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Das Bohrklein wird mit der Stützflüssigkeit vermischt, durch geeignete, leistungsfähige Pumpen aus dem Sohlenbereich der Abbaukammer abgepumpt und über ein Leitungssystem der Separationsanlage zugeführt . Diese Anlage trennt das Bohrklein von der Stützflüssigkeit, die dann wieder zum Stütz- und Fördervorgang in die Abbaukammer der Schildmaschine zurückgeführt wird. |
Es wird in Abhängigkeit des Stützprinzips unterschieden: |
Slurryschilde (Bild: Slurryschild … |
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Bei den Slurryschilden erfolgt die Stützdrucksteuerung innerhalb der Abbaukammer durch den über Pumpen gesteuerten Zu-und Abfluss der Stützflüssigkeit. (Bild: Plus/Minus)Nachteil von Slurryschilden: (Bild: Slurryschild mit Felsbohrkopf vom Typ AVN 1500 T (Außendurchmesser 1980 mm) mit Teleskopstation im Festgestein (Bild 9.2.2.8.4.1) (Bild 9.2.2.8.4.1) - Längsschnitt … |
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(Bild: Hydroschild ohne Bohrkopf) |
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 wird. Das wesentlichste abweichende Konstruktionsmerkmal der Hydroschilde von den Slurryschilden ist die durch eine Tauchwand in zwei Bereiche aufgeteilte Abbaukammer. |
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Vorteile der Hydroschilde: -
Die Flüssigkeit der Druckkammer bildet ein Puffervolumen, das in Kombination mit der schnellen Dekompression des Druckluftpolsters in der Lage ist, in einem vorgegebenen Rahmen plötzliche Verluste der Stützflüssigkeit (Anfahren von Störzonen, Durchlässigkeiten des Baugrundes, Hohlräumen etc.) ohne Einbruch der Ortsbrust auszugleichen.
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Regelung des Stützdruckes und die Durchflussmenge des Förderkreislaufes …
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Ein Mixschild ist eine flüssigkeitsgestützte Schildmaschine für vielschichtige, komplexe Geologien, insbesondere mit hohem Wasseranteil und hohen Wasserdrücken. Ausgangsbasis für den Mixschild ist das Prinzip des Hydroschildes. Er kann sowohl im Slurry als auch im Mixschild-Modus gefahren werden. Eine Bentonit-Suspension dient zur Stützung der Ortsbrust und gleichzeitig als Fördermedium. Die exakte Regulierung des Stützdrucks erfolgt dabei nicht …
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Slurryschild-Modus (Bild: Prinzipien des Mixschildes am Beispiel der Umstellung von Slurry- auf Hydroschild in Anlehnung an [FI-Herreb] [Bild: S&P GmbH] - Slurryschild-Modus) Mixschild-Modus (Bild: Prinzipien des Mixschildes am Beispiel der Umstellung von Slurry- auf Hydroschild in Anlehnung an [FI-Herreb] [Bild: S&P GmbH] - Hydroschild- bzw. Mixschild-Modus)
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Bei der Ortsbrust mit Flüssigkeitsstützung kommen als Bohrkopf in Frage: -
Schneidrad
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Schürfscheibe
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Felsbohrkopf
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Wichtig:
Die Entscheidung über die Anwendung eines geschlossenen, offenen oder verschließbaren Bohrkopfes wird im Wesentlichen durch die zu erwartende Kornverteilung der zu durchfahrenden Böden beeinflusst.
Darüber hinaus besteht bei Schilden mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust die Möglichkeit, mit Hilfe von Steinbrechern die vom … |
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Kegelbrecher:
Kegelförmiger Teil der Schildmaschine, der hinter dem Bohrkopf angeordnet wird und durch seine spezielle Form und Rotation größere Steine für den Abtransport zerkleinert (auch Konus- oder Kreiselbrecher genannt) [FI-Herreb]. |
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(Bild: Umstellungsversionen des EPB UNCLEMOLE - Prinzipskizze Slurryschild-Modus in Anlehnung an [FI-Isekib] [Bild: S&P GmbH]) |
(Bild: Plus/Minus)
Kegelbrecher sind für große Vortriebslängen und beim Einsatz … |
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Backenbrecher:
Hydraulisch angetriebener Teil der Schildmaschine, der in der Abbaukammer auf der Schildsohle unmittelbar vor dem Ansaugstutzen der Abförderleitung zur Zerkleinerung des Bohrkleins angeordnet wird (auch Zangen- oder Greiferbrecher genannt) [Stein03]. (Bild: Auf der Schildsohle angeordneter Backenbrecher mit Rechen) Einsatzbereiche für Backenbrecher: -
Schildaußendurchmesser > 2600 mm (wegen erhöhten Platzbedarfes)
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Walzenbrecher:
Ein aus zwei gegenläufig rotierenden Walzen bestehender Brecher, der unmittelbar zwischen Rechen und Ansaugstutzen der Abförderleitung installiert ist (auch Durchlaufbrecher genannt) [Stein03]. (Bild: Ausgebauter Walzenbrecher (System MOCO [FI-Moco]) eines Hydroschildes mit einem Schildaußendurchmesser von 1966 mm [FI-Dywida]) (Bild: Plus/Minus) Vorteile von Walzenbrechern: -
können auch zerrissenes und abgespantes Holz in hydraulisch förderbare …
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(Bild: Schildmaschine mit Vollschnittabbau - Ortsbrust mit Erddruckstützung (SM-V5)) 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. Hauptanwendungsbereiche von Schildmaschinen …
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(Bild: Erddruckschild vom Typ EPB 1500 (Außendurchmesser 1830 mm) mit Wagenförderung in Anlehnung an [FI-Herreb] [Bild: S&P GmbH] - Längs- und Querschnitte)
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Eine Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit und eine Verminderung der Schneckendrehzahl bewirken eine Erhöhung des Erddrucks in der Abbaukammer, während eine Verminderung der Vortriebsgeschwindigkeit und eine Erhöhung der Schneckendrehzahl zu dessen Reduzierung führen. Der Gleichgewichtszustand ist dann erreicht, wenn der Erdbrei in der Abbaukammer durch den anstehenden Erd- und Wasserdruck und die auf die Druckwand übertragende Vortriebskraft …
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Beim Einsatz von Erddruckschilden muss der zu durchfahrende Boden bzw. der als Stützmittel genutzte Erdbrei die in der Tabelle aufgeführten Eigenschaften aufweisen.
(Tabelle: Anforderungen an den Baugrund und den Erdbrei für den Einsatz von Erddruckschilden [FI-Steina]) |
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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 …
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(Bild: Wirkungsweise der Schaumkonditionierung)
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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.
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Ursachen: Kornverteilung zu grobkörnig oder Lagerungsdichte des Bodens zu gering
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Folge: Schaum entweicht durch die Ortsbrust
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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)
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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
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nicht rechtzeitige Anpassung an sich ändernde Baugrundverhältnisse
Folgen kritischer Betriebszustände -
Firstverbrüche
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Senkungserscheinungen
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Tagbrüche
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Maschinenstillstand
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(Tabelle: Betriebszustände beim Erddruckschild [FI-Steina])
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(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.
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Der obere Bereich der Abbaukammer ist nicht gefüllt.
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Korrektur über Veränderung der Schneckendrehzahl
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Gefahr: Fristbruch mit entsprechenden Senkungserscheinungen an der Geländeoberfläche.
(Bild: Erddruckschild mit verfestigtem …
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Kritischer Betriebszustand - Zustand 3 -
Ergibt sich unmittelbar aus Zustand 2a oder auch nach längeren Stillständen.
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Die Abbaukammer ist nur unvollständig und der obere Bereich ist mit Wasser gefüllt.
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Gefahr: Wasser gelangt in den Bereich der Förderschnecke und verursacht hier flüssige bis breiige Konsistenzen des Erdbreis
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Druckhaltende Funktion der Förderschnecke kann nicht aufrecht gehalten werden.
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Verstärkte Gefahr von Firstbrüchen bis hin …
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Kritischer Betriebszustand - Zustand 4 -
Ergibt sich aus einer zu geringen Förderleistung des Schneckenförderers
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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.
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Folge: Verkleben von Maschinenteilen bis hin zum Stillstand der Maschine (Zustand 5).
(Bild: Erddruckschild mit Verdichtung des Erdbreis im Kammerzentrum …
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Kritischer Betriebszustand - Zustand 5 -
Resultiert aus Zustand 4, wenn die zu geringe Förderleistung des Schneckenförderers nicht unmittelbar korrigiert wird.
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Bei steigendem Drehmoment und reduzierender Vortriebsgeschwindigkeit erwärmt sich der Erdbrei zunehmend.
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Erwärmung wirkt sich verstärkend auf die Verfestigungs- und Verklebungstendenzen aus.
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Im Extremfall erfasst die Verfestigung vom Zentrum der Abbaukammer ausgehend die gesamte Abbaukammer.
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