimale serait suffisante. Afin de supporter la pression d''eau du terrain, des mesures speciales doivent être prises. En tous ces cas les excavations par moyens mecaniques menèrent aux meilleures conditiors, non seulement pour l' execution des traveaux, mais aussi pour 1'exffectivite du revêtement. ALLGEMEINES Der gegenwartige Trend zu möglichst vollkommener Ausnutzung der vorhandenen Energiereserven fuehrte auch zu einer Renaissance im Wasserkraftbau und gab der Entwicklung des Druckstollenbaues neue Impulse. Die immer höher werden den Talsperren und die steigenden Leistungen der Kraftwerke (Figure in full paper) erforderten bei den Druckstollen neue und verbesserte Auskleidungssysteme, um den erhöhten Beanspruchungen standhalten zu können. Ein Maβ fuer die Gröβe der Beanspruchung eines Druckstollens ist die Umfangszugkraft Z = Pi x ri, die in Abb. 1 fuer einige hochbeanspruchte Druckstollen dargestellt ist. Einfache Betonauskleidungen können selbst bei bestem Gebirge nur relativ geringe Druekke rissefrei aufnehmen. Auch Stahlbewehrungen bringen wenig im Verhaltnis zurn Aufwand. Groβe technische und wirtschaftliche Erfolge konnten mit der Anwendung von Vorspannverfahren bei Betonauskleidungen erzielt werden. Eine weitere Verbesserung und damit eine groβe Erweiterung des Anwendungsbereiches brachte die Kombination des Spaltinjektionsverfahrens (zur Vorspannung) mit einer Dichtungsfolie. Damit wird auch die Sicherheit bei eventuell verlorener Vorspannung wesentlich erhöht. Auch im Bereich höchster Druecke, der den Stahlpanzerungen vorbehalten bleibt, brachten neue, hochfeste Stahlsorten, kombiniert mit Vorspannung und Bemessungsverfahren, welche auf in-situ Messungen aufbauen, weitere wirtschaftliche Vorteile.

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.

SUMMARY Whereas tunnelling experience shows difficulties to increase with the diameter, underground caverns with large span often caused astonishingly little trouble. This can be explained only to a small extent by the fact that caverns are generally built in favourable rock conditions which can be predicted with a good accuracy already in the design stage. But the observed successes were essentially made possible by modern geological and rock mechanical investigation methods, by a careful interpretation of the geological conditions and by adapting to them the design of the cavern, particularly the cross section, temporary and final rock support. This progress is still going ahead: in the future, still more attention should be paid to the detailed interpretation of the geological data which will not only allow to avoid trouble but also to optimize the design, e.g. with respect to the layout and the orientation of the cavern, by the consideration of favourable geological elements, of the initial stresses and the joint pattern of the rock mass. KURZFASSUNG Wahrend es im Tunnelbau als allgemeine Erfahrung gilt, dass die baulichen Schwierigkeiten mit dem Hohlraumdurchmesser wachsen, haben Kavernen sehr grosser Spannweite oft erstaunlich geringe Schwierigkeiten geboten. Dies ist nur zu einem geringen Teil darauf zurueckzufuehren, dass Kavernen meist in guenstigen Gebirgsverhaltnissen angelegt werden, welche mit grosser Genauigkeit der Vorhersage schon vor dem Bau erhoben werden können; sondern zu einem wesentlichen Teil wurden die verzeichneten Erfolge durch fortschrittliche Methoden der geologischen und felsmechanischen Bauvorbereitung, durch eine sorgfaltige Interpretation der geologischen Bedingungen und eine Anpassung der Konstruktion, insbesondere auch der Querschnittsform und der vorlaufigen wie der definitiven Abstuetzung des Gebirges an die geologischen Bedingungen ermöglicht. Dieser Fortschritt ist noch im Gange. Noch wesentlich mehr Aufmerksamkeit als bisher sollte der Dateninterpretation gewidmet werden, wobei es gilt, nicht nur Schwierigkeiten zu vermeiden, sondern auch Vorteile, insbesondere der Lage und der Achsrichtung wahrzunehmen und sich dabei den vorhandenen Spannungen sowie dem Flachengefuege anzupassen. RESUME Tandis que l''experience faite dans la construction des tunnels montre une augmentation des difficultes avec le diamètre, la realisation de cavites souterraines de grandes dimensions a souvent pose peu de problèmes. Ceci ne peut être expliquè que très partiellement par le fait que les cavernes sont generalement construites dans des conditions geologiques favorables, bien previsibles dejà à 1''etat de 1''etude. Mais les succès observès ont ete rendus possibles essentiellement par l''utilisation des methodes modernes de la geologie et de la mecanique des roches, par 1''interpretation soignee des donnees et par 1''adaptation du projet, p. ex. section transversale, support provisoire et permanent, aux conditions geologiques. Ce progrès n''est pas arrête: à 1''avenir une attention encore accrue devrait être portee sur 1''interpretation detaillee des donnees geologiques qui permettra non seulement d''eviter des deboires, mais aussi d''optimiser le projet, p. ex. disposition et orientation de la cavite, en tirant profit d''elements geologiques favorables et en considerant les contraintes initiales et la structure du massif. Beim Bau der ersten Krafthauskavernen in den Vierzigerjahren hatte man Neuland betreten, ohne sich auf gesicherte theoretische Grundlagen stuetzen zu können. Noch gab es keine Geomechanik, welche eine bautechnische Interpretation geologischer Daten ermöglicht hatte. So wagte man zunachst Großraume nur unter guenstiqen geologischen Verhaltnissen anzulegen, baute aber dennoch aufßerst starke Gewölbe ein, - "zur Sicherheit" - d.h. aus innerer Unsicherheit. Erst im Laufe der Zeit tastete man sich an weniger guenstige geologische Verhaltnisse heran, riskierte auch größere Spannweiten. Der Anwendungsbereich des Untertage-Großraumbaues wuchs weiter zusehends, als das Beduerfnis nach Großraumlagern fuer Treibstoffe, Chemikalien, Wasser usw. die Verlegung größerer Speicher in den Untergrund nahelegten. Gefördert wurde diese Entwicklung durch zunehmende praktische Erfahrung, aber auch durch vermehrte theoretische Kenntnisse. Doch auch juengste Beispiele zeigen immer wieder, wie wenig sich bislang die Erkenntnis durchgesetzt hat, daß vornehmlich die geologischen Verhaltnisse ueber das Ob und Wie des Untertage- Gro(3raumbaues entscheiden bzw. entscheiden sollten. GROSSHOHLRAUMBAU EINE SPEZIFISCH GEOh1ECHANISCHE AUFGABE Ziel, aber auch Problem eines jeden Hohlraumbaues ist die Anpassung an die geologischen Verhaltnisse, welche unabdingbare Gegebenheiten sind. Diese Probleme beziehen sich weniger auf das, worin viele Fachleute der Felsmechanik den Schwerpunkt sehen, namlich auf die theoretisch-rechnerische Erfassung der statischen Verhaltnisse aufgrund von geologischen Daten, welche als gegeben betrachtet werden; sie beziehen sich viel mehr auf die Reprasentativitat and Variabilitat der Parameter and auf die geologische Situation im ganzen bzw. deren Auswirkungen auf das Felsbauwerk, also auf Fragenkomplexe, welche z.B. der Salzburger Kreis vorzugsweise als Geomechanik im weiteren Sinne bezeichnet. Immer noch stellt, trotz neuer Versuche auf diesem Felde, der Durchtrennungsgrad des Trennflachengefueges, seine Begriffgebung and seine Quantifizierung eines der ungelösten Hauptprobleme; von seiner richtigen Einschatzung hangt aber die zutreffende Bewertung der Gebirgsfestigkeit and deren Anisotropie ab. Mit Absicht sagen wir: Einschatzung, da eine rechnerische Erfassung aufgrund der Gesteinsund Gefuegeangaben immer noch nicht gelungen ist and wohl auch nicht leicht in befriedigender Weise gelingen wird. Die einzig realistische Ermittlung der Gebirgsfestigkeit ist wohl die aufgrund von Großversuchen in situ.

SUMMARY: One of the basic factors, on which the emphasis is put at designing of a lining of pressure galleries and pressure shafts, is to ensure a good collaboration between a steel shell and a rock mass surrounding the pit. The results of the analysis of generally applied methods of calculation as well as those of practice point out that this kind of collaboration can only by obtained either by the special technological operations or by the applying of adequate construction. The concept of such type of special construction, suitable for the weak rock mass, is presented in the paper. Applying of a provisional lining in form of rockbolting is an additional as well as a basic element. At adequate technology (an equalising coat of gunit) the lining permits to use the shrinkage-compensating concretes as an envelopment of the steel shell. Thanks to such type of construction there is a possibility of obtaining a good mutual contact among the particular member of a lining thus the chance of a due collaboration between a steel shell and a rock mass becomes greater. ZUSAMMENFASSUNG: Einer der wichtigsten Faktoren, dem bei Projektierung von Auskleidung der Druckstollen und Druckschachte grosses Gewicht beigelegt wird, ist das gute Zusammenwirken der Stahlpanzerung mit dem den Grubebau umgebenden Gebirge zu sichern. Aus der Analyse der allgemein angewandten Berechnungsmethoden und der Erfahrung geht hervor, dass solches Zusammenwirken entweder durch spezielle Konstruktion oder durch entsprechende technologische Massnahmen erzielt werden kann. Ein Entwurf solch einer Konstruktion vom speziellen Typ, die fuer Anwendung in schwachem Gebirge geeignet ist, vorgestellt wurde. Das grundlegende und zugleich zusatzliche Element ist hier die Anwendung der vorlaufigen Auskleidung in Form eines Ankerausbaus. Bei entsprechender Technologie 5Torkret-Ausgleichschichtl ermöglicht dieser Ausbau als Betonauskleidung der Stahlpanzerung Expansiv-Gegenschwindungsbeton zu verwenden. Durch solche Konstruktion kann ein guter gegenseitiger Kontakt zwischen den einzelnen Bauelementen erreicht werden und demzufolge die Möglichkeit des richtigen Zusammenwirkens der Stahlpanzerung mit dem Gebirge vergrössert sich. RESUME: Un des facteurs principaux lequel joue un rôle important dans les calculs des conduites forcees et des puits en charge est une bonne collaboration du blindage en acier avec les roches entourantes. De l''analyse des methodes des calculs utilisees couramment ainsi que de la pratique it en resulte que ce genre de collaboration pent être obtenu ou bien par des traitements technologiques speciaux ou bien par l''utilisation d''une construction appropriee. Dans ce travail nous presentons une telle construction du type special, construction qui peut être utilisee dans les cas des roches tendres. Ce soutènement permet, en.adortent la technologie appropriee (couche de regalage en torcret), a une utilisation des betons expansifs, dites contre-retraits comme un enrobage en beton du blindage en acier. Grace à ce type de construction on arrive à avoir un bon contact entre les elements resnectifs du soutènement. Cela nous permet d''augmenter les chances d''une collaboration effective du blindage en acier avec le massif. Inder frueheren Bearbeitung (Gergowicz, 1978) wurden die Druckstollen mit Betonauskleidung, die in schwachem mit Anker verstarktem Gebirge lokaliesiert werden, behandelt. Aus den Schlussfolgerungen ergibt sich, dass die Anker, die im Prinzip die Aufgabe des vorlauftgen Ausbaus erfullen, die Arbeit der endgultigen Stollenauskleidung gunstig beeinflussen. Dieser guenstige Einfluss ist die Folge der deutlichen Verbesserung der Bedingungen, in denen die Stollenauskleidung mit dem Gebirge zusammenwirkt. Durch das Zusammenwirken werden die durch den Innenwasserdruck hervorgerufenen Spannungen in der Auskleidung bedeutend reduziert, was im Falle der Beton- bzw. Stahlbetonauskleidung eine wichtige Rolle spielt. Es muss hier betont werden, dass die hier angefuehrten Probleme sich auf die Stollen mit Wasserdruck, der nicht grösser als 2,0 bis 2,5 MPa (20 bis 25 kG/cm2) ist, beziehen. Bei Stollen mit höherem Druck and vor aliem bei Druckschachten wird in der Regel eine von innen mit Stahlpanzerung verstarkte Auskleidung verwendet. Man kann also eine Frage stellen, ob auch in diesem Fall die Verstarkung des Gebirges mit dem Anker insofern einen positivem Einfluss auf das ganze Konstruktionssystem ausuebt, dass man ihn bei Projektierung beruecksichtigen kann. Die Tatsaehe namlich, dass dieser Einfluss ueberhaupt ausgeuebt wird, and dass er positiv ist, ist zweifellos. Die Antwort auf die oben gestellte Frage kann anhand der genauen Analyse der Arbeit slier Elemente des Systems: Stahlpanzerung, Betonauskleidung and Gebirge gegeben werden. Es ist daher notwendig, die in jedem der oben genannten Elemente auftretenden Erscheinungen and Änderungen genau zu bestimmen, indem gleichzeitig die konkreten, wirklichen Bedingungen unter welchem diese Erscheinungen auftreten, beruecksichtigt werden. Das Problem ist nicht neu and war schon Gegenstand zahlreicher, mehr oder weniger ausfuehrlicheren Untersuchungen. Sehr ausfuehrlich and eingehend hat sich Kastner (1971) mit diesem Problem befasst. Bei der Untersuchung des Zusammenwirkens der Stahlpanzerung mit dem Gebirge hat er alle diese Faktoren, die einen wesentlichen Einfluss auf den Ver -lauf dieser Erscheinung haben könen, sehr genau bestimmt.

SUMMARY Both an appropriate description of the rock mass stress—strain behaviour and a reliable estimation of the in—situ stresses represent important prerequisites for the economic design of large underground openings in rock. The influence of the in—situ state of stress on the secondary stresses and deformations induced in the rock mass during excavation of a cavern are investigated on the basis of analysis results obtained using the finite element method. These investigations enable recommendations for an economic design of the support. Finally, some problems for the design of underground openings with very large span are discussed. ZUSAMMENFASSUNG Eine wesentliche Voraussetzung fuer den wirtschaftlichen Entwurf großer Felshohlraume ist eine zutreffende Beschreibung des Spannungsdehnungsverhaltens des Gebirges sowie die richtige Einschatzung des Primarspannungszustandes. Auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen nach der Methode der Finiten Elemente wird der Einfluß des Primarspannungszustandes auf die Spannungen and Verformungen im Fels beim Ausbruch einer Kaverne untersucht. Daraus ergeben sich Hinweise fuer eine wirtschaftliche Dimensionierung and Bemessung der Sicherungsmittel. Abschließend wird auf die Probleme, die sich daraus fuer den Entwurf von Hohlraumen mit sehr grofßen Abmessungen ergeben, eingegangen. RESUME Une condition importante pour le projet economique des cavites rocheuses est une description precise de la relation entre lee contraintes et les deformations de la roche ainsi qu''une estimation exacte de 1''etat de contrainte naturel. Les effets de l''etat de contrainte naturel sur les contraintes at les deformations dans la roche lors de 1''extraction d''une caverne sont examines sur base de resultats calcules suivant la methode des elements finis. I1 en resulte des remarques concernant le calcul economique et le dimensionnement du revêtement et du boulonnage du rocher. Pour conclure les proble''mes concernant le projet de cavites a très grand metrage sont commentes. EINLEITUNG In diesem Beitrag soil ueber einige felsmechanische Probleme berichtet werden, die im Zusammenhang mit dem Entwurf and der Ausfuehrung von Kavernen fuer Wasserkraftanlagen haufig auftreten. Nach den Erfahrungen des Autors, der in den letzten Jahren an mehreren Projekten dieser Art als Berater beteiligt war, liegt der Schluessel zur Lösung dieser Probleme in der richtigen Einschatzung des Spannungsdehnungsverhaltens des Gebirges sowie der Primarspannungen. Deshalb wird zunachst kurz eine Mo- dellvorstellung fuer das Spannungsdehnungsverhalten von Fels er1autert, die in den vergangenen Jahren vom Autor and seinen Mitarbeitern entwickelt wurde [9, 14]. Dabei wird insbesondere auf die Schwierigkeit eingegangen, die erforderlichen felsmechanischen Kennwerte zu ermitteln. Es wird gezeigt, daß einige weit verbreitete and Behr oft angewendete felsmechanische Versuche bei bestimmten Gebirgsverhaltnissen hierfuer nicht oder nur begrenzt geeignet sind. Anschließend wird auf den Einfluß der Primarspannungen auf die Spannungsumlagerung and die Verformungen beim Ausbruch einer Kaverne eingegangen. Daraus ergeben sich einige Hinweise auf Probleme, die sich fuer die Standsicherheit von Kavernen ergeben können. Diese Probleme, wie auch die Vorgehensweise bei der Bemessung and Überpruefung von Sicherungsmaßnahmen, werden an einigen Beispielen erlautert. Abschließend werden einige Schlußfolgerungen, die sich daraus fuer den Entwurf von Kavernen mit großen Abmessungen ergeben, gezogen. SPANNUNGSDEHNUNGSVERHALTEN VON FELS Die Trennflachen im Fels, die in Form von Kleinklueften, Großklueften sowie von weit durchgehenden Störungen auftreten können, haben bekanntlich einen maßgeblichen Einf1uß auf das Spannungsdehnungsverhalten. An einer Vielzahl von Felsarten 1aßt sich zeigen, daß, durch die Entstehung bedingt, eine oder mehrere Scharen annahernd ebener und zueinander paralleler TrennflSchen vorhanden sind, die das Gestein entweder teilweise oder vollstSndig durchtrennen. Es hat sich bewShrt, einen solchen Fels durch ein Gefuegemodell zu beschreiben, das sowohl ein Modell fuer das Korngefuege des ungekluefteten Gesteins als auch fuer das TrennflSchengefuege beinhaltet [14]. In den Bildern 1 bis 4 sind vier Beispiele fuer die Zuordnung unterschiedlicher Felsarten zu entsprechenden Gefuegemodellen dargestellt. - Der in Bild la dargestellte Granit 1aßt sich durch die Kombination eines richtungslosen Korngefueges fuer das ungeklueftete Gestein und eines allgemeinen raumlichen Trenna Granit Bild 1 Gefuegemodell eines Felses mit richtungslosem Korngefuege und allgemeinem raumlichen Trennflachengefuege. flachengefueges beschreiben (Bild 1b). Bei dem in Bild 2a dargestellten Schiefer handelt es sich um einen Fels mit flachigem Korngefuege und einem allgemeinen raumlichen Trennflachengefuege, wobei die Seh''referung sowohl, iie flachenhafte Textur des Gesteins bestimmt, als auch als Trennflachenschar S ausgebildet ist (Bild 2b). Auch ein Sandstein mit gefuellten Schichtfugen aus feinkcirnigen BSden kann einem geometrischen Gefuegemodell zugeordnet werden (Bild 3). Der in Bild 4b dargestellte Basalt ist ein Beispiel fuer einen Fels mit richtungslosem Korngefuege und "linearem" Trennfldchengefuege (Bild Wenn man diese Gefuegemodelle in mechanische Modelle umsetzen will, dann stellt sich zunachst die Frage, ob es dabei notwendig ist, jede Trennflache mit ihren mechanischen Eigenschaften einzeln nachzubilden, um das Spannungsdehnungsverhalten des Felses zutreffend zu beschreiben. Abgesehen davon, daB es nicht mSg- lich sein wird, alie Trennflachen in ihrer Lage and ihrer Ausbildung in der Natur zu erkunden and somit geometrisch zu erfassen, wird vom Autor die Auffassung vertreten, daß man in vielen Fallen auch gar nicht danach streben sollte, weil der Fels unter bestimmten Bedingungen durch ein sogenanntes "homogenes Modell" beschrieben werden kann, das im folgenden naher erlautert werden soil [14].

SYNOPSIS: The technical potential of employing tunnelling machines in hard rock is determined by the extent and frequency of geological disturbances. For driving at great depths, in principle only tunnelling machines of open design are suitable rather than shield driving types. Only those of open design can accommodate heavier rock convergences, allow for early completion of the walling and facilitate the effective employment of advance consolidation measures. There are 5 different levels of geological disturbance, and the required driving methods are similarly graded. These latter range from simple walling reinforcement, advance face zone injection and reinforcement, up to provisional manual drifting using special lining techniques. Driving through deformations by mechanical means is, as a rule, more efficient than conventional heading techniques without being more expensive. Future machine technology for driving at great depths will continue to follow the trend towards open designs with even greater accessibility in the face zone. For larger tunnel bore diameters, machines with their cutter heads inclined in the driving direction may be particularly suitable, as they improve the stability of the rock, particularly in geological deformations, by producing a sloped face. ZUSAMMENFASSUNG: Die technische Einsetzbarkeit von Tunnelbohrmaschinen in Hartgestein wird vom Ausmaß und Umfang geologischer Stõrungen bestimmt. Fuer Auffahrungen in großen Teufen eignen sich grundsatzlich nur Tunnelbohrmaschinen in, gegenueber Schildkonstruktionen, offener Bauweise. Denn allein sie ermöglichen die Hinnahme stãrkerer Gebirgskonvergenzen, das fruehzeitige Einbringen des endgueltigen Streckenausbaus sowie die wirkungsvolle Anwendung vorauseilender Sanierungsmaßnahmen. Bei den geologischen Stõrungen lassen sich 5 Schweregrade unterscheiden mit entsprechender Abstufung der erforderlichen VortriebsmaBnahmen. Letztere reichen von einfacher Ausbauverstarkung, ueber vorauseilende Vorfeld-Injektion und -Armierung, bis zu voruebergehendem Handvortrieb unter Verwendung von Sonderausbautechniken. Die maschinelle Störungsdurchörterung ist in der Hegel leistungsfahiger als konventionelle Vortriebstechniken, ohne dabei kostspieliger zu sein. Die zukuenftige Maschinentechnik fuer Auffahrungen in großen Teufen wird zu offenen Konstruktionen mit noch guenstigerer Zuganglichkeit im Vorortbereich fuehren. Fuer größere Bohrdurchmesser mõgen sich Maschinen mit in Auffahrrichtung geneigten Bohrkõpfen besonders eignen, die ueber die Erzeugung einer geböschten Ortsbrust die Standfahigkeit des Gebirges insbesondere in geologischen Stórungen weiter verbessern. RESUME: La mise en oeuvre de tunneliers en roches dures est du point de vue technique conditionnee par le degre et l''importance des perturbations geologiques. Pour le creusement de galeries en grandes profondeurs, ne conviennent en principe que des machines du type sans bouclier. Ce sont les seules en effet à permettre la traversee de zones à forte convergence, la pose immediate du soutenement definitif, ainsi que la mise efficace en application de mesures preliminaires de consolidation. Les perturbations geologiques peuvent être classees en cinq degres de difficulte, impliquant chacun des mesures appropriees comprenant selon les cas le simple renforcement du soutenement, l''injection preliminaire au front, le boulonnage immdediat dans la partie excavee et enfin l''abattage manuel temporaire avec procedes speciaux de soutenement. Un creusement mecanise à travers des formations perturbees est en general plus performant qu''un creusement conventionnel, sans pour cela être plus coueteux. L''evolution de la technologie des machines de creusement en grandes profondeurs vavers des types ne comportant pas de bouclier et permettant une accessibilite encore meilleure à la zone du front. Pour grands diamètres de creusement, peuvent s''indiquer des machines tête de foration inclinee dans le sens de 1''avancement qui realisent un front en talus à augmentant encore la consistance des terrains, surtout dans les formations perturbees. EZNFÜHRUNG Die technische Anwendbarkeit des maschinellen Vortriebs mit Tunnelbohrmaschinen wird im wesentlichen von 2 gesteins- and gebirgsabhangigen Faktoren bestimmt, der Bohrbarkeit des Gesteins and dem Gebirgsverhalten generell (Bild 1). Unterstellt man, daß die Weiterentwicklung der Rollenbohrwerkzeuge inzwischen eine wirkungsvolle Hereingewinnung auch hartester and abrasivster Gesteine ermöalicht, d.h. bei beherrschbarem Werkzeugverschleiß and ausreichender Bohrgeschwindigkeit, so ist das erwartete Gebirgsverhalten letztlich maßgebend fuer die technische Entscheidung ueber einen Maschineneinsatz. Dazu gehören die Eigentragfahigkeit des Gebirges bis zum Einbringen des vorlãufigen oder endgueltigen Tunnelausbaus, falls erforderlich; ferner die Neigung des Gebirges zur Konvergenz sowie die Verspannbarkeit der Tunnelbohrmaschine, d.h. die Fãhigkeit des Gebirges, der Vortriebsmaschine ein ausreichendes Widerlager zur Aufnahme der Reaktionskrafte aus Drehmomenten and Vorschubkraften zu bilden. Das Gebirgsverhalten erreicht kritische Ausmaße in geologischen Störungszonen, insbesondere bei Auffahrungen in großen Teufen von 800 - 1300 m, z.B. im Steinkohlenbergbau der Bundesrepublik Deutschland, wovon im folgenden die Rede sein soil. GEBIRGSKLASSIFIZIERUNG In Anlehnung an die Lauffer''sche Gebirgsklassifizierung lassen sich ueber die Standzeit des Gebirges bekanntlich 6 Gebirgsgueteklassen von standfest bis flieBend beschreiben (Bild 2) und davon Rueckschluesse auf den geeigneten Maschinentyp fuer Auffahrungen in geringen und groBen Teufen ziehen. Eignen sich so z.B. Schildmaschinen bei oberflachennahen Auffahrungen selbst noch in druckhaftem Gebirge, sind sie in großen Teufen wegen der Konvergenzgefahr unbrauchbar. Offene Maschinenkonstruktionen mit guter Zuganglichkeit in den Vorortbereich sind dagegen universell verwendbar; sie erfordern in der Regel zwar auch bei oberflãchennahen Auffahrungen unter gebrachen bis druckhaften Gebirgsverhãltnissen zusãtzliche Ausbautechniken, wie Vorfeld- Konsolidierungen durch Injektionen und Armierungen bzw. SYNOPSIS: The technical potential of employing tunnelling machines in hard rock is determined by the extent and frequency of geological disturbances. For driving at great depths, in principle only tunnelling machines of open design are suitable rather than shield driving types. Only those of open design can accommodate heavier rock convergences, allow for early completion of the walling and facilitate the effective employment of advance consolidation measures. There are 5 different levels of geological disturbance, and the required driving methods are similarly graded. These latter range from simple walling reinforcement, advance face zone injection and reinforcement, up to provisional manual drifting using special lining techniques. Driving through deformations by mechanical means is, as a rule, more efficient than conventional heading techniques without being more expensive. Future machine technology for driving at great depths will continue to follow the trend towards open designs with even greater accessibility in the face zone. For larger tunnel bore diameters, machines with their cutter heads inclined in the driving direction may be particularly suitable, as they improve the stability of the rock, particularly in geological deformations, by producing a sloped face. ZUSAMMENFASSUNG: Die technische Einsetzbarkeit von Tunnelbohrmaschinen in Hartgestein wird vom Ausmaß und Umfang geologischer Stõrungen bestimmt. Fuer Auffahrungen in großen Teufen eignen sich grundsatzlich nur Tunnelbohrmaschinen in, gegenueber Schildkonstruktionen, offener Bauweise. Denn allein sie ermöglichen die Hinnahme stãrkerer Gebirgskonvergenzen, das fruehzeitige Einbringen des endgueltigen Streckenausbaus sowie die wirkungsvolle Anwendung vorauseilender Sanierungsmaßnahmen. Bei den geologischen Stõrungen lassen sich 5 Schweregrade unterscheiden mit entsprechender Abstufung der erforderlichen VortriebsmaBnahmen. Letztere reichen von einfacher Ausbauverstarkung, ueber vorauseilende Vorfeld-Injektion und -Armierung, bis zu voruebergehendem Handvortrieb unter Verwendung von Sonderausbautechniken. Die maschinelle Störungsdurchörterung ist in der Hegel leistungsfahiger als konventionelle Vortriebstechniken, ohne dabei kostspieliger zu sein. Die zukuenftige Maschinentechnik fuer Auffahrungen in großen Teufen wird zu offenen Konstruktionen mit noch guenstigerer Zuganglichkeit im Vorortbereich fuehren. Fuer größere Bohrdurchmesser mõgen sich Maschinen mit in Auffahrrichtung geneigten Bohrkõpfen besonders eignen, die ueber die Erzeugung einer geböschten Ortsbrust die Standfahigkeit des Gebirges insbesondere in geologischen Stórungen weiter verbessern. RESUME: La mise en oeuvre de tunneliers en roches dures est du point de vue technique conditionnee par le degre et l''importance des perturbations geologiques. Pour le creusement de galeries en grandes profondeurs, ne conviennent en principe que des machines du type sans bouclier. Ce sont les seules en effet à permettre la traversee de zones à forte convergence, la pose immediate du soutenement definitif, ainsi que la mise efficace en application de mesures preliminaires de consolidation. Les perturbations geologiques peuvent être classees en cinq degres de difficulte, impliquant chacun des mesures appropriees comprenant selon les cas le simple renforcement du soutenement, l''injection preliminaire au front, le boulonnage immdediat dans la partie excavee et enfin l''abattage manuel temporaire avec procedes speciaux de soutenement. Un creusement mecanise à travers des formations perturbees est en general plus performant qu''un creusement conventionnel, sans pour cela être plus coueteux. L''evolution de la technologie des machines de creusement en grandes profondeurs vavers des types ne comportant pas de bouclier et permettant une accessibilite encore meilleure à la zone du front. Pour grands diamètres de creusement, peuvent s''indiquer des machines tête de foration inclinee dans le sens de 1''avancement qui realisent un front en talus à augmentant encore la consistance des terrains, surtout dans les formations perturbees. 1 EZNFÜHRUNG Die technische Anwendbarkeit des maschinellen Vortriebs mit Tunnelbohrmaschinen wird im wesentlichen von 2 gesteins- and gebirgsabhangigen Faktoren bestimmt, der Bohrbarkeit des Gesteins and dem Gebirgsverhalten generell (Bild 1). Unterstellt man, daß die Weiterentwicklung der Rollenbohrwerkzeuge inzwischen eine wirkungsvolle Hereingewinnung auch hartester and abrasivster Gesteine ermöalicht, d.h. bei beherrschbarem Werkzeugverschleiß and ausreichender Bohrgeschwindigkeit, so ist das erwartete Gebirgsverhalten letztlich maßgebend fuer die technische Entscheidung ueber einen Maschineneinsatz. Dazu gehören die Eigentragfahigkeit des Gebirges bis zum Einbringen des vorlãufigen oder endgueltigen Tunnelausbaus, falls erforderlich; ferner die Neigung des Gebirges zur Konvergenz sowie die Verspannbarkeit der Tunnelbohrmaschine, d.h. die Fãhigkeit des Gebirges, der Vortriebsmaschine ein ausreichendes Widerlager zur Aufnahme der Reaktionskrafte aus Drehmomenten and Vorschubkraften zu bilden. Das Gebirgsverhalten erreicht kritische Ausmaße in geologischen Störungszonen, insbesondere bei Auffahrungen in großen Teufen von 800 - 1300 m, z.B. im Steinkohlenbergbau der Bundesrepublik Deutschland, wovon im folgenden die Rede sein soil. 2 GEBIRGSKLASSIFIZIERUNG I n Anlehnung an die Lauffer''sche Gebirgsklassifizierung lassen sich ueber die Standzeit des Gebirges bekanntlich 6 Gebirgsgueteklassen von standfest bis flieBend beschreiben (Bild 2) und davon Rueckschluesse auf den geeigneten Maschinentyp fuer Auffahrungen in geringen und groBen Teufen ziehen. Eignen sich so z.B. Schildmaschinen bei oberflachennahen Auffahrungen selbst noch in druckhaftem Gebirge, sind sie in großen Teufen wegen der Konvergenzgefahr unbrauchbar. Offene Maschinenkonstruktionen mit guter Zuganglichkeit in den Vorortbereich sind dagegen universell verwendbar; sie erfordern in der Regel zwar auch bei oberflãchennahen Auffahrungen unter gebrachen bis druckhaften Gebirgsverhãltnissen zusãtzliche Ausbautechniken, wie Vorfeld- Konsolidierungen durch Injektionen und Armierungen bzw.

Summary By means of the finite elements method the stress state as well as the state of failure have been studied in the surroundings of an isolated roadway. The effects of joints on the consistency of the immediate cavity contour are predominantly treated in this study especially with regard to the dangers due to rock fall and breakdown. On the base of this study well-founded predictions can be made about the most favourable variant of support and about the interaction between support and ground. The purpose of an efficient support does not consist in having carrying functions, but in assigning more favourable stability properties to the ground in the immediate neighbourhood of the outline.