DE69103027T3 - Verfahren zur präventiven Konsolidierung des Bodens beim Untertagebau. - Google Patents
Verfahren zur präventiven Konsolidierung des Bodens beim Untertagebau.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur präventiven Stabilisierung des Bodens für Untertagbauarbeiten mittels der sogenannten Schutzschirmtechnik insbesondere für instabile Bodenarten.
- Unter den derzeitigen Techniken zur präventiven Stabilisierung von untertagarbeiten in insbesondere unstabilem Boden ist eine als die "Schutzschirmtechnik" bekannt, die darin besteht, in den Boden eine Reihe von Stahlrohren einzuführen, die mit Rückschlagventilen versehen sind, um Injektionen stabilisierender und verfestigender Gemische, hauptsächlich Zements chlamm, durchzuführen.
- Die Rohre werden schirmartig angeordnet und schützen das Gewölbe einer beabsichtigten Tunnelausschachtung, um die Ausschachtung von Teilen hiervon innerhalb einer begrenzten Länge zu ermöglichen. Die Ausschachtung der Teile des Tunnels wird abwechselnd mit der Bildung von Stahlrohrschirmen durchgeführt, die mit Injektionen zur Bodenstabilisierung kombiniert werden.
- Diese normalerweise angewandte Technik umfabt eine Phase, bei der mit einem temporären und wiedergewinnbaren Stahlrohrgehäuse in den Boden gebohrt wird. In einer zweiten Phase wird ein Stahlrohr in das Gehäuse eingesetzt. Dieses Rohr ist mit Öffnungen in regelmäßigen Intervallen versehen und hat elastische Hülsen entsprechend jeder Öffnung, die als Rückschlagventile wirken, wenn die stabiliserenden Gemische durch das Rohr injiziert werden. Eine nachfolgende Phase besteht in der Wiedergewinnung des provisorischen Gehäuses, wonach eine Schlammummantelung gebildet wird, die eine kontrollierte maximale Druckfestigkeit hat, um das Injektionsrohr im Boden abzudichten. Am Ende werden die stabilisierenden Gemische durch die Öffnungen des Rohrs in den Boden injiziert, wobei sie die Ummantelung durchbrechen.
- Eine alternative Technik besteht darin, die provisorische Gehäusebildung zusammen mit Techniken durchzuführen, die bei Säulen-Einspritzbehandlungen durchgeführt werden, die Säulen aus verfestigtem Boden durch Injizieren von Hochdruck- Schlammgemischen mittels einer rohrförmigen Stange bilden, die mit Düsen versehen ist, um das Gemisch ausströmen zu lassen, sowie mit einer Bohrspitze, die mit kontrollierter Geschwindigkeit ausgeschoben und in den Boden gedrückt wird.
- Der übliche Einspritzvorgang wird angewandt, um im wesentlichen vertikale Säulen dadurch zu bilden, daß mittels eines hohlen Bohrrohrs in den Boden gebohrt wird, das eine Bohrspitze an seinem unteren Ende und Düsen nahe dieser hat. Nachdem die Bohrvorgänge beendet sind, wird eine Schlamminjektion in einer aufsteigenden Phase, beginnend vom Boden des Bohrloches durchgeführt. Die Einspritztechnik kann zur Bildung im wesentlichen horizontaler Säulen nicht in geeigneter Weise durchgeführt werden, da sich Probleme ergeben, wenn die Schlammförderung infolge von Bohrrohrbeschädigungen oder der Auswechslung von Teilen unterbrochen wird. Die Wände des Bohrlochs haben das Bestreben, ziemlich leicht einzustürzen, da der Schlamm die Wände in einem im wesentlichen horizontalen Bohrloch nicht wie in vertikalen Bohrlöchern halten kann.
- Da außerdem die Funktion der verfestigten Säulen darin besteht, den Boden über diesen zwischenzeitlich zu halten, während ein Tunnel darunter ausgeschachtet wird, müssen die Säulen verstärkt werden, um Abscher- und Biegekräfte auszuhalten, die auftreten, wenn darunter Verstrebungen angebracht werden. Entsprechend der bekannten Technik, zuerst zu bohren und dann vom Boden des Bohrlochs aus zu injizieren, kann die Metallverstärkung nur eingesetzt werden, wenn die Säule gebildet ist. Zwei alternative Methoden können angewandt werden:
- - Ein verstärkendes Stahlrohr wird eingesetzt, sobald die Säule gebildet ist, weshalb das Rohr das Bestreben hat, sich aufgrund seines Gewichts in den unteren Teil der halbfesten Säule zu verschieben und ist daher zu dieser nicht koaxial;
- - das verstärkende Rohr wird in die Säule eingesetzt, wenn es bereits verfestigt ist, nachdem die Mitte der Säule gebohrt wurde; danach sollte es durch Injizieren zusätzlichen Schlamms abgedichtet werden.
- All die oben angegebenen Nachteile, die das horizontale Einspritzen unpraktisch, teuer, langsam oder sogar gefährlich machen, werden durch die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung vermieden, bei dem die Schlammeinspritzung fortschreitend zugleich mit Bohrvorgängen durchgeführt wird. Hierbei schützt ein äußeres hohles Rohr, hohle schlammabgebende Stangen und sichert einen ringförmigen Raum dazwischen, durch den der Schlamm ausströmen kann. Zusammenbrüche der Bohrlochwandung haben daher keinen Einfluß auf die Vorgänge, unabhängig von der Art des Bodens, der gebohrt wird.
- Um die Säule zu verstärken, genügt es, nur die Stangen herauszuziehen und das äußere Rohr in der Säule exakt in der Mitte zu belassen.
- Die JP-A-58-228558 offenbart ein Verfahren, bei dem zuerst ein Bohrloch ausgeschachtet wird, wonach ein Verschalungsrohr in das Bohrloch eingesetzt wird. Danach wird ein Schlammrohr mit Dichtungen in das Verschalungsrohr eingesetzt. Die Dichtungen werden dann aufgeblasen, und Schlamm wird mit niedrigem Druck durch das Schlammrohr und Auslaßöffnungen im Verschalungsrohr injiziert, um den Raum zwischen dem ausgeschachteten Bohrloch und dem Verschalungsrohr zu füllen. Schließlich wird das Schlammrohr herausgezogen, und das Verschalungsrohr wird mit Mörtel gefüllt. Diese Methode hat die obigen Nachteile und ist für Hochdruck- Schlamminjektionen nicht geeignet.
- Die JP-A-55-64395 bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung vertikaler Verstärkungssäulen aus Beton mittels einer Vorrichtung, die ein hohles, Schlamm abgebendes Rohr mit einer unteren Baggerschaufel hat. Das Rohr ist in einem Zylinder angeordnet, der eine untere Rührschaufel hat, und das Rohr und der Zylinder werden in entgegengesetzten Richtungen gedreht. Dieses Verfahren ist nicht geeignet, im wesentlichen horizontale Säulen zu bilden, die zum Ausschachten mit der Schutzschirmtechnik erforderlich sind.
- Die DE-A-3447872 offenbart ein Bodenstabilisierungsverfahren zum Ausschachten, bei dem mehrere Bohrlöcher im Boden um einen Bogen eines Kreises erhalten werden, der einen Schacht begrenzt, der ausgehoben werden soll. Ein mit Ventilen versehenes und mit einem Jutesack umgebenes Rohr wird in jedes Bohrloch geschoben, und ein Injektionsgerät wird in jedes Rohr eingesetzt, um ein Strömungsmittelgemisch zu injizieren, das den Sack füllt, die Wände des Bohrlochs mit Druck beaufschlagt und den umgebenden Boden infiltriert. Das Strömungsmittelgemisch im Sack und der Teil, der in den Boden gedrungen ist, verfestigen und stabilisieren den Boden. Auch diese Methode hat die gleichen Nachteile wie die der JP-A-58-228558 und ist mit Hochdruck-Schlamminjektionen inkompatibel.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stabilisieren des Bodens für Tunnelausschachtungen. zu schaffen, das die obigen Nachteile überwindet.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
- Weitere Ziele und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausfsührungsbeispiels eines Verfahrens zur Durchführung von Tunnelausschachtungen anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen
- Fig. 1 eine Phase des vorliegenden Verfahrens und
- Fig. 2 eine der Phase der Fig. 1 folgende Phase zeigt.
- Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 werden zur Durchführung des Verfahrens ein gerades metallisches hohles Rohr 1 vorzugsweise aus Stahl und eine gerade hohle Stange 2 verwendet. Die Stange hat einen Durchmesser, der geringer als der des Rohrs 1 ist, und eine Doppeldreh- und Bohreinheit, die in den Figuren nicht gezeigt ist, wird verwendet, um das Rohr 1 und die Stange 2 zu drehen.
- Die Stange 2 ist am einen Ende mit einem Bohrwerkzeug versehen, das insgesamt mit 3 bezeichnet ist und das eine übliche Bohrspitze 4 hat, und nahe dieser sind Düsen vorhanden, die an der Stange radial verteilt sind und mit der Außenseite in Verbindung stehen. Die Werkzeuge, die hier erwähnt sind, werden im einzelnen nicht beschrieben, da sie üblich und bereits bekannt sind.
- Unter Betriebsbedingungen wird die Stange 2 in das Rohr 1 geschoben und bezüglich des Rohrs 1 durch die Dreh- und Bohreinheit koaxial gehalten.
- Das Bohrwerkzeug 3 wird angebracht, außerhalb des vorderen Endes des Rohrs 1 gehalten und senkrecht zum Boden gerichtet, der stabilisiert werden soll. Die Stange 2 und das Rohr 1 werden durch die Dreh- und Bohreinheit gedreht, um den Boden zu durchdringen und rücken auf diese Weise vor. Der Dreh- und Bohrkopf veranlaßt das Rohr 2 und die Stange 1 gleichzeitig zu drehen, jedoch in entgegengesetzten Drehrichtungen. Z. B. wird die Stange im Uhrzeigersinn gedreht, während das Rohr 1 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.
- Das Material, das durch den Bohrvorgang entfernt wird, wird durch den ringförmigen Hohlraum 5 zwischen der Stange 2 und der inneren Ringfläche des Rohrs 1 nach außen transportiert.
- Gleichzeitig mit dem Vorschub des Rohrs 1 und der Stange 2 im Boden wird ein flüssiges Hochdruckgemisch durch die Stange injiziert, das den feinsten Anteil des Bodens entfernt. Das Gemisch strömt durch die Düsen und bildet eine Säule 6 aus einem Boden- und Schlammgemisch um das Rohr 1, das sich später verfestigt.
- Wenn die Säule 6 die richtige Länge erreicht hat, wird die Stange 2 aus dem Rohr 1 gezogen und entfernt, während das Rohr 1 im Boden bleiben kann, um Säulen aus verfestigter Erde zu binden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Phase des Bohrvorganges werden das Rohr 1 und die Stange 2 entsprechend festen Parametern in einer Richtung im wesentlichen schrag im Vergleich zur Niveaulinie vorgeschoben und gedreht, so daß derart Säulen gebildet werden, die teilweise fischschuppenartig übereinanderliegen.
- Ersichtlicherweise unterdrückt das beschriebene Verfahren einige Phasen des üblichen Verfahrens und bildet in kürzerer Zeit eine Säule verfestigten Bodens.
Claims (1)
1. Verfahren zum Stabilisieren des Bodens bei Tunnelausschachtungen durch
Einbringen von Gruppen von Stahlrohren in den Boden zum Inlizieren von
Zement um die beabsichtigte Tunnelausschachtung
dadurch gekennzeichnet, daß
- ein hohles Rohr (1) an einer Ausschachtungsstelle angeordnet wird;
- eine hohle Stange (2) mit Düsen koaxial im hohlen Rohr (1) so angeordnet
wird, daß ein ringförmiger Zwischenraum (5) zwischen der Stange (2) und dem
Rohr (1) gebildet wird, wobei die hohle Stange in ein Bohrwerkzeug (3) an deren
einem Ende eingesetzt wird;
- das hohle Rohr (1) und die hohle Stange (2) gedreht werden, um Material
aus der Ausschachtungsstelle miftels des Bohrwerkzeugs (3) auszuschachten;
- gleichzeitig ein Hochdruck-Flüssigkeitsgemisch durch die hohle Stange (2)
in die Ausschachtungsstelle durch radial angeordnete Düsen nahe dem
Bohrwerkzeug (3) wöhrend der Drehung des hohlen Rohres (1) und der hohlen
Stange (2) inliziert wird, so daß der Durchmesser der Ausschachtung vergrößert
wird, wobei ein Teil des feinkörnigsten Anteils des ausgeschachteten Bodens aus
der Ausschachtungsstelle über den ringförmigen Zwischenraum (5) entfernt wird,
und das Flüssigkeitsgemisch mit dem verbleibenden Anteil des ausgeschachteten
Materials vermischt wird, um eine Verfestigungssöule (6) aus dem Boden und
dem Flüssigkeitsgemisch um das Rohr (1) hinter dem Bohrwerkzeug zu bilden,
wenn es in den Boden vorrückt; und
- die Stange (2) aus dem hohlen Rohr (1) entfernt wird, nachdem die
Sollänge der Söule (6) erreicht ist.
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