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Bekannt
ist die diskontinuierliche Schlitzwandherstellung mit Schlitzgreifern
oder Schlitzwandfräsen nach dem Pfeiler-Abschnitt-Verfahren. Dabei
werden auf einer Trasse in Abständen in der Länge
begrenzte, suspensionsgestützte Erdschlitze, Lamellen bzw.
Abschnitte, ausgehoben bzw. ausgefräst.
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In
diese Abschnitte wird eine aushärtende Dichtwandmasse eingebracht.
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Nachdem
die Dichtwandmasse eine genügende Festigkeit aufweist,
erfolgt unter dem Schutz der Stützsuspension der Aushub
bzw. das Ausfräsen der auf der Dichtwandtrasse im Boden
zwischen den Abschnitten verbliebenen Pfeiler.
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Die
im zweiten Schritt entstandenen Erdschlitze werden anschließend
zur Fertigstellung. der Schlitzwand ebenfalls mit der aushärtenden
Dichtwandmasse verfüllt.
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Nachteilig
bei der Anwendung dieser Verfahren ist, dass die Schlitzwand nicht
fugenfrei hergestellt wird und eine aushärtende Dichtwandmasse eingesetzt
wird. Durch Abweichungen der Lamellen bzw. Abschnitte, insbesondere
bei tiefen Erdschlitzen, können im Bereich der Fugen Erdzwickel
verbleiben, die in der fertigen Schlitzwand als Fenster wirken,
d. h. die Schlitzwand ist an dieser Stelle durchlässig.
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Dadurch,
dass die Dichtwandmasse aushärtet, können bei
Setzungen des Bodens im Bereich der Schlitzwand Risse in dieser
auftreten, die zur Folge haben, dass die Abdichtung unwirksam wird.
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Bekannt
ist ebenfalls das durch die Vattenfall Europe Mining AG zur Abriegelung
von Grundwasserzuflüssen zu Braunkohletagebauen angewandte kontinuierliche
Schlitzfräs verfahren.
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Mit
einem pfahlgeführten Kettenschrämgerät wird
aus einem Greiferschacht heraus, der zuvor bis zur Sohle des herzustellenden
Erdschlitzes mit einem Schlitzgreifer unter dem Schutz einer Stützsuspension
abgeteuft wurde, kontinuierlich ein Erdschlitz aufgefahren, indem
nacheinander einzelne Frässchnitte von der Geländeoberkante
bis zur Sohle des Erdschlitzes niedergebracht werden.
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Der
gelöste Boden wird mittels der Stützsuspension
aus dem Erdschlitz abgefördert. Dieses mit der Stützsuspension
vermischte Fräsgut, wird in den, in Abschnitte unterteilten,
fertiggestellten Erdschlitz eingespült und bildet eine
plastische Dichtwandmasse.
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Ein
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die erste Lamelle als Greiferschacht
mit einem zusätzlich für die Ausrüstung
benötigten Schlitzgreifer, dessen Leistungsfähigkeit
außerdem geringer als die des Kettenschrämgerätes
ist, abgeteuft wird.
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Von
Nachteil sind auch die zeitaufwendigen Umbauarbeiten, bevor der
Erdschlitz kontinuierlich aufgefahren werden kann.
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Denn
erst nachdem in den Greiferschacht der Führungspfahl eingebaut
wurde, kann das Kettenschrämgerät an den Führungspfahl
angesetzt und mit der Herstellung des Erdschlitzes begonnen werden.
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Nachteilig
ist weiterhin, dass die Gewinnung des Bodens bei gleichzeitigem
Abtransport des gelösten Bodens mit dem Kettenschrämgerät über
die gesamte Sohle des Frässchnittes erfolgt.
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Das
bedingt, insbesondere in härteren Bodenschichten, eine
hohe Auflast auf die Sohle des Frässchnittes und eine große
Antriebsleitung um die erforderlichen Schnittkräfte an
den Schneidwerkzeugen zu erzielen.
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Im
Boden eingelagerte größere Steine sind auf Grund
dessen, dass sie mit den Schneidwerkzeugen durch den Bodenabtrag über
die gesamte Sohle angefräst, aber nicht unterschnitten
werden können, schlecht aus dem Boden zu lösen.
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In
bindigen Böden setzen sich die Räume zwischen
den Schneidwerkzeugen durch den Transport des Fräsgutes über
die gesamte Sohle mit diesem zu. Es kommt zu Anbackungen, die den
Abtransport des gelösten Bodens behindern und somit zu
Leistungseinbußen bei der Erdschlitzherstellung führen.
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Diese
Nachteile, erforderliche hohe Auflasten auf der Sohle des Frässchnittes
und große Antriebsleistungen in härteren Bodenschichten
und im Festgestein sowie das Zusetzen der Räume zwischen
den Schneidwerkzeugen in bindigen Böden, treten auch beim
Einsatz der vorher erwähnten Schlitzwandfräsen
auf.
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Außerdem
können gelöste größere Steine, die
zwischen die auf der Sohle des Frässchnittes aufeinander
zu laufenden Schneidräder gelangen, diese blockieren und
zu Schäden an den Antrieben und der Verlagerung der Schneidräder
führen.
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Die
genannten Verfahren, sowie die Vorrichtungen zur Anwendung dieser,
werden ausführlich in verschiedenen Fachartikeln, so in
den DE-Zeitschriften „Braunkohle" 48 (1996) Nr.
4, S. 407 ff, „Tiefbau" 8/1998, S. 540 ff, „bbr"
12/2000, S.22 ff und in Prospekten der Spezialtiefbaufirma
BAUER (905.027.1 8/96 und 905.024.1 3/97),
beschrieben.
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Eine
umlaufende Fräskette wird entlang eines Fräsarmes
bewegt, der an einem Trägergerät angeordnet ist.
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Der
Fräsarm wird in einem ersten Schritt vertikal im Boden
abgesenkt.
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Indem
das Trägergerät dann auf der Schlitzwandtrasse
verfährt, wird im nächsten Schritt kontinuierlich
ein Graben bzw. Erdschlitz hergestellt.
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Der
Graben bzw. Erdschlitz ist durch Schalflächen ausgesteift.
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Abschalelemente
unterteilen den Graben bzw. Erdschlitz in Lamellen, in welche in
einem weiteren Schritt Beton eingebracht wird.
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Dadurch,
dass der Fräsarm auf dem Trägergerät
aus der horizontalen Lage aufgerichtet oder aus seiner vertikalen
Arbeitsstellung abgesenkt wird, kann das Einfräsen in den
Boden bzw. Ausfräsen aus dem Boden in einer Schwenkbewegung
erfolgen.
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Die
Grabenfräse hat den Nachteil, dass nur Erdschlitze mit
geringer Teufe aufgefahren werden können, da bei größeren
Teufen die Reaktionskräfte aus dem Grabprozess durch die
Konstruktion nicht beherrschbar sind.
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Außerdem
werden durch die lange Abbaufront große Andruck- und Antriebskräfte
benötigt. In bindigen Böden würde sich
die Fräskette mit gelöstem Boden zusetzen und
den weiteren Abbau und Austrag des Bodens behindern.
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Das
US Patent 5 056 242 beschreibt
eine Vorrichtung, bei der an einem Rahmen ein Arm mit zwei Schneidrädern
angeordnet ist, der durch einen Hydraulikzylinder in horizontaler
Ebene zur Schlitzlängsachse verschwenkt werden kann.
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Diese
Vorrichtung wird mit einer Winde in einem suspensionsgestütztem
Startschacht bis zur Sohle abgesenkt. Indem der Arm mit den Schneidrädern
ausgeschwenkt und anschließend die Vorrichtung aufgeholt
wird, wird durch die Schneidräder der Boden an der Stirnwand
des Erdschlitzes von unten nach oben abgefräst, dabei wird
das Fräsgut über eine Förderleitung von
der Sohle des Startschachtes abgesaugt.
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Die
Vorrichtung stützt sich im Fräsbetrieb mit dem
Rahmen an der gegenüberliegenden Wand des Startschachtes
ab.
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Der
Erdschlitz wird dadurch weiter aufgefahren, dass, nachdem die Vorrichtung
wieder auf die Sohle des Erdschlitzes abgesenkt wurde, der Arm mit den
Schneidrädern weiter ausgestellt und die Vorrichtung erneut
nach oben bewegt wird.
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In
gleicher Weise wird Schnitt an Schnitt gereiht bis der Arm mit den
Schneidrädern nicht werter ausgeschwenkt werden kann.
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In
den hinteren Bereich des Erdschlitzes werden bis zur Sohle Elemente
fest eingebaut, die bei der weiteren Herstellung des Erdschlitzes
den Rahmen der Vorrichtung führen.
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Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass der Boden im Erdschlitz von unten
nach oben abgefräst wird, wodurch zu Beginn ein bis zur
Sohle des Erdschlitzes reichender Starschacht ausgehoben werden
muss.
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Zum
Abstützen der Vorrichtung müssen in kurzen Abständen
Elemente als Widerlager in den Erdschlitz eingebaut werden.
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Der
Steg am Ende des Armes, an dem seitlich die beiden Schneidräder
angeordnet sind, wird nicht freigeschnitten und behindert den Abbau
des Bodens. Auch können größere, im Boden
eingelagerte Steine nach dem beschriebenen Verfahren mit der Vorrichtung
nicht gewonnen werden.
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Weiterhin
offenbart die Offenlegungsschrift
DE 195 02 324 A1 eine Schlitzfräse,
die einen schwenkbaren Abtragsarm aufweist, an dessen Ende ein um
die Längsachse des Abtragsarmes rotierender Abtragskopf
mit mehreren Schneidrollen sitzt.
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Die
Schneidrollen arbeiten nach dem Hinterschneidprinzip. Der Boden
wird im Erdschlitz beim Abschwenken des Abtragsarmes in einem bogenförmigen
Schnitt gelöst.
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Ein
Abtrag des Bodens beim Aufschwenken des Abtragsarmes erfolgt nicht,
wodurch sich die Abbauleistung auf Grund höherer Nebenzeiten
verringert.
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Beim
Einsatz der Schlitzfräse in Geröll, groben Kies
oder Xylit besteht die Gefahr, dass die Schneidrollen blockieren
und dabei ungleichförmig verschleißen. Ein ungenügender
Freischnitt des Abtragsarmes kann die Folge sein.
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Auch
können die Reaktionskräfte quer zur Schlitzlängsachse
zu Abweichungen beim Abteufen des Erdschlitzes und dadurch zum Zwängen
der Schlitzfräse führen.
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Sowohl
das Unterschneiden, als auch das Herausreißen größerer
im Boden eingelagerter Steine ist mit dieser Schlitzfräse
nicht möglich.
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Zielstellung
der Erfindung ist es eine Schlitzfräse und ein Schlitzfräsverfahren
zu schaffen, welche die aufgezeigten Nachteile der genannten Verfahren
und Vorrichtungen beim Auffahren der Erdschlitze zur Herstellung
von Schlitzwänden ausschließen.
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Mit
der Erfindung soll es möglich sein, dass bei der Herstellung
einer Schlitzwand mit der Schlitzfräse, mit der kontinuierlich
ein tiefer und beliebig langer, suspensionsgestützter Erdschlitz
aufgefahren werden kann, auch die erste Lamelle mit der Schlitzfräse
abgeteuft wird.
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Bei
der Erdschlitzherstellung in bindigen Böden sollen Leistungseinbußen
durch den schlechten Abtransport des gelösten Bodens auf
Grund von Anbackungen an der Schlitzfräse nicht auftreten.
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Die
gestellte Aufgabe wird gelöst, indem in einem ersten und
einem zweiten Schritt mit einer pfahlgeführten Schlitzfräse
aus einem Startschacht von geringer Teufe die erste Lamelle des
Erdschlitzes hergestellt wird.
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Gleichzeitig
mit dem Abteufen der ersten Lamelle wird der Führungspfahl
bis zur Sohle des herzustellenden Erdschlitzes eingebaut.
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In
einem dritten Schritt wird danach mit der gleichen Schlitzfräse
aus der abgeteuften Lamelle heraus kontinuierlich der suspensionsgestützte
Erdschlitz aufgefahren.
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Indem
in den fertigen, in Abschnitte unterteilten, suspensionsgestützten
Erdschlitz das bei der Erdschlitzherstellung anfallende, mit der
Stützsuspension vermischte Fräsgut eingespült
wird, entsteht die fertige Schlitzwand.
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Durch
das mit der Erfindung geschaffene Verfahren der Gewinnung und des
Abtransportes des Bodens auf der Sohle des Frässchnittes
werden, bei vergleichbaren Antriebsleistungen gegenüber
bekannten Schlitzwandfräsen oder Kettenschrämgeräten,
an den im Eingriff befindlichen Schneidwerkzeugen höhere
Schnitt- und Reißkräfte erzielt, bzw. können
bei gleichen Schnittkräften die Antriebsleistung und die
durch die Schlitzfräse aufzubringende Auflast reduziert
werden.
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Das
Zusetzen der Räume zwischen den Schneidwerkzeugen in bindigen
Böden wird durch einen kurzen Transport des Fräsgutes
mit den Graborganen verhindert.
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Die
zweckmäßige Ausbildung der Schlitzfräse
und eine vorteilhafte Anwendung des Schlitzfräsverfahrens
werden nachstehend näher beschrieben.
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Die
der Erläuterung dienenden Figuren zeigen:
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1 Schritt
1: Erweitern des Startschachtes,
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2 Schritt
2: Abteufen der ersten Lamelle des Erdschlitzes,
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3 Schritt
3: kontinuierliches Herstellen des Erdschlitzes,
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4 Lösen
eines großen Steines aus dem Boden,
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5 Draufsicht
auf die Schlitzfräse im Erdschlitz.
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An
der Schlitzfräse 1 ist die Antriebseinheit 2 mit
dem Antriebsturas 3 angeordnet.
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Der
Fräsarm 4 der Schlitzfräse 1,
an dessen Ende der Fräskopf 5 sitzt, ist um die
Achse des Antriebsturas 3 schwenkbar angelenkt. Die Schwenkbewegung
des Fräsarmes 4 wird durch den Stellantrieb 6 der
Schlitzfräse 1 realisiert.
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Am
Fräskopf 5 ist auf der Welle 7 der Umlenkturas 8 montiert.
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Die
endlose Fräskette 9 der Schlitzfräse 1 ist über
den Antriebsturas 3, den Fräsarm 4 und
den Umlenkturas 8 geführt.
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Ebenfalls
auf der Welle 7 des Fräskopfes 5 sitzt
ein Schneidrad 10 (in den Fig. nicht dargestellt) oder
beidseitig vom Umlenkturas 8 zwei Schneidräder 10.
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Die
Schneidräder 10 werden mit der Fräskette 9 über
den Umlenkturas 8 und die Welle 7 angetrieben.
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Die
Fräskette 9 und die Schneidräder 10 sind an
ihrem Umfang mit den Schneidwerkzeugen 11 bestückt.
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Die
Schlitzfräse 1 weist außerdem eine, in der
Länge verstellbare, schwenkbar angeordnete Strebe 12 auf.
Die Strebe 12 ist in der Schwenkbewegung in jeder Lage
zu arretieren. Am Ende der Strebe 12 sitzt das Stützschild 13.
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Die
Schlitzfräse 1 ist am Windenseil 14 einer Winde
angeschlagen und wird an einem Führungspfahl 15,
der ein Saugrohr 16 besitzt, vertikal geführt.
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Energieversorgung
und Steuerung der Schlitzfräse 1 erfolgen über
das Energieband 17.
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Die
Energie wird durch ein Trägergerät (in den Fig.
nicht gezeigt) bereitgestellt, auf dem auch die Winde für
die Schlitzfräse 1 und den Führungspfahl 15 angeordnet
ist.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist in den Startschacht 18,
der mit einem Fremdgerät hergestellt wurde und mit einer
Stützsuspension 19 gefüllt ist, der Führungspfahl 15,
der aus einzelnen Schüssen besteht, eingebaut.
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Beim
ersten Schritt, dem Erweitern des Startschachtes 18, wird,
wie aus 1 zu erkennen, die Schlitzfräse 1,
bei fast vertikaler Stellung des Fräsarmes 4,
bis zum unteren Ende des Führungspfahles 15 abgesenkt.
Dabei wird durch die, mit den Schneidwerkzeugen 11 bestückte
Fräskette 9 und die Schneidräder 10 am
Fräskopf 5 der Boden 20 abgefräst.
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Das
Fräsgut 21 sinkt in der Stützsuspension 19 nach
unten und wird über das Saugrohr 16 des Führungspfahles 15 hydraulisch
oder hydropneumatisch mittels der Stützsuspension 19 abgefördert.
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Die
aus dem Eingriff der Schneidwerkzeuge 11 in den Boden 20 resultierenden
Reaktionskräfte werden über die Strebe 12 und
das Stützschild 13 im Erdschlitz 22 an
der Stirnwand 23 abgefangen.
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Im
zweiten Schritt wird, wie in 2 dargestellt,
bei einer alternierenden Schwenkbewegung des Fräsarmes 4 und
gleichzeitigem absenken der Schlitzfräse 1 mit
den Fräskopf 5 der Boden 20 unterhalb
des Führungspfahles 15 abgefräst und
so aus dem Startschacht 18 die erste Lamelle 24 des
Erdschlitzes 22 abgeteuft.
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Beim
Abteufen der ersten Lamelle 24 wird der Führungspfahl 15 ständig
nachgelassen und durch den Einbau weiterer Schüsse auf
die erforderliche Teufe verlängert.
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Ist
die erste Lamelle 24 fertiggestellt, wird die Schlitzfräse 1 über
das Windenseil 14 am nun vollständig eingebauten
Führungspfahl 15 aufgeholt.
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Aus
der ersten Lamelle 24 wird anschließend im dritten
Schritt kontinuierlich der Erdschlitz 22 aufgefahren.
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Das
kann in der Art erfolgen, dass nach dem Vorsetzen des eingebauten
Führungspfahles 15 in Richtung Stirnwand 23 die
Schlitzfräse 1 mit der gleichen Stellung des Fräsarmes 4 wie
beim Erweitern des Startschachtes 18 bei laufender Antriebseinheit 2 über
das Windenseil 14 abgesenkt wird.
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Der
Fräsarm 4 der Schlitzfräse 1 kann
dabei auch in einem größeren Winkel zur Vertikalen
festgelegt sein.
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Der
Abbau des Bodens erfolgt an der Stirnwand 23 bis zur Sohle 25 des
Erdschlitzes 22 um das durch das Vorsetzen des Führungspfahles 15 eingestellte
Maß für die zweite Lamelle 24.
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Vorteilhaft
werden die zweite und weiteren Lamellen 24, wie in 3 zu
sehen, so hergestellt, dass beim Absenken der Schlitzfräse 1 der
Fräsarm 4 über den Steilantrieb 6 alternierend
geschwenkt und dabei der Boden 20 sowohl in der Auf- als
auch in der Abwärtsbewegung des Fräsarmes 4 durch
den Fräskopf 5 in großen sichelförmigen
Schnitten abgefräst wird.
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Dadurch
werden längere Lamellen 24 abgeteuft und Nebenzeiten,
die durch das Aufholen der Schlitzfräse 1 und
das Vorsetzen des Führungspfahles 15 entstehen,
minimiert.
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Da
beim Abfräsen des Bodens 20 mit dem Fräskopf 5 immer
nur eine geringe Anzahl von Schneidwerkzeugen 11 der Fräskette 9 und
der Schneidräder 10 im Boden 20 im Eingriff
sind, können die Schnittkräfte vergleichsweise
groß sein.
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Das
Zusetzen der Räume zwischen den Schneidwerkzeugen 11 und
Anbackungen am Fräskopf 5, insbesondere in bindigen
Böden, wird dadurch verhindert, dass das Fräsgut 21 nur
während des Eingriffs der Schneidwerkzeuge 11 im
Boden 20 transportiert wird. Ablagerungen auf der Schnittbahn der
abzuteufenden Lamelle 24 können durch ihre Neigung
und die abwärtsgerichtete Strömung der Stützsuspension 19 zur Öffnung
am unteren Ende des Saugrohres 16 hin, nicht auftreten.
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Indem
das beim Ausfräsen einer Lamelle 24 mit der Stützsuspension 19 über
das Saugrohr 16 des Führungspfahles 15 abgeförderte,
mit dieser vermischte Fräsgut 21 in durch Absperrelemente
im Erdschlitz 22 geschaffene Verfüllräume
eingespült wird, entsteht die abdichtende Schlitzwand.
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Es
ist aber auch möglich, das Fräsgut 21, beispielsweise
durch Siebanlagen, aus der Stützsuspension 19 auszuhalten.
In die Verfüllräume des Erdschlitzes 22 wird
dann eine speziell hergestellte Dichtwandmasse eingebracht.
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4 veranschaulicht,
wie ein größerer Stein 26 mit der Schlitzfräse 1 aus
dem Boden 20 zu lösen ist.
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Wird
ein größerer Stein 26 beim Abteufen einer
Lamelle 24 im Boden 20 angefräst, der
das weitere Absenken der Schlitzfräse 1 behindert,
so wird er zuerst mit dem Fräskopf 5 unterschnitten.
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Dazu
wird der Fräsarm 4 durch den Stellantrieb 6 soweit
abgeschwenkt, bis die verkürzte Lamelle 24 mit
dem Fräskopf 5 am Stein 26 vorbei werter abgeteuft
werden kann. Nachdem der Fräskopf 5 den Stein 26 passiert
hat, erfolgt das Unterschneiden des Steines 26, indem der
Fräskopf 5 über den Fräsarm 4 aufgeschwenkt
wird.
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Der
im Boden 20 eingelagerte, unterschnittene Stein 26 kann
nun, wenn die Schlitzfräse 1 mit der Winde soweit
aufgeholt wurde, dass der Fräskopf 5 wieder oberhalb
des Steines 26 einfräst, beim weiteren Abteufen
der Lamelle 24 gelöst werden.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die Schlitzfräse 1 im Erdschlitz 22.
Die Schneidräder 10 sind dabei zusätzlich
an den Außenseiten mit Schneidwerkzeugen 11 bestückt.
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So
kann, wenn der Fräsarm 4 durch den Stellantrieb 6 beim
Abteufen der Schlitzfräse 1 nicht verschwenkt
wird, in die Seitenwand des Erdschlitzes 22 eine vertikale
Nut 27 zur Aufnahme von Trennrohren oder anderen Absperrelementen,
die später in den Erdschlitz 22 eingebracht werden
sollen, eingefräst werden.
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Die
Nut 27 kann durch eine unterschiedliche Bestückung
der Schneidräder 10 mit den Schneidwerkzeugen 11 in
der Draufsicht verschiedene Formen aufweisen.
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- 1
- Schlitzfräse
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Antriebsturas
- 4
- Fräsarm
- 5
- Fräskopf
- 6
- Stellantrieb
- 7
- Welle
- 8
- Umlenkturas
- 9
- Fräskette
- 10
- Schneidrad
- 11
- Schneidwerkzeug
- 12
- Strebe
- 13
- Stützschild
- 14
- Windenseil
- 15
- Führungspfahl
- 16
- Saugrohr
- 17
- Energieband
- 18
- Startschacht
- 19
- Stützsuspension
- 20
- Boden
- 21
- Fräsgut
- 22
- Erdschlitz
- 23
- Stirnwand
- 24
- Lamelle
- 25
- Sohle
- 26
- Stein
- 27
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10207126
A1 [0020]
- - US 5056242 [0029]
- - DE 19502324 A [0038]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Braunkohle"
48 (1996) Nr. 4, S. 407 ff, „Tiefbau" 8/1998, S. 540 ff [0019]
- - „bbr" 12/2000, S.22 ff [0019]
- - 905.027.1 8/96 [0019]
- - 905.024.1 3/97 [0019]