Mikrotunnelbau mit hydraulischer Förderung
(z.B. Verfahren AVN [FI-Herreb], mts 1000 [FI-Lovatb], RVS 100 AS und 250 AS [FI-Wirtha], MTB-S [FI-Hazem])
Arbeitsweise und -ablauf
Mikrotunnelbauverfahren mit hydraulischer Förderung sind charakterisiert durch den Vortrieb von Rohren bei gleichzeitigem vollflächigen Abbau der mechanisch- und flüssigkeitsgestützten Ortsbrust durch einen Bohrkopf und kontinuierlicher hydraulischer Abförderung des Bohrkleins mit Hilfe einer Stütz- und Förderflüssigkeit (Spülmittel) von einer unmittelbar hinter dem Bohr- und Steuerkopf angeordneten Abbau- und Brecherkammer nach über Tage. Die Antriebsaggregate für den Bohrkopf sowie für die Steuerzylinder sind unmittelbar in der Vortriebsmaschine angeordnet (Bild 7.4.3.3-2) (Bild 7.4.3.3-3) (Bild 7.4.3.3-4) (Bild 7.4.3.3-5).
Das Spülmittel zirkuliert mit Hilfe von Pumpen durch ein im Rohrstrang mitgeführtes, geschlossenes Förderleitungssystem, das jeweils sukzessive mit dem Einbau eines neuen Vortriebsrohres verlängert wird. Der erforderliche Druck des Spülmittels wird über deren Zu- und Abfluss gesteuert.
Das geförderte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch muss in der Regel separiert werden, um zum einen das Spülmittel erneut dem Förderkreislauf zur Verfügung zu stellen, und zum anderen den gewonnenen Feststoff deponierfähig zu machen.
Bei Verwendung von Wasser als Spülmittel genügen in der Regel Absetzbecken (Bild 7.4.3.3-6), bei Bentonitsuspensionen sind Separationsanlagen erforderlich (Bild 7.4.3.3-7).
Anwendungsbereich Mikrotunnelbau mit hydraulischer Förderung
Anwendungsbereich Mikrotunnelbau mit hydraulischer Förderung |
---|
Rohrnennweite DN |
250 (≤ DN⁄ID ≤ 1200 (max. DN⁄OD 1540) |
Rohrwerkstoff |
s. (Tabelle 7.4.3.3-1) |
Vortriebslänge [m] |
Abhängig von Rohrnennweite und Baugrundverhältnissen: DN⁄ID 250 bis 400: < 120 DN⁄ID 500: < 160 DN⁄ID 600: < 200 DN⁄ID 800: < 250 DN⁄ID 1000: < 400 DN⁄ID 1200: < 500 |
Mindestüberdeckung [m] |
≥ 2 bis 3 DN⁄OD, mind. 2,0 (in Böden mit hoher Durchlässigkeit (k−Wert) sind ggf. größere Werte zu wählen) |
Vortriebsleistung (Nettobohrzeit) [m⁄h] |
Nennweitenabhängig (Tabelle 3.2.2) ; abhängig vom Baugrund (Tabelle 3.2.2). |
Zu− bzw. Abrüstzeit [d = 8 h] |
Je 3 bis 4 in Abhängigkeit des Separationsaufwandes (z.B. Absetzbecken bzw. Separationsanlage) |
Startschacht min. Innendurchmesser [m] |
Für Rohre 250 ≤ DN⁄ID ≤ 400: Ø 3,0 (2,0 m Baulänge); Für Rohre 500 ≤ DN⁄ID ≤ 800: Ø 3,2 (2,0 m Baulänge); Für Rohre DN⁄ID 1000: Ø 3,6 (2,0 m Baulänge), L x B = 4,5 x 3,0 (3,0 m Baulänge); Für Rohre DN⁄ID 1200: Ø 5,0 (3,0 m Baulänge), L x B = 5,0 x 4,0 (3,0 m Baulänge) |
Zielschacht min. Innendurchmesser [m] |
Ø 2,0 (2,50) |
Personalbedarf |
1 Maschinenführer und 3 bis 5 Hilfskräfte (je nach Größe der Anlage) |
Einsatzbereich bzw. Bodenklassen nach DIN 18319 |
In Abhängigkeit von Rohrnennweite und Bohrkopfausbildung bindiges und nichtbindiges Lockergestein (Tabelle 3.2.2) sowie Festgestein 1). Bei Grundwasserständen bis max. 30 m über Rohrsohle einsetzbar. |
1) Hier nicht behandelt, s. [Stein03] |
Bild 7.4.3.3-2:
Vortriebsmaschine mit hydraulischer Förderung - Längsschnitt (Verfahren AVN) [FI-Herreb] |
Bild 7.4.3.3-3:
Standardbohrkopf (Schneidrad) für Lockergestein ausgestattet mit Schälmesser und Stichelköpfen im Zentrum [FI-Herreb] |
Bild 7.4.3.3-4:
Vortriebsmaschine mit hydraulischer Förderung - Standardbohrkopf in Form von Schneidrädern [FI-Wirtha] |
Bild 7.4.3.3-5:
Vortriebsmaschine mit hydraulischer Förderung - Felsbohrkopf mit Diskenmeißeln [FI-Herreb] |
Bild 7.4.3.3-6:
Separation des Bohrkleins durch hintereinander geschaltete Absetzbecken [Quelle: STEIN Ingenieure GmbH] |
Bild 7.4.3.3-7:
Separation des Bohrkleins durch Separationsanlage (Kompaktanlage MAB 300 mit einer Kapazität von 75 t Feststoffmenge/h) [FI-Schau] |
Mikrotunnelbau mit hydraulischer Förderung: Vortriebsleistung (Nettobohrzeit) im Lockergestein in Abhängigkeit von der Bodenart und der Rohrnennweite nach Herstellerangaben [FI-Wirtha]
Bodenart | N−Wert | Rohrnennweite DN⁄ID |
Nettobohrzeit [m⁄10 h] |
---|---|---|---|
Locker gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden ohne Steine |
5 bis 15 |
250 bis 400 | 20 |
400 bis 800 | 20 | ||
800 bis 1200 | 20 | ||
Locker gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden mit Steinen |
5 bis 15 |
250 bis 400 | 15 |
400 bis 800 | 18 | ||
800 bis 1200 | 20 | ||
Mitteldicht gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden ohne Steine |
15 bis 30 |
250 bis 400 | 18 |
400 bis 800 | 18 | ||
800 bis 1200 | 20 | ||
Mitteldicht gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden mit Steinen |
15 bis 30 |
250 bis 400 | 15 |
400 bis 800 | 15 | ||
800 bis 1200 | 18 | ||
Dicht gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden ohne Steine |
> 30 |
250 bis 400 | 8 bis 12 |
400 bis 800 | 15 | ||
800 bis 1200 | 15 | ||
Dicht gelagerter, bindiger und nichtbindiger Boden mit Steinen |
> 30 |
250 bis 400 | 8 bis 10 |
400 bis 800 | 12 bis 15 | ||
800 bis 1200 | 15 |
Nennweitenabhängige Mittelwerte von Vortriebsleistungen auf Basis ausgeführter Mikrotunnelbauvortriebe mit hydraulischer Förderung in Berlin [Möhri]
Rohrnennweite DN⁄ID |
Nettobohrzeit [m⁄8 h] |
Nettobohrzeit + Rüstzeit [m⁄8 h] |
---|---|---|
250 | 10,83 | 6,19 |
300 | 9,82 | 5,41 |
400 | 11,22 | 6,52 |
500 | 11,91 | 6,69 |
600 | 10,82 | 6,30 |
800 | 11,01 | 6,00 |
1000 | 11,65 | 6,71 |
1200 | 11,99 | 7,23 |
Einsatzbereiche des Mikrotunnelbaus mit hydraulischer Förderung im Lockergestein [Stein03]
Boden-/ Steinklasse nach DIN 18319 | Vortriebsrohrnennweite DN/ID | Vortriebsrohrnennweite DN/ID | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
250 | 300 | 400 | 500 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | |||
LNE 1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNE 2 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNE 3 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNW 1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNW 2 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNW 3 | X | Standardbohrkopf mit Steinbrechereinrichtung | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||||||
LBM 1 | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||||||||
LBM 2 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LBM 3 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LBO 1 | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | |||
LBO 2 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LBO 3 | X | X | X | X | X | X | X | X | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | X2) | ||
LNE 1 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LNE 2 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
LNE 3 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
LNW 1 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LNW 2 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
LNW 3 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
LBM 1 - S1 | X | X | X | Felsbohrkopf mit Steinbrechereinrichtung | |||||||||||||
LBM 2 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||
LBM 3 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||
LBO 1 - S1 | X | X | X | X | |||||||||||||
LBO 2 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
LBO 3 - S1 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
LNE 1 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LNE 2 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LNE 3 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LNW 1 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LNW 2 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LNW 3 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LBM 1 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LBM 2 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LBM 3 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LBO 1 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||
LBO 2 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LBO 3 - S2 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||||
LNE 1 - S3 | X1) | X1) | X1) | ||||||||||||||
LNE 2 - S3 | X1) | X1) | X1) | X | X | X | |||||||||||
LNE 3 - S3 | X1) | X1) | X1) | X | X | X | |||||||||||
LNW 1 - S3 | X1) | X1) | X1) | ||||||||||||||
LNW 2 - S3 | X1) | X1) | X1) | X | X | X | |||||||||||
LNW 3 - S3 | X1) | X1) | X1) | X | X | X | |||||||||||
LBM 1 - S3 | X1) | X1) | X1) | ||||||||||||||
LBM 2 - S3 | X1) | X | X | X | X | X | |||||||||||
LBM 3 - S3 | X1) | X | X | X | X | X | |||||||||||
LBO 1 - S3 | X1) | X1) | X1) | ||||||||||||||
LBO 2 - S3 | X1) | X | X | X | X | X | |||||||||||
LBO 3 - S3 | X1) | X | X | X | X | X | |||||||||||
LNE 1 - S4 | |||||||||||||||||
LNE 2 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LNE 3 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LNW 1 - S4 | |||||||||||||||||
LNW 2 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LNW 3 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LBM 1 - S4 | |||||||||||||||||
LBM 2 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LBM 3 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LBO 1 - S4 | |||||||||||||||||
LBO 2 - S4 | X | X | |||||||||||||||
LBO 3 - S4 | X | X | |||||||||||||||
1) Nur mit Standardbohrkopf mit aufgeschweißtem Hartmetallgranulat ("Pixwerkzeug") 2) Hier ist eine Reduzierung der Vortriebsleistung von bis zu 40 % einzukalkulieren |
Anordnung eines Brechers im Bereich des Bohrkopfes
Um die Einsatzgrenzen auch auf Lockergesteine der Zusatzklassen S nach DIN 18319 [DIN18319] und auf Fels mit hohem Trennflächenanteil auszudehnen, werden die meisten Vortriebsmaschinen mit einem Steinbrecher z.B. in Form eines Kreisel- oder Konusbrechers ausgestattet (Bild 7.4.3.3-2) (Bild 7.4.3.3-3) (Bild 7.4.3.3-4) (Bild 7.4.3.3-5) (Bild 7.4.3.3-8). Diese nach dem Kaffeemühlenprinzip arbeitenden Brecher sind so ausgelegt, dass Steine, Blöcke und Felsbrocken bis zu einer maximalen Größe von etwa dmax = 1/3 des Bohrkopfaußendurchmessers auf die jeweils noch förderbare Korngröße gebrochen werden können.
Hochdruckspülsystem
In allen Fällen ist es sinnvoll, zusätzlich ein Hochdruckspülsystem vorzusehen, um unvermeidbare Verschmierungen der Bohrwerkzeuge beim Bohren in bindigen Lockergesteinspartien, aber auch in mit bindigem Lockergestein gefüllten Störzonen im Festgestein zu verhindern, die zu einer erheblichen Reduzierung der Wirksamkeit der Abbauwerkzeuge und damit auch der Vortriebsleistung führen.
Ebenso wie die Bohrwerkzeuge können auch die Brechereinrichtungen in Abhängigkeit der Lockergesteinsarten durch Zusammenballung und hohe Verdichtung des Bohrkleins, aber auch durch Bildung rotierender "Tonmänner" in ihrer Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigt werden (Bild 7.4.3.3-8). Diese Zusammenballungen können durch das normale Niederdrucksystem des Spülkreislaufs in der Regel nur ungenügend oder gar nicht gelöst werden [Pheli98] [Godin96] [Rapha93]. Hier bietet sich die Installation eines Hochdruckspülsystems an, bei dem über im Brecherraum oder im Bohrkopf angeordnete Düsen Hochdruckwasserstrahlen mit 300 bar bis 400 bar und einem Volumenstrom von 40 l/min bis zu 50 l/min auf die Bohrwerkzeuge bzw. die Rotorwelle des Brechers einwirken (Bild 7.4.3.3-9) (Bild 7.4.3.3-10) .
Der Einsatz von Hochdruckspülsystemen ermöglicht nach Herstellerangaben [FI-Herre97a] und Praxiserfahrungen [NN95e] eine Steigerung der Vortriebsleistung in bindigen Böden um das zwei- bis dreifache und mehr gegenüber nicht mit diesem System ausgerüsteten Maschinen.
Bild 7.4.3.3-8:
Verklebung des Bohrkopfes und des Brecherraumes durch "Tonmänner" [FI-Herreb] |
Bild 7.4.3.3-9:
Integriertes Hochdruckspülsystem im Brecherraum (AVN-Verfahren) [FI-Herreb] - Anordnung und Funktionsweise |
Bild 7.4.3.3-10:
Integriertes Hochdruckspülsystem im Brecherraum (AVN-Verfahren) [FI-Herreb] - Funktionstest |
Bild 7.4.3.3-11:
Ausrüstung, mögliche Anordnung der Komponenten auf der Baustelle und erforderlicher Platzbedarf (ca. L x B = 35 x 4 m) beim Mikrotunnelbau mit hydraulischer Förderung - Draufsicht (am Beispiel des Vortriebes von Rohren DN/ID 600, Baulänge 2,0 m) [Quelle: visaplan GmbH] |
Vor- und Nachteile des Mikrotunnelbaus mit hydraulischer Förderung
Vorteile |
Nachteile |
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