EP1995407A2 - Method for consolidating and/or sealing loose geological formations in the process of geotechnical construction - Google Patents
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- EP1995407A2 EP1995407A2 EP08004648A EP08004648A EP1995407A2 EP 1995407 A2 EP1995407 A2 EP 1995407A2 EP 08004648 A EP08004648 A EP 08004648A EP 08004648 A EP08004648 A EP 08004648A EP 1995407 A2 EP1995407 A2 EP 1995407A2
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- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
- E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
Definitions
- the invention relates to a method for solidifying or stabilizing and / or sealing looser geological formations in the course of geotechnical construction measures, in particular for the production of a tunnel and / or diaphragm wall, preferably for use in liquid-supported machinellen tunneling and trench wall method, which essentially consists of a clay mineral suspension and a pore filler existing support medium is supplied to a work area or a respective slot.
- the penetration depth of the clay mineral suspension essentially depends on the pore space, the pore size of the geological formation and on the yield point of the clay mineral suspension. If the corresponding formation is very permeable, it either has large pores or a high number of pores, or both come together.
- the invention is based on the technical problem of further developing such a method so that the reliability increases, the regeneration of the support medium is facilitated and overall the costs are reduced.
- the invention proposes in a generic method for solidification or stabilization and / or sealing looser geological formations in the course of geotechnical construction measures that the clay mineral suspension is added to a swellable soluble clay mineral granules as Poren hypollstoff.
- the invention thus relies on a special pore filler, namely a swellable clay mineral granules, which is also soluble in the associated suspension liquid. That is, in the suspension liquid are not only the very fine solid clay mineral particles forming the suspension, but also the clay mineral granules. All three of the aforementioned ingredients (suspension liquid, fine clay mineral powder or fine solid clay mineral particles and clay mineral granules) form a total of the support medium which is supplied to the work area. This work area is usually, and not limited to, the so-called working face in liquid mechanical tunneling.
- the clay mineral granules are soluble in the suspension liquid, measures must be taken that the clay mineral granules in the work area nevertheless fulfills its primary function, namely to clog pores in the loose or stabilizing loose geological formation.
- This is preferably achieved by the invention in that the clay mineral granules are added to the clay mineral suspension at a predetermined (short) time before reaching the working area. In this case, the time in question is so dimensioned that the clay mineral granules of the suspension liquid has not or almost not been dissolved. As a consequence of this, the clay mineral granules are available in the working area with the grain size predetermined at the time of admixture with the clay mineral suspension.
- the invention recommends at this point a grain of Tonmineralgranulates with particle sizes or diameters of more than half a millimeter up to about 20 millimeters.
- a particle size range between 1 millimeter and 16 millimeters is covered, depending on how the loose geological formation to be consolidated or sealed is designed or depending on the observed or measured pore size in the working area.
- the pore size of the relevant geological formation is either known or can be determined prior to introduction of the support medium.
- the clay mineral granules are then selected with regard to their grain size.
- the grain size of the clay mineral granules is usually adjusted so that at least 70%, usually more than 80% and preferably at least 90% of the pores of the loose geological formation of the clay mineral granules or its grains are clogged.
- 20 millimeters in diameter have proven to be the upper limit for the grain size.
- the support medium is in fact preferably reprocessed by discharging any soil constituents and / or individual grains of the clay mineral granules which have not or not completely dissolved in the course of the processing of the support medium.
- the reprocessing provides that suspension medium and / or the clay mineral granules and / or the clay mineral are added as a clay mineral powder as needed to the support medium.
- the invention is therefore based on the fact that the clay mineral granules dissolve advantageously during its processing in the work area and / or the return transport wholly or partially in the clay mineral suspension, thus no problems in the reprocessing or in a regeneration plant leads. That is, any existing sieves there can not clog, overflow and it does not come to foam.
- the grain size can be varied by changing the timing of adding the clay mineral granules to the clay mineral suspension. If this time is well before the work area is reached, it is to be expected that the original grain size has been changed (reduced) by, for example, swelling or dissolving. On the other hand, if the addition is made shortly before reaching the working range, practically no change in the grain size is observed.
- the time of addition of Tonmineralgranulates the clay mineral suspension can be changed to that undergoes a predictable reduction in diameter during transport to the work area, the grain size.
- the clay mineral granules after its processing and the return transport for the reprocessing of the support medium has a grain size which is in the range of fine clay mineral particles of the clay mineral suspension.
- start a liquid-based tunneling with a conventional amount of fresh clay mineral suspension and can be maintained only by adding clay granules and suspension liquid. That is, the addition of the clay mineral granules and the suspension liquid compensates for losses incurred, while maintaining the rheologically necessary properties at the same time.
- both the clay mineral suspension and the clay mineral granules can be produced from a respective matching clay mineral.
- the invention does not exclude that the support medium to optimize its stability and the rheological properties of other mineral or organic additives are added.
- a supporting medium is always provided within the scope of the invention, which is preferably used for producing a tunnel and / or trench wall or in the course of a mechanical tunneling or in the slot wall technique and in the working area or slot the existing pores in the geological formation or Clogged reliably in a soil.
- the pore size of the soil is first determined and, depending thereon, the grain size of the clay mineral granules is selected and added to the clay mineral suspension.
- the time of adding the clay mineral granules to the clay mineral suspension can be specified, if this time can be changed.
- Unused and dissolved soil granules are transported away together with the clay mineral suspension and any soil components or a Bodenaushub for regeneration of the work area.
- the clay mineral granules dissolves completely or almost completely by the mechanical stress in the work area and during transport and is not separated out of the support medium in the subsequent regeneration of the mixture of the support medium and the soil components or the excavated soil.
- the clay mineral granules dissolved in the suspension liquid have approximately the same rheological properties as the clay mineral suspension, the clay mineral granules dissolved in the suspension liquid ensure that the already used and reprocessed clay mineral suspension is supported in its stability and its reological quality.
- the support medium is not overly thickened by any enrichment with the clay mineral granules and impaired in its flowability, the recycled support medium can be added depending on its viscosity additionally suspension liquid for dilution and impaired in its flowability, the re-prepared support medium depending on his Viscosity in addition to be added suspension liquid for dilution.
- This suspension liquid is usually water.
- the addition of fresh clay mineral suspension may be partially or completely omitted. Any problems occurring in the prior art when regenerating the supporting medium in connection with the soil constituents or the soil excavation do not occur. Here are the main benefits.
- Fig. 1 is a tunnel boring machine shown in its basic structure, with the help of a first slot 1 according to the Fig. 2 is generated along the planned tunnel circumference.
- the tunnel boring machine has a Schlitzgrabvorraum 2, which generates the aforementioned slot 1 and produces a support layer 3.
- the Schlitzgrabvorraum 2 is formed Mating-Celler's Archimetics
- a tool 4 for the removal of material which may be one or more cutting wheels. These cutting wheels rotate about an axis A and solve the lying before them rock or soil out of the composite.
- a support medium is supplied to in the in Fig. 2 shown working area 6 and the working face 6 to produce the support layer 3.
- the support medium is a mixture of a clay mineral suspension and a pore filler in which a swellable, soluble clay mineral granulate is used.
- the support medium is pumped via several openings on the tool 4 and the associated cutting wheels directly into or to the working face 6.
- the supply line 5 opens into a chamber 7, in which the support medium with dissolved out material, in this case loose soil or rock, mixed. Via a discharge line 8, this mixture is then removed from the support medium and any soil components and fed to a merely indicated regeneration plant 9.
- a removal device 10 is still connected, by means of which the material removed from the tool 4 can be removed from the area of the tool 4. Overall, however, the removal device 10 represents only one option.
- an air chamber may be provided in the rear part of the chamber 7.
- an air bubble forms in the chamber 7, which is kept at a certain overpressure. This overpressure propagates via the support medium located in the chamber 7 to the geological formation to be processed.
- the mixture of the support medium and the soil components is reprocessed in such a way that the soil components are usually sieved out and the remaining support medium is conveyed again via the supply line 5 into the chamber 7.
- the support medium has as pore filler on a swellable and soluble clay mineral granules, which has a grain size of more than 0.5 millimeters. So that the mixture of the soil components and the support medium remains unchanged flowable and can still be supplied to the regeneration plant 9, the grain size of the clay mineral granules is limited to 20 millimeters usually.
- the clay mineral granules are metered into the supply line 5 just before the chamber 7 at a time T and taken by the guided here Tonmineralsuspension in the chamber 7.
- the time T of this admixture or addition of the clay mineral granules to the clay mineral suspension is fixed or predetermined and corresponds to a time until the support medium in question has reached the working area or the working face 6.
- This period of time or the time T of admixture of the clay mineral granules is so dimensioned that the clay mineral granules in the suspension liquid has not been or almost not dissolved.
- the time T can also vary.
- the individual grains of the clay mineral granules can be selectively dissolved to provide a certain desired grain size spectrum available and / or replace part of the clay mineral suspension by the loosened clay mineral granules or add to the clay mineral suspension to achieve certain rheological properties.
- the grain size of the clay mineral granules is determined depending on the pore size of the loose geological formation to be solidified or sealed. For example, the design may be such that the grains of the clay mineral granules are formed greater than 90% of the pores of the geological formation in question. This can ensure that the vast majority of the pores in question are clogged by the clay mineral granules in the support medium. Of course, an upper limit of 80% or even 70% of the pore size can be thought of and is encompassed by the invention.
- the maximum grain size to be processed which is ultimately determined by the regeneration system 9, must be taken into account. Because if one or more of the clay mineral granules are not or not completely dissolved in the working area 6 or during their return through the discharge line 8 to the regeneration system 9, it should nevertheless be ensured that any screens or filters in the regeneration system 9 are not blocked. This is usually achieved when the grain size of the clay mineral granules does not exceed 20 millimeters, and preferably 16 millimeters.
- the rheology of the support medium that is, its flow behavior, particularly advantageous in the case influenced that the clay mineral suspension and the clay mineral granules each have a matching clay mineral or have been prepared from a matching clay mineral or a respective matching clay mineral mixture.
- the invention recommends recourse to a three-layer mineral or the mixture of several three-layer minerals, each with intracrystalline swelling capacity.
- smectites and here preferably bentonites are used. These have the desired swelling capability to to solidify and / or seal the loose geological formation and are at the same time soluble in the suspension liquid, preferably water.
- the particularly advantageously used bentonites for the clay mineral suspension and / or the pore filler is preferably a soda-activated calcium bentonite. Because of its agregated structure, such a bentonite forms a high yield point even at low concentrations in suspensions. At the same time, its viscosity is lower and the tiksotropic behavior more favorable than with natural sodium bentonite. Consequently, the described soda-activated calcium bentonite is particularly suitable for the described application.
- a dense filter cake forms rapidly and prevents further penetration of the suspension.
- the high yield strength observed with soda-activated calcium bentonite also has a positive effect because it limits the penetration of the suspension into the geological formation to be consolidated or stabilized, after which the filter cake has formed.
- the time T of admixture of the clay mineral granules to the clay mineral suspension can be varied. This is achieved by the invention, for example, in that 5 different openings for introducing the Tonmineralgranulates be provided in the longitudinal direction of the supply line.
- the addition of suspension liquid or water can also be changed in order to dissolve or dissolve the clay mineral granules.
- the various parameters such as grain size of Tonmineralgranulates, fluidity of Tonmineralsuspension, content of suspension liquid, etc. can be detected and fed to a control unit for processing , The control unit then regulates the supply of clay mineral granules, its grain size, the time T of admixture, the addition of suspension liquid, etc.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung bzw. Stabilisierung und/oder Abdichtung lockerer geologischer Formationen im Zuge von geotechnischen Baumaßnahmen, insbesondere zur Herstellung einer Tunnel- und/oder Schlitzwand, vorzugsweise zum Einsatz im flüssigkeitsgestützten machinellen Tunnelvortrieb und bei Schlitzwandverfahren, wonach ein im Wesentlichen aus einer Tonmineralsuspension und einem Porenfüllstoff bestehendes Stützmedium einem Arbeitsbereich oder einem jeweiligen Schlitz zugeführt wird.The invention relates to a method for solidifying or stabilizing and / or sealing looser geological formations in the course of geotechnical construction measures, in particular for the production of a tunnel and / or diaphragm wall, preferably for use in liquid-supported machinellen tunneling and trench wall method, which essentially consists of a clay mineral suspension and a pore filler existing support medium is supplied to a work area or a respective slot.
Solche Verfahren sind aus der Praxis bekannt und werden beispielsweise beim maschinellen flüssigkeitsgestützten Tunnelvortrieb eingesetzt, und zwar sowohl für Vertikal- als auch Horizontalbohrungen. Darüber hinaus kommen solche Verfahren beim Einbringen von Schlitzwänden zum Einsatz, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Dichtwandmassen genutzt werden. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die
Darüber hinaus kennt man durch die
Ähnliches beschreibt die Dissertation von
Der Stand der Technik kann nicht rundweg befriedigen. So kommt es bei Anwendung der beschriebenen geotechnischen Baumaßnahmen, das heißt insbesondere beim flüssigkeitsgestützten maschinellen Tunnelvortrieb, in der Schlitzwandtechnik sowie gegebenenfalls der Bohrtechnik in lockeren geologischen Formationen bzw. grobkörnigen Böden dazu, dass infolge deren hoher Wasserdurchlässigkeit die Tonmineralsuspension hohen Verlusten unterliegt. Das ist wirtschaftlich kaum tragbar, weil beispielsweise beim Tunnelvortrieb ständig Tonmineralsuspension zugeführt werden muss. Im Übrigen führt das Einbringen der Tonmineralsuspension in den Böden dazu, dass die Stützwirkung gegebenenfalls nicht mehr ausreicht, so dass sich Sicherheitsprobleme ergeben.The state of the art can not completely satisfy. Thus, when using the described geotechnical construction measures, that is, in particular in the case of liquid-supported mechanical tunneling, in the slot wall technology and possibly the drilling technique in loose geological formations or coarse-grained soils, the clay mineral suspension is subject to high losses as a result of its high water permeability. This is economically hardly feasible, because, for example, when tunneling constantly clay mineral suspension must be supplied. Incidentally, the introduction of the clay mineral suspension in the soil causes the supporting effect may no longer be sufficient, so that there are security problems.
Um ein Eindringen der Suspension zu minimieren, sind deren rheologische Eigenschaften von großer Relevanz, also einfach ausgedrückt ihr Fließverhalten. Dabei hängt die Eindringtiefe der Tonmineralsuspension im Wesentlichen vom Porenraum, der Porengröße der geologischen Formation und von der Fließgrenze der Tonmineralsuspension ab. Ist die entsprechende Formation sehr stark durchlässig, verfügt sie entweder über große Poren oder eine hohe Anzahl von Poren oder es kommt beides zusammen.In order to minimize the penetration of the suspension, their rheological properties are of great relevance, in other words their flow behavior. The penetration depth of the clay mineral suspension essentially depends on the pore space, the pore size of the geological formation and on the yield point of the clay mineral suspension. If the corresponding formation is very permeable, it either has large pores or a high number of pores, or both come together.
Bei kleinen Poren kann das Eindringen durch die Fließgrenze der Suspension begrenzt werden, bei großen Poren ist dies technisch nicht mehr möglich. Denn dazu müsste die Suspension pastös sein, lässt sich folglich dann nicht mehr abpumpen, wiederaufbereiten und im Kreislauf führen, wie dies im Allgemeinen bei Tunnelvortriebsmaschinen verfolgt wird (vgl.
Hier ergibt sich jedoch das Problem, dass die Porenfüllstoffe bei der Wiederaufbereitung des Stützmediums, also der Mischung aus der Tonmineralsuspension und dem Porenfüllstoff, zusammen mit etwaigen Bodenbestandteilen ausgeschleust werden müssen. Das kann durch beispielsweise Sieben und/ oder Filtern geschehen. Bei dieser Regenerierung ist der Porenfüllstoff verloren und muss zusammen mit den Bodenbestandteilen bzw. dem Bodenaushub abtransportiert und entsorgt werden.Here, however, there is the problem that the pore fillers in the reprocessing of the support medium, so the mixture of the clay mineral suspension and the pore filler, must be discharged together with any soil components. This can be done by, for example, screening and / or filtering. In this regeneration of the pore filler is lost and must be transported together with the soil components or the excavated soil and disposed of.
Das führt nicht nur zu erhöhten Kosten beim Abtransport und der Entsorgung, sondern erfordert auch einen ständigen Nachschub des sich verbrauchenden Porenfüllstoffes. Ganz abgesehen davon, können Regenerierungsanlagen durch beispielsweise Sägespäne oder Papierschnitzel verstopft werden, sind also gegebenenfalls in ihrer Funktion beeinträchtigt. Gerade bei Tunnelvortrieben mit großen Durchmessern kann der letztgenannte Aspekt zu erheblichen Problemen führen, da die Leistung einer zugehörigen Regenerierungsanlage die Vortriebsleistung begrenzt. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.This not only leads to increased costs for removal and disposal, but also requires a constant supply of consuming pore filler. Quite apart from regeneration plants can be clogged by, for example, sawdust or shredded paper, so are possibly impaired in their function. Especially with large diameter tunneling, the latter aspect can lead to significant problems because the performance of an associated regeneration plant limits propulsion performance. - Here the invention aims to provide a total remedy.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren so weiter zu entwickeln, dass die Funktionssicherheit erhöht, die Regenerierung des Stützmediums erleichtert ist und insgesamt die Kosten verringert sind.The invention is based on the technical problem of further developing such a method so that the reliability increases, the regeneration of the support medium is facilitated and overall the costs are reduced.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Verfestigung bzw. Stabilisierung und/oder Abdichtung lockerer geologischer Formationen im Zuge von geotechnischen Baumaßnahmen vor, dass der Tonmineralsuspension ein quellfähiges lösliches Tonmineralgranulat als Porenfüllstoff hinzugefügt wird.To solve this technical problem, the invention proposes in a generic method for solidification or stabilization and / or sealing looser geological formations in the course of geotechnical construction measures that the clay mineral suspension is added to a swellable soluble clay mineral granules as Porenfüllstoff.
Die Erfindung greift also auf einen speziellen Porenfüllstoff zurück, nämlich ein quellfähiges Tonmineralgranulat, welches zudem in der zugehörigen Suspensionsflüssigkeit löslich ist. Das heißt, in der Suspensionsflüssigkeit befinden sich nicht nur die die Suspension bildenden sehr feinen festen Tonmineralteilchen, sondern zudem das Tonmineralgranulat. Sämtliche drei vorerwähnten Bestandteile (Suspensionsflüssigkeit, feines Tonmineralpulver bzw. feine feste Tonmineralteilchen und Tonmineralgranulat) bilden insgesamt das Stützmedium, welches dem Arbeitsbereich zugeführt wird. Bei diesem Arbeitsbereich handelt es sich in der Regel und nicht einschränkend um die so genannte Ortsbrust beim flüssigkeitsgestützten maschinellen Tunnelvortrieb.The invention thus relies on a special pore filler, namely a swellable clay mineral granules, which is also soluble in the associated suspension liquid. That is, in the suspension liquid are not only the very fine solid clay mineral particles forming the suspension, but also the clay mineral granules. All three of the aforementioned ingredients (suspension liquid, fine clay mineral powder or fine solid clay mineral particles and clay mineral granules) form a total of the support medium which is supplied to the work area. This work area is usually, and not limited to, the so-called working face in liquid mechanical tunneling.
Da das Tonmineralgranulat in der Suspensionsflüssigkeit löslich ist, müssen Maßnahmen getroffen werden, dass das Tonmineralgranulat im Arbeitsbereich dennoch seiner primären Aufgabe nachkommt, nämlich in der zu verfestigenden bzw. stabilisierenden lockeren geologischen Formation Poren zu verstopfen. Dies erreicht die Erfindung vorzugsweise dadurch, dass das Tonmineralgranulat der Tonmineralsuspension zu einem vorgegebenen (kurzen) Zeitpunkt vor Erreichen des Arbeitsbereiches beigemengt wird. Dabei ist der fragliche Zeitpunkt so bemessen, dass das Tonmineralgranulat von der Suspensionsflüssigkeit nicht oder nahezu nicht angelöst worden ist. Als Folge hiervon steht das Tonmineralgranulat mit der zum Zeitpunkt der Beimengung zu der Tonmineralsuspension vorgegebenen Körnung im Arbeitsbereich zur Verfügung.Since the clay mineral granules are soluble in the suspension liquid, measures must be taken that the clay mineral granules in the work area nevertheless fulfills its primary function, namely to clog pores in the loose or stabilizing loose geological formation. This is preferably achieved by the invention in that the clay mineral granules are added to the clay mineral suspension at a predetermined (short) time before reaching the working area. In this case, the time in question is so dimensioned that the clay mineral granules of the suspension liquid has not or almost not been dissolved. As a consequence of this, the clay mineral granules are available in the working area with the grain size predetermined at the time of admixture with the clay mineral suspension.
Tatsächlich empfiehlt die Erfindung an dieser Stelle eine Körnung des Tonmineralgranulates mit Korngrößen bzw. Durchmessern von mehr als einem halben Millimeter bis zu ca. 20 Millimeter. Üblicherweise wird ein Korngrößenbereich zwischen 1 Millimeter und 16 Millimetern abgedeckt, je nachdem wie die zu verfestigende bzw. abzudichtende lockere geologische Formation gestaltet ist bzw. in Abhängigkeit von der beobachteten oder gemessenen Porengröße im Arbeitsbereich.In fact, the invention recommends at this point a grain of Tonmineralgranulates with particle sizes or diameters of more than half a millimeter up to about 20 millimeters. Usually, a particle size range between 1 millimeter and 16 millimeters is covered, depending on how the loose geological formation to be consolidated or sealed is designed or depending on the observed or measured pore size in the working area.
Die Porengröße der betreffenden geologischen Formation ist entweder bekannt oder kann vor dem Einbringen des Stützmediums ermittelt werden. Je nach Porengröße der zu verfestigenden bzw. abzudichtenden lockeren geologischen Formation wird dann das Tonmineralgranulat hinsichtlich seiner Körnung ausgewählt. Dabei wird die Korngröße des Tonmineralgranulates üblicherweise so eingestellt, dass wenigstens 70 %, meistens mehr als 80 % und vorzugsweise mindestens 90 % der Poren der lockeren geologischen Formation von dem Tonmineralgranulat bzw. dessen Körnern verstopft werden. Zugleich kommt es darauf an, die Korngröße des Tonmineralgranulates nicht zu groß zu wählen, um die Wiederaufbereitung nicht zu behindern. Hier haben sich 20 Millimeter Durchmesser als Obergrenze für die Korngröße bewährt.The pore size of the relevant geological formation is either known or can be determined prior to introduction of the support medium. Depending on the pore size of the loose geological formation to be consolidated or sealed, the clay mineral granules are then selected with regard to their grain size. The grain size of the clay mineral granules is usually adjusted so that at least 70%, usually more than 80% and preferably at least 90% of the pores of the loose geological formation of the clay mineral granules or its grains are clogged. At the same time it is important not to choose the particle size of the clay mineral granules too large, so as not to hinder the reprocessing. Here, 20 millimeters in diameter have proven to be the upper limit for the grain size.
Tatsächlich wird das Stützmedium nämlich vorzugsweise wiederaufbereitet, indem etwaige Bodenbestandteile und/oder einzelne Körner des Tonmineralgranulates ausgeschleust werden, die sich im Zuge der Verarbeitung des Stützmediums nicht oder nicht vollständig aufgelöst haben. Zugleich sieht die Wiederaufbereitung vor, dass dem Stützmedium je nach Bedarf Suspensionsflüssigkeit und/oder das Tonmineralgranulat und/oder das Tonmineral als Tonmineralpulver hinzugefügt werden. Die Erfindung geht also davon aus, dass sich das Tonmineralgranulat vorteilhaft während seiner Verarbeitung im Arbeitsbereich und/oder beim Rücktransport ganz oder teilweise in der Tonmineralsuspension auflöst, folglich zu keinen Problemen bei der Wiederaufbereitung bzw. in einer Regenerationsanlage führt. Das heißt, etwaige dort vorhandene Siebe können nicht verstopfen, überlaufen und es kommt auch nicht zu Schaumbildung.In fact, the support medium is in fact preferably reprocessed by discharging any soil constituents and / or individual grains of the clay mineral granules which have not or not completely dissolved in the course of the processing of the support medium. At the same time, the reprocessing provides that suspension medium and / or the clay mineral granules and / or the clay mineral are added as a clay mineral powder as needed to the support medium. The invention is therefore based on the fact that the clay mineral granules dissolve advantageously during its processing in the work area and / or the return transport wholly or partially in the clay mineral suspension, thus no problems in the reprocessing or in a regeneration plant leads. That is, any existing sieves there can not clog, overflow and it does not come to foam.
Im Übrigen lässt sich die Korngröße dadurch variieren, dass der Zeitpunkt der Beimengung des Tonmineralgranulates zur Tonmineralsuspension verändert wird. Liegt dieser Zeitpunkt weit vor dem Erreichen des Arbeitsbereiches, so ist damit zu rechnen, dass die ursprüngliche Korngröße durch beispeilsweise Aufquellen oder Auflösen verändert (verringert) wurde. Erfolgt das Beimengen dagegen kurz vor dem Erreichen des Arbeitsbereiches, wird praktisch keine Änderung der Korngröße beobachtet. Je nach der Löslichkeit des Tonmineralgranualtes in der Suspensionsflüssigkeit kann der Zeitpunkt der Beimengung des Tonmineralgranulates zur Tonmineralsuspension zu geändert werden, dass während des Transports zum Arbeitsbereich die Korngröße eine vorhersagbare Durchmesserverringerung erfährt.Incidentally, the grain size can be varied by changing the timing of adding the clay mineral granules to the clay mineral suspension. If this time is well before the work area is reached, it is to be expected that the original grain size has been changed (reduced) by, for example, swelling or dissolving. On the other hand, if the addition is made shortly before reaching the working range, practically no change in the grain size is observed. Depending on the solubility of Tonmineralgranualtes in the suspension liquid, the time of addition of Tonmineralgranulates the clay mineral suspension can be changed to that undergoes a predictable reduction in diameter during transport to the work area, the grain size.
Es ist möglich, dass das Tonmineralgranulat nach seiner Verarbeitung und dem Rücktransport für die Wiederaufbereitung des Stützmediums eine Korngröße aufweist, welche im Bereich der feinen Tonmineralteilchen der Tonmineralsuspension liegt. Dadurch kann beispielsweise ein flüssigkeitsgestützter Tunnelvortrieb mit einer üblichen Menge an frischer Tonmineralsuspension starten und lässt sich lediglich durch Zugabe von Tonmineralgranulat und Suspensionsflüssigkeit aufrechterhalten. Das heißt, die Zugabe des Tonmineralgranulates und der Suspensionsflüssigkeit gleicht entstehende Verluste aus, wobei zugleich die rheologisch notwendigen Eigenschaften aufrechterhalten bleiben.It is possible that the clay mineral granules after its processing and the return transport for the reprocessing of the support medium has a grain size which is in the range of fine clay mineral particles of the clay mineral suspension. As a result, for example, start a liquid-based tunneling with a conventional amount of fresh clay mineral suspension and can be maintained only by adding clay granules and suspension liquid. That is, the addition of the clay mineral granules and the suspension liquid compensates for losses incurred, while maintaining the rheologically necessary properties at the same time.
Hierzu trägt vorteilhaft bei, dass sowohl die Tonmineralsuspension als auch das Tonmineralgranulat aus einem jeweils übereinstimmenden Tonmineral hergestellt werden können. Dadurch lassen sich die rheologischen Eigenschaften einerseits der Tonmineralsuspension und andererseits der Mischung aus der Suspensionsflüssigkeit und dem Tonmineralgranulat aneinander anpassen. Sofern übereinstimmende Tonmineralien eingesetzt werden, sind die rheologischen Eigenschaften praktisch identisch. - Dabei schließt die Erfindung natürlich nicht aus, dass dem Stützmedium zur Optimierung seiner Stabilität und der rheologischen Eigenschaften weitere mineralische oder organische Zusätze beigemengt werden.This advantageously contributes to the fact that both the clay mineral suspension and the clay mineral granules can be produced from a respective matching clay mineral. As a result, the rheological properties on the one hand the clay mineral suspension and on the other hand, the mixture of the Adjust the suspension liquid and the clay mineral granules to each other. If consistent clay minerals are used, the rheological properties are virtually identical. - Of course, the invention does not exclude that the support medium to optimize its stability and the rheological properties of other mineral or organic additives are added.
Immer wird im Rahmen der Erfindung ein Stützmedium zur Verfügung gestellt, welches bevorzugt zur Herstellung einer Tunnel- und/oder Schlitzwand bzw. im Zuge eines maschinellen Tunnelvortriebs oder in der Schlitzwandtechnik eingesetzt wird und im Arbeitsbereich oder Schlitz die dort vorhandenen Poren in der geologischen Formation bzw. in einem Boden zuverlässig verstopft. Dazu wird zunächst die Porengröße des Bodens ermittelt und in Abhängigkeit hiervon die Korngröße des Tonmineralgranulates ausgewählt und der Tonmineralsuspension beigemengt. Außerdem lässt sich der Zeitpunkt der Beimengung des Tonmineralgranulates zu der Tonmineralsuspension vorgeben, sofern dieser Zeitpunkt verändert werden kann.A supporting medium is always provided within the scope of the invention, which is preferably used for producing a tunnel and / or trench wall or in the course of a mechanical tunneling or in the slot wall technique and in the working area or slot the existing pores in the geological formation or Clogged reliably in a soil. For this purpose, the pore size of the soil is first determined and, depending thereon, the grain size of the clay mineral granules is selected and added to the clay mineral suspension. In addition, the time of adding the clay mineral granules to the clay mineral suspension can be specified, if this time can be changed.
Nicht benötigtes und im gelösten Boden befindliches Granulat wird zusammen mit der Tonmineralsuspension und etwaigen Bodenbestandteilen bzw. einem Bodenaushub zur Regenerierung vom Arbeitsbereich wegtransportiert. Dabei löst sich das Tonmineralgranulat durch die mechanische Beanspruchung im Arbeitsbereich und während des Transports vollständig oder nahezu vollständig auf und wird bei der anschließenden Regenerierung der Mischung aus dem Stützmedium und den Bodenbestandteilen bzw. dem Bodenaushub nicht aus dem Stützmedium heraussepariert.Unused and dissolved soil granules are transported away together with the clay mineral suspension and any soil components or a Bodenaushub for regeneration of the work area. In this case, the clay mineral granules dissolves completely or almost completely by the mechanical stress in the work area and during transport and is not separated out of the support medium in the subsequent regeneration of the mixture of the support medium and the soil components or the excavated soil.
Weil das in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Tonmineralgranulat in etwa die gleichen rheologischen Eigenschaften wie die Tonmineralsuspension aufweist, sorgt das in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Tonmineralgranulat dafür, dass die bereits gebrauchte und wiederaufbereitete Tonmineralsuspension in ihrer Stabilität und reologischen Qualität unterstützt wird. Damit das Stützmedium durch eine etwaige Anreicherung mit dem Tonmineralgranulat nicht zu stark verdickt und in seiner Fließfähigkeit beeinträchtigt wird, kann dem wieder aufbereiteten Stützmedium je nach seiner Viskosität zusätzlich Suspensionsflüssigkeit zur Verdünnung hinzugeführt werden und in seiner Fließfähigkeit beeinträchtigt, kann dem wieder baufbereiteten Stützmedium je nach seiner Viskosität zusätzlich Suspensionsflüssigkeit zur Verdünnung hinzugefügt werden. Bei dieser Suspensionsflüssigkeit handelt es sich in der Regel um Wasser.Because the clay mineral granules dissolved in the suspension liquid have approximately the same rheological properties as the clay mineral suspension, the clay mineral granules dissolved in the suspension liquid ensure that the already used and reprocessed clay mineral suspension is supported in its stability and its reological quality. Thus, the support medium is not overly thickened by any enrichment with the clay mineral granules and impaired in its flowability, the recycled support medium can be added depending on its viscosity additionally suspension liquid for dilution and impaired in its flowability, the re-prepared support medium depending on his Viscosity in addition to be added suspension liquid for dilution. This suspension liquid is usually water.
Je nach der Zugabemenge des Tonmineralgranulates zu der Tonmineralsuspension unter Bildung des Stützmediums kann die Zudosierung von frischer Tonmineralsuspension teilweise oder ganz entfallen. Etwaige und im Stand der Technik auftretende Probleme beim Regenerieren des Stützmediums in Verbindung mit den Bodenbestandteilen bzw. dem Bodenaushub treten nicht auf. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.Depending on the addition amount of the clay mineral granules to the clay mineral suspension to form the support medium, the addition of fresh clay mineral suspension may be partially or completely omitted. Any problems occurring in the prior art when regenerating the supporting medium in connection with the soil constituents or the soil excavation do not occur. Here are the main benefits.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
- Fig. 1
- eine Tunnelvortriebsmaschine schematisch und
- Fig. 2
- den Tunnelvortrieb im Bereich seiner Ortsbrust.
- Fig. 1
- a tunnel boring machine schematically and
- Fig. 2
- tunneling in the area of its face.
In der
In der
Über eine Zufuhrleitung 5 wird ein Stützmedium zugeführt, um im in der
Die Zufuhrleitung 5 mündet in eine Kammer 7, in welcher sich das Stützmedium mit herausgelöstem Material, vorliegend lockerem Boden oder Gestein, vermengt. Über eine Abführleitung 8 wird nun dieses Gemenge aus dem Stützmedium und etwaigen Bodenbestandteilen abgeführt und einer lediglich angedeuteten Regenerierungsanlage 9 zugeführt. An die Kammer 7 ist noch eine Entfernungseinrichtung 10 angeschlossen, mit deren Hilfe das vom Werkzeug 4 abgetragene Material aus dem Bereich des Werkzeuges 4 entfernt werden kann. Die Entfernungseinrichtung 10 stellt insgesamt jedoch nur eine Option dar.The
Im hinteren Teil der Kammer 7 kann eine Luftkammer vorgesehen sein. Dabei bildet sich in der Kammer 7 eine Luftblase, welche auf einen bestimmten Überdruck gehalten wird. Dieser Überdruck pflanzt sich über das in der Kammer 7 befindliche Stützmedium auf die zu bearbeitende geologische Formation fort.In the rear part of the
Mit Hilfe der Regenerationsanlage 9 wird das Gemenge aus dem Stützmedium und den Bodenbestandteilen in der Weise wiederaufbereitet, dass die Bodenbestandteile in der Regel herausgesiebt werden und das verbleibende Stützmedium erneut über die Zufuhrleitung 5 in die Kammer 7 befördert wird.With the help of the
Vorteilhaft verfügt das Stützmedium als Porenfüllstoff über ein quellfähiges und lösliches Tonmineralgranulat, welches eine Korngröße von mehr als 0,5 Millimetern aufweist. Damit das Gemenge aus den Bodenbestandteilen und dem Stützmedium unverändert fließfähig bleibt und nach wie vor der Regenerationsanlage 9 zugeführt werden kann, wird die Korngröße des Tonmineralgranulates in der Regel auf 20 Millimeter begrenzt. Das Tonmineralgranulat wird in der Zufuhrleitung 5 kurz vor der Kammer 7 zu einem Zeitpunkt T zudosiert und von der hierin geführten Tonmineralsuspension in die Kammer 7 mitgenommen.Advantageously, the support medium has as pore filler on a swellable and soluble clay mineral granules, which has a grain size of more than 0.5 millimeters. So that the mixture of the soil components and the support medium remains unchanged flowable and can still be supplied to the
Dabei ist der Zeitpunkt T dieser Beimengung bzw. Zudosierung des Tonmineralgranulates zu der Tonmineralsuspension festgelegt bzw. vorgegeben und korrespondiert zu einer Zeitdauer, bis das fragliche Stützmedium den Arbeitsbereich bzw. die Ortsbrust 6 erreicht hat. Diese Zeitdauer bzw. der Zeitpunkt T der Beimengung des Tonmineralgranulates ist so bemessen, dass das Tonmineralgranulat in der Suspensionsflüssigkeit nicht oder nahezu nicht angelöst worden ist. Grundsätzlich lässt sich der Zeitpunkt T auch variieren. Dann können die einzelnen Körner des Tonmineralgranulates gezielt angelöst werden, um ein bestimmtes gewünschtes Korngrößenspektrum zur Verfügung zu stellen und/oder einen Teil der Tonmineralsuspension durch das angelöste Tonmineralgranulat zu ersetzen bzw. der Tonmineralsuspension hinzuzufügen, um bestimmte rheologische Eigenschaften zu erreichen.In this case, the time T of this admixture or addition of the clay mineral granules to the clay mineral suspension is fixed or predetermined and corresponds to a time until the support medium in question has reached the working area or the working face 6. This period of time or the time T of admixture of the clay mineral granules is so dimensioned that the clay mineral granules in the suspension liquid has not been or almost not dissolved. Basically, the time T can also vary. Then, the individual grains of the clay mineral granules can be selectively dissolved to provide a certain desired grain size spectrum available and / or replace part of the clay mineral suspension by the loosened clay mineral granules or add to the clay mineral suspension to achieve certain rheological properties.
Sofern das Tonmineralgranulat in der Suspensionsflüssigkeit nicht oder nahezu nicht angelöst worden ist, wird sichergestellt, dass das Tonmineralgranulat beim Erreichen des Arbeitsbereiches bzw. der Ortsbrust 6 praktisch die gleiche Körnung aufweist, wie zum Zeitpunkt T der Beimengung zu der Tonmineralsuspension in der Zufuhrleitung 5. Die Körnung des Tonmineralgranulates wird in Abhängigkeit von der Porengröße der zu verfestigenden bzw. abzudichtenden lockeren geologischen Formation vorgegeben. Beispielsweise mag die Auslegung so getroffen sein, dass die Körner des Tonmineralgranulates größer als 90 % der Poren der fraglichen geologischen Formation ausgebildet sind. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der weitaus größte Teil der fraglichen Poren durch die Tonmineralgranulate in dem Stützmedium verstopft werden. Selbstverständlich lässt sich auch eine Obergrenze von 80 % oder sogar 70 % der Porengröße denken und wird von der Erfindung umfasst.If the clay mineral granules in the suspension liquid has not been or almost not dissolved, it is ensured that the clay mineral granules in Achieving the working area or the working face 6 has virtually the same grain as at the time T of admixture to the clay mineral suspension in the
Zugleich muss die letztlich von der Regenerationsanlage 9 vorgegebene maximal zu verarbeitende Korngröße Berücksichtigung finden. Denn sofern einzelne oder mehrere der Tonmineralgranulatkörner im Arbeitsbereich 6 bzw. während ihres Rücktransportes durch die Abführleitung 8 zur Regenerationsanlage 9 nicht oder nicht vollständig aufgelöst sind, soll dennoch sichergestellt werden, dass etwaige Siebe oder Filter in der Regenerationsanlage 9 nicht verstopft werden. Das wird meistens erreicht, wenn die Korngröße des Tonmineralgranulates 20 Millimeter und vorzugsweise 16 Millimeter nicht überschreitet.At the same time, the maximum grain size to be processed, which is ultimately determined by the
Im Übrigen wird die Rheologie des Stützmediums, das heißt, sein Fließverhalten, besonders vorteilhaft für den Fall beeinflusst, dass die Tonmineralsuspension und das Tonmineralgranulat auf ein jeweils übereinstimmendes Tonmineral zurückgreifen bzw. aus einem übereinstimmenden Tonmineral oder einer jeweils übereinstimmenden Tonmineralmischung hergestellt worden sind. Als Tonmineral empfiehlt die Erfindung den Rückgriff auf ein Dreischichtmineral oder die Mischung aus mehreren Dreischichtmineralen mit jeweils innerkristalliner Quellfähigkeit. Insbesondere kommen Smektite und hier vorzugsweise Bentonite zum Einsatz. Diese verfügen über die gewünschte Quellfähigkeit, um die lockere geologische Formation zu verfestigen und/oder abzudichten und sind zugleich in der Suspensionsflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, löslich.Incidentally, the rheology of the support medium, that is, its flow behavior, particularly advantageous in the case influenced that the clay mineral suspension and the clay mineral granules each have a matching clay mineral or have been prepared from a matching clay mineral or a respective matching clay mineral mixture. As a clay mineral, the invention recommends recourse to a three-layer mineral or the mixture of several three-layer minerals, each with intracrystalline swelling capacity. In particular, smectites and here preferably bentonites are used. These have the desired swelling capability to to solidify and / or seal the loose geological formation and are at the same time soluble in the suspension liquid, preferably water.
Bei den besonders vorteilhaft eingesetzten Bentoniten für die Tonmineralsuspension und/oder den Porenfüllstoff handelt es sich bevorzugt um einen sodaaktivierten Calciumbentonit. Denn ein solcher Bentonit bildet aufgrund seiner agregierten Struktur schon bei geringen Konzentrationen in Suspensionen eine hohe Fließgrenze aus. Gleichzeitig ist seine Viskosität geringer und das Tiksotropieverhalten günstiger als bei natürlichem Natriumbentonit. Folglich eignet sich der beschriebene sodaaktivierte Calciumbentonit für den beschriebenen Einsatzzweck besonders.The particularly advantageously used bentonites for the clay mineral suspension and / or the pore filler is preferably a soda-activated calcium bentonite. Because of its agregated structure, such a bentonite forms a high yield point even at low concentrations in suspensions. At the same time, its viscosity is lower and the tiksotropic behavior more favorable than with natural sodium bentonite. Consequently, the described soda-activated calcium bentonite is particularly suitable for the described application.
In jedem Fall bildet sich ein dichter Filterkuchen rasch aus und verhindert das weitere Eindringen der Suspension. Insofern wirkt sich auch die bei sodaaktiviertem Calciumbentonit beobachtete hohe Fließgrenze positiv aus, weil sie das Eindringen der Suspension in die zu verfestigende bzw. zu stabilisierende geologische Formation begrenzt, nach dem sich der Filterkuchen gebildet hat.In any case, a dense filter cake forms rapidly and prevents further penetration of the suspension. In this respect, the high yield strength observed with soda-activated calcium bentonite also has a positive effect because it limits the penetration of the suspension into the geological formation to be consolidated or stabilized, after which the filter cake has formed.
Schließlich sei betont, dass sich der Zeitpunkt T der Beimengung des Tonmineralgranulates zur Tonmineralsuspension variieren lässt. Das erreicht die Erfindung beispielsweise dadurch, dass in der Zufuhrleitung 5 verschiedene Öffnungen zum Einbringen des Tonmineralgranulates in Längserstreckung vorgesehen werden. Auch die Zugabe an Suspensionsflüssigkeit bzw. Wasser lässt sich verändern, um das Tonmineralgranulat an- oder aufzulösen. Mit Hilfe von in den Leitungen 5, 8 und/oder der Kammer 7 und/oder in der Regenerationsanlage 9 vorhandenen Sensoren lassen sich die verschiedenen Parameter wie Korngröße des Tonmineralgranulates, Fließfähigkeit der Tonmineralsuspension, Gehalt an Suspensionsflüssigkeit etc. erfassen und einer Steuereinheit zur Verarbeitung zuführen. Die Steuereinheit regelt dann die Zufuhr an Tonmineralgranulat, dessen Korngröße, den Zeitpunkt T der Beimengung, die Zugabe an Suspensionsflüssigkeit usw..Finally, it should be emphasized that the time T of admixture of the clay mineral granules to the clay mineral suspension can be varied. This is achieved by the invention, for example, in that 5 different openings for introducing the Tonmineralgranulates be provided in the longitudinal direction of the supply line. The addition of suspension liquid or water can also be changed in order to dissolve or dissolve the clay mineral granules. With the aid of existing in the
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