DE1909395B2 - Verfahren zur Gewinnung von Injektionsmaterial zum Ausfüllen von Hohlräumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Injektionsmaterial zum Ausfüllen von hinter einer Tunnelauskleidung od. dgl. verbliebenen Hohlräumen.

Beim Bau von Tunnels. Grubenstrecken und sonstigen Untertagebauten bleiben in dem erschlossenen Untergrund, ferner zwischen der Erde und dem eingebauten Mauerwerk Hohlräume, Poren und Fugen zurück, die bekanntlich durch Einpressen entsprechenden Materials unter Druck ausgefüllt werden. Eine derartige Maßnahme ist erforderlich, um den erwähnten Objekten allseits eine dichte und feste Stützung tu geben, was ihre Tragfähigkeit verstärkt, obertätige Senkungen zu verhindern und das Einsickern oder Eindringen des Grundwassers fernzuhalten.

Zwischen der Tunnelauskleidung und dem Erd- so reich können die beim Bauen verbliebenen Hohlräume und Fugen je nach Bauart

a) Hohlräume von vorausbestimmter Form und Größe sein, die sich regelmäßig wiederholen, oder aber

b) Fugen von unregelmäßiger Form und Größe, wie auch Risse.

Ein Hohlraum von regelmäßiger Form und Größe entsteht z. B. bei Verwendung eines Vortriebsschildes im Tunnelbau, wenn ein Zwischenraum, der der Dif- fo> ferenz zwischen den Außendurchmessern von Mauerwerk und Schildmantel entspricht, als Hohlraum zwischen den eingebauten Elementen und dem Erdreich verbleibt.

Unregelmäßige Hohlräume entstehen im allgemei- t» mn beim Vortrieb des Tunnels mit sogenannten bergmännischen Methoden.

Außerdem erfolgt durch das Auffahren solcher

Untertaeebauten auch eine Auflockerung den Erdreichs und es können in dem, den Tunnel umgebenden Erdreich auch Risse entgehen.

Die Sicherung des Bauwerke im Boden durch seine Unterstützung von allen Seiten kann nur dann erreicht werden, wenn die hinter dem Mauerwerk verbliebenen Hohlräume ringsherum mit einem Material auseefüllt werden, das ihm eine bestimmte Festigkeit gibt. Ein Versäumen des Ausfüllens solcher Hohlräume kann in dem eingebauten Mauerwerk zu schädlichen Beanspruchungen führen.

Durch die rechtzeitig durchgeführte Injektion werden Hohlräume, welche Gebirgsbewegungen ermöglichen können, ausgefüllt, ferner die schädlichen lokalen Senkungen verhütet und auch auf Größe und Verlauf des auf den Tunnel einwirkenden Erddruckes eine günstige Wirkung ausgeübt.

Das Trockenhalten des Tunnels erfordert die Injektion der Hohlräume, Kanäle, Risse und Poren im Erdreich mit einem Material, das über i. ptsr-rechende wasserabsperrende Eigenschaften verfügt. In diesem Sinne kann die Injektion auch als eine Außen-Isolation betrachtet werden.

Beim Tunnelbau mit Schildvortrieb ermöglicht der zwischen Mauerung und Erdreich verbliebene rückwärtige Zwischenraum infolge der Druckkraft des Vortriebsschildes eine schlingernde Bewegung des bereits ausgebaute» Abschnittes. Abgesehen davon, daß diese schlingernde Bewegung eine schädliche Inanspruchnahme der eingebrachten Ausbaukonstruktionen verursacht, bewirkt sie auch eine Verdrehung der dem Druckring des Schildes als Widerlager dienenden Tübbung-Endplatten.

Das Verdrehen der Tübbung-Endplatten verhindert die richtige Führung des Schildes in der vorgesehenen Richtung und kann dadurch im fertigen Tunnel die Quelle horizontaler und vertikaler Richtungsfehler sein. Das Hinterfüllen der Mauerung durch Injektion verhindert die erwähnten nachteiligen Folgen. Die zum Injizieren verwendeten Materialien müssen daher auch in dieser Hinsicht eine entsprechende Festigkeit besitzen.

Bei den bisher durchgeführten Injektionen wurden Zement und Sand benützt, welche von draußen im Förderwagen zum untertägigen Arbeitsort herangeschafft werden mußten. Die Hohlräume hinter der Mauerung, welche im gleichen Tempo wie das Vorrücken des Vortriebsschildes eingebaut werden, müssen gleichzeitig mit der Mauerung durch Injektion aufgefüllt werden, da sonst schädliche lokale Senkungen, ein auf den Tunnel wirkender ungünstiger Erddruck, sowie Abweichungen in der Richtung und Linienführung des Tunnels eintreten können. Deswegen muß der zum Injizieren benötigte Sand fortlaufend und rechtzeitig an. den Verwendungsort gebracht werden; dies bedeutet aber eine gegenläufige Förderung, die das Zutagefördern der im Vortrieb gelösten Erdmassen und den glänzen Ablauf der Förderung beeinträchtigt und stört.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile bekannter Methoden zum Ausfüllen von Hohlräumen/ zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei eimern Verfahren zur Gewinnung von Injektionsmaterial zum Ausfüllen von hinter einer Tunnelauskleidung od. dgl. verbliebenen Hohlräumen vorgesehen, daß erfindungsgemäß das beim Auffahren des Tunnels cfd.dgl. abgebaute Erdmaterial unter

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mit Wasser auf einer mit Zerkleinerung»-, -. Misch- und f-iltervorrichtungen versehenen Naßmahl-Anla^e behandelt und dispergiert wird, danach das Material in einer Wanne im Schleuderkreislauf weiter verfeinert und homogenisiert wird, hierauf die Suspension je nach der Erdbodenart durch Zugabe von Wasser oder Mahlgut aus abgebautem Erdmatcrialauf eine Dichte von 1,6 bis 1,7 kg/* Liter eingestellt wird und diesem Gemisch den Reibungskoeffizienten erhöhende Erdmaterialien, z. B. quarzhaltiger Sand, «gegeben werden, worauf je nach der Beschaffenheit des abgebauten Erdmaterials Verfestigungsstoffe. z. B- Zement, und BindungsbeschJeunigungsmittel, & B. Wasserglas, zugegeben bzw. zugemischt werden.

Erfindungsgemäß wird also das zum Injizieren vorgesehene Füllmaterial nach der vorbeschriebenen Technologie aus dem beim Tunnelbau anfallenden Erdmaterial hergestellt. Dieses Material muß daher nicht mehr von draußen in den Tunnel geschafft werfen.

Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich sowohl für den im Schild-Vortrieb mit Benützung von Gußeisen-Tübbings und Eisenbetonblock-Ausbau durchgeführten Tunnelbau als auch für *sie mit bergmännischen Methoden ausgebrochenen Tunnels, sowie für andere Unlertagebauten oder Tiefbau-Objekte.

In den Zeichnungen ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 due Einrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 2 die gleiche Einrichtung in der Draufsicht, lind

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1 gegen den Streckenort hin gesehen.

Gemäß den Zeichnungen erfolgt in der im Erdreich 1 mit einer Schildvortrieb-Tunnelbaumaschine aufgefahrenen Tunnelröhre im Schütze der den Man-IeI des Schildes bildenden Stahlumkleidung 2 der Einbau von Gußeisen-Tübbings oder Betonblocks 3 und die Hinterfiillung des Raumes 4 hinter dem kurz vorher fertiggestellten Abschnitt 3a durch Injektion mit einem Injektionsmaterial, welches gemäß der Erfindung aus dem beim Tunnelbau abgebauten Erdreich hergestellt wurde. Das mit der Frässcheibe des Schildes hereingewonnene Bodenmaterial wird von einem Förderband 5 nach rückwärts ausgetragen und zu Tage gefördert. Vom Förderband 5 wird mechanisch t. B. mit einer Abwurfvorrichtung 6 soviel Material abgezweigt, wie jeweils als Injektionsmaterial nach Größe und Rauminhalt zur Ausfüllung des Hohlraums 4 benötig* wird; dieses Material wird in einem au.* einem Gerüst 7 aufgestellten Behälter 8 gespeichert und von dort über den Aufgabetrichter 9a ointr Naßmühle 9 aufgegeben.

Mit der Naßmahlmaschine wird das Material vorluspendiert. Zu diesem Zweck ist die Maschine mit Vorrichtungen zum Zerstückeln des aufgegebenen Bodenmaterials sowie für Flüssigkeitszugabe und mit einem Mahlwerk versehen; ferner mit einer Mahl-, Misch' und Sortiervorrichtung zur weiteren Feinmahlung des flaßvof gemahlenen Materials, wobei das Material durch die verschieden gestuften Siebe als Fertigprodukt austritt. Nachher wird das Material in Wartnen 10 bzw, 10ά befördert, in welchen es in Stabilisierkfeisläufen von hoher Umlaufzahl z. B. mit einer Trübputnpe 11 (bei 1400 oder mehr Umdrehungen pro Minute) weiter verfeinert und homogenisiert wird, und danach auf die injizierbare Dichte eingestellt wird. Nach dem Überprüfen der Dichte des in der Wanne Ϊ0 behandelten Materials wird je nach der Bodenbeschaffenheit des Tunnelerdrejcbs durch Zugabe von Wasser oder ErdboderunahJgut die Trübe

& auf das· entsprechende speziuscbc Gewicht gebracht und der fertige Brei über eine Rohrleitung 13 bzw. 13a der einen oder der anderen Injektionsmaschine zugeleitet, wo dann noch die Verfestigungsstoffe, wie Zement, und Bindungsbeschleuniger, wie z. B. Was-

w serglas, NaCI usw., zugegeben werden.

Während in der Wanne 10 der beschriebenen Homogenisierungs-, Suspensionsverfeinerungs- und Mischprozeß durchgeführt wird, nimmt die Wanne 10a das von der Naßmahl-Maschine eintreffende Mats terial auf. Wenn durch Injizieren der Inhalt der Wanne 10 aufgebraucht ist, wird die Arbeit mit dem Inhalt der Wanne Wo fortgesetzt, so daß die beiden Wannen abwechselnd arbeiten und dadurch die Kontinuität des Injizierens gesichert ist.

^M In den Injektionsmaschinen erfolgt das Durchmischen des Breies mit den Zuschlagstoffen, worauf das zu injizierende fertige Material mit Druckluft (z. B. von 7 at) über eine Rohrle^:tung 14 durch in den Betonblocks 3 ausgesparte Öffnungen hinter die Tun

^a5 nelauskleidung eingepreßt wird.

Mit dem beschriebenen Verfahren wird aus dem beim Tunnelauffahren erhaltenen Tunnelerdreich durch Injizieren hinter die Betonblocks 3 infolge des hohen Einpreßdrucks und der staubfeinen Konsistenz eine dichte feste Stützscheibe gebildet, die außer der Hohlraumausfüllung auch eine dichtschließende Wasserabsperrschicht bildet.

Bei dem Zusammensetzen des zu injizierenden Materials müssen die Eigenschaften des Auff ahrungsmaterials aus dem Tunnel in Betracht gezogen werden. Dies erfolgt durch die Prüfung des geförderten Materials im Laboratorium, wobei Festigkeit, Wassergehalt und Volumgewicht der Erdbodenarten bestimmt, und dementsprechend Art und Menge der

Zuschläge, ihre Zusammensetzung oder Änderung, besonders aber die erforderliche Zementmenge bestimmt werden. Danach werden auch die quantitativen und qualitativen Wirkungen der Beschleunigungsmittel untersucht und auch Kontrollprüfungen durchgeführt.

Zu diesem Zweck werden aus dem Injektionsstoff Probewürfel hergestellt und mit diesen die Prüfungen auf Zusammensetzung, Bruchfestigkeit, trockenes Volumgewicht sowie mit Probestücken der einzelnen

Serien die Prüfung auf Wasseraufnahmefähigkeit durchgeführt.

Ferner müssen beim Mischen des Injektionsbreies für die Probewürfel auch der dabei erforderliche Wasserbedarf, die Konsistenz, Schnellbindung, die Sedimentierung des angesetzten Breies geprüft bzw. ermittelt werden.

Schließlich muß auf Grund der Laboratoriumsuntersucliungen die Misch-Vorschrift für die Zusammensetzung (von 1 m¹) Injektionsbrei ausgearbeitet

werden. Beispiel: Bei einer gegebenen Erdbodenart ist zur Herstellung von 1 m"entsprechenden Injektionsbreies folgende Zusammensetzung erforderlich: 850 kg Erdboden in Schlammkonsistenz 400 kB C 500 Zement

560 Liter Wasser

13 Liter Wasserglas.

Gleichzeitig mit den Untersuchungen im Laboratorium müssen auch durch Betriebsversuche festge-

stellt werden: Mahlbarkeit und Dispergierbarkeit der beim Vortrieb abgebauten Bodenarten, ferner die Möglichkeiten für das Abscheiden der Verunreinigungen, sowie der nicht mahlbaren und nicht dispergierbaren Fraktionen des Erdbodens.

Die Betriebsversuche brachten den Nachweis, daß das Verfahren nach der Erfindung dazu geeignet ist, aus bindigen Böden eine wäßrige Lösung von Grob' dispergenz herzustellen. Das hergestellte Mahlgut aber erreichte praktisch bei der kontrollmäßig im Laboratorium durchgeführten Hydrometrierung die Kornstruktur des in Wasser aufgelösten Erdbodens.

So enthielt beispielsweise ein Erdboden aus schlammigem Sandmehl von D₁^ = 0,2 mm maximaler Korngröße, bestehend aus 10% Ton, 20% Schlamm, 30 % Sandmehl, 30 % Feinsand nach dem Naßfnahlen nur noch teilchen der Korngröße unter 0,1 mm.

Das kontinuierliche Vermählen zeigte, daß, um aus einem Sandmehlboden von obiger Zusammensetzung eine Lösung von Grobsuspension herzustellen (bezogen auf das Gewicht des gemahlenen Erdbodens) 130 bis 160 % Wasser erforderlich waren. Zum Erzielen der entsprechenden Konsistenz kann aber durch Sedimentieren der Wässerüberschuß leicht abgeschieden werden.

Aus der gemäß den Vorversuchen im Laboratorium ermittelten und durch Betriebsversuche kontrollierten Aufgabe von

400 kg C 500 Zement

1190 kg gemahlenen nassem Boden (500 kg Erdsubstanz,

680 Liter Wasser)
13 kg Wasserglas

konnte als Injektionsbrei im Alter von 28 Tagen ein Injektionsstoff von 20 bis 30 kg/m² Bruchfestigkeit erhalten werden, dessen trocknes Volumengewicht 1050 bis 1150 kg/m¹ die Wasseraufnahmefähigkeit aber 30 bis 35 % betrug.

Die Proben, welche von dem bereits injizierten und schon verfestigten Injektionsbrei an den Injektionsöffnungen im zerstörten Zustand genommen wurden, zeigten bei genauem Betrachten, daß der hei 5 bis 7 at Druck eingepreßte Mörtel diese Werte schnell erreichte, ja sie sogar überschritt.

ίο Bei bindigen Erdboden ist die Homogenisierung des nassen Boden-Mahlgutes von der Vermahlungszeit und dem entsprechenden Einstellen der Wasserzugabe abhängig. Sie wird nach erfolgter Bestimmung der Zusammensetzung des geförderten Bodenmate-

rials, seiner Festigkeits- und Volumengewichts-Kennwcrte durch Zugabe des erforderlichen Zements und Beschleunigers gemäß der beschriebenen Technologie durchgeführt. Die Würfelproben, welche aus der betriebsmäßig gemahlenen, wäßrigen Lösung in einer,

w> obigem entsprechenden Zusammensetzung hergestellt wurden, zeigten, daß die Probewürfel hinsichtlich ihrer Festigkeit, ferner des trockenen Volumengewichts und der Wasseraufgabe kaum eine Streuung aufweisen (Streuung innerhalb 10%).

^a5 Die Dichte des zu injizierenden Materials wird zweckmäßig bei 1,6 bis 1,7 kg/Liter eingestellt, nötigenfalls werden auch wichteerhöhende und reibungssteigemde Stoffe zugegeben, ?. B. quarzhaltiger Sand aus dem abgebauten Fördergut.

Bei Tunnelauskleidungeu aus isolierendem Eisenblech kann als Füllmasse auch Magerbeton (B-50-70-100) verwendet werden. Das mit dem Verfahren hergestellte Injektionsmaterial kann bei Eisenplattenisolation, Dauben- und Flachplatten an Stelle

des Perlkieses bzw. der Zementmilch verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   !. Verfahren zur Gewinnung von !njekttonsmaterial zum Ausfüllen von hinter einer Tunnel- » auskleidung od. dgl. verbliebenen Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Auffahren des Tunnels od. dgl. abgebaute Erdmaterial unter Mischen mit Wasser auf einer mit Zerkleinerungs-, Mahl-, Misch- und Fütervorrichtun- ^Jo gen versehenen Naßmahl-Anlage behandelt und dispergiert wird, danach das Material in einer Wanne im Schleuderkreislauf weiter verfeinert und homogenisiert wird, hierauf die Suspension je nach der Erdbodenart durch Zugabe von Was- ** ser oder Mahlgut aus abgebautem Erdmaterial auf eine Dichte von i,6 bis i,7 kg/Liter eingesteiii wird und diesem Gemisch den Reibungskoefßziemen erhöhende Erdmateriaiien, z. B. quarzhaJ-tiger Sand, zugegeben werden, worauf je nach <fcr Beschaffenheit des abgebauten Erdmaterials Verfestigungsstoffe, z. B. Zement, und Bindungsbeschleunigungsmittel, z. B. Wasserglas, zugegeben bzw. zugemischt werden
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gc- ^a5 kennzeichnet, daß zur Herstellung von Im' Injektionsbrei 850 kg dispergiertes, schlammartiges Erdmaterial, 400 kg Zement, 560 Liter Wasser und 13 Liter Wasserglas verwendet werden.

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