DE4006425A1 - Verfahren zur herstellung einer abschliessenden, vertikalen wand im erdboden, sowie vorrichtung zur anwendung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer abschließenden, vertikalen Wand im Erdboden. Der Zweck derselben ist immer das Isolieren eines bestimmten, meistens stark verschmutzten Gebietes in bezug auf die Umgebung, z.B. zur Verhinderung einer Grundwasserverschmutzung außerhalb des isolierten Gebietes.

Es ist eine große Anzahl Methoden zur Herstellung einer solchen abschließenden Wand bekannt, von denen die üblichsten im Nachstehenden kurz umschrieben werden.

Eine erste bekannte Methode besteht darin, daß ein Graben mit Hilfe einer Baggervorrichtung gezogen wird, welche Vorrichtung versehen ist mit einer, um zwei vertikal übereinander ange­ ordnete Führungsrollen laufenden, mit Baggereimern versehen Kette. Beim Baggern wird die Kette in Umlaufrichtung ange­ trieben unter gleichzeitiger horizontaler Verschiebung der­ selben. Der durch die Baggervorrichtung gezogene Graben wird direkt hinter der Baggervorrichtung mit einer Stützflüssig­ keit, z.B. Bentonit, gefüllt. Eine derartige Methode ist in der US-Patentschrift 4 379 658 beschrieben.

Ein Nachteil dieser Methode ist, daß die Tiefe des Grabens durch die vertikale Höhe des Baggergeräts begrenzt ist und diese ist aus praktischen Gründen auf etwa 10 Meter be­ schränkt. Die Breite des gezogenen Grabens beträgt etwa 50 cm. Der Bentonitverbrauch ist angesichts dieser Breite groß.

Eine andere Methode zum Ziehen eines tiefen Grabens besteht darin, daß man mit Hilfe eines Hydrofräsers Gruben neben­ einander anbringt. Mit einem solchen Fräser können Gruben großer Tiefe, und zwar bis 200 Meter gegraben werden. Der Fräser hat eine Breite von etwa 50 bis 60 cm und eine Länge von etwa 3 Meter. Diese Methode besteht aus dem Machen einer ersten Grube, danach einer zweiten Grube in einem Abstand, der etwas kleiner als die Länge des Fräsers ist, worauf das zwischen beiden Gruben verbleibende Bodenmaterial weggegraben wird. Der Hydrofräser kann in einer Betonit-Flüssigkeits­ kolonne arbeiten, so daß nicht die Gefahr besteht, daß die Gruben beim Ausgraben einstürzen. Eine derartige Methode zum Ziehen eines tiefen Grabens wird in der nicht vorveröffent­ lichten niederländischen Patentanmeldung 87 02 430 beschrieben.

Obwohl der Hydrofräser bis auf eine Tiefe von etwa 200 Meter arbeiten kann, können die mit diesem gezogenen Gräben in der Praxis nicht tiefer als etwa 50 Meter sein, weil in größerer Tiefe die Abweichung des Fräsers in seitlicher Richtung zu groß werden kann. Wenn zwei nebeneinander gegrabene Gruben eine entgegengesetzte seitliche Abweichung zeigen, kann nicht mehr gewährleistet werden, daß die mit dem Hydrofräser gegra­ benen Felder sich aneinander anschließen, was zur Bildung einer ununterbrochenen Wand notwendig ist. Durch die Breite des Grabens von 50 bis 60 cm ist auch bei dieser Baggermethode der Bentonitverbrauch sehr gross.

Eine dritte bekannte Methode zum Ziehen eines tiefen Grabens besteht darin, daß man unter Vibrieren ein H-Profil an neben­ einander liegenden Stellen in den Erdboden eintreibt und gleichzeitig in daß so gebildete Loch einen Bentonit-Zement- Brei einspritzt. Die Tiefe des Grabens ist auf etwa 20-35 Meter beschränkt, weil bei größeren Tiefen nicht länger die Sicherheit besteht, daß die hintereinander gebildeten Felder sich aneinander anschließen. Die Breite des Grabens kann be­ trächtlich schmaler sein als die oben angegebene Breite von 50 bis 60 cm, so daß bei der letztgenannten Methode der Verbrauch an Stützflüssigkeit erheblich geringer ist (US-Patentschrift 42 49 836).

Die Aufgabe der Erfindung ist die Verschaffung eines Ver­ fahrens, mit dem es möglich ist, abschließende Wände bis in beträchtlich größere Tiefe in dem Erdboden anzubringen, wobei die Sicherheit besteht, daß die hintereinander gegrabenen Felder sich aneinander anschließen und die Dicke der Wand beschränkt bleiben kann, um der Verbrauch an Stützflüssigkeit zu verringern.

Unter Ausgang des in der niederländischen Patentanmeldung 87 02 430 beschriebenen Verfahrens, nach dem in Abstand von­ einander zwei tiefe Gruben in die Erde gegraben werden, wonach das zwischen beiden Gruben liegende Bodenmaterial entfernt wird, ist das Verfahren gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch

• - das Graben eines nahezu horizontal verlaufenden Kanals, der die beiden Gruben in der Nähe ihres Bodens miteinander verbin­ det,
• - das in beiden Gruben und in dem diese Gruben verbindenden Kanal Anbringen einer mit Baggergeräten versehenen schlingen­ förmig geschlossenen Kette, deren beide Enden über der Erd­ oberfläche miteinander verbunden werden, und
• - das im Umlaufrichtung Antreiben der Kette, wobei die ge­ schlossene Kettenschlinge gleichzeitig aufwärts bewegt wird und der dadurch gebildete Graben mit einer Stützflüssigkeit gefüllt wird.

Durch Anwendung des obenumschriebenen Verfahrens können zwei in Abstand voneinander zu grabende Gruben in beträchtlich größerem Abstand voneinander gegraben werden als gemäß der Methode nach der genannten niederländischen Patentanmeldung 87 02 430 möglich ist. Nach dem Graben des horizontalen Kanals, der die beiden Gruben miteinander verbindet, und dem Ein­ bringen einer Baggerkette durch die beiden Gruben und den horizontalen Verbindungskanal kann der zwischen den Gruben liegende Erdboden durch das in Umlaufrichtung Antreiben der Baggerkette und das gleichzeitig in Aufwärtsrichtung Verschie­ ben derselben "durchgesägt" werden wodurch ein sehr schmaler Graben entsteht und Zuschütten desselben mit Hilfe geeigneter Mittel verhindert wird. In einem felsigen Boden ist die Breite des Grabens nicht größer als einige Zentimeter, während in einem weichen Boden die Breite des Grabens etwa 15 cm betragen wird. Durch die geringe Breite des Grabens ist der Verbrauch an Stützflüssigkeit u.dgl. gering. Eventuelle seitliche Ab­ weichungen, die beim Graben der Gruben entstehen, geben keine Problemen mehr, weil beim "Durchsägen" der zwischen diesen beiden Gruben liegenden Bodenschicht automatisch eine durch­ laufende Verbindung von der einen Grube nach der anderen ent­ steht und daher eine ununterbrochene Wand gebildet werden kann.

Weitere Ausarbeitungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen umschrieben worden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung und Ausführungsformen der Vorrichtung zur Anwendung desselben werden an Hand der Zeich­ nung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Phase des Verfahrens zum Ziehen eines Grabens in den Erdboden;

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt einer Grube nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Segment einer Baggerkette;

Fig. 4 ein Baggergerät der Baggerkette;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Baggergeräts nach Fig. 4,;

Fig. 6 eine schematisch wiedergegebene Kupplung für das Aneinanderkuppeln der Kettensegmente nach Fig. 3;

Fig. 7-9 verschiedene Schnitte durch einen zu ziehenden Graben in verschiedenen Bearbeitungsphasen;

Fig. 10 einen Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 9;

Fig. 11 eine - teilweise wiedergegebene - Seitenansicht der Fig. 10, und

Fig. 12 eine Abwandlung des Schnittes gemäß Fig. 10.

In Fig. 1 ist die erste Phase des Verfahrens zum Ziehen eines Grabens wiedergegeben. In den Erdboden werden in großem Abstand voneinander, welcher Abstand bis 100 Meter betragen kann, zwei Gruben gegraben mit Hilfe eines Hydrofräsers, wie beschrieben in der niederländischen Patentanmeldung 87 02 430. Die beiden Gruben 2 erstrecken sich bis an eine undurchlässige Bodenschicht 3. Beim Graben der Gruben 2 wird darin Stütz­ flüssigkeit 4, z.B. Bentonit, gegossen. Nach dem Graben der beiden Gruben 2 wird in eine von diesen Gruben ein Schlitten 6 heruntergelassen, auf welchem Schlitten ein steuerbarer Baggermaulwurf 5 angeordnet ist. Ein solcher Baggermaulwurf ist an sich bekannt und braucht im Rahmen der Erfindung nicht näher erläutert zu werden. Der Baggermaulwurf kann mit Hilfe avancierter Steuertechniken in Richtung der anderen Grube 2 gesteuert werden. Der Baggermaulwurf kann elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden. Vorzugsweise jedoch wird der Baggermaulwurf durch Bentonit unter hohem Druck angetrieben, das dem Baggermaulwurf über einen sich bis an die Erdober­ fläche erstreckenden Schlauch 9 zugeführt wird. Der Bagger­ maulwurf gräbt einen horizontalen Kanal 7, der die beiden Gruben 2 etwa in der Nähe ihres Bodens miteinander verbindet. Das von dem Baggermaulwurf 5 beim Graben des Kanals 7 ent­ fernte Bodenmaterial 8 gelangt in die Ausgangsgrube 2 und kann sodann aus dieser Grube entfernt werden.

Wenn der Baggermaulwurf 5 die andere Grube 2 erreicht hat, wird er mit Hilfe eines Greifers 49 aus dieser Grube 2 heraus­ gezogen. Auf dem Baggermaulwurf 5 bzw. auf dem Mediumzufuhr­ schlauch 9 für diesen ist ein Hilfsseil 10 angebracht. Auf diese Weise wird beim Hochziehen des Maulwurfs 5 ein Hilfsseil 10 durch die linke Grube 2, den horizontalen Kanal 7 und die rechte Grube 2 geführt. Sodann wird an das Hilfsseil 10 die eigentliche Baggerkette angeschlossen, so daß diese Bagger­ kette von der Erdoberfläche ab über die linke Grube 2, den horizontalen Kanal 7 und die rechte Grube 2 sich wieder auf­ wärts bis über die Erdoberfläche erstreckt, worauf die beiden Enden der Baggerkette miteinander verbunden werden, so daß eine geschlossene Schlinge erhalten wird.

Die Baggerkette 11 (siehe die Fig. 3-6) besteht aus einer Anzahl gesonderter Segmente 28, die mit Kupplungselementen 29 miteinander verbunden werden. Auf der Baggerkette sind in regelmäßigen Abständen Baggergeräte 12 in Form von Bechern angebracht, die im Prinzip einen zylindrischen oder kegel­ förmigen Querschnitt haben. Das eine Ende (siehe Fig. 4) des Baggerbechers 12 ist mit der Baggerkette 11 verbunden, während das gegenüberliegende Ende aus einer Schneidkante 13 aus Hartmetall besteht, in der gegebenenfalls Schneidplatten 14 angebracht sind. In dem Baggerbecher 12 sind in Sternform drei Stützwände 15 angebracht, die sich einerseits auf der Baggerkette stützen und andererseits mit der Innenwand des Baggerbechers 12 verbunden sind.

Bei Anwendung des Verfahrens in einem felsenartigen Boden können die Baggerbecher 12 durch direkt auf der Kette ange­ brachte Schneidplatten aus Hartmetall oder gegebenenfalls sogar Diamant ersetzt werden.

Das in Fig. 6 schematisch wiedergegebene Kupplungselement 29 ist ein an sich bekanntes Seilkupplungselement. Wichtig ist nur, daß der Durchmesser dieses Kupplungselementes 29 dem Durchmesser der Baggerbecher 12 gleich ist.

In Fig. 7 ist die Baggerkette 11 in den beiden Gruben 2 und in dem diese Gruben verbindenden horizontalen Kanal 7 angebracht, wobei die Baggerkette 11 über der Erdoberfläche über vier Führungsrollen 16, 18 läuft, wobei eine von diesen Führungs­ rollen 16 durch einen Motor 17 angetrieben wird. Die ge­ schlossene Seilschlinge läuft linksherum. Im Prinzip wird die Baggerkette gemäß einer sog. Kettenlinie hangen, die auch die Form 19 des Schnittes bestimmt. Mindestens eine der Führungs­ rollen 18 dient gleichfalls als Spannrolle für die Baggerkette 11. Diese Spannrolle 18 wird bei in Umlaufrichtung durch den Motor 17 angetriebener Kette in Aufwärtsrichtung bewegt wer­ den, wodurch die zwischen den beiden Gruben 2 liegende Boden­ schicht 1 von unten nach oben durchschnitten wird. Die auf der Baggerkette 11 angebrachten Baggerbecher 12 nehmen die weg­ gegrabene Erde mit nach oben, und nach dem Passieren der ersten Spannrolle 18 werden die Baggerbecher 12 in eine Boden­ auffangeinrichtung 27 entleert.

Die vertikale Hublänge der Spannrollen 18 ist derart gewählt worden, daß beim Erreichen der höchsten Stellung durch die Spannrollen 18 ein Seilsegment 28 aus der Baggerkette 11 weg­ genommen werden kann und die Baggerkette 11 eingekürzt werden kann, wobei die Spannrollen 18 in ihre niedrigste Stellung transportiert werden, um danach wieder in Aufwärtsrichtung bewegt zu werden bis ein folgendes Seilsegment 28 aus der Baggerkette entfernt werden kann.

Es hat den Vorzug, daß der untere Teil der Baggerkette 11 eine etwa horizontale oder mindestens weniger stark gebogene Strecke durchläuft als in Fig. 2 wiedergegeben ist. Dies kann durch Anbringen von Spannmitteln erreicht werden, wie in Fig. 8 wiedergegeben ist. Diese Spannmittel können z.B. aus einer durch ein Gewicht 25 erschwerten Seilscheibe 23 bestehen, welche Scheibe mit einer auf der Erdoberfläche angeordneten Winde 24 verbunden ist.

Das an die Seilscheibe 23 gehängte Gewicht 25 übt auf die Baggerkette 11 eine Kraft aus, welche die Schnittform 19, wie in Fig. 7 wiedergegeben, horizontaler verlaufen läßt.

Statt einer durch ein Gewicht erschwerten Seilscheibe 23 kann auch eine Seilscheibe 23 angewendet werden, die über ein Seil 22 mit einem in einer Grube 2 herabgelassenen Ankerblock 20 verbunden ist. Von dem Ankerblock 20 läuft ein Seil 22 nach einer über der Erdoberfläche angebrachten Winde 24, mit deren Hilfe die Seilscheibe 23 in eine gewünschte Stellung gebracht werden kann bzw. in dieser gehalten werden kann.

Beim Ziehen des Grabens 26 mit Hilfe der Baggerkette 11 wird der Graben 26 von den beiden mit Stützflüssigkeit 4 gefüllten Gruben 2 aus mit dieser Flüssigkeit gefüllt. Diese Stütz­ flüssigkeit kann aus Bentonit oder Bentonitzement bestehen, gegebenenfalls versehen mit einem Füllstoff. Bei bestimmten Bodenarten kann Instabilität um den gezogenen Graben 26 ent­ stehen, wodurch der Graben 26 zugeschüttet werden kann. Um dies zu vermeiden, muß eine sehr schwere Stützflüssigkeit 4 angewendet werden oder soll ein Erhärtungsbeschleuniger in den Graben 26 angebracht werden. Dies kann in der Weise erfolgen, wie in den Fig. 9-12 wiedergegeben ist. Wie aus Fig. 9 er­ sichtlich wird unter der Baggerkette 11 ein Tragseil 31 ange­ bracht, an dem zwei Schläuche 32, 33 befestigt sind, die an der Unterseite mit Spritzdüsen 36 versehen sind. Das Tragseil 31 ist an zwei Winden aufgehängt, während die Schläuche 32, 33 an die Pumpen 34 bzw. 35 angeschlossen sind. Wenn mit Bentonit als Stützflüssigkeit gearbeitet wird, kann z.B. über den Schlauch 32 Zementbrei in den Graben 26 gespritzt werden, während über den Schlauch 33 Wasserglas in den Graben 26 gespritzt wird. In dem Graben 26 wird ein Bentonit-Zement- Gemisch gebildet, das unter Einfluß von Wasserglas in kurzer Zeit erhärtet und steif wird. Wenn als Stützflüssigkeit ein Bentonit-Zement-Gemisch angewendet wird, braucht diesem über einen der Schläuche 32 bzw. 33 nur Wasserglas als Erhärtungs­ mittel zugeführt zu werden.

Zum Erhalten eines guten Gemisches des in dem Graben 26 vor­ handenen Breies, wird das Tragseil 31 mit den daran gehängten Schläuchen 32 und 33 mit Hilfe der beiden Winden hin- und her­ befördert, wodurch das eingespritzte Wasserglas und gegebenen­ falls der auch eingespritzte Zementbrei gut vermischt werden. Diese Mischwirkung kann noch dadurch verbessert werden, daß das aus dem Tragseil 31 und den beiden Schläuchen 32, 33 gebildete Bündel mit federnden Elementen 37 umwickelt wird, welche die Rührwirkung beim Hin- und Herbewegen des Tragseiles 31 verstärken werden.

Diese Mischmethode hat weiter den Vorteil, daß die Boden­ teile, die beim Graben in den Bentonit-Brei 4 gelangen durch das Seil 31 und die mit diesem verbundenen Schläuche 32, 33 mit dem Brei 4 vermischt werden, so daß eine homogene Wand erhalten wird.

Statt des Tragseiles 31 und der daran aufgehängten Injizier­ schläuche 32, 33 kann ein in Fig. 12 wiedergegebenes flexibeles Rohr 38 angewendet werden, das nahezu die gleiche Breite hat wie der Graben 26. An der Unterseite dieses flexibelen Rohres 38 sind Ausströmöffnungen 39 angebracht. Das Rohr 38 ist über Schläuche mit einer der Pumpen 34, 35 verbunden, die ein gegebenenfalls erhärtendes Gemisch in das Rohr 38 pumpt. Dieses Gemisch wird über die Öffnungen 39 aus dem Rohr 38 treten, wodurch dieses und die sich darüber befindende leichtere Stützflüssigkeit nach oben gedrückt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer abschließenden, verti­ kalen Wand im Erdboden, wobei in Abstand voneinander zwei tiefe Gruben in die Erde gegraben werden, wonach das zwischen beiden Gruben liegende Bodenmaterial entfernt wird, gekennzeichnet durch

• - das Graben eines nahezu horizontal verlaufenden Kanals, der die beiden Gruben in der Nähe ihres Bodens miteinander verbindet,
• - das in beiden Gruben und in dem diese Gruben verbinden­ den Kanal Anbringen einer mit Baggergeräten versehenen schlingenförmig geschlossenen Kette, deren beide Enden über der Erdoberfläche miteinander verbunden werden, und
• - das im Umlaufrichtung Antreiben der Kette, wobei die ge­ schlossene Kettenschlinge gleichzeitig aufwärts bewegt wird und der dadurch gebildete Graben mit einer Stütz­ flüssigkeit gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - das unter der Baggerkette Anbringen eines Tragseiles, an dem mindestens ein mit in regelmäßigen Abständen angeord­ neten, abwärts gerichteten Spritzdüsen versehenes Hohlrohr aufgehängt ist, zum in den Graben Spritzen eines Erhär­ tungsbeschleunigers für die Stützflüssigkeit,
• - welches Tragseil gleichzeitig mit der Baggerkette in Aufwärtsrichtung bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragseil und das Hohlrohr oder die Hohlrohre, die mit diesem verbunden sind, mit federnden Elementen umwickelt sind, wobei die so gebildete Zusammensetzung in der Ebene des Tragseiles hin- und herbewegt wird zur Verbesserung des Gemisches der Stützflüssigkeit mit dem darin gespritz­ ten Erhärtungsbeschleuniger.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - das unter der Baggerkette Anbringen eines flexibelen Rohres mit einer Breite, die der des gezogenen Grabens entspricht, welches Rohr an der Unterseite mit Ausströmöffnungen ver­ sehen ist,
• - durch welches Rohr eine Flüssigkeit gepumpt wird, deren spezifisches Gewicht größer ist als das der Stützflüssig­ keit.

5. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß diese umfaßt:

• - eine schlingenförmig geschlossene, mit Bagger­ geräten (12) versehene Kette (11),
• - eine mit mindestens drei Führungsrollen (16, 18) für die Baggerkette (11) versehene Stützkonstruktion, von welchen Führungsrollen (16, 18) wenigstens eine (16) antreibbar ist und wenigstens eine (18) in Höhenrichtung verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baggerkette (11) aus einer Reihe, über Kupplungen (29) verbundener Kettensegmente (28) zusammengesetzt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Kettensegment (28) mit in regel­ mäßigen Abständen voneinander angebrachten Baggerbechern (12) mit einem etwa zylinderförmigen Querschnitt versehen ist, welche Baggerbecher (12) an der offenen Vorderseite mit einer hartmetallenen Schneidkante (13) versehen sind und mittels sternförmig angebrachter Trennwände (15) mit der Kette verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Kettensegment (28) mit in regel­ mäßigen Abständen voneinander angebrachten Schneidelemen­ ten aus Hartmetall oder Diamant versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (23, 25) vorhanden sind zum Ändern der Form der Schlinge der frei hängenden Baggerkette (11).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel aus einer durch ein Gewicht erschwerten Seil­ scheibe (23, 25) bestehen, die mit Hilfe einer Winde (24) in Höhenrichtung verstellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung weiter umfaßt:

• - ein an zwei Seilwinden aufgehängtes Tragseil (31), an dem mindestens ein Hohlrohr (32, 33) aufgehängt ist, das an der Unterseite mit Spritzdüsen (36) versehen ist und das an Pumpen (34, 35) zum in den Graben (26) Einspritzen eines Erhärtungsbeschleunigers für die Stützflüssigkeit (4) angeschlossen ist.