Geschichte der Spritzbetonbauweise, Teil IV - ETH - IGT

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In einer Welle der Begeisterung erlangte der Spritzbeton vielerorts eine ebenbürtige oder gar höhere Bedeutung als Felsanker und Stahleinbau. Sehr bald setzte sich jedoch die Erkenntnis durch, dass in den meisten Fällen erst eine systematische Kombination dieser Stützmittel das statisch wirksamste und zugleich wirtschaftlichste Mittel zur Kontrolle des Gebirgsdruckes bzw. der Gebirgsverformung darstellt. Der durch Wegfall der Zimmerung frei gewordene Arbeitsraum und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Stützmittel bezüglich Zeitpunkt und Lage öffnete den Weg zu einer Reihe neuartiger Vortriebskonzepte. Diese fasste man unter dem Sammelbegriff „Spritzbetonbauweise“ zusammen. So verschieden die Methoden des Ausbruchs (Sprengen, Schrämmen, Baggern, etc.), die Bau- und Betriebsweisen sowie die Profilformen (mit oder ohne Sohlgewölbe) auch sein mochten, das Gemeinsame bildete das einheitliche äußere Erscheinungsbild zufolge der Spritzbetonverkleidung. Der Ausdruck „Spritzbetonbauweise“ bezog sich somit einzig und allein auf technologische Merkmale, wobei es als selbstverständlich galt, die bis dahin vorliegenden wissenschaftlichenErkenntnisse für Planung und Ausführung zu verwerten. Die oben genannte Spritzbetonmaschine wurde in großem Umfang zum ersten Mal 1952 im 26,7 km langen Verbano Wasserstollen (Ausbruchfläche 21,4 m 2 ) der Maggia-Kraftwerke, Schweiz, eingesetzt. Gemäß dem Vertreter der Bauleitung (Sonderegger 1955) „wurde zur sofortigen Sicherung von gebrächen Felspartien mit gu- 12 Tunnel 5/2002 Geschichte der Spritzbetonbauweise, Teil IV History of the Sprayed Concrete Lining Method, P. IV 1 Detailzeichnung einer Ausbruchsicherung mit Felsankern und einem Netz aus Kabeln; McIntyre Grube, Kanada (Keeley 1934) 1 Detail drawing of rock support with slit-and-wedge bolts and cable hanger; McIntyre Mine, Canada (Keeley 1934) tem Erfolg auch Spritzbeton anstelle von provisorischem Ausbau aufgetragen. (...) Die Wirkung von Gunit und Spritzbeton ist wohl in dem Umstand zu suchen, dass die feinen Klüfte zwischen den Felsteilchen satt ausgefüllt werden. Dadurch wird eine ausweichende Bewegung der Gesteinsteilchen von Anfang an erschwert“. In einer anderen Publikation (Sonderegger 1956) wies er darauf hin, dass „der Zwischenraum zwischen Einbaubogen und Unterlage mit Spritzbeton satt ausgefüllt wird, wobei kleine sekundäre Gewölbe zwischen den Einbauten entstehen. Ein seitliches Ausknicken der Einbaubogen wird auf diese Weise erschwert“. Aus einer bemerkenswerten Veröffentlichung von Frey-Bär (1956) geht hervor, wie sehr sich die verantwortlichen Ingenieure schon damals der Bedeutung dieser Entwicklungen bewusst waren: „Spritzbeton mit dem vorstehend beschriebenen Ankereinbau kombiniert hat sich schon dort soon, however, it was realized that in many cases a combination of these support elements provides the most efficient method both structurally and economically for controlling rock pressures and ground response. The space gained by not having timber supports and the wide possibilities offered by the application of the new methods of support in relation to time and place opened the way for a series of novel excavation concepts. These were collectively known as the “sprayed concrete construction method”. Just as the methods of excavation (blasting, cutting, digging, etc.), the procedures in cross-section and in longitudinal direction as well as the shape of the tunnel profiles (with or without invert arch) greatly differed from one another, together they presented a uniform external appearance as a result of the sprayed concrete lining.The term “sprayed concrete construction method” (Spritzbetonbauweise in Ger- man) therefore was related purely to technological features, whereby it was taken for granted that the existing scientific knowledge relating to planning and execution should be exploited. The above mentioned shotcrete machine was first applied on a large scale in 1952 in the 26.7 km long Verbano waterway tunnel (with an excavated section of 21.4 m 2 ) for the Maggia Hydroelectric Scheme in Switzerland. According to the resident engineer (Sonderegger 1955), “Shotcrete was applied with great success in place of a temporary support as an immediate support in sections of weak rock. (...) The effect of gunite and shotcrete is seen in completely filling the fine joints between the blocks of rock. In this way, from the outset, movement of rock blocks is impeded”. In another publication (Sonderegger 1956) he also drew attention to the fact that “the gap between the steel sets and the base was completely filled with shotcrete, forming a secondary arch between them. In this way lateral buckling of the arches is hindered” (Fig.1). A remarkable publication by Frey-Bär (1956) reveals the responsible engineers’ consciousness of the importance of these developments: “Shotcrete in combination with the rock bolting previously described is an excellent means of support where earlier timeconsuming heavy timbering was required. With shotcrete, engineers have a means at their disposal with several advantages: extremely adaptable in application with regard to the thickness applied to the rock and the extent of the area covered. The tunnel advance is hardly affected”. Furthermore, he observes “shotcrete lining sprayed immediately af-
ausgezeichnet bewährt, wo früher ein zeitraubender schwerer Holzeinbau angeordnet wurde. Mit dem Spritzbeton ist dem Stollenbauer ein Mittel in die Hand gegeben, dessen Anwendung sehr anpassungsfähig ist, sowohl in der Stärke des Auftrages, als auch in den Flächenabmessungen. Die Ausführung stört den Vortrieb nur ganz kurzfristig“. Ferner stellte er fest, dass „ein direkt hinter dem Vortrieb aufgespritztes Gewölbe in den meisten Fällen den nachfolgenden Wirkungen des Gebirgsdruckes standhält“. Frey- Bär schließt seine Ausführungen mit einem detaillierten Kostenvergleich der einzelnen Stützmittel je Tunnelmeter und sagt: „Es ist dabei zu bedenken, dass die drei eigentlich ganz verschiedenen Einbauarten (Anker, Spritzbeton und Stahlbogen) sehr wohl miteinander kombiniert werden können“. Der Geschichte der Spritzbetonbauweise, Teil IV History of the Sprayed Concrete Lining Method, P. IV 2 Spritzbeton und Anker bei den Maggia-Kraftwerken, Schweiz, 1952–1955 (Fotos D. Prader) 2 Use of shotcrete and bolts in the waterway tunnels of the Maggia Hydroelectric Scheme, Switzerland 1952–1955 (Photos courtesy of D. Prader) österreichische Ingenieur Rabcewicz schrieb 1964 rückblickend: „Die erste erfolgreiche Anwendung der Oberflächenstabilisierung mittels Spritzbeton für Tunnel in instabilem Gebirge als integrierender Bestandteil des Vortriebes anstelle der Verwendung von Zimmerung oder Stahleinbau wurde in dem Lodano-Mosogno Stollen für die Maggia-Kraftwerke in der Schweiz zwischen 1951 und 1955 durchgeführt“ (Bild 2). Im Hinblick auf den seit 1920 weltweit erfolgten Einsatz des Spritzbetons ist diese Behauptung selbstredend falsch. Sie zeigt lediglich, dass der Autor erst nach dieser Anwendung die Bedeutung des Spritzbetons als Stützmittel erkannt hat. In Österreich kam Senn’s Spritzbetonmaschine (geliefert durch die Firma Aliva, Schweiz) zum ersten Mal bei der Wasserkraftanlage Prutz- Imst von 1953 bis 1955 sowie ter excavation is in most cases capable of withstanding subsequent effects of rock pressure”. Frey-Bär concludes his paper with a detailed comparison of the costs per tunnel metre of the individual support measures and says: “It is to be taken into consideration that the three quite different support elements (rock bolts, shotcrete and steel sets) can perfectly well be used in combination”. The Austrian engineer Rabcewicz wrote in 1964 in retrospect: “The first successful application of surface stabilisation by means of shotcrete for tunnels in unstable ground as an integral part of the driving process, instead of using timber or steel, was for the Lodano-Losogno tunnel of the Maggia Hydroelectric Scheme, in Switzerland, 1951- 1955” (Fig. 2). In view of the continuous worldwide application of sprayed concrete since 1920, this statement is of course, not true. It was only after this use of sprayed concrete that Rabcewicz himself discovered its importance as a means of support. In Austria, Senn’s shotcreting machine (supplied at that time by the Swiss firm ALIVA) was first applied in the Prutz- Imst Hydroelectric Plant from 1953–1954 and for the Schwarzach Plant from 1954– 55 (Rotter 1958). As to the use of sprayed concrete in mining in Austria, “The Bleiberg mine can claim to be the first mine in Austria that had the courage to break new ground in the field of sprayed concrete (ALIVA machine 1957) – apart from a first test in the Salt Mine Bad Ischl in 1953” (Rainer 1961). In Italy in 1958, the 15.2 km long waterway tunnel (Ø = 7 m) for the Monastero Hydroelectric Plant (Como) was lined with shotcrete using the previously mentioned shotcreting machine. Worthy of note is the Tunnel 5/2002 13
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