Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie

Aufgabenstellung für die praktische Stollenkartierung (Tunnelkartierung)

Ihnen wird im Lehr- und Forschungsbergwerk „Reiche Zeche“ der TU Bergakademie Freiberg Untertage ein Streckenabschnitt (ca. 25 m) zugewiesen. Ihre Aufgabe ist es, unter komplexer Anwendung ihrer Kenntnisse, diesen Stollenabschnitt zu kartieren, Klüftigkeitsziffern zu ermitteln sowie die Trennflächen mit dem Geologenkompass aufzunehmen. Im Ergebnis ihrer graphischen Darstellung (Kartierung) sollen weitere Berechnungen angestellt sowie eine Einschätzung der Gebirgsqualität vorgenommen werden. Gehen Sie dabei folgendermaßen vor: 1. Bestimmen Sie Ihren Standort [Bezeichnung des zu kartierenden Abschnittes

(Grubenfeld, Gang- bzw. Streckenbezeichnung Anlage 3), Richtung (Streichen) der Stollenachse]!

2. Kartieren Sie Ihren Abschnitt analog des Beispiels in der Anlage 2! Zeichnen Sie den

Verlauf der Großklüfte (> 1 m Ausbisslänge) nach und tragen Sie alle Besonderheiten, wie Wasseraustritte, Störungen oder Gänge, in Ihre Kartierungsunterlagen ein!

In der Kartierung soll weiterhin enthalten sein:

Bezeichnung und Richtung des Streckenabschnittes, Bezeichnung des anstehenden Gesteins und der gewählten Hauptkluftrichtungen, Messstrecke (Maßstab), Himmelsrichtungen, Aushalten von stärker zerklüfteten oder zersetzten Bereichen!

3. Berechnen Sie die Klüftigkeitsziffern für Ihren Streckenabschnitt (rechte und linke

Ulme)! Zählen Sie dazu für geringe Messstrecken, z. B. aller 5 m, die Großklüfte und Kleinklüfte getrennt aus!

4. Bezeichnen Sie die auftretenden Hauptkluftrichtungen und messen Sie diese mit dem

Geologenkompass ein (ca. 10 Werte pro Hauptkluftrichtung) Einfallrichtung/Einfallwinkel = wahres Einfallen!

5. Übertragen Sie die Darstellung der Trennflächenverläufe aus der Kartierung der Firste

und der Ulmen in die Sohle und bestimmen Sie für die einzelnen Hauptkluftrichtungen das scheinbare Einfallen und den Winkel zwischen Streichen und Schnitt mit Hilfe des Nomogramms in der Anlage 4!

6. Klassifizieren Sie Ihren Streckenabschnitt nach LAUFFER ( Anlage 5) und geben

Sie Empfehlungen zum notwendigen Ausbau!

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

2

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

3

Anlage 2

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

4

Anlage 3 Lage der Praktikumsorte

Ziegenstall Richtstrecke (Kartierort) Messort Druckkissen- und Inklinometermessungen (ehemals Dahlhaus-Tunnel)

1.Sohle 281,9 Gelände OK 410,7

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

5

Anlage 4

Nomogramm

(rmr: rock mass rating)

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

6

Gebirgsklassifikation nach LAUFFER (1958) Anlage 5

GebirgsklasseAusbildung der Klüfte,

Zerklüftungsgrad Störungsflächen, Zerrüttungsstreifen,

Ruschelzonen Wasserführung des Gebirges

„A“ standfest

Zerklüftung schwach bis deutlich, stellenweise auch stärker. Raumstellung der Klüfte beliebig;

Klüfte sind überwiegend geschlossen oder verheilt. Durchtrennungsgrad unterschiedlich, i.a.

unvollkommen

Störungsstreifen und Störungsklüfte ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Nebengesteins, verheilt. Grad der

tektonischen Beanspruchung schwach

Wasserzufluss fehlend bis gering, immer auf einzelne Spalten oder Drusenklüfte beschränkt; stellenweise auch als Tropfwasser aus zerklüfteten Bereichen an

den Ulmen

„B“ schwach

nachbrüchig

Zerklüftung schwach bis deutlich, stellenweise auch stärker. Raumstellung der Klüfte beliebig,

Klüfte sind überwiegend geschlossen oder verheilt. Durchtrennungsgrad unterschiedlich, i.a.

unvollkommen

Störungen ohne größere Beeinträchtigung des Nebengesteins, treten meist als Störungsklüfte auf. Schmale Zerrüttungsstreifen,

Störungs- oder Ruschelzonen sind überwiegend verheilt. Grad der tektonischen Beanspruchung schwach bis deutlich

Wasserzufluss gering; als Tropfwasser flächenhaft in zerklüfteten Bereichen in der Kalotte, stellenweise

leichte Beeinträchtigung der Standfestigkeit

„C“ deutlich

nachbrüchig

Zerklüftung deutlich, stellenweise auch stärker. Klüfte sind überwiegend geschlossen oder

verheilt, örtlich Kluftletten; Durchtrennungsgrad überwiegend vollständig

Störungen mit Nebenstörungen oder Verwerfungsschar; Nebengestein ist beeinträchtigt, häufig zertrümmert; Grad der

Zerrüttung unterschiedlich. Störungsbahnen mit Gesteinszerreibsel, Störungsletten und Myloniten. Grad der tektonischen

Beanspruchung deutlich

Deutlicher Wasserzufluss auf Störungsklüften und -zonen sowie auf Schicht- und Kluftflächen, als Tropfwasser flächenhaft in stärker zerklüfteten

Bereichen. Beeinträchtigung der Standfestigkeit

„D“ stark

nachbrüchig

Zerklüftung deutlich bis stark. Klüfte sind überwiegend offen, teilweise mit lettigen

Kluftbestegen oder Lehmbelägen. Durchtrennungsgrad der Klüfte vollkommen

Größere Störungen mit Nebenstörungen oder Verwerfungsscharen, Störungszonen, Ruschelzonen und Zerrüttungsstreifen. Das

Nebengestein ist beeinträchtigt, häufig zertrümmert. Grad der Zerrüttung unterschiedlich. Störungsbahnen mit teilweise

plastischem Gesteinszerreibsel, Störungsletten und Myloniten

Deutlicher Wasserzufluss auf Störungsklüften und Störungszonen, sowie auf Schicht- und Kluftflächen, als flächenhaft auftretendes Tropfwasser in stärker

zerklüfteten Bereichen beeinträchtigt es die Standfestigkeit deutlich

„E“ sehr stark

nachbrüchig

Zerklüftung stark. Klüfte überwiegend offen, häufig mit Bestegen und plastischen Zwischenmitteln.

Durchtrennungsgrad vollkommen

Größere Störungen mit Nebenstörungen, Störungszonen, Ruschelzonen und tektonischem Grus. Nebengestein stark

beeinträchtigt und zertrümmert; starke Zerrüttung. Störungsbahnen mit plastischem Gesteinszerreibsel, Störungsletten und Myloniten

Deutlicher bis starker Wasserzufluss auf Störungsklüften und -zonen, sowie auf Schicht- und

Kluftflächen, als flächenhaft auftretendes Tropfwasser in stark zerklüfteten Bereichen, besonders in der Kalotte, beeinträchtigt es die Standfestigkeit stark

Sicherung von Felshohlräumen nach der Klassifikation von Lauffer (1958) (Müller-Salzburg, 1979)

Gebirgsklasse Standzeit für

ungesicherte Spannweite Spritzbeton Felsnagelung

Stahleinbau in der Auskleidung

A. standfest 20 Jahre

4,0 m nicht erforderlich nicht erforderlich nicht erforderlich

B. schwach nachbrüchig

6 Monate 4,0 m

2 bis 3 cm nur für Kalotte

Ankerabstände 1,5 – 2,0 m Kalotte mit Drahtnetz

unwirtschaftlich

C. nachbrüchig 1 Woche

3,0 m 3 bis 5 cm

nur für Kalotte Ankerabstände 1,0 – 1,5 m

Kalotte mit Drahtnetz oder Spritzbeton 2 cm unwirtschaftlich

D. stark nachbrüchig

5 Stunden 1,5 m

5 bis 7 cm Kalotte mit Baustahlgewebe

Ankerabstände 0,7 – 1,0 m Kalotte mit Drahtnetz und Spritzbeton 3 cm

Stahlpfähle auf Stahlbögen

E. sehr stark nachbrüchig

20 Minuten 0,8 m

7 bis 15 cm mit Baustahlgewebe

Ankerabstände 0,5 – 1,2 m Spritzbeton 5 cm

Stahlpfähle auf Stahlbögen

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

7

Gebirgsklassifikation nach Bieniawski: Klassifikationsparameter und ihre Bewertung Anlage 6 Parameter Wertebereich 1 Ge-

steins- festig- keit

Punktlastindex ISRM (1972)

> 8 MN/m2

4 – 3 MN/m2

2 - 4 MN/m2

1 - 2 MN/m2

Für diesen niedrigen Bereich wird der einachsige Druck-versuch vorgezogen

Einachsige Druckfestigkeit

200 MN/m2 100 - 200 MN/m2 50 - 100 MN/m2 25 – 50 MN/m2 10-25 3-10 1 - 3 MN/m MN/m2 MN/m2

I1 15 12 7 4 2 1 0 2 RQD - Wert (nach Deere, 1963) 90 - 100 % 75 - 90 % 50 - 75 % 25 - 50 % < 25 %

I2 20 17 13 8 3 3 Kluftabstand > 3 m 1 - 3 m 0,3 – 1 m 50 - 300 mm < 50 mm

I3 30 25 20 10 5 4 Zustand der Klüfte sehr rauhe

Oberfläche, nicht durchge- hend, keine Kluftöffnung

leicht rauhe Oberflächen, harte Kluftwandung, Kluftöffnung < 1 mm

leicht rauhe Oberflächen, weiche Kluftwandung, Kluftöffnung 1 mm

Glatte Oberflächen, Kluftöffnungen 1 - 5 mm, Kluftfüllungdurchgehende Klüfte

weiche Klüftung Kluftöffnung > 5 mm durchgehende Klüfte

I4 25 20 12 6 0 5

Ge- birgs- wasser

Zufluss auf 10 m Tunnellänge

kein Zufluss

oder 0

oder

vollständig trocken

< 25 I/min

oder 0,0 - 0,2

oder

feucht

25 - 125 I / min

oder 0,0 - 0,5

oder Wasser unter

niedrigem Druck

> 125 I/min

oder > 0,5 oder

schwierige Gebirgs- wasserprobleme

Kluftwasserdruck größte

Hauptspannung allgemeine Verhältnisse

I5 10 7 4 0 6 Streich- und Fallrichtung der

Klüfte sehr günstig günstig mäßig gut ungünstig sehr ungünstig

I6

Tunnel 0 -2 - 5 -10 -12 Gründung 0 -2 - 7 -15 -25 Böschungen 0 -5 -25 -50 -60

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

8

Gebirgsklassifikation nach Bieniawski

Einfluss der Raumstellung (Streichen und Fallen) der Klüfte im Tunnelbau

Streichen normal zur Tunnelachse

Streichen parallel zur Tunnelachse

Fall- winkel

β: 0° – 20°

Fallen in Vortriebsrichtung

Fallen gegen die Vortriebsrichtung

Β: 45° – 90° β: 20° – 45° Β:45°– 90° β: 20o – 45o β: 45o – 90o β: 20° – 45°

sehr günstig günstig mäßig gut ungünstig sehr

ungünstig

mäßig ungünstig

Bestimmung der Gebirgsklasse

Σ l1 = I1 + … + I6

81 – 100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 < 20

Klasse

I II III IV V

Beschreibung

sehr guter

Fels

guter Fels mäßig

guter Fels

schlechter Fels sehr schlechter

Fels

Bedeutung der Gebirgsklassen

Klasse I II III IV V

durchschnittliche Standzeit

10 Jahre bei 5 m Spannweite

6 Monate bei 4 m Spannweite

1 Woche bei 3 m Spannweite

5 Stunden bei 1,5 m Spannweite

10 Minuten bei 0,5 m Spannweite

Kohäsion der Felsmassen

>0,3 MPa 0,2 – 0,3 MPa

0,15 – 0,2 MPa

0,1 – 0,15 MPa

0,1 MPa

Reibungswinkel > 45° 40° – 45° 35° – 40° 30 – 35° 30°

Institut für Geotechnik Ingenieurgeologie Stollen-/Tunnelkartierung

9

Trennflächenabstände (n. ISRM 1978, IAEG 1981) Kluftklassifizierung

Abstände [cm]

Schichtung Klüftung

> 200 massig kompakt (k) 60 – 200 dickbankig weitständig (ws) 20 – 60 mittelbankig mittelständig (ms) 6 – 20 dünnbankig engständig (es) 2 – 6 dickplattig dichtständig (ds)

0,6 – 2 dünnplattig sehr dichtst. (sds) < 0,6 blättrig Störungszone

(ST)

Kluftart Fläche[m2]

Längserstreckung[m]

Kleinkluft < 10 < 1 Mittelkluft 10 – 100 1 – 10 Großkluft > 100 > 10

Wasserzutritte im Tunnel/Stollen

Einteilung geschätzte Menge[ml/sec]

tropfend < 5 rinnend 5 – 50 fließend > 5

Kornbindung/Festigkeit (nach DIN 4022 T1 erweitert)

Kornbindung Geländeversuch nach DIN sehr gut mit Stahlnagel/Messer nicht

ritzbar gut mit Stahlnagel/Messer schwer

ritzbar mäßig mit Stahlnagel/Messer leicht

ritzbar schlecht bzw. fest Abreiben von Gesteinsteilchen

mit den Fingern möglich bzw. mit dem Fingernagel ritzbar

mürbe bzw. milde Kanten mit den Fingern abbrechbar

entfestigt Gestein mit den Fingern zerdrückbar

Profilgenauigkeit Tunnel/Stollen

PG Beschreibung mäßig < 50 % der Bohrspuren sichtbar,

Profil unregelmäßig und eckig gut > 50 % der Bohrspuren sichtbar,

wenige Ecken herausgebrochen sehr gut > 75 % der Bohrspuren sichtbar,

sauberes Profil

Festigkeit mit Hammerschlag (nach ISRM 1978)

R Beschreibung der Festigkeit UCS, geschätzt [MPa]

5 sehr fest, zerbricht nur bei einer Vielzahl von Hammerschlägen, dabei sehr heller Klang > 100 4 fest; zerbricht erst bei mehr als einem kräftigen Hammerschlag, dabei heller Klang 50 – 100 3 mittelfest; zerbricht mit einem kräftigen Hammerschlag, kann mit dem Taschenmesser nicht

mehr geritzt werden 25 - 50

2 mäßig fest; flache Einkerbungen beim Schlag mit Hammerschneide, kann mit Taschenmesser geritzt oder mit Schwierigkeiten eingeschnitten werden. Beim Schlag dumpfer Klang

5 - 25

1 wenig fest; zerbröckelt bereits bei leichtem Hammerschlag, kann mit Taschenmesser eingeschnitten werden

1 - 5

0 entfestigt; mit dem Fingernagel ritzbar < 1

Verwitterungsgrade (nach ISRM 1978 und IAEG 1981, verändert)

V Beschreibung der Festigkeit I frisch und unverwittert (Fels); keine farblichen, mikro- oder makroskopischen Veränderungen erkennbar

IIa angewittert; erste Verfärbungen sind durch mikroskopische Zersetzung von Mineralen erkennbar, verringerte Druckfestigkeit des Gesteins

IIb leicht verwittert; Färbung deutlich rotbraun entlang von Klüften, das Gestein ist deutlich (bis zu 15 %) entfestigt

III mittelstark verwittert; entlang von Klüften tritt starke Verwitterung auf, die Reibung entlang dieser Trennfläche ist deutlich herabgesetzt, weniger als 40 – 50 % des Gesteins sind zersetzt, alle niedrigeren Verwitterungsstufen treten nebeneinander auf

IV stark verwittert; mehr als 40 – 50 % des Gesteins sind zersetzt, die ursprüngliche Struktur ist aber noch gut erkennbar, die Klüfte bestimmen noch das Gesamtverhalten des Gebirges, obwohl die Reibung entlang der Klüfte stark herabgesetzt ist

V sehr stark verwittert; die Trennflächen sind wirkungslos, der ursprüngliche Zusammenhalt des Gesteins ist kaum noch vorhandne, aber die ursprüngliche Struktur ist noch in großen Bereichen erkennbar

VI völlig verwittert (Boden); die ursprünglichen Strukturen und die Gesteinszusammensetzung ist restlos zerstört, es ist eine deutliche Volumenänderung feststellbar, aber der Boden ist nicht wesentlich transportiert worden

Korngrößen (nach DIN 4022 T1)

Korn - mm Bezeichnung

< 0,002 Tonfraktion 0,002 – 0,006 0,006 – 0,02 0,02 – 0,06

Feinschluff Mittelschluff Grobschluff

0,06 – 0,2 0,2 – 0,6 0,6 – 2

Feinsand Mittelsand Grobsand

2 – 6 6 – 20

20 – 63

Feinkies Mittelkies Grobkies

> 63 Steinfraktion

Beschreibung des Trennflächengefüges (n. ISRM 1978)

deutsch english 1 Art & Anzahl der Trennflächen type & number of

sets 2 Raumstellung orientation 3 Trennflächen-Abstände spacing 4 Trennflächen-Erstreckung persistence 5 Trennflächen-Rauigkeit roughness 6 Verwitterung/Festigkeit der Trennflä-

chen-Oberflächen wall strength

7 Trennflächen-Öffnungsweite aperture 8 Trennflächen-Füllung filling 9 Wasserführung/Durchsickerung seepage

10 Kluftkörpergröße block size