DIN 21500-2017 Shaft sinking in mining - design and dimensioning《采矿掘井 设计和尺寸规定》.pdf

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1、Mai 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 13DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 73.100.10!%aps“2627780www.din.deDIN 21500Schachtausbau im Bergbau Entwurf und BemessungS

2、haft sinking in mining design and dimensioningRevtement de puits dans les mines Construction et calculAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 21500:2001-11www.beuth.deGesamtumfang 26 SeitenDDIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau)DIN 21500:2017-05 2 Inhalt Seite Vorwor

3、t 4 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 6 4 Symbole und Abkrzungen 7 5 Vorleistungen des Auftraggebers 9 6 Allgemeine Anforderungen an den Ausbau und sein Tragsystem 11 6.1 Aufgabenstellung und Lsungen 11 6.2 Anforderungen an die Ausbauplanung 12 6.2.1 Bautechnische Unter

4、lagen . 12 6.2.2 Konstruktive Anforderungen 12 7 Einwirkungen auf das Bauwerk . 12 7.1 Allgemeines . 12 7.2 Haupteinwirkungen im Regelfall . 13 7.2.1 uerer gleichfrmiger Horizontaldruck pa13 7.2.2 Innerer gleichfrmiger Horizontaldruck pi. 14 7.2.3 Vertikale, zur Schachtachse zentrische Einwirkungen

5、14 7.2.4 Zwangseinwirkungen . 15 7.2.5 Chemische Einwirkungen . 15 7.3 Zusatzeinwirkungen im Einzelfall . 15 7.3.1 Allgemeines . 15 7.3.2 Ungleichfrmiger Horizontaldruck 15 7.4 Auergewhnliche Einwirkungen 16 7.5 Einwirkungskombinationen 16 8 Baustoffe und ihre Eigenschaften 16 9 Bemessung des Schach

6、tausbaues 17 9.1 Allgemeine Grundstze und Nachweise 17 9.2 Bemessung der Schachtrhre als einschaliger Ausbau . 17 9.2.1 Allgemeines . 17 9.2.2 Einwirkungen auf die Schachtrhre, Schachtfundamente und Sttzringe . 17 9.2.3 Lastfallkombinationen 18 9.2.4 Widerstandsgren 18 9.3 Bemessung der Schachtrhre

7、als mehrschaliger Ausbau . 19 9.3.1 Allgemeines . 19 9.3.2 Einwirkungen 19 9.3.3 Lastfallkombinationen 19 9.3.4 Widerstandsgren 19 9.3.5 Schubkraftbertragung in Fugen . 19 9.3.6 Verbundmittel 19 10 Vorbausulen 20 10.1 Allgemeines . 20 10.2 Bauarten . 20 10.3 Konstruktion . 20 DIN 21500:2017-05 3 10.

8、4 Allgemeine Anforderungen . 20 10.5 Bemessung . 20 10.5.1 Allgemeines . 20 10.5.2 Einwirkungen 20 10.5.3 Widerstandsgren 21 11 Bauzustnde 21 (informativ) Hinweise zur statischen Berechnung . 22 Anhang AA.1 Einwirkungen durch Schwinden des Betons und durch Temperaturnderungen . 22 A.2 Nachweis der K

9、nicksicherheit von Stahlkonstruktionen fr Schlankheiten des Schachtringes 50 . 22 A.3 Nachweis der Knicksicherheit von Stahlkonstruktionen fr Schlankheiten des Schachtringes 50 23 A.4 Nherungsrechnung zur Spannungsermittlung dickwandiger ungebetteter Kreisringe. 24 A.4.1 Lastfall gleichfrmiger horiz

10、ontaler Belastungen 24 A.4.2 Lastfall ungleichfrmige horizontale Belastung pz25 Literaturhinweise . 26 DIN 21500:2017-05 4 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 005-51-10 AA Schachtbau“ im DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABAU) ausgearbeitet. Diese Norm dient dem Ziel, verbindliche Grundlag

11、en fr Entwurf, Bemessung und Ausfhrung von tiefen vertikalen Schchten, wie sie vorwiegend im untertgigen Bergbau vorkommen, festzulegen. Grundlage dieser Norm sind die Richtlinien zur Berechnung von Schachtauskleidungen in nicht standfestem Gebirge“ 1, die jahrzehntelangen Erfahrungen der Fachleute

12、und ihrer Verffentlichungen ber Entwurf, Berechnung, Ausfhrung und Prfung von zahlreichen Schachtausbauten verschiedenster Bauart und Konstruktion. Auf Basis der Richtlinien“ wurden zahlreiche Schachtbauwerke des Bergbaus und des Tunnelbaus entworfen, bemessen und gebaut. Die Funktionsfhigkeit diese

13、r Bauwerke ist ber Jahrzehnte, auch unter extremen Bedingungen, erwiesen. Abweichend vom global-deterministischen Bemessungskonzept der Richtlinien“ kommt in dieser Norm die semiprobabilistische Zuverlssigkeitstheorie mit Teilsicherheitsbeiwerten zur Anwendung. Im Vordergrund stehen bergbau- und sch

14、achtbauspezifische Einflsse und Bedingungen. Aus den Richtlinien“ und den Erfahrungen des Schachtbaus leiten sich vertretbare Abweichungen gegenber den Europischen Baunormen ab. Dort wo Abweichungen auftreten, sind sie in dieser Norm angemerkt. Die Norm ist Grundlage fr die Planung, Ttigkeiten der P

15、rfstellen und der berwachungsstellen und enthlt ferner die notwendigen Anforderungen fr die Ausgangsdaten und -bedingungen, die von Seiten des Auftraggebers zu erbringen sind. Die Kontrolle der Qualitt der Baustoffe und der Bauausfhrung muss nach den eingefhrten technischen Regelwerken stattfinden u

16、nd wird nicht behandelt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 21500:2001-11 wurden folg

17、ende nderungen vorgenommen: a) Abschnitt Symbole und Abkrzungen ergnzt und alphabetisch sortiert; b) Abschnitt Vorleistungen des Auftraggebers ergnzt und neu strukturiert; c) Einfhrung des ebenen und rumlichen Erddruckansatzes nach DIN 4085; d) Terminologie berarbeitet; e) ungleichfrmiger Horizontal

18、druck nicht mehr obligatorisch anzusetzen; f) ungleichfrmiger Horizontaldruck variabel; g) Knicksicherheitsnachweis in informativen Anhang bernommen; h) Teilsicherheitsbeiwerte berarbeitet; i) Tabellen fr Schubverbund gelscht und auf die entsprechenden Eurocodes verwiesen. Frhere Ausgaben DIN 21500:

19、 2001-11 DIN 21500:2017-05 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr den Entwurf und die Bemessung tragender Ausbaukonstruktionen von neu herzustellenden, in der Regel kreiszylindrischen vertikalen Schchten im Bergbau. Sie gilt auch fr bestehende Schchte, die umgebaut, verstrkt oder saniert und dabei

20、 mit Vorbausulen oder anderen neuen Aus-/Einbauten versehen werden mssen. Die Norm darf auch auf tiefe Schchte in anderen Bereichen wie z. B. im Tunnelbau angewendet werden. Die Norm gilt nicht fr Schachtausbauten, die nur der vorbergehenden Sicherung des untertgigen Hohlraumes whrend der Abteufarbe

21、iten dienen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgab

22、e des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 4085, Baugrund Berechnung des Erddrucks DIN EN 1990, Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung DIN EN 1990/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung DIN EN 1991 (alle Teile),

23、 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1992-1-1:2011-01, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fr den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004 + AC:2010 DIN EN 1993-1-1, Eurocode 3: Bemessung und Ko

24、nstruktion von Stahlbauten Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fr den Hochbau DIN EN 1993-1-1/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fr den Hochbau DIN EN 1994-1-1:2010-

25、12, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln fr den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1994-1-1:2004 + AC:2009 DIN EN 1997-1, Eurocode 7 Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine

26、 Regeln DIN EN 1997-1/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN 1997-2, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN EN

27、1997-2/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN EN 10025-1:2005-02, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Bausthlen Teil 1: Allgemeine technische Lieferbedingungen; Deutsche Fassun

28、g EN 10025-1:2004 DIN EN 10025-2:2005-04, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Bausthlen Teil 2: Technische Lieferbedingungen fr unlegierte Bausthle; Deutsche Fassung EN 10025-2:2004 DIN 21500:2017-05 6 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 bergbauliche Einwirkungen

29、 Einwirkungen aus unmittelbarer oder benachbarter Bergbauaktivitt Anmerkung 1 zum Begriff: Bewegungen oder/und Belastungen vom umgebenden Gebirge auf den Schachtausbau. 3.2 Betriebslast stndige und/oder vernderliche Last aus dem Schachtbetrieb 3.3 Bohrschacht Schacht, der durch Bohren abgeteuft wird

30、 3.4 Fllort im Schachtbereich aufgefahrener Grubenraum mit der Aufgabe, die vertikale in die horizontale Frderung berzuleiten und umgekehrt 3.5 geankerter Schacht Schacht, der im Schutz einer nach auen im Gebirge verankerten Ausbaukonstruktion hergestellt wird 3.6 Gebirgsdruck Belastungsgre aus dem

31、Gebirge auf eine Ausbaukonstruktion, bezogen auf die Einheitsflche 3.7 Gefrierschacht Herstellung eines temporren Frostmantels aus knstlich gefrorenem Gebirge, in dessen Schutz der endgltige Ausbau ausgefhrt wird 3.8 gleichfrmiger Gebirgsdruck horizontaler am Umfang gleichfrmiger radial von auen auf

32、 eine Ausbaukonstruktion wirkender Gebirgsdruck 3.9 Nutzlast vernderliche Verkehrslast 3.10 Schachteinbauten Einbauten in Schchten, z. B. Einstriche, Spurlatten, Rohrleitungen, Fahrten, Ruhebhnen 3.11 Schachtfundament in der Regel ein Ringfundament, das das Eigengewicht der Schachtrhre oder einen Te

33、il des Eigengewichtes in tragfhige Gebirgsschichten bertrgt DIN 21500:2017-05 7 3.12 Schachtrhre, einschaliger Ausbau Zylinder unter unmittelbarer Einwirkung der von auen belastenden horizontalen Drcke der Gebirgswsser und des Gebirges und der vertikalen Einwirkungen als einschalige Konstruktion aus

34、 unbewehrtem oder bewehrtem Beton oder aus Stahl, jedoch nicht als Verbundkonstruktion 3.13 Schachtrhre, mehrschaliger Ausbau zwei oder mehr konzentrische Zylinder, deren uerster in der Regel unter unmittelbarer Einwirkung der von auen belastenden horizontalen Drcke der Gebirgswsser und des Gebirges

35、 und der entsprechenden an der ueren Mantelflche angreifenden vertikalen Einwirkungen steht Anmerkung 1 zum Begriff: Mehrschaliger Ausbau sind der Stahl-Beton-Verbundausbau und der Ausbau mit gusseisernen Tbbingen. Die Hinterfllung des Schachtausbaus kann eine viskose Flssigkeit oder ein kompressibl

36、es oder verformungsarmes Material sein. 3.14 standfestes Gebirge Gebirge, dessen Ausbruchrnder nach Herstellung eines Hohlraumes nach Angabe des geotechnischen Sachverstndigen unverndert standfest bleiben 3.15 Sttzring Ringkonstruktion unterhalb des Schachtfundaments zur Aufnahme resultierender hori

37、zontaler Gebirgsdrcke, u. a. aus der Auflast durch das Fundament 3.16 Trennschicht mit Baustoffen gefllter planmiger Ringspalt jeweils zwischen zwei Zylinderschalen 3.17 ungleichfrmiger Gebirgsdruck am Umfang ungleichfrmig verteilter horizontaler radial von auen wirkender Gebirgsdruck 3.18 Vorbausul

38、e Zylinderausbau, der nachtrglich vor die Innenflche eines bestehenden Schachtes eingebaut wird. Sie dient der Sanierung der bestehenden Ausbaukonstruktion bei unzulssiger Undichtigkeit oder bei unzureichender Tragfhigkeit und im Einzelfall auch dem Umbau. 3.19 Vorbohrung Erkundungsbohrung vor Herst

39、ellen eines Schachtes 4 Symbole und Abkrzungen Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Symbole und Einheiten nach Tabelle 1. DIN 21500:2017-05 8 Tabelle 1 Symbole und Einheiten Symbol Benennung Einheit A Flche des Ausbauquerschnitts (bei Stahlbeton- und Verbundquerschnitten die auf einen der Baustof

40、fe bezogene Flche), vertikal, radial durch die Schachtwand geschnitten, bezogen auf 1 m Schachthhe m2/m AcGesamtflche des Betonquerschnitts, bezogen auf 1 m Schachthhe m2/m AiTeilflche des Ausbauquerschnitts, bezogen auf 1 m Schachthhe m2/m AsMindestbewehrung, bezogen auf 1 m Schachthhe m2/m E Elast

41、izittsmodul N/mm2cwirksamer Elastizittsmodul des Betons N/mm2EcmElastizittsmodul des Betons als Mittelwert des Sekantenmoduls N/mm2H Teufe m J Trgheitsmoment, bezogen auf 1 m Schachthhe m4/m S Schwerpunkt SiSchwerpunkt der Teilflche ahebener aktiver horizontaler Erddruck kN/m2fckZylinderdruckfestigk

42、eit des Betons N/mm2fyStahlstreckgrenze N/mm2h berlagerungshhe der Gebirgswsser bzw. des anstehenden Gebirges m hfberlagerungshhe der Hinterfllmasse in Trennschichten m i Trgheitsradius des Gesamtausbauquerschnitts, bezogen auf 1 m Schachthhe m/m iiTrgheitsradius der Teilflche Ai, bezogen auf 1 m Sc

43、hachthhe m/m p1Ungleichfrmiger horizontaler Gebirgsdruck, in Abhngigkeit von der laufenden Winkelkoordinate in Umfangsrichtung MN/m2pagleichfrmiger horizontaler Auendruck MN/m2pfgleichfrmiger Horizontaldruck der Hinterfllmasse in Trennschichten MN/m2pggleichfrmiger horizontaler Gebirgsdruck MN/m2pig

44、leichfrmiger horizontaler Innendruck MN/m2pwGebirgswasserdruck MN/m2pzScheitelwert des horizontalen Gebirgsdrucks p1MN/m2r Laufende Koordinate (radial) m raAuenradius des Gesamtausbauquerschnitts m DIN 21500:2017-05 9 Symbol Benennung Einheit riInnenradius des Gesamtausbauquerschnitts m rsSchwerpunk

45、tradius des Gesamtausbauquerschnitts oder des zu berechnenden Querschnitts m rsiSchwerpunktradius der Teilflche Aim t Stahlblechdicke mm x Prozentanteil der horizontalen Ungleichfrmigkeit %/100 y Horizontaler Schwerpunktabstand eines Bemessungspunktes m yiHorizontaler Schwerpunktabstand des Innenrad

46、ius eines Ausbauquerschnitts m fWichte der Hinterfllmasse in Trennschichten MN/m3GTeilsicherheitsbeiwert fr stndige Einwirkungen MTeilsicherheitsbeiwert fr die Beanspruchbarkeit von Baustahl und Stahlbauverbindungen QTeilsicherheitsbeiwert fr vernderliche Einwirkungen wWichte der Gebirgswsser MN/m3

47、Schlankheit kKnicksicherheit k, erfErforderliche Knicksicherheit k, vorhVorhandene Knicksicherheit kWirkliche Knickspannung N/mm2kiEuler-Knickspannung N/mm2rRadiale Normalspannung im Abstand r vom Schachtmittelpunkt N/mm2tTangentiale Normalspannung N/mm2 Schubspannung N/mm2 laufende Winkelkoordinate

48、 in Umfangsrichtung Reibungswinkel des Gebirges im Bogenma 5 Vorleistungen des Auftraggebers Als wesentlicher Bestandteil zur Planung eines Schachtes bergibt der Auftraggeber die folgenden verbindlichen Unterlagen an den Auftragnehmer: a) Allgemeines 1) Nutzungsart (z. B. Wetterschacht, Frderschacht); 2) Hhenlage, lichter Durchmesser und Endteufe; DIN 21500:2017-05 10 3) die Herstellungsweise (z. B. konventionell oder maschinell); 4) geometrische Toleranzen; 5) Dichtigkeit; 6) Nutzungsdauer. b) Ergebnisse der geologischen und geotechnischen Untersuchungen der Schachtvorbohrun