EP0987399A1 - Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung von Bodenbereichen im Tiefbau - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for sealing and / or solidifying Ground areas in civil engineering, especially in tunnel and sewer construction, in which one Injection lance set and over this a cementitious substance in the concerned Floor areas is injected.
- polyurethane hydrogels which be injected into cavities creating a water-impermeable membrane to seal, thus sealing concrete and masonry, from leaking Floor constructions and leaky pipes.
- Polyurethane hydrogels gell from the raw materials depending on the amount of water added In a matter of seconds. The use of such polyurethane hydrogels in civil engineering is so far, presumably because of these short setting or gelling times.
- the object of the invention is to solve a problem defined type so that in civil engineering with strong water supply to treating floor areas reliable sealing and / or consolidation results can be achieved, the use of materials compared to the comparable Method in which cement milk is injected is comparatively low.
- This The object is achieved by the features listed in claim 1 solved.
- Advantageous refinements and developments of what is specified here Procedures are the subject of the subordinate claims in claim 1.
- a supply of polyurethane hydrogel is designated 1.
- a stock cement is indicated at 2.
- a metering and mixing device 3 arrives Mixture of polyurethane hydrogel and cement to a not shown in Fig. 1 Conveying press, which the mixture generated by the mixing and metering device 3 predetermined composition, preferably in the ratio of one part polyurethane hydrogel to 1 to 5 parts of cement powder, presses into a lance 4, which in a previously in the Soil 5 inserted hole has been inserted.
- processing depths of the type considered here in can range from 20 m to 150 m.
- a water pipe 6 from the lance entrance 7 to the Lance openings 8 out.
- a pump 9 Pumping water down to the depth of the area to be treated, such that only in the area of the lower end of the lance from the mixing and Dosing device 3 produced mixture of polyurethane hydrogel and cement with Water comes into contact, and then the fast-curing to be injected Substance results.
- the mixture of the mixing and metering device 3 and the water conveyed by the pump 9 from the line 6 are at the bottom Lance end in the area of the lance openings 8 under a pressure of 80 bar to 2500 bar depending on the application and also depending on the working depth H.
- a polyurethane hydrogel from the supply 1 and from the Supply 2 a cement-water mixture supplied so that the mixture formed from Output of the mixing and metering device 3 has a more liquid character, but it due to severe lack of water there is no complete gelation.
- This mixture is fed to the lower end of the lance 4 and then with the for the amount of water required for gelation.
- the gelling time is sufficiently short chosen to prevent the water in the bottom area Washed out injection substance.
- the polyurethane hydrogel also keeps the cement in the area to be treated and gives him the necessary time, in turn react with the water and harden.
- FIG. 2 shows a body of water 10 over a body of water 11. From one Pontoon 12 is a number of lances 4 through the volume of water in the Body of water 11 introduced and the body of water is injected by a Sealed polyurethane-hydrogel-cement mixture. Sealing can also be done using a single lance, which follows the bottom of the water at a certain depth treated certain grid.
- the lower end of the lance 4 through a bore 13 near the lower end of a sheet pile 14 led to a highly water-bearing layer seal and solidify behind the sheet pile in the manner specified here.
- cement-containing substance to be injected in their Components is transported to the lance openings in such a way that not the hardening or in periods of a few seconds to a few minutes gelling injection fluid already on a path through the lance 4 in the Order of magnitude of, for example, 10 m to 150 m, hardened or worn out further injection into the area to be treated is impossible makes.
- the injection substance is harmless to health and there is no risk of drinking water or groundwater.
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung von Bodenbereichen im Spezialtiefbau vorgeschlagen, bei welchem eine Mischung aus einem Polyurethan-Hydrogel und Zement über eine Lanze zu den Lanzenöffnungen gepreßt und dort mit Wasser gemischt wird, welches entweder über eine gesonderte Wasserleitung zugeführt wird oder in dem zu behandelnden Bodenbereich aufgrund dessen Wasserführung zur Verfügung steht. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung von
Bodenbereichen im Tiefbau, insbesondere im Tunnel- und Kanalbau, bei welchem eine
Injektionslanze gesetzt und über diese eine zementhaltige Substanz in den betreffenden
Bodenbereichen injiziert wird.
Es ist bekannt, über Lanzen, welche in eine zuvor erzeugte Bohrung eingeführt
werden, Zementmilch in zu verfestigende oder abzudichtende Bodenbereiche zu
injizieren. Dieses Verfahren stößt dann auf Schwierigkeiten, wenn die abzudichtenden
oder zu verfestigenden Bodenbereiche in starkem Maße Wasser führen, oder wenn, ggf.
bei stärkerer Wasserführung, die Bodenbereiche eine starke Porosität aufweisen. In
diesen Fällen wird die Zementmilch, bevor eine Aushärtung erfolgen kann, stark
verdünnt und ausgewaschen. Es ergibt sich dann nicht nur ein außerordentlich großer
Materialverbrauch, sondern auch in vielen Fällen unzureichende oder manchmal sogar
ganz ausbleibende Abdichtungen oder Verfestigungen.
Ferner ist es seit geraumer Zeit bekannt, mittels Polyurethan-Hydrogelen, welche
injiziert werden, Hohlräume unter Erzeugung einer wasserundurchlässigen Membrane
abzudichten, somit also eine Abdichtung von Beton und Mauerwerk, von undichten
Bodenkonstruktionen und auch von undichten Leitungen vorzunehmen. Polyurethan-Hydrogele
gelieren aus den Ausgangsstoffen je nach Menge des zugesetzten Wassers in
Sekundenschnelle. Die Anwendung solcher Polyurethan-Hydrogele im Tiefbau ist
bisher, vermutlich wegen dieser kurzen Abbindungs- oder Gelierzeiten, nicht erfolgt.
Zum Stande der Technik seien auch noch die folgenden Durchschriften genannt:
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren der eingangs
definierten Art so auszugestalten, daß im Tiefbau bei starker Wasserführung der zu
behandelnden Bodenbereiche zuverlässige Abdichtungs- und/oder Verfestigungsergebnisse
erzielt werden, wobei der Materialeinsatz gegenüber dem vergleichbaren
Verfahren, bei welchem Zementmilch injiziert wird, vergleichsweise niedrig ist. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hier angegebenen
Verfahrens sind Gegenstand der im Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es stellen dar:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Ausübung des hier angegebenen Verfahrens in einer Situation zur Verfestigung und Abdichtung eines Bodenbereiches in der Nähe eines herzustellenden Tunnels,
- Fig. 2
- eine schematische Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Situation, in welcher der Bodenbereich unter einem Gewässer abgedichtet werden soll, und
- Fig. 3
- eine schematische Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Situation, in welcher ein Bodenbereich nahe dem unteren Ende einer Spundwand abgedichtet oder verfestigt werden soll.
In Fig. 1 ist ein Vorrat von Polyurethan-Hydrogel mit 1 bezeichnet. Ein Vorrat
von Zement ist bei 2 angedeutet. Über eine Dosier- und Mischeinrichtung 3 gelangt ein
Gemisch von Polyurethan-Hydrogel und Zement zu einer in Fig. 1 nicht dargestellten
Förderpresse, welche die von der Misch- und Dosiereinrichtung 3 erzeugte Mischung
vorbestimmter Zusammensetzung, vorzugsweise im Verhältnis von ein Teil Poyurethan-Hydrogel
zu 1 bis 5 Teilen Zementpulver, in eine Lanze 4 preßt, die in eine zuvor in den
Boden 5 eingebrachte Bohrung eingeschoben worden ist.
Es sei hier angemerkt, daß die Bearbeitungstiefen der hier betrachteten Art in
einem Bereich von 20 m bis 150 m liegen können.
In der Lanze ist ein Wasserleitungsrohr 6 vom Lanzeneingang 7 aus bis zu den
Lanzenöffnungen 8 geführt. Über dieses Wasserleitungsrohr 6 wird von einer Pumpe 9
Wasser nach abwärts bis auf die Tiefe des zu behandelnden Bodenbereiches gefördert,
derart, daß erst im Bereich des unteren Lanzenendes das zuvor von der Misch- und
Dosiereinrichtung 3 erzeugte Gemisch aus Polyurethan-Hydrogel und Zement mit
Wasser in Berührung kommt, und dann die schnell aushärtende, zu injizierende
Substanz ergibt.
Die von der Presse geförderte Mischung der Misch- und Dosiereinrichtung 3 und
das von der Pumpe 9 geförderte Wasser aus der Leitung 6 stehen am unteren
Lanzenende im Bereich der Lanzenöffnungen 8 unter einem Druck von 80 bar bis
2500 bar je nach Anwendungsfall und auch je nach der Arbeitstiefe H.
Es zeigt sich, daß die Wasserzugabe erst am unteren Lanzenende die Verarbeitung
von einem Gemisch aus Polyurethan-Hydrogel und Zement trotz Gelierzeiten des
Polyurethan-Hydrogels innerhalb von Sekunden ermöglicht, wobei aber durch weiter
erhöhte Wasserzugaben auch längere Gelierzeiten eingestellt werden können und wobei
ferner das Mischungsverhältnis von Polyurethan-Hydrogel und Zement, bestimmt durch
die Misch- und Dosiereinrichtung 3, je nach Abdichtungs- und/oder
Verfestigungsaufgabe gewählt wird, wobei größere Zementgehalte bei starker
Flüssigkeitsführung in dem zu behandelnden Bodenbereich gewählt werden und
geringere Zementgehalte gewählt werden können, wenn der zu behandelnde
Bodenbereich feinkörnig oder feinporig ist.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform, welche in bestimmten Fällen
zweckmäßig ist, wird von dem Vorrat 1 ein Polyurethan-Hydrogel und von dem
Vorrat 2 ein Zement-Wassergemisch zugeführt, so daß die gebildete Mischung vom
Ausgang der Misch- und Dosiereinrichtung 3 stärker flüssigen Charakter hat, aber es
aufgrund starken Wassermangels nicht zu einer vollständigen Ausgelierung kommt.
Diese Mischung wird dem unteren Ende der Lanze 4 zugefördert und dann mit der für
die Ausgelierung erforderlichen Wassermenge versetzt.
Bei dem zuerst beschriebenen Verfahren und auch bei dem für bestimmte
Anwendungsfälle zweckmäßigen abgewandelten Verfahren kann die Wasserzugabe
entweder über die Leitung 6 mittels der Pumpe 9 mit eingestellter Mengenzuförderung
und eingestelltem Druck vorgenommen werden, oder aber die Wasserzugabe erfolgt
durch den zu behandelnden Bodenbereich selbst, wenn dieser Bodenbereich ausreichend
Wasser führt.
Bedeutsam ist bei dem hier angegebenen Verfahren jedenfalls, daß das
Polyurethan-Hydrogel oder ein noch nicht ganz ausgeliertes Polyurethan-Hydrogel in
solcher Weise zusammen mit dem zugegebenen Zement zum unteren Lanzenende
gelangt, daß von dem Zeitpunkt der Injektion über die Lanzenöffnungen 8 ab das
vollständige Ausgelieren in einer Zeit erfolgt, die eine ausreichende Injektion des zu
behandelnden Bodenbereiches ermöglicht. Die Ausgelierzeit wird ausreichend kurz
gewählt, um zu verhindern, daß in dem Bodenbereich geführtes Wasser die
Injektionssubstanz auswäscht. Das Polyurethan-Hydrogel hält somit auch den Zement in
dem zu behandelnden Bodenbereich fest und gibt ihm die notwendige Zeit, seinerseits
mit dem Wasser zu reagieren und auszuhärten.
Beim Abdichten und/oder Verfestigen von Bodenbereichen in größerer Tiefe wird
zuvor bei der Herstellung der Bohrung für die Lanze 4 zweckmäßig ein Bohrkern
gewonnen, welcher Aufschluß über die Beschaffenheit der einzelnen Bodenschichten
gibt. Sollen Bodenschichten unterschiedlicher Beschaffenheit und unterschiedlicher
Wasserführung abgedichtet und/oder verfestigt werden, so kann mit der Behandlung der
am tiefsten gelegenen Bodenbereiche begonnen werden und die Lanze kann stufenweise
nach Verfestigung eines Bodenbereiches in höher gelegene Bodenbereiche hochgezogen
werden. Dabei wird die Dosier- und Mischeinrichtung jeweils so gesteuert, daß das
Mischungsverhältnis von Polyurethan-Hydrogel und ggf. die Zugabe von Wasser über
die Leitung 6 an die jeweilige Beschaffenheit der behandelnden Bodenbereiche in den
einzelnen Bodenschichten angepaßt wird.
Bei bestimmten Abdichtungs- und/oder Verfestigungsarbeiten in größerer Tiefe
kann es vorkommen, daß das Polyurethan-Hydrogel innerhalb und außerhalb des
Lanzenrohres schon vor dem Abschluß der Arbeiten in beträchtlichem Maße
abgebunden hat. In solchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Lanze nach Gebrauch
mindestens abschnittsweise im Boden zu belassen, da unter Umständen die Reinigung
der Lanze und das Zurückziehen aus dem verfestigten Bodenbereich zu aufwendig ist.
Fig. 2 zeigt ein Gewässer 10 über einem Gewässerboden 11. Von einem
Ponton 12 aus wird eine Anzahl von Lanzen 4 durch das Gewässervolumen in den
Gewässerboden 11 eingebracht und der Gewässerboden wird durch Injizieren einer
Polyurethan-Hydrogel-Zementmischung abgedichtet. Das Abdichten kann auch mittels
einer einzelnen Lanze erfolgen, die den Gewässerboden in bestimmter Tiefe nach einem
bestimmten Raster behandelt.
Gemäß dem in Fig. 3 angedeuteten Beispiel eines Einsatzes des Verfahrens der
hier angegebenen Art wird das untere Ende der Lanze 4 durch eine Bohrung 13 nahe
dem unteren Ende einer Spundwand 14 geführt, um eine stark wasserführende Schicht
hinter der Spundwand in der hier angegeben Weise abzudichten und zu verfestigen.
Der Fachmann erkennt, daß die hier gezeigten Fälle nur als Beispiele zu verstehen
sind und eine Vielzahl anderer Situationen im Spezialtiefbau Gelegenheit zum
vorteilhaften Einsatz des vorliegenden Verfahrens geben.
Bedeutsam ist, daß die zu injizierende zementhaltige Substanz in ihren
Bestandteilen in solcher Weise zu den Lanzenöffnungen transportiert wird, daß nicht die
in Zeiträumen von einigen Sekunden bis zu wenigen Minuten aushärtende oder
gelierende Injektionsflüssigkeit bereits auf einem Weg durch die Lanze 4 in der
Größenordnung von beispielsweise 10 m bis 150 m aushärtet oder ausgeliert und
dadurch eine weitere Injektion in den zu behandelnden Bodenbereich hinein unmöglich
macht.
Es sei jedoch angemerkt, daß die Injektionssubsstanz gesundheitlich unbedenklich
ist und keinerlei Trinkwasser- oder Grundwassergefährdung eintritt.
Claims (4)
- Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung von Bodenbereichen im Tiefbau, insbesondere im Tunnel- und Kanalbau, bei welchen eine Injektionslanze (4) gesetzt und über diese eine zementhaltige Substanz in den betreffenden Bodenbereich injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Lanzeneingang (7) eine Mischung aus einem Polyurethan-Hydrogel einerseits und Zementpulver oder einem Zement-Wasser-Gemisch andererseits gebildet wird, diese Mischung, welche jedenfalls nicht ausgelierfähig ist, dann über die Lanze (4) zu den Lanzenöffnungen (8) gepreßt und dort zu der zu injizierenden zementhaltigen Substanz mit Wasser gemischt wird, welches entweder über eine gesonderte Wasserleitung (6) vom Lanzeneingang (7) her über die Lanze zugefördert wird oder im zu behandelnden Bodenbereich zur Verfügung steht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ein Teil Polyurethan-Hydrogel und 1 bis 5 Teile Zement enthält.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lanzenpreßdruck 80 bar bis 2500 bar beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (4) nach Gebrauch mindestens abschnittsweise im Boden belassen wird.
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