DE4107455A1 - Verfahren zum beschleunigten gefrieren von erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beschleunigten Gefrieren von Erdreich nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Um Schacht-, Gruben- und Tunnelbauwerke in ihrer Ent­ stehungsphase vor Erd- und Wassereinbrüchen zu schützen, wird das Erdreich im Umfeld der Objekte als Bauhilfs­ maßnahme durch Gefrieren verfestigt. Im wesentlichen entscheiden Gefriervolumen und Dauer der Gefriermaßnah­ men darüber, welche Gefriertechnik den Vorzug erhält. Unterschieden wird hierbei zwischen der konventionellen Gefriertechnik, die gemäß dem Kühlschrankprinzip mit einem geschlossenen Kältekreislauf arbeitet und einer Gefriertechnik, die mit einem tiefsiedenden, verflüs­ sigtem Gas, in der Regel Stickstoff, als Kältemittel arbeitet. Zum Einleiten des Kältemittels dienen Ge­ frierlanzen, die in dem gewünschten, zu gefrierenden Profil im Erdreich angeordnet werden. Einen entspre­ chenden Stand der Technik zeigt beispielsweise die DE-OS 21 56 420.

Vielfach sind die Gefrierarbeiten in den laufenden Bau­ betrieb integriert und nehmen somit Einfluß auf den ge­ samten Bauzeitenplan. Folgegewerke lassen sich in die­ sem Fall erst dann ausführen, wenn die Gefrierarbeiten zumindest weitgehend abgeschlossen sind. Verzögerungen bei den Gefrierarbeiten führen somit zu Verzögerungen oder sogar Betriebsstillständen bei den Folgegewerken. Dies führt zu beträchtlichen Kostensteigerungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein beschleunigtes Ge­ frieren von Erdreich ermöglicht.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­ rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­ findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, das im zu gefrierenden Erdreich vorhandene Wasser herauszu­ pumpen, durch ein Kühlmittel bis vorzugsweise nahe 0°C abzukühlen und in das Erdreich wieder einzuführen. Die hierzu erforderliche Technik ist an sich aus der Grund­ wasseraufbereitung bekannt, verwiesen sei beispielswei­ se auf die DE-PS 19 45 605. Das Wasser wird hierbei im Kreislauf durch das zu gefrierende Erdreich geleitet und kühlt dieses auch allmählich auf niedrigere Tempe­ ratur ab, so daß die nachfolgenden Gefrierarbeiten schneller durchgeführt werden können. Die erfindungsge­ mäße Abkühlung des Wassers kann sowohl vor auch als während bereits laufender Gefrierarbeiten durchgeführt werden.

Sofern die eigentliche Bodenvereisung mit flüssigem Stickstoff erfolgt, kann das aus den Gefrierlanzen stammende Stickstoffabgas für die Wasserkühlung einge­ setzt werden. Auf diese Weise kann der sensitive Käl­ teinhalt des Stickstoffgases optimal genutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur bei im Gefrierfeld stehendem Wasser ausüben, sondern auch bei starken Grundwasserbewegungen. Sofern derartige Grundwasserbewegungen im Gefrierbereich vorhanden sind, wird das Grundwasser auf der zum Gefrierfeld hinströ­ menden Seite entnommen, abgekühlt und wieder injiziert. Auf diese Weise lassen sich, vor allem beim Gefrieren mit flüssigem Stickstoff, auch höhere Grundwasserge­ schwindigkeiten beherrschen.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Bodenvereisung ist, daß der Gefriergrund über einen ausreichenden Wasserge­ halt verfügt, der im gefrorenen Zustand dem Erdreich die eigentliche Festigkeit gibt. Sofern der Wasserge­ halt für eine Vereisung zu niedrig ist, wird der Ge­ friergrund durch Stau- und Berieselungstechnik bewußt mit Wasser angereichert.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form.

In dem zu gefrierenden Erdreich ist mit gestrichelten Linien ein Frostkörper 1 dargestellt, welcher das ein­ zugefrierende Profil ausfüllt. In dem Frostkörper 1 findet sich eine Vielzahl von Gefrierlanzen 2, welche mit Kältemittel, nämlich flüssigem Stickstoff, beauf­ schlagt werden. Der Ausbruchquerschnitt 3 wird hierbei nicht gefroren.

Erfindungsgemäß wird dem zu gefrierenden Erdreich Was­ ser durch einen Förderbrunnen 4 entzogen, im Wärmeaus­ tauscher 6 auf eine Temperatur nahe 0°C abgekühlt und durch Schluckbrunnen 5 wieder in das Erdreich zurückge­ führt. Die Wasserströme sind durch nicht gekennzeichne­ te Pfeile dargestellt. Als Kühlmittel dient flüssiger Stickstoff, der dem Speicher 7 entnommen und dem Wärme­ austauscher 6 zugeführt wird. Es kann aber auch das aus den Gefrierlanzen 2 stammende Stickstoffabgas als Kühl­ mittel im Wärmeaustauscher 6 verwendet werden. Ein Teil des abgekühlten Wassers wird nicht durch die Schluck­ brunnen 5, sondern durch die Berieselungsanlage 8 in das Erdreich zurückgeleitet. Es ist ferner ein Sperr­ brunnen 9 dargestellt, durch welchen Grundwasser ent­ nommen wird, welches aus einer Grundwasserströmung in Richtung des zu gefrierenden Erdreiches stammt. Diese Grundwasserströmung ist durch Pfeile 10 angedeutet. Bei sehr starken Grundwasserströmungen kann erfindungsgemäß jedoch auch das durch den Sperrbrunnen 9 entnommene Grundwasser abgekühlt und in das zu gefrierende Erd­ reich wieder eingeleitet werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum beschleunigten Gefrieren von Erdreich, bei dem das Erdreich durch in dasselbe vorgetriebe­ ne, mit Kältemittel beaufschlagte Gefrierlanzen (2) in dem gewünschten Profil (1) gefroren wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erdreich vor oder während des Gefrierens Wasser durch Förderbrunnen (4) entzogen, dieses Was­ ser durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel abge­ kühlt und durch Schluckbrunnen (5) dem Erdreich wie­ der zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser auf eine Temperatur nahe 0°C abge­ kühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdreich mit flüssigem Stickstoff gefroren und der hierbei verdampfte Stickstoff als Kühlmittel zum Abkühlen des Wassers dient.