WO2015128235A2 - Schaumgenerator für eine erddruckschild-tunnelvortriebsmaschine und verfahren zum konditionieren abgetragenen bodenmaterials als stützmedium für ein erddruckschild - Google Patents

Schaumgenerator für eine erddruckschild-tunnelvortriebsmaschine und verfahren zum konditionieren abgetragenen bodenmaterials als stützmedium für ein erddruckschild Download PDF

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Eugen Kleen
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MC-BAUCHEMIE MÜLLER GmbH & Co. KG
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    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0468—Numerical pressure values

Definitions

  • Foam generator for an earth pressure shield tunnel boring machine and method for conditioning excavated soil material as
  • the invention relates to a foam generator for a
  • Earth pressure shield tunneling machine with a mixing chamber having a first inlet opening for a foamable liquid and a second inlet opening for a gas and a
  • Foam outlet opening one connected to the inlet opening for the foamable liquid
  • a liquid supply device and a gas supply device connected to the inlet port for the gas, wherein the
  • Mixing chamber has a tubular flow chamber, at one end of which the inlet opening for the foamable
  • Foam outlet opening is located, as well as a method for
  • a foam is provided by at least one foam generator with a rohrformigen
  • Flow chamber is provided and the foam generator at one end of a rohrformigen flow chamber, a foamable liquid is supplied, and the emerging at the other end of the tubular flow chamber foam is fed to the excavation chamber and mixed with the removed soil.
  • a surfactant solution is first prepared by mixing water and surfactant, and this surfactant solution is fed to a foam generator where it is mixed with air.
  • the air-surfactant solution mixture is then passed through a flow channel containing contaminants.
  • the bluff bodies comprise arranged transversely to the flow direction
  • the structure and size of the foam bubbles thus produced are more or less random and can not be tailored to the nature of the pending soil.
  • a foam lance is known from the utility model DE 20 2004 015 637 Ul, in which a tubular
  • Foam generator is pressed, wherein beyond the foam generator of the foam formed enters a housing volume and leaves the housing via an outlet opening.
  • the invention is based on the object, a
  • Foam generator or to provide a method of the type mentioned, the or a vote of structure and size of the foam bubbles produced on the nature of the
  • Foam generator for a Erd horrschild tunnel boring machine having the features of claim 1 and a method for
  • Earth pressure shield tunneling machine comprises a mixing chamber, a first inlet opening for a foamable liquid and a second inlet opening for a gas and a
  • Foam outlet opening one connected to the inlet opening for the foamable liquid
  • a liquid supply device and a gas supply device connected to the inlet port for the gas.
  • Outlet can also be such other inlet or
  • the mixing chamber has a rohrformige flow chamber, at one end of which the inlet opening for the foamable liquid and at the other end is the foam outlet opening.
  • This tubular flow chamber basically does not need to have either a constant or a circular cross-section and, moreover, can also be curved.
  • a section of the tubular flow chamber is designed as a gassing section with a gas-permeable porous wall.
  • Flow chamber is surrounded by a pressure chamber.
  • Pressure chamber has the inlet opening for the gas
  • the gas supply device and the liquid supply device are formed so that the pressure of the gas supplied to the pressure chamber can be adjusted so that the pressure is greater than the pressure exerted by the liquid on the gas-permeable porous wall and that a desired ratio of supplied gas to
  • a basic idea of the invention is to provide close-meshed barriers, such as the grids, holding sieves or
  • Liquid supply device designed so that the pressure of the gas supplied to the pressure chamber can be adjusted so that the pressure of 0.5 to 2 bar, preferably 1 to 2 bar, greater than the pressure of the liquid. This allows one
  • the pressure chamber can adjoin the flow chamber on one side; it preferably surrounds or surrounds the
  • the section of the tubular flow chamber designed as a gassing section has a constant flow cross-section.
  • the portion of the tubular flow chamber also has a
  • the section formed as a gassing section is the tubular one
  • the hollow cylinder has a gas-permeable porous wall of constant thickness.
  • the gas supplied is air (i.e., compressed air) and the gas supply device is a compressor.
  • the foamable liquid is a water-surfactant mixture and the liquid supply device comprises a water-surfactant mixing device with which the
  • Amount ratio of water and surfactant can be adjusted.
  • a foam is provided by providing at least one foam generator with a tubular one
  • Flow chamber is provided to the foam generator at one end of a tubular flow chamber, a foamable liquid is supplied, and formed as a Begasungsumble portion of the tubular flow chamber through the gas-permeable porous wall through a in the flow chamber with the foamable liquid under
  • Foaming mixing gas is supplied by a
  • Section encloses, the gas is supplied under a pressure which is greater than the pressure exerted by the liquid on the gas-permeable porous wall pressure. This is - depending on the nature of the removed soil - a
  • Foam generator is provided with a Begasungsumble a predetermined length, a predetermined flow cross-section and a predetermined pore size and density and the ratio of supplied gas is adjusted to supplied liquid, so as to give a desired structure and size of the foam bubbles.
  • the foam exiting the other end of the tubular flow chamber becomes the excavation chamber
  • the gas is supplied to the pressure chamber at a pressure which is 0.5 to 2 bar, preferably 1 to 2 bar, greater than the pressure of the liquid. This allows one
  • the foam of the excavation chamber is supplied at a pressure of 1 to 2 bar greater than the pressure in the
  • Dismantling chamber is. This allows the pressing of desired
  • the foam emerging from the tubular flow chamber is at several injection sites in the Discharge chamber supplied to achieve a desired distribution of the foam.
  • the foam emerging from the tubular flow chamber can be supplied to injection sites on a cutting wheel and to a side of a pressure wall facing the excavation chamber.
  • the tubular flow chamber can be supplied to injection sites on a cutting wheel and to a side of a pressure wall facing the excavation chamber.
  • Conditioning ablated soil material as a support medium for a Erd horrschild a tunnel boring machine is the
  • the solid contains a bentonite powder or granules.
  • Begasungs be arranged fluidically parallel, in which case from the several fluidic parallel
  • gassing a fumigation distance with the selected parameters is selected by the supply of Liquid and gas to the other fumigation routes is blocked.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a schematic longitudinal sectional view of a
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of
  • FIG. 1 shows schematically some of the present
  • a cutting wheel 2 carries with the help of peeling knives and
  • the excavated soil then falls into a mining chamber 3.
  • the excavation chamber 3 is the back of a pressure wall 4 of the
  • Tunneling machine 1 limited.
  • the excavated soil is mixed by means of mixing blades, which are located both on the cutting wheel 2 and on the pressure wall 4, and usually mixed with conditioning agents.
  • the mixture formed in the excavation chamber 3 is then withdrawn by means of a screw conveyor 5 from the excavation chamber 3 and passed to a conveyor belt 6 for removal.
  • the propulsion is controlled by (not shown in Figure 1) hydraulic jacking cylinder, which are supported on the back of a last-built tunnel ring, wherein the tunnel ring composed of Tuebbings mentioned reinforced concrete segments.
  • Naturally grown soils often do not have the geological properties that would be required so that only the excavated soil in the excavation chamber serve as a support medium can. Therefore, conditioning agents are added.
  • Earth pressure shields used. While water, clays and polymers are mainly used for the conditioning of fine-grained soils, with coarse-grained soils, surfactant foams are usually introduced into the soil-filled decomposition chamber 3 in order to condition it.
  • the surfactant foams usually consist of a large proportion of air, a proportion of water and a small amount of a surfactant.
  • FIG. 1 shows a surfactant solution tank 16 to which a surfactant from a reservoir 17 and water are supplied via a line 18.
  • the surfactant solution is fed via a line 15 to a foam generator 14.
  • the foam generator 14 is supplied via a line 19 compressed air.
  • a control device (not shown in FIG. 1) ensures that the surfactants and the water supplied are mixed in a predetermined ratio and supplied to the tank 16 and that the surfactant solution is supplied via the line 15 and the compressed air via the line 19 in a predetermined ratio and be supplied to the foam generator 14 at predetermined pressures.
  • a foam is produced from the surfactant solution and the compressed air, which is then fed via a line 8 to a distributor 9.
  • the distributor 9 distributes the foam via lines 10
  • a control device (not shown in FIG. 1) controls the quantities of foam supplied to the respective injection sites 11, 12 and 13 by a corresponding location of the control valves arranged in the lines.
  • FIG. 1 schematically shows only one foam generator 14.
  • a plurality of foam generators may be provided, which may alternatively be coupled into the flow path and also
  • Injection points may be provided, which allows the parameters of the foams to be different
  • Injection sites are injected, can be adapted to the nature of the mixture at the respective injection sites.
  • the ratio of air and liquid or the size of the foam bubbles, depending on the detected soil quality can be varied until a satisfactory propulsion for the result is achieved.
  • foam generator according to the invention then adjust the desired foam parameters depending on the upcoming soil, such as the foaming rate FER and the foaming rate FER and the foaming rate FER.
  • Foam pore size In addition, it allows the
  • Inventive foam generator 14 that in addition to the fed via line 15 surfactant solution, a solids content, such as a clay (especially bentonite) can be added. This is for example the stabilization of
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of the foam generator 14 according to the invention.
  • a housing consists of two housing shells 20, 21, which are pressed together by means of screw bolts 31, a seal 30 being arranged between the housing halves 20 and 21.
  • the housing half 21 shown in Figure 2 below has an inlet opening 22, in which a surfactant solution can occur.
  • the upper housing shell 20 has a foam outlet opening 24.
  • Inside the Foam generator 14 is between the housing shells 20 and 21, a hollow cylinder 25 with a porous wall 26 arranged such that an end face 27A of the hollow cylinder 25 is tightly against a front wall of the housing shell 21, so that the inflow into the inlet opening 22 surfactant
  • Hollow cylinder 25 enters.
  • the other end face 27B of the hollow cylinder is also tightly connected to an end face of the housing shell 20, so that the foam emerging from the flow chamber 28 completely exits the outlet opening 24.
  • the hollow cylinder 25 can be used with porous wall 26 between the housing shells 20 and 21, so that after assembling and tightening the bolts 31, both the hollow cylinder with its end faces 27A and 27B
  • housing shells are pressed tightly together. Inside the housing shells 20 and 21, a pressure chamber 29 surrounds the
  • This pressure chamber 29 is connected to a
  • Inlet port 23 connected for compressed air. The over the
  • Inlet opening 23 in the pressure chamber 29 incoming compressed air penetrates via the pores of the wall 26 of the hollow cylinder 25 in the flow chamber 28, so that small air bubbles of the flowing through the flow chamber 28 surfactant solution are added. This creates a foam that emerges through the outlet opening 24.
  • the pore size of the foam and the ratio between liquid and air, d. H. thennenCumrate, depend on the one hand by the dimensions of the hollow cylinder and the
  • Foam at the outlet opening 24 should preferably be 1 - 2 bar above the pressure in the excavation chamber 3.
  • the air pressure in the pressure chamber 29 is then between 1 and 2 bar above the Pressure of the surfactant-water mixture at the inlet opening 22. In the usually occurring in the excavation chamber 3 pressures then results in an air pressure in the pressure chamber 29 of 1.5 - 6, 5 bar.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the foam generator 14 shown schematically in FIG.
  • the two housing halves 20 and 21 are held together with six bolts 31 bolts. It can be seen in Figure 3 of the radially flanged to the housing shell 21 nozzle with the air inlet opening 23.
  • a plurality of parallelly arranged hollow cylinders with flow chambers 28 may be arranged in the pressure chamber formed by the housing shells 20, 21. It is also conceivable, conversely, that within a cylindrical flow chamber, which of the
  • Surfactant liquid is flowed through, for example
  • the concentric tube is arranged with a porous wall, wherein the compressed air is supplied to the interior of this tube, so that the air is forced through the porous wall to the outside in the surrounding flow chamber.
  • the porous walls between one or more pressure chambers and one or more flow chambers may be planar plates, the chambers being disposed in parallel adjacent one another.

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Abstract

Ein Schaumgenerator (14) für eine Erddruckschild- Tunnelvortriebsmaschine umfasst eine Mischkammer mit einer ersten Einlassöffnung (22) für eine schäumbare Flüssigkeit und einer zweiten Einlassöffnung (23) für ein Gas sowie einer Schaumaustrittsöffnung (24), eine mit der ersten Einlassöffnung (22) verbundene Flüssigkeitszuführvorrichtung und eine mit der zweiten Einlassöffnung (23) verbundene Gaszuführvorrichtung. Die Mischkammer enthält eine rohrförmige Strömungskammer (28) mit der ersten Einlassöffnung (22) an einem Ende und der Schaumaustrittsöffnung (24) am anderen Ende. Ein Abschnitt der Strömungskammer (28) ist als Begasungsstrecke mit einer gasdurchlässigen porösen Wandung (26) ausgebildet und grenzt an eine die zweite Einlassöffnung (23) aufweisende Druckkammer (29) derart an, dass das durch die zweite Einlassöffnung (23) unter einem Druck zugeführte Gas durch die poröse Wandung (26) in die Strömungskammer (28) eintritt und sich dort mit der Flüssigkeit unter Schaumbildung mischt. Die Gaszuführvorrichtung und die Flüssigkeitszuführvorrichtung sind so ausgebildet, dass der Druck des zugeführten Gases so eingestellt werden kann, dass er größer als der von der Flüssigkeit auf die poröse Wandung (26) ausgeübte Druck ist und dass ein gewünschtes Verhältnis von zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit erzielt wird. Bei einem Verfahren zum Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein Erddruckschild wird abgetragener Boden einer Abbaukammer zugeführt. In Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit wird Schaum bereitgestellt, indem ein Schaumgenerator mit einer Begasungsstrecke einer vorgegebenen Länge, eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts und einer vorgegebenen Porengröße und -dichte bereitgestellt und das Verhältnis von zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit so eingestellt wird, dass sich eine gewünschte Struktur und Größe der Schaumbläschen ergeben. Der austretende Schaum wird der Abbaukammer zugeführt und mit abgetragenem Boden gemischt.

Description

Schaumgenerator für eine Erddruckschild-Tunnelvortriebsmaschine und Verfahren zum Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als
Stützmedium für ein Erddruckschild
Die Erfindung betrifft einen Schaumgenerator für eine
Erddruckschild-Tunnelvortriebsmaschine mit einer Mischkammer, die eine erste Einlassöffnung für eine schäumbare Flüssigkeit und eine zweite Einlassöffnung für ein Gas sowie eine
Schaumaustrittsöffnung aufweist, einer mit der Einlassöffnung für die schäumbare Flüssigkeit verbundenen
Flüssigkeitszuführvorrichtung und einer mit der Einlassöffnung für das Gas verbundenen Gaszuführvorrichtung, wobei die
Mischkammer eine rohrförmige Strömungskammer aufweist, an deren einem Ende sich die Einlassöffnung für die schäumbare
Flüssigkeit und an deren anderem Ende sich die
Schaumaustrittsöffnung befindet, sowie ein Verfahren zum
Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine, bei dem Boden abgetragen und einer Abbaukammer der Tunnelvortriebsmaschine zugeführt wird, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens ein Schaum bereitgestellt wird, indem wenigstens ein Schaumgenerator mit einer rohrformigen
Strömungskammer bereitgestellt wird und dem Schaumgenerator an einem Ende einer rohrformigen Strömungskammer eine schäumbare Flüssigkeit zugeführt wird, und der an dem anderen Ende der rohrformigen Strömungskammer austretende Schaum der Abbaukammer zugeführt und mit dem abgetragenen Boden gemischt wird.
Ein Schaumgenerator für eine Erddruckschild- Tunnelvortriebsmaschine und ein Verfahren zum Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein
Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine sind bekannt aus M. Thewe und C. Budach, „Schildvortrieb mit Erddruckschilden:
Möglichkeit und Grenzen der Konditionierung des Stützmediums", 7. Kolloquium Bauen in Boden und Fels, Technische Akademie
Esslingen, 26.-27.01.2010, S. 171-183. Bei diesen bekannten Schaumgeneratoren wird zunächst eine Tensidlosung durch Mischen von Wasser und Tensid bereitgestellt und diese Tensidlosung einem Schaumgenerator zugeführt und dort mit Luft vermischt. Das Luft-Tensidlösung-Gemisch wird dann durch einen Strömungskanal geleitet, der Störkörper enthält. Die Störkörper umfassen quer zur Strömungsrichtung angeordnete
Gitter und/oder im Strömungsquerschnitt zwischen Haltesieben angeordnete Glaskugeln. Diese Störkörper erzeugen Verwirbelungen und dadurch Schaum, der dann in die Abbaukammer geleitet wird.
Struktur und Größe der so erzeugten Schaumbläschen sind mehr oder weniger zufällig und können nicht auf die Beschaffenheit des anstehenden Bodens abgestimmt werden.
Ferner ist aus dem Gebrauchsmuster DE 20 2004 015 637 Ul eine Schaumlanze bekannt, bei der in einen rohrförmigen
Strömungskanal an einem Ende Druckluft einströmt und ein
flüssiges Schaummittel auf einen quer zur Luftströmung
angeordneten Prallteller aufgespritzt wird, dann das verwirbelte Luft-Schaummittel-Gemisch am anderen Ende des Strömungsrohres durch einen den Strömungskanal überdeckenden porösen
Schaumerzeuger gedrückt wird, wobei jenseits des Schaumerzeugers der gebildete Schaum in ein Gehäusevolumen eintritt und das Gehäuse über eine Austrittsöffnung verlässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Schaumgenerator bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, der bzw. das eine Abstimmung von Struktur und Größe der erzeugten Schaumbläschen auf die Beschaffenheit des
anstehenden Bodens ermöglicht und zugleich eine Beimischung von Zusätzen, wie insbesondere festen Bestandteilen, zu dem
gebildeten Schaum ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Schaumgenerator für eine Erddruckschild-Tunnelvortriebsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum
Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Der erfindungsgemäße Schaumgenerator für eine
Erddruckschild-Tunnelvortriebsmaschine umfasst eine Mischkammer, die eine erste Einlassöffnung für eine schäumbare Flüssigkeit und eine zweite Einlassöffnung für ein Gas sowie eine
Schaumaustrittsöffnung aufweist, eine mit der Einlassöffnung für die schäumbare Flüssigkeit verbundene
Flüssigkeitszuführvorrichtung und eine mit der Einlassöffnung für das Gas verbundene Gaszuführvorrichtung. Zusätzlich zu einer ersten und einer zweiten Einlassöffnung sowie einer
Auslassöffnung können auch weitere solcher Einlass- bzw.
Auslassöffnungen vorgesehen sein. Die Mischkammer weist eine rohrformige Strömungskammer auf, an deren einem Ende sich die Einlassöffnung für die schäumbare Flüssigkeit und an deren anderem Ende sich die Schaumaustrittsöffnung befindet. Diese rohrformige Strömungskammer braucht grundsätzlich weder einen konstanten noch einen kreisförmigen Querschnitt zu haben und kann darüber hinaus auch gekrümmt sein. Ein Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer ist als Begasungsstrecke mit einer gasdurchlässigen porösen Wandung ausgebildet. Der als
Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen
Strömungskammer ist von einer Druckkammer umgeben. Die
Druckkammer weist die Einlassöffnung für das Gas auf und
umschließt den als Begasungsstrecke ausgebildeten Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer derart, dass das durch die
Einlassöffnung unter einem Druck zugeführte Gas durch die gasdurchlässige poröse Wandung in die rohrformige
Strömungskammer eintritt und sich dort mit der schäumbaren
Flüssigkeit unter Schaumbildung mischt. Die Gaszuführvorrichtung und die Flüssigkeitszuführvorrichtung sind so ausgebildet, dass der Druck des der Druckkammer zugeführten Gases so eingestellt werden kann, dass der Druck größer als der von der Flüssigkeit auf die gasdurchlässige poröse Wandung ausgeübte Druck ist und dass ein gewünschtes Verhältnis von zugeführtem Gas zu
zugeführter Flüssigkeit erzielt wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, engmaschige Barrieren, wie sie die Gitter, Haltesiebe oder
Glasperlenpackungen oder der aus dem o.g. Gebrauchsmuster bekannte poröse Schaumerzeuger darstellen, aus dem Strömungsweg zwischen Tensidlösungseintritt und Schaumauslassöffnung herauszuhalten, weil sich solche engmaschigen Barrieren aufgrund von in der Lösung enthaltenen Partikeln zusetzen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Gaszuführvorrichtung und die
Flüssigkeitszuführvorrichtung so ausgebildet, dass der Druck des der Druckkammer zugeführten Gases so eingestellt werden kann, dass der Druck 0,5 bis 2 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar, größer als der Druck der Flüssigkeit ist. Dies gestattet einen
ausreichenden Zutritt von Luft für ein gewünschtes Verhältnis zwischen Schaumvolumenstrom und Flüssigkeitszufuhr, d.h. ein gewünschtes FER (Foam Expansion Ratio) .
Die Druckkammer kann an die Strömungskammer einseitig angrenzen; vorzugsweise umgibt oder umschließt sie die
Strömungskammer teilweise oder vollständig (mit Ausnahme der Einlass- und Auslassöffnung) .
Bei einer Ausführungsform weist der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer einen konstanten Strömungsquerschnitt auf. Vorzugsweise weist der Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer auch einen
kreisförmigen Querschnitt auf. Dies vereinfacht die Herstellung.
Bei einer Ausführungsform des Schaumgenerators ist der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen
Strömungskammer ein sich zwischen der Einlassöffnung für die schäumbare Flüssigkeit und der Schaumaustrittsöffnung
erstreckender Hohlzylinder mit gasdurchlässiger poröser Wandung. Vorzugsweise weist der Hohlzylinder eine gasdurchlässige poröse Wandung konstanter Dicke auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zugeführte Gas Luft (d.h. Druckluft) und umfasst die Gaszuführvorrichtung einen Kompressor. Dabei ist die schäumbare Flüssigkeit ein Wasser- Tensid-Gemisch und die Flüssigkeitszuführvorrichtung umfasst eine Wasser-Tensid-Mischvorrichtung, mit der das
Mengenverhältnis von Wasser und Tensid eingestellt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein
Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine wird Boden
abgetragen und einer Abbaukammer der Tunnelvortriebsmaschine zugeführt. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens wird ein Schaum bereitgestellt, indem wenigstens ein Schaumgenerator mit einer rohrförmigen
Strömungskammer bereitgestellt wird, dem Schaumgenerator an einem Ende einer rohrförmigen Strömungskammer eine schäumbare Flüssigkeit zugeführt wird, und einem als Begasungsstrecke ausgebildeten Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer durch dessen gasdurchlässige poröse Wandung hindurch ein sich in der Strömungskammer mit der schäumbaren Flüssigkeit unter
Schaumbildung mischendes Gas zugeführt wird, indem einer
Druckkammer, die den als Begasungsstrecke ausgebildeten
Abschnitt umschließt, das Gas unter einem Druck zugeführt wird, der größer als der von der Flüssigkeit auf die gasdurchlässige poröse Wandung ausgeübte Druck ist. Dabei wird - in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens - ein
Schaumgenerator mit einer Begasungsstrecke einer vorgegebenen Länge, eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts und einer vorgegebenen Porengröße und -dichte bereitgestellt und wird das Verhältnis von zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit eingestellt, so dass sich eine gewünschte Struktur und Größe der Schaumbläschen ergeben. Der an dem anderen Ende der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum wird der Abbaukammer
zugeführt und mit dem abgetragenen Boden gemischt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gas der Druckkammer unter einem Druck zugeführt, der 0,5 bis 2 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar, größer als der Druck der Flüssigkeit ist. Dies gestattet ein
gewünschtes Verhältnis zwischen Schaumvolumenstrom und
Flüssigkeitszufuhr, d.h. ein gewünschtes FER (Foam Expansion Ratio) .
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schaum der Abbaukammer mit einem Druck zugeführt, der 1 bis 2 bar größer als der Druck in der
Abbaukammer ist. Dies gestattet das Einpressen gewünschter
Schaummengen .
Vorzugsweise wird der aus der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum an mehreren Injektionsstellen in der Abbaukammer zugeführt, um eine gewünschte Verteilung des Schaums zu erzielen. Dabei kann der aus der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum an Injektionsstellen an einem Schneidrad sowie an einer der Abbaukammer zugewandten Seite einer Druckwand zugeführt werden. Zusätzlich kann der aus der rohrförmigen
Strömungskammer austretende Schaum an Injektionsstellen in einer den abgetragenen Boden aus der Abbaukammer fördernden
Förderschnecke zugeführt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zum
Konditionieren abgetragenen Bodenmaterials als Stützmedium für ein Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine wird dem
Schaumgenerator an dem einen Ende der rohrförmigen
Strömungskammer zusammen mit der schäumbaren Flüssigkeit ein Feststoff zugeführt. Vorzugsweise enthält der Feststoff ein Bentonitpulver oder -granulat. Dabei wird der Vorzug einer barrierefreien Durchströmens der Tensidlösung durch den
Strömungskanal ausgenutzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der
Schaumgenerator mit einer Begasungsstrecke einer vorgegebenen Länge, eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts und einer vorgegebenen Porengröße und -dichte in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens bereitgestellt, indem anhand von ausgewählten Parametern des abgetragenen Bodens ein als Begasungsstrecke dienender Hohlzylinder vorgegebenen Länge und vorgegebenen Innenquerschnitts mit einer gasdurchlässigen porösen Wandung vorgegebener Porengröße und -dichte für den Schaumgenerator ausgewählt wird. Dies gestattet eine einfache Anpassung der Schaumzusammensetzung an sich ändernde
Bodenverhältnisse. Die verschieden ausgebildeten, als
Begasungsstrecken dienenden Hohlzylinder können einfach
ausgewechselt werden.
Alternativ können bei einer Ausführungsform mehrere
Begasungsstrecken strömungstechnisch parallel angeordnet sein, wobei dann aus den mehreren strömungstechnisch parallel
angeordneten Begasungsstrecken eine Begasungsstrecke mit den gewählten Parametern ausgewählt wird, indem die Zufuhr von Flüssigkeit und Gas zu den anderen Begasungsstrecken gesperrt wird .
Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Tunnelvortriebsmaschine mit den für die Erfindung wesentlichen Elementen;
Figur 2 eine schematische Längsschnittansicht eines
erfindungsgemäßen Schaumgenerators; und
Figur 3 eine schematische Querschnittansicht des
Schaumgenerators gemäß Figur 2.
Figur 1 zeigt schematisch einige für die vorliegende
Erfindung wesentliche Elemente einer Tunnelvortriebsmaschine 1. Ein Schneidrad 2 trägt mit Hilfe von Schälmessern und
Schneidrollen den Boden an einer Ortsbrust des Tunnels ab. Der abgetragene Boden fällt daraufhin in eine Abbaukammer 3. Die Abbaukammer 3 wird rückseitig von einer Druckwand 4 der
Tunnelvortriebsmaschine 1 begrenzt. In der Abbaukammer 3 wird der abgetragene Boden mit Hilfe von Mischflügeln, die sich sowohl am Schneidrad 2 als auch an der Druckwand 4 befinden, durchmischt und üblicherweise mit Konditionierungsmitteln vermengt. Das in der Abbaukammer 3 gebildete Gemisch wird dann mittels einer Förderschnecke 5 aus der Abbaukammer 3 abgezogen und auf ein Förderband 6 zum Abtransport geleitet. Über die Drehzahl der Förderschnecke 5 werden die aus der Abbaukammer 3 abgeführte Menge und somit der nötige Stützdruck geregelt. Der Vortrieb wird über (in Figur 1 nicht dargestellte) hydraulische Vortriebszylinder geregelt, die sich rückseitig an einem zuletzt errichteten Tunnelring abstützen, wobei sich der Tunnelring aus Tübbings genannten Stahlbetonsegmenten zusammensetzt.
Natürlich gewachsene Böden haben oftmals nicht diejenigen geologischen Eigenschaften, die erforderlich wären, damit allein der abgetragene Boden in der Abbaukammer als Stützmedium dienen kann. Deshalb werden Konditionierungsmittel zugemischt. Gegenwärtig werden Wasser, Tone (unter anderem Bentonit) ,
Polymere und Schäume als Konditionierungsmittel bei
Erddruckschilden eingesetzt. Während Wasser, Tone und Polymere hauptsächlich für die Konditionierung von feinkörnigen Böden herangezogen werden, werden bei grobkörnigen Böden üblicherweise Tensidschäume in die mit gelöstem Boden gefüllte Abbaukammer 3 eingebracht, um diesen zu konditionieren . Die Tensidschäume bestehen normalerweise aus einem Großteil Luft, einem Anteil Wasser und einer geringen Menge eines Tensids.
Zur Herstellung der Tensidschäume wird zunächst eine
Tensidlösung bereitgestellt, indem Wasser und Tensid in einem vorgegebenen Verhältnis zusammengeführt und zur Tensidlösung vermischt werden. Figur 1 zeigt einen Tensidlösungstank 16, dem ein Tensid aus einem Vorratsbehälter 17 und Wasser über eine Leitung 18 zugeführt werden. Die Tensidlösung wird über eine Leitung 15 einem Schaumgenerator 14 zugeführt. Zugleich wird dem Schaumgenerator 14 über eine Leitung 19 Druckluft zugeführt. Eine (in Figur 1 nicht gezeigte) Steuervorrichtung sorgt dafür, dass die Tenside und das zugeführte Wasser in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt und dem Tank 16 zugeführt werden und dass die Tensidlösung über die Leitung 15 sowie die Druckluft über die Leitung 19 in einem vorgegebenen Mengenverhältnis und bei vorgegebenen Drücken dem Schaumgenerator 14 zugeführt werden.
In dem nachfolgend näher beschriebenen Schaumgenerator 14 wird aus der Tensidlösung und der Druckluft ein Schaum erzeugt, der dann über eine Leitung 8 einem Verteiler 9 zugeführt wird. Der Verteiler 9 verteilt den Schaum über Leitungen 10 an
Injektionsstellen 11 im Schneidrad 2 und über weitere Leitungen 7 an Injektionsstellen 12 an der Druckwand 4 sowie
Injektionsstellen 13 im Schneckenförderer 5.
Eine (in Figur 1 nicht dargestellte) Steuereinrichtung steuert die den jeweiligen Injektionsstellen 11, 12 und 13 zugeführten Schaummengen durch ein entsprechendes Stellen der in den Leitungen angeordneten Stellventile.
Figur 1 zeigt schematisch nur einen Schaumgenerator 14. Bei alternativen und/oder bevorzugten Ausführungsformen können auch mehrere Schaumgeneratoren vorgesehen sein, die alternativ in den Strömungsweg eingekoppelt werden können und die auch
unterschiedliche Schäume erzeugen können. Es können alternativ auch separate Schaumgeneratoren für die unterschiedlichen
Injektionsstellen vorgesehen sein, was es ermöglicht, dass die Parameter der Schäume, die an den unterschiedlichen
Injektionsstellen injiziert werden, an die Beschaffenheit der Mischung an den jeweiligen Injektionsstellen angepasst werden können .
Während des Vortriebs kann sich die Beschaffenheit des
Bodens ändern, so dass die Parameter des Schaumes, wie
beispielsweise das Verhältnis von Luft und Flüssigkeit oder die Größe der Schaumbläschen, in Abhängigkeit von der festgestellten Bodenqualität variiert werden können, bis ein für den Vortrieb zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wird. Durch Vorversuche kann man für eine jeweils anzutreffende Bodenzusammensetzung eine optimale Porengröße des Tensidschaumes ermitteln. Auf der Grundlage dieser experimentell ermittelten Zusammenhänge kann man mit Hilfe des nachfolgend näher beschriebenen
erfindungsgemäßen Schaumgenerators dann in Abhängigkeit vom anstehenden Boden die gewünschten Schaumparameter einstellen, wie beispielsweise die Aufschäumrate FER und die
Schaumporengröße. Darüber hinaus gestattet es der
erfindungsgemäße Schaumgenerator 14, dass zusätzlich der über Leitung 15 zugeführten Tensidlösung ein Feststoffanteil , beispielsweise ein Ton (insbesondere Bentonit) zugegeben werden kann. Dies dient beispielsweise der Stabilisierung von
Lockerböden. Durch diese Möglichkeit wird das Einsatzgebiet von Erddruckschilden erweitert.
Figur 2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht des erfindungsgemäßen Schaumgenerators 14. Ein Gehäuse besteht aus zwei Gehäuseschalen 20, 21, die mittels Schraubbolzen 31 zusammengepresst werden, wobei eine Dichtung 30 zwischen den Gehäusehälften 20 und 21 angeordnet ist. Die in Figur 2 unten dargestellte Gehäusehälfte 21 weist eine Einlassöffnung 22 auf, in die eine Tensidlösung eintreten kann. Die obere Gehäuseschale 20 weist eine Schaumauslassöffnung 24 auf. Im Inneren des Schaumgenerators 14 ist zwischen den Gehäuseschalen 20 und 21 ein Hohlzylinder 25 mit poröser Wandung 26 derart angeordnet, dass eine Stirnseite 27A des Hohlzylinders 25 dicht an einer stirnseitigen Wandung der Gehäuseschale 21 anliegt, so dass die in die Einlassöffnung 22 einströmende Tensidflüssigkeit
vollständig in eine Strömungskammer 28 im Inneren des
Hohlzylinders 25 eintritt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die andere Stirnseite 27B des Hohlzylinders ebenfalls dicht mit einer Stirnfläche der Gehäuseschale 20 verbunden, so dass der aus der Strömungskammer 28 austretende Schaum vollständig aus der Auslassöffnung 24 austritt.
Wenn die Gehäuseschalen 20 und 21 voneinander getrennt sind, kann der Hohlzylinder 25 mit poröser Wandung 26 zwischen die Gehäuseschalen 20 und 21 eingesetzt werden, so dass nach dem Zusammensetzen und dem Festziehen der Schraubbolzen 31 sowohl der Hohlzylinder mit seinen Stirnflächen 27A und 27B an
Dichtflächen der Gehäuseschalen anliegt als auch beide
Gehäuseschalen dicht aufeinander gepresst sind. Im Inneren der Gehäuseschalen 20 und 21 umgibt eine Druckkammer 29 den
Hohlzylinder 25. Diese Druckkammer 29 ist mit einer
Einlassöffnung 23 für Druckluft verbunden. Die über die
Einlassöffnung 23 in die Druckkammer 29 einströmende Druckluft dringt über die Poren der Wandung 26 des Hohlzylinders 25 in die Strömungskammer 28 ein, so dass kleine Luftbläschen der durch die Strömungskammer 28 strömenden Tensidlösung zugemischt werden. Dabei entsteht ein Schaum, der durch die Auslassöffnung 24 austritt. Die Porengröße des Schaums sowie das Verhältnis zwischen Flüssigkeit und Luft, d. h. die Aufschäumrate, hängen einerseits von den Abmessungen des Hohlzylinders und der
Porengröße der Wandung 26 ab, andererseits von den
Druckverhältnissen, d. h. dem Druck der Luft in der Druckkammer 29 und dem Druck der Flüssigkeit an der Eintrittsöffnung 22 sowie dem Druck in der mit der Auslassöffnung 24 verbundenen Abbaukammer 3. Hierbei ist zu beachten, dass der Druck des
Schaumes an der Auslassöffnung 24 vorzugsweise 1 - 2 bar über dem Druck in der Abbaukammer 3 liegen sollte. Der Luftdruck in der Druckkammer 29 liegt dann zwischen 1 und 2 bar über dem Druck des Tensid-Wasser-Gemisches an der Einlassöffnung 22. Bei den üblicherweise in der Abbaukammer 3 auftretenden Drücken ergibt sich dann ein Luftdruck in der Druckkammer 29 von 1,5 - 6 , 5 bar .
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht des in Figur 2 schematisch dargestellten Schaumgenerators 14. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gehäusehälften 20 und 21 mit sechs Bolzenschrauben 31 zusammengehalten. Es ist in Figur 3 der radial an die Gehäuseschale 21 angeflanschte Stutzen mit der Lufteintrittsöffnung 23 zu erkennen.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche
alternative Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise können in der von den Gehäuseschalen 20, 21 gebildeten Druckkammer mehrere parallel angeordnete Hohlzylinder mit Strömungskammern 28 angeordnet sein. Auch ist es umgekehrt denkbar, dass innerhalb einer zylindrischen Strömungskammer, die von der
Tensidflüssigkeit durchströmt wird, ein beispielsweise
konzentrisches Rohr mit einer porösen Wandung angeordnet ist, wobei die Druckluft dem Innenraum dieses Rohres zugeführt wird, so dass die Luft über die poröse Wandung nach außen in die sie umgebende Strömungskammer gedrückt wird. Bei noch einer anderen Ausführungsform können die porösen Wandungen zwischen einer oder mehreren Druckkammern und einer oder mehreren Strömungskammern ebene Platten sein, wobei die Kammern parallel benachbart zueinander angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Schaumgenerator (14) für eine Erddruckschild- Tunnelvortriebsmaschine (1) mit
einer Mischkammer, die eine erste Einlassöffnung (22) für eine schäumbare Flüssigkeit und eine zweite Einlassöffnung (23) für ein Gas sowie eine Schaumaustrittsöffnung (24) aufweist ,
einer mit der Einlassöffnung (22) für die schäumbare
Flüssigkeit verbundenen Flüssigkeitszuführvorrichtung (15 - 18) und
einer mit der Einlassöffnung (23) für das Gas verbundenen Gaszuführvorrichtung (19),
wobei die Mischkammer eine rohrförmige Strömungskammer (28) aufweist, an deren einem Ende sich die Einlassöffnung
(22) für die schäumbare Flüssigkeit und an deren anderem Ende sich die Schaumaustrittsöffnung (24) befindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) als Begasungsstrecke mit einer gasdurchlässigen porösen
Wandung (26) ausgebildet ist,
dass der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) an eine Druckkammer (29) angrenzt ,
dass die Druckkammer (29) die Einlassöffnung (23) für das
Gas aufweist und an den als Begasungsstrecke ausgebildeten Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) derart
angrenzt, dass das durch die Einlassöffnung (23) unter einem Druck zugeführte Gas durch die gasdurchlässige poröse Wandung (26) in die rohrförmige Strömungskammer (28) eintritt und sich dort mit der schäumbaren Flüssigkeit unter Schaumbildung mischt, und
dass die Gaszuführvorrichtung (19) und die
Flüssigkeitszuführvorrichtung (15 - 18) so ausgebildet sind, dass der Druck des der Druckkammer (29) zugeführten Gases so eingestellt werden kann, dass der Druck größer als der von der Flüssigkeit auf die gasdurchlässige poröse Wandung (26) ausgeübte Druck ist und dass ein gewünschtes Verhältnis zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit erzielt wird 2. Schaumgenerator (14) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gaszuführvorrichtung (19) und die Flüssigkeitszuführvorrichtung (15 - 18) so ausgebildet sind, dass der Druck des der Druckkammer (29) zugeführten Gases so eingestellt werden kann, dass der Druck 0,5 bis 2 bar,
vorzugsweise 1 bis 2 bar, größer als der Druck der Flüssigkeit ist .
3. Schaumgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Druckkammer (29) die Strömungskammer (28) zumindest teilweise umschließt.
4. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) einen
konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.
5. Schaumgenerator nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist.
6. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Begasungsstrecke ausgebildete Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer (28) ein sich zwischen der Einlassöffnung (22) für die schäumbare
Flüssigkeit und der Schaumaustrittsöffnung (24) erstreckender Hohlzylinder (25) mit gasdurchlässiger poröser Wandung (26) ist .
7. Schaumgenerator nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (25) eine
gasdurchlässige poröse Wandung (26) konstanter Dicke aufweist.
8. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist und dass die
Gas zuführvorrichtung einen Kompressor umfasst.
9. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schäumbare Flüssigkeit ein Wasser- Tensid-Gemisch ist und dass die Flüssigkeitszuführvorrichtung (15 - 18) eine Wasser-Tensid-Mischvorrichtung (16) umfasst, mit der das Mengenverhältnis von Wasser und Tensid eingestellt werden kann.
10. Verfahren zum Konditionieren abgetragenen
Bodenmaterials als Stützmedium für ein Erddruckschild einer Tunnelvortriebsmaschine, wobei
Boden abgetragen und einer Abbaukammer der
Tunnelvortriebsmaschine zugeführt wird,
in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens ein Schaum bereitgestellt wird, indem
wenigstens ein Schaumgenerator mit einer
rohrförmigen Strömungskammer bereitgestellt wird,
dem Schaumgenerator an einem Ende einer rohrförmigen Strömungskammer eine schäumbare
Flüssigkeit zugeführt wird, und
einem als Begasungsstrecke ausgebildeten Abschnitt der rohrförmigen Strömungskammer durch dessen gasdurchlässige poröse Wandung hindurch ein sich in der Strömungskammer mit der schäumbaren Flüssigkeit unter Schaumbildung mischendes Gas zugeführt wird, indem einer Druckkammer, die den als Begasungsstrecke ausgebildeten Abschnitt umschließt, das Gas unter einem Druck zugeführt wird, der größer als der von der Flüssigkeit auf die gasdurchlässige poröse Wandung ausgeübte Druck ist,
wobei - in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens - ein Schaumgenerator mit einer Begasungsstrecke einer vorgegebenen Länge, eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts und einer vorgegebenen Porengröße und -dichte bereitgestellt wird und das Verhältnis von zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit eingestellt wird, so dass sich eine gewünschte Struktur und Größe der Schaumbläschen ergeben,
der an dem anderen Ende der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum der Abbaukammer zugeführt und mit dem abgetragenen Boden gemischt wird.
11. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas der Druckkammer unter einem Druck zugeführt wird, der 0,5 bis 2 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar, größer als der Druck der Flüssigkeit ist.
12. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum der Abbaukammer mit einem Druck zugeführt wird, der 1 bis 2 bar größer als der Druck in der Abbaukammer ist.
13. Verfahren zum Konditionieren nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum an mehreren
Injektionsstellen in der Abbaukammer zugeführt wird.
14. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum an Injektionsstellen an einem Sehneidrad sowie an einer der Abbaukammer zugewandten Seite einer
Druckwand zugeführt wird.
15. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der rohrförmigen Strömungskammer austretende Schaum zusätzlich an Injektionsstellen in einer den abgetragenen Boden aus der Abbaukammer fördernden
Förderschnecke zugeführt wird.
16. Verfahren zum Konditionieren nach einem der Ansprüche 10 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaumgenerator an dem einen Ende der rohrförmigen Strömungskammer zusammen mit der schäumbaren Flüssigkeit ein Feststoff zugeführt wird.
17. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff ein Bentonitpulver oder - granulat enthält.
18. Verfahren zum Konditionieren nach einem der Ansprüche 10 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumgenerator mit einer Begasungsstrecke einer vorgegebenen Länge, eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts und einer vorgegebenen Porengröße und -dichte in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgetragenen Bodens bereitgestellt wird, indem anhand von ausgewählten Parametern des abgetragenen Bodens ein als
Begasungsstrecke dienender Hohlzylinder vorgegebenen Länge und vorgegebenen Innenquerschnitts mit einer gasdurchlässigen porösen Wandung vorgegebener Porengröße und -dichte für den Schaumgenerator ausgewählt wird.
19. Verfahren zum Konditionieren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren strömungstechnisch parallel angeordneten Begasungsstrecken eine Begasungsstrecke mit den gewählten Parametern ausgewählt wird, indem die Zufuhr von Flüssigkeit und Gas zu den anderen Begasungsstrecken gesperrt wird .
PCT/EP2015/053400 2014-02-25 2015-02-18 Schaumgenerator für eine erddruckschild-tunnelvortriebsmaschine und verfahren zum konditionieren abgetragenen bodenmaterials als stützmedium für ein erddruckschild WO2015128235A2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
SG11201606676TA SG11201606676TA (en) 2014-02-25 2015-02-18 Foam generator for an earth-pressure-balance-shield tunnel-boring machine and method for conditioning removed soil material as a supporting medium for an earth-pressure balance shield
US15/120,230 US20170067339A1 (en) 2014-02-25 2015-02-18 Foam generator for an earth pressure balance shield tunnel boring machine and method for conditioning removed soil material as a supporting medium for an earth pressure balance shield
JP2016554650A JP2017514038A (ja) 2014-02-25 2015-02-18 泥土圧式シールドトンネル掘削機用泡発生器及び泥土圧式シールド用支持媒体として排土材料を改良する方法
RU2016137915A RU2681713C2 (ru) 2014-02-25 2015-02-18 Пеногенератор для снабженной проходческим щитом тоннелепроходческой машины и способ кондиционирования вынимаемого материала грунта в качестве опорной среды для проходческого щита
BR112016019543-4A BR112016019543B1 (pt) 2014-02-25 2015-02-18 Gerador de espuma para uma tuneladora de escudo contra a pressão do solo, e método para condicionar material escavado do solo como meio de suporte para um escudo contra a pressão do solo de uma tuneladora
CL2016002133A CL2016002133A1 (es) 2014-02-25 2016-08-24 Generador de espuma para una tuneladora con escudo de presion de tierras con una camara de mezcla, que presenta una primera abertura de entrada para un liquido que puede formar espuma y una segunda abertura de entrada para un gas asi como una abertura de salida de espuma, un dispositivo de alimentacion de liquido, un dispositivo de alimentacion de gas, porque una seccion de la camara de flujo tubular esta configurada como tramo de exposicion a gas con una pared porosa; procedimiento.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108447A1 (de) * 2016-05-06 2017-11-09 S O L O Kleinmotoren Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Verschäumungseinheit zum Erzeugen von Schaum aus einem Gemisch aus Gas und Flüssigkeit sowie Sprühgerät zum Erzeugen und Verteilen von Schaum

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018081868A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-11 Nano Bubble Technologies Pty Ltd Nanobubble generator
CN108731956A (zh) * 2017-04-25 2018-11-02 同济大学 一种土压平衡盾构渣土改良模拟试验装置以及试验方法
CN108425681A (zh) * 2017-10-27 2018-08-21 宏润建设集团股份有限公司 一种气土联合平衡盾构机及其掌子面平衡控制方法
CN107890832B (zh) * 2017-11-22 2023-08-25 中石化石油工程技术服务有限公司 一种现场用蓄能液气泡钻井液发生装置及方法
CN108426908B (zh) * 2018-02-09 2020-05-19 上海大学 一种检测岩心中泡沫气液比的方法
DE102019205395A1 (de) 2019-04-15 2020-10-15 Ionys Ag Polyionen-Komplexe
CN112100709B (zh) * 2020-08-04 2022-05-10 中南大学 一种基于盾构合理掘进参数分析的渣土泡沫改良参数确定方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4432496A (en) * 1981-12-08 1984-02-21 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Foam liquid dispensing device
FR2641202B1 (fr) * 1989-01-03 1991-03-15 Poizot Francis Dispositif de production de mousse
DE4126397C2 (de) 1991-08-09 1994-06-23 Europ Chemical Ind Verfahren und Vorrichtung zur Schaumerzeugung
JP2768104B2 (ja) * 1992-01-23 1998-06-25 株式会社大林組 起泡剤を使用した機械式シールド掘進方法
FR2690709B1 (fr) 1992-04-30 1997-07-25 Seppic Sa Procede d'excavation de tunnels, utilisation d'un agent moussant et nouvel agent moussant.
FR2694045B1 (fr) 1992-07-22 1994-10-14 Sogea Procédé, équipement et dispositif de génération et d'injection de mousse pour le creusement de tunnels.
RU37769U1 (ru) * 2003-12-15 2004-05-10 ФГУП Новокузнецкий отдельный военизированный горноспасательный отряд Устройство для генерирования и напорного транспортирования пены
DE202004015637U1 (de) 2004-10-07 2005-01-27 Ohnemus, Fridolin Schaumlanze
DE102005042380A1 (de) * 2005-09-06 2007-03-08 Nordson Corporation, Westlake Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Schaummaterials
NL2003433C2 (nl) * 2009-09-03 2011-03-07 Friesland Brands Bv Werkwijze en systeem om een product af te geven.
CN201568057U (zh) * 2009-11-26 2010-09-01 上海建工（集团）总公司 盾构用泡沫发生装置
RU130522U1 (ru) * 2013-03-28 2013-07-27 Виктор Валентинович Ермаков Пеногенератор

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108447A1 (de) * 2016-05-06 2017-11-09 S O L O Kleinmotoren Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Verschäumungseinheit zum Erzeugen von Schaum aus einem Gemisch aus Gas und Flüssigkeit sowie Sprühgerät zum Erzeugen und Verteilen von Schaum
US10835906B2 (en) 2016-05-06 2020-11-17 S O L O Kleinmotoren Gesellschaft mit beschraenkter Haftung Foaming unit for producing foam from a mixture of gas and liquid and a sprayer for producing and dispensing foam

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