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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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19.09.2005
(Bild: Blindschild (Außendurchmesser 4,17 m) mit verstellbaren Bodeneintrittsöffnungen [FI-Kawas])
Bei den Schildmaschinen ohne Bohrkopf, auch Verdrängerschild [Tunnel98], Blindschild [FI-Komat] [FI-Kawas] [FI-Nishi] oder Extrusionsschild [Maidl94] genannt und nachfolgend SM-B abgekürzt, handelt es sich um die einfachste Form der Erddruckschilde (Tabelle 9.2). Sie werden mit der Schildschneide in den Boden gedrückt, wobei dieser teilweise verdrängt … |
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Einen speziell an seine Einsatzbedingungen angepassten Blindschild zeigt Bild 9.2.2.7.1. Diese Schildmaschine wird gegenwärtig in Bangkok in weichem Lehm mit Wassergehalten von 40% bis 140% eingesetzt. Der in die trichterförmige Abbaukammer hineingedrückte Bodenpfropfen wird mittels einer Förderschnecke, die bis zur unteren Schildschneide reicht, durch die Druckwand abgefördert und anschließend mittels Dickstoffpumpen nach über Tage gefördert (Bild … |
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Ein weiterer Vertreter dieser Schildmaschinen vom TYP SM-B ist das Verfahren LUNDBY [FI-Skansb]. Die Stützung des Erddrucks übernehmen bei dieser ferngesteuerten Variante zwei hydraulisch verstell- bzw. verschließbare Öffnungsklappen, die 0,5 m hinter … |
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19.09.2005 Trotz zahlreicher Bemühungen ist es bisher noch nicht gelungen, eine universelle Schildmaschine zu entwickeln, die in der Lage ist, unter allen möglichen geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen und vortriebsspezifischen Randbedingungen (z.B. Vortriebslänge, Rohrnennweite, Überdeckung etc.) sowie unter Berücksichtigung wirtschaftlicher, ökologischer, logistischer und sicherheitstechnischer Aspekte einen Vortrieb durchzuführen. Wie in den … |
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Unplanmäßige Verfahrenswechsel durch Umbau der Schildmaschine erfolgen aus dem aufgefahrenen Rohrstrang heraus oder in einem speziell dafür angelegten Hilfsschacht. Der Umbau ist arbeits-, kosten- und zeitaufwändig und kann mehrere Wochen dauern. Gegebenenfalls müssen, bedingt durch den Zeitverlust, Beschleunigungsmaßnahmen und zur temporären Stützung der Ortsbrust Bodenstabilisierungsmaßnahmen durchgeführt werden. Ein unplanmäßiger Verfahrenswechsel … |
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Ein vorhersehbarer bzw. planmäßiger Wechsel in der Verfahrenstechnik ist bereits in einem frühen Stadium der Planungsphase zu berücksichtigen. Um die maschinentechnische Veränderung der Schildmaschine im Start- oder Zwischenschacht vornehmen zu können, wird dieser in den Übergangsbereich der wechselnden Baugrundverhältnisse gelegt. Ist der Umbau im Schacht aus topographischen oder sonstigen Gründen nicht möglich, so erfolgt er gegebenenfalls im … |
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In Anbetracht der Schwierigkeiten, Kosten- und Zeitaufwände, die mit einem planmäßigen Verfahrenswechsel durch Umbau verbunden sind, wurden variable Schildtypen entwickelt, die es erlauben eine Umstellung der Verfahrenstechnik in wenigen Arbeitsschichten, ja sogar in wenigen Stunden vorzunehmen. Die Umstellung kann dann an jeder beliebigen Stelle der Vortriebsstrecke erfolgen [Tunnel01]. Die Investitionskosten für eine solche Schildmaschine sind … |
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Im vorliegenden Anwendungsfall, dem Rohrvortrieb, kommen mit Hilfe maschinentechnischer Vorkehrungen folgende Verfahrenswechsel … |
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Den Mixschild als Beispiel für die Umstellung Hydro- auf Slurryschild bzw. umgekehrt zeigt Bild 9.2.2.8.4.1 und Bild 9.2.2.8.4.1. Die Umstellung von Hydro- auf Slurryschild ermöglicht einen effektiveren Einsatz bei standsicherer Ortsbrust, z.B. im Festgestein oder in steif-halbfesten und festen bindigen Lockergesteinen. Sie erfolgt durch das Verschließen der Leitungen Druckluftzu- und -abfuhr (10), Abbaukammerentlüftung (11), Abförderleitung, Druckkammer (… |
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Umstellung zwischen SM-V5 und SM-V1 |
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Ein Vertreter dieser Umstellungsversion ist der EPB UNCLEMOLE (Bild 9.2.2.8.4.3) (Bild 9.2.2.8.4.3) (Bild 9.2.2.8.4.3) [FI-Isekib]. Die Umstellung selbst kann unmittelbar beim Vortrieb in Anpassung an sich ändernde Baugrundsituationen erfolgen. Die Schildmaschine wird im Nennweitenbereich DN/ID 1500 bis DN/ ID 3000 eingesetzt. Auf Grund seiner Konzeption auch als Schild mit Flüssigkeitsstützung besitzt der EPB Unclemole einen Kegelbrecher, der … |
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Fast alle bisher vorgestellten Verfahrenstechniken des grabenlosen Leitungsbaus … |
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