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19.09.2005
Bei Schildmaschinen mit Vollschnittabbau mit natürlicher Stützung der Ortbrust handelt es sich um offene, vollmechanisierte Schilde (Tabelle 9.2). Sie stellen die einfachste … |
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19.09.2005 Beim Vortrieb im Grundwasser muss bei offenen Schildmaschinen der Bauarten SM-V1 sowie SM-V2 die Ortsbrust dauerhaft, d.h. über die gesamte Vortriebslänge mit Druckluft beaufschlagt bzw. zum geschlossenen Schild übergegangen werden, sofern es nicht abgesenkt werden kann bzw. darf [Tunnel98]. In diesem Fall gelten die entsprechenden Ausführungen des Abschnitt 9.2.1.2.3. Der Haupeinsatzbereich dieses Schildmaschinentyp liegt in Grundwasser führenden … |
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19.09.2005
Bei diesem geschlossenen Schildmaschinentyp wird dem an der Ortsbrust anstehenden Wasser- und Erddruck mittels druckgeregelter Stützflüssigkeit entgegengewirkt. Als Stützflüssigkeiten werden Wasser, Wasser mit Polymeren oder ähnliches und in der Regel Bentonitsuspensionen … |
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Bei den Slurryschilden (Bild 9.2.2.5.1) (Bild 9.2.2.5.1) erfolgt die Stützdrucksteuerung innerhalb der Abbaukammer durch den über Pumpen gesteuerten Zu- und Abfluss der Stützflüssigkeit (Abschnitt 8.3). Da die Stützdrucksteuerung sehr unsensibel auf plötzliche Verluste der Stützflüssigkeit, z.B. beim Anfahren von Störzonen oder inhomogenem Baugrund, verbunden mit einem unkontrollierten Einbruch der Ortsbrust und Senkungen an der Geländeoberfläche … |
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Das wesentlichste abweichende Konstruktionsmerkmal der Hydroschilde (Bild 9.2.2.5.2) (Bild 9.2.2.5.2) von den Slurryschilden ist die durch eine Tauchwand in zwei Bereiche aufgeteilte Abbaukammer (Bild 9.2.2.5.2). In der hinteren Kammer (Druckkammer), die zum Nachläuferbereich durch eine Druckwand begrenzt ist, befindet sich ein Druckluftpolster, über das der Stützdruck an der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust mittels einer Druckluftregelanlage gesteuert … |
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Als Bohrkopf kommen alle … |
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Bei jedem Vortrieb muss damit gerechnet werden, dass am Bohrkopf planmäßig Abbauwerkzeuge ausgewechselt (Abschnitt 9.2.2.1) und Wartungsarbeiten durchgeführt sowie unplanmäßig Hindernisse beseitigt oder Reparaturmaßnahmen vorgenommen werden müssen (Tabelle 9.2.2.5.4) [Tunnel01]. (Tabelle: Maßnahmen zur Stabilisierung der Ortsbrust und zur Verringerung der Durchlässigkeit bei Drucklufteinsatz [Girms00] [Girms97b]) Für die Realisierung dieser Aufgaben … |
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In Deutschland und Europa werden Slurryschilde in der Regel nur im Rohrnennweitenbereich ≤ DN/ID 1500 eingesetzt [Suhm00]. Ab DN/ ID 1600 kommt der Hydroschild (bis zu einem Schildaußendurchmesser von 14,20 m [FI-Herreb]) zur Anwendung (s. Anhang A), da erst ab dieser Nennweite aus geometrischen Gründen ein ausreichend großes Volumen für das Druckluftpolster in der Druckkammer ausgebildet werden kann und sich ansonsten die Steuerung des Förderkreislaufs … |
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(Bild: Mögliche verfahrenstechnische Probleme bei hohem Verklebungspotenzial bindiger Böden in Anlehnung an [Sager00] [Bild: S&P GmbH]) Verklebungen durch tonige Böden (Abschnitt 8.3.1.2) können beim Vortrieb mit Schildmaschinen mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust eine Vielzahl im Bild 9.2.2.5.6 aufgeführter verfahrenstechnischer und baubetrieblicher Probleme verursachen [Girms97b] [Thewe99] [Sager00]. Durch das Verkleben der Abbauwerkzeuge und … |
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Beim Bohren im Festgestein sind nach DIN 18319 [VOBC00b] die einaxiale Druckfestigkeit sowie der Trennflächenabstand die entscheidenden Kriterien. Der Einsatz von Slurry- und Hydroschilden mit Felsbohrkopf erfolgt im Festgestein ohne Nennweitenbeschränkung mit einaxialen Druckfestigkeiten bis maximal 300 N/mm2 (Klassen FD l/FZ 1 bis FD 4/FZ 4 gemäß DIN 18319 [VOBC00b]) [FI-Herreb]. Bezüglich der Standzeiten, d.h. der Verschleißfestigkeit der Abbauwerkzeuge, … |
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Ein besonderes Anwendungsbeispiel für einen Rohrvortrieb mit einem Hydroschild stellt das Projekt "Europipe" Landfalltunnel Dornumersiel aus dem Jahre 1994 dar [Remme95] [Thüs94] [Hents94]. Der Vortrieb der 4 m langen und 43 t schweren Stahlbeton-… |
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19.09.2005 (Bild: Abförderung des Erdbreis über ein Förderband [FI-Herreb]) Bei Schildmaschinen mit erddruckgestützter Ortsbrust, auch Erddruckschilde oder EPB-Schilde (EPB = Earth Pressure Balance) genannt, handelt es sich um geschlossene Schilde, bei denen der an der Ortsbrust anstehende Erd- und Wasserdruck mit Hilfe des vom Bohrkopf abgebauten Bodens in der druckkontrollierten Abbaukammer gestützt wird. Um seine Stützwirkung ausüben zu können, wird das … |
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Als Bohrkopf kommen alle im Abschnitt 9.2.2.1 aufgeführten Varianten (Schneidrad, Schürfscheibe, Felsbohrkopf) in Frage (Bild 9.2.2.6.1) (Bild 9.2.2.6.1) (Bild 9.2.2.6.1) (Bild 9.2.2.6.1).
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Bei jedem Vortrieb muss damit gerechnet werden, dass am Bohrkopf planmäßig Abbauwerkzeuge ausgewechselt und Wartungsarbeiten durchgeführt sowie unplanmäßig Hindernisse beseitigt oder Reparaturmaßnahmen vorgenommen werden müssen (Tabelle 9.2.2.5.4) [Tunnel01]. Für die dabei einzuleitenden Maßnahmen gelten prinzipiell die diesbezüglichen Ausführungen für die Schildmaschinen mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust (Abschnitt 9.2.2.5). Besondere Probleme … |
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Schildmaschinen mit Erddruckstützung (s. Anhang A) werden generell für den Vortrieb von Rohren ≥ DN/ID 1400 und Vortriebslängen in Abhängigkeit der Vortriebsrohrnennweite zwischen 300 m und 2500 m eingesetzt (Tabelle 9.2.2.6.3). (Tabelle: Richtwerte für Vortriebslängen in Abhängigkeit der Vortriebsrohrnennweite für Erddruckschilde nach Herstellerangaben [FI-Herreb])
Die Vortriebsleistung ist abhängig vom eingesetzten Fördersystem (Förderung des … |
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Kritische Betriebszustände eines Erddruckschildes können sich schon durch geringe Abweichungen vom Gleichgewichtszustand sowohl bei Abbaukammerüberdruck als auch Abbaukammerunterdruck einstellen. Ursachen hierfür können Bedienungsfehler der Schildmaschine, aber auch die nicht rechtzeitige Anpassung an sich ändernde Baugrundverhältnisse sein. |
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(Bild: Erddruckschild im Normalbetrieb (Zustand 1) in Anlehnung an [Wilms95] [Bild: S&P GmbH])
Der Normalbetrieb (Zustand 1) ist gekennzeichnet durch einen weitgehend homogenisierten Erdbrei. Die Dichte des Erdbreis ist im Vergleich zum anstehenden Boden reduziert, der innere Reibungswinkel herabgesetzt. Die Abbaukammer ist vollständig gefüllt, es ergibt sich keinerlei Entmischung des in der Abbaukammer befindlichen Erdbreis, d.h. das Wasser ist … |
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In diesem Zusammenhang sind zwei mögliche Betriebszustände vorstellbar. Der im Bild 9.2.2.6.5.2 |
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(Bild: Erddruckschild mit unvollständiger Füllung der Abbaukammer und Entmischung des Erdbreis mit Tagbruchgefahr (Zustand 3) in Anlehnung an [Wilms95] [Bild: S&P GmbH])
Zustand 3 ergibt sich unmittelbar aus dem Zustand 2a oder auch nach längeren Stillständen. Wiederum ist die Abbaukammer nur unvollständig mit Erdbrei gefüllt, wobei im Vergleich zum Zustand 2a der obere Bereich der Abbaukammer sich inzwischen mit Wasser gefüllt hat. Dieses resultiert … |
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(Bild: Erddruckschild mit Verdichtung des Erdbreis im Kammerzentrum aufgrund eines zu hohen Stützdruckes (Zustand 4) in Anlehnung an [Wilms95] [Bild: S&P GmbH])
Zustand 4, d.h ein Betriebszustand mit zu hohem Kammerdruck ergibt, sich aus einer zu geringen Förderleistung des Schneckenförderers. Der erhöhte Kammerdruck macht sich durch ein erhöhtes Drehmoment und eine verminderte Vortriebsgeschwindigkeit bemerkbar. Aus dem überhöhten Druck in der … |
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(Bild: Erddruckschild mit verfestigtem Material in der gesamten Abbaukammer aufgrund zu hohen Stützdruckes (Zustand 5) in Anlehnung an [Wilms95] [Bild: S&P GmbH])
Wie bereits erwähnt, resultiert der Zustand 5 unmittelbar aus dem Zustand 4 dann, wenn die zu geringe Förderleistung des Schneckenförderers nicht unmittelbar korrigiert wird. Es ergibt sich ein weiter steigendes Drehmoment bei sich reduzierender Vortriebsgeschwindigkeit, wobei zusätzlich … |
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Beim Antreffen von Gesteinsschichten mit unterschiedlichen E-Moduln und Festigkeiten an der Ortsbrust kann es zu erheblichen Problemen bei der Aufrechterhaltung des erforderlichen Stützdruckes kommen (Bild 9.2.2.6.5.6) [Maidl97b]. Bei der im Bild 9.2.2.6.5.6 dargestellten Situation muss zum Lösen des im unteren Querschnittsbereich anstehenden Felshorizontes (hoher E-Modul E2) die Andrückkraft des Bohrkopfes erhöht werden. Dies hat zur Folge, dass … |
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Beim Erddruckschild treten, bedingt durch die Verfahrenstechnik der Erddruckstützung, neben dem "normalen" Abbauwerkzeugverschleiß (Abschnitt 4.3.5.10), der im Wesentlichen aus dem Kontakt der Abbauwerkzeuge mit dem Gestein an der Ortsbrust resultiert und dem durch geeignete Maßnahmen (z.B. Werkzeuggeometrie, Werkstoffwahl) begegnet werden kann, noch weitere, spezielle Verschleißerscheinungen auf [Wilms95]. Sie resultieren aus den Knet- und Rührvorgängen … |
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