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(Bild: Möglichkeiten zur Schaumkonditionierung - Prinzipskizze - Testlauf einer Schildmaschine DN/ID 1500 im Werk [FI-Herreb])

Reicht die Konsistenz des abgebauten Bodens in der Abbaukammer nicht aus oder sollen die Einsatzgrenzen auf nichtbindige und inhomogene Lockergesteine, dem bevorzugten Einsatzgebiet der Schildmaschinen mit Flüssigkeitsstützung, ausgedehnt werden, dann muss der Boden künstlich konditioniert werden. Dafür eignet sich die Zugabe …

(Bild: Wirkungsweise der Schaumkonditionierung)

Verfahrenstechnisch gesehen ist die Einsatzgrenze eines Erddruckschildes mit Schaumkonditionierung in folgenden Fällen erreicht:

Einsatzgrenze eines Erddruckschildes mit Schaumkonditionierung - Fall 1:

  • Durch Injektion eines hochviskosen Schaums kann kein ausreichender Stützdruck in der Abbaukammer erzeugt werden.
  • Ursachen: Kornverteilung zu grobkörnig oder Lagerungsdichte des Bodens zu gering
  • Folge: Schaum entweicht durch die Ortsbrust

Einsatzgrenze …

Wichtig:

Kritische Betriebszustände eines Erddruckschildes können sich schon durch geringe Abweichungen vom Gleichgewichtszustand sowohl bei Abbaukammerüberdruck als auch Abbaukammerunterdruck einstellen.

Was könnten Ursachen für kritische Betriebszustände sein?

(Bild: Frage)

Was könnten Folgen kritischer Betriebszustände sein?

(Bild: Frage)

Wichtig:

Kritische Betriebszustände eines Erddruckschildes können sich schon durch geringe Abweichungen vom Gleichgewichtszustand sowohl bei Abbaukammerüberdruck als auch Abbaukammerunterdruck einstellen.

Ursachen für kritische Betriebszustände

  • Bedienungsfehler der Schildmaschine
  • nicht rechtzeitige Anpassung an sich ändernde Baugrundverhältnisse

Folgen kritischer Betriebszustände

  • Firstverbrüche
  • Senkungserscheinungen
  • Tagbrüche
  • Maschinenstillstand

(Tabelle: Betriebszustände beim Erddruckschild [FI-Steina])

(Bild: Erddruckschild bei nicht vollständig gefüllter Abbaukammer mit Nachbruchgefahr (Zustand 2a) in Anlehnung an [Wilms95] [Bild: S&P GmbH])

Kritischer Betriebszustand - Zustand 2a

  • Ergibt sich aus einem zu hohen Bodenaustrag.
  • Der obere Bereich der Abbaukammer ist nicht gefüllt.
  • Korrektur über Veränderung der Schneckendrehzahl
  • Gefahr: Fristbruch mit entsprechenden Senkungserscheinungen an der Geländeoberfläche.

(Bild: Erddruckschild mit verfestigtem …

Kritischer Betriebszustand - Zustand 3

  • Ergibt sich unmittelbar aus Zustand 2a oder auch nach längeren Stillständen.
  • Die Abbaukammer ist nur unvollständig und der obere Bereich ist mit Wasser gefüllt.
  • Gefahr: Wasser gelangt in den Bereich der Förderschnecke und verursacht hier flüssige bis breiige Konsistenzen des Erdbreis
  • Druckhaltende Funktion der Förderschnecke kann nicht aufrecht gehalten werden.
  • Verstärkte Gefahr von Firstbrüchen bis hin …

Kritischer Betriebszustand - Zustand 4

  • Ergibt sich aus einer zu geringen Förderleistung des Schneckenförderers
  • Aus dem überhöhtem Druck in der Abbaukammer ergibt sich im Zusammenwirken mit der Rührwirkung des Schneidrades, vor allem und zuerst im Zentrumsbereich, eine Verdichtung des Erdbreis.
  • Folge: Verkleben von Maschinenteilen bis hin zum Stillstand der Maschine (Zustand 5).
(Bild: Erddruckschild mit Verdichtung des Erdbreis im Kammerzentrum …

Kritischer Betriebszustand - Zustand 5

  • Resultiert aus Zustand 4, wenn die zu geringe Förderleistung des Schneckenförderers nicht unmittelbar korrigiert wird.
  • Bei steigendem Drehmoment und reduzierender Vortriebsgeschwindigkeit erwärmt sich der Erdbrei zunehmend.
  • Erwärmung wirkt sich verstärkend auf die Verfestigungs- und Verklebungstendenzen aus.
  • Im Extremfall erfasst die Verfestigung vom Zentrum der Abbaukammer ausgehend die gesamte Abbaukammer.

(Bild: Betriebszustand beim Antreffen eines Hindernisses (Zustand 6) in Anlehnung an [Maidl97b] [Bild: S&P GmbH])

Kritischer Betriebszustand - Zustand 6: Antreffen eines Hindernisses

  • Beim Antreffen eines Hindernisses (z.B. eines Blockes) muss die Andrückkraft zum Lösen des Hindernisses erhöht werden.
  • Folge: Kontrolle und Übertragung des erforderlichen Stützdruckes von der Druckwand über den Erdbrei im übrigen Baugrund wird erheblich erschwert.

(Bild: …

(Tabelle: Hindernisbeseitigung bei Rohrvortrieben mit Teilschnittabbau [FI-Steina])
(Tabelle: Hindernisbeseitigung bei Rohrvortrieben mit Vollschnittabbau [FI-Steina])

(Tabelle: Hindernisbeseitigung bei Rohrvortrieben (Sonderformen) )
Wichtig:

Bei einem Verfahrenswechsel wird das Prinzip der Stützung der Ortsbrust während des Vortriebes geändert. Hierdurch lassen sich die verfahrensspezifischen Einsatzgrenzen verschieben bzw. erweitern.


Man unterscheidet zwischen:

  • unplanmäßigen Verfahrenswechseln durch Umbau
  • planmäßigen Verfahrenswechseln durch Umbau
  • planmäßigen Verfahrenswechseln durch Umstellung.

[Tunnel01]

In allen Fällen ist zur Realisierung der dafür notwendigen maschinentechnischen …

Unplanmäßige Verfahrenswechsel durch Umbau der Schildmaschine erfolgen aus dem aufgefahrenen Rohrstrang heraus oder in einem speziell dafür angelegten Hilfsschacht.

(Bild: Plus/Minus)

Nachteil unplanmäßiger Verfahrenswechsel durch Umbau:

Eventuell müssen aufgrund des Zeitverlustes Bodenstabilisierungsmaßnahmen zur temporären Stützung der Ortsbrust durchgeführt werden.

Wichtig:

Ein unplanmäßiger Verfahrenswechsel sollte durch geeignete Vorerkundungen …

Wichtig:

Ein vorhersehbarer bzw. planmäßiger Wechsel in der Verfahrenstechnik ist bereits in einem frühen Stadium der Planungsphase zu berücksichtigen.

Ist der Umbau im Schacht aus topographischen oder sonstigen Gründen nicht möglich, so erfolgt er gegebenenfalls im Schutz eines dafür hergerichteten Bahnhofs aus dem Rohrstrang heraus [Tunnel01].

(Bild: Plus/Minus)

Nachteile planmäßiger Verfahrenswechsel durch Umbau:

  • der Umbau ist arbeits- und zeitaufwändig (…
Wichtig:

Ein planmäßiger Verfahrenswechsel durch Umstellung kann nur bei dafür weiterentwickelten Schildtypen erfolgen.

(Bild: Plus/Minus)

Vorteile planmäßiger Verfahrenswechsel durch Umstellung:

  • Umstellung kann an jeder beliebigen Stelle der Vortriebsstrecke erfolgen
  • Relativ kurze Umstellzeiten, wenn die nachfolgende Materialförderung nicht verändert werden muss

(Bild: Plus/Minus)

Nachteil planmäßiger Verfahrenswechsel durch Umstellung:

  • hohe Investitionskosten

Beim Rohrvortrieb kommen mit Hilfe maschinentechnischer Vorkehrungen die in der Tabelle aufgeführten Verfahrenswechsel durch Umstellung in Frage.

(Tabelle: Gängige Verfahrenswechsel durch Umstellung beim Rohrvortrieb)

Beim Rohrvortrieb werden häufig erhebliche und irreparable Schäden beobachtet, welche auf Grund von Unregelmäßigkeiten des umgebenden Baugrundes entstehen.

Obwohl umfassende Braugrunduntersuchungen das Baugrundrisiko reduzieren können, können Ausfälle und Schäden nicht komplett ausgeschlossen werden.

Wichtig:

Die Konsequenzen von Schäden beim Rohrvortrieb sind:

  • Unzureichende Qualität der Bauausführung

  • Zeitliche Verzögerungen

  • Hohe Kosten

  • Belastungen …

Das Bild zeigt die Häufigkeit der unterschiedlichen Schäden, die beim Rohrvortrieb auftreten können.

Typische Schäden bei Vortriebsrohren sind äußere Betonabplatzungen im Bereich der Rohrverbindung beim Vortrieb von Stahlbetonrohren.

(Bild: Schadensverteilung beim Rohrvortrieb in Deutschland (Quelle: IFB, Hannover 1993))

Wichtig:

Die Vortriebsrohre sind das schwächste Glied beim Vortrieb.

(Bild: Schadensbild an Stahlbetonvortriebsrohr infolge von Überschreitung der Betondruckspannungen an den Rohrstirnflächen: großflächige Abplatzungen an der äußeren Rohroberfläche bis auf die Bewehrung (Quelle: ))

Im Falle von technischen Problemen oder Fehlern beim Vortrieb ist das Risiko der Beschädigung der Vortriebsrohre durch eine Überlastung infolge von fehlerhaften Steuerungsbewegungen …