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Der EPB-Schild in der Anwendung
In weichen, bindigen Böden werden bevorzugt Vortriebsmaschinen mit Erddruckstützung eingesetzt. Bei den sogenannten Erddruckschilden (engl. Earth Pressure Balance Shield, kurz EPB) stützt der gelöste und konditionierte Boden als plastisches Stützmedium die Ortsbrust. Das verhindert bei vollständig gefüllter Abbaukammer ein unkontrolliertes Eindringen des Bodens in die Maschine und schafft die Voraussetzung für einen schnellen und sicheren Vortrieb. Darüber hinaus kann durch Bodenkonditionierung und technische Innovationen von Herrenknecht das geologische Anwendungsspektrum zusätzlich erweitert werden. Das gilt sowohl bei kleinen Bohrdurchmessern im Rohrvortrieb als auch bei großen und größten Durchmessern im Schildvortrieb.
Die Förderschnecke zum Austrag des Abraums ist das Verfahrensmerkmal aller Erddruckschilde.
Stabilität durch Stützdruck
Ein werkzeugbestücktes, rotierendes Schneidrad drückt gegen die Ortsbrust und löst und konditioniert den Boden. Über Öffnungen im Schneidrad gelangt dieser in die Abbaukammer, wo er sich mit der bereits vorhandenen Kammerfüllung aus gelöstem und konditioniertem Boden vermischt. Mischflügel an Schneidrad und Druckwand kneten die Masse zur gewünschten Konsistenz. Der Druck der Vortriebszylinder wird über die Druckwand auf den gelösten und konditionierten Boden in der Abbaukammer übertragen. Wenn der äußere Erd- und Wasserdruck dem Druck der stützenden Kammerfüllung entspricht, ist der notwendige Gleichgewichtszustand erreicht, um Hebungen oder Setzungen an der Oberfläche zu verhindern.
Funktionsprinzip
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Vortriebsgeschwindigkeit und Materialförderrate regeln den Stützdruck an der Ortsbrust.
Förderrate und Vortriebsgeschwindigkeit regeln Druckverhältnisse
Eine Förderschnecke transportiert das abgebaute Material vom Boden der Abbaukammer auf ein Förderband. Dabei sichert das Zusammenspiel der Förderrate der Schnecke und der Vortriebsgeschwindigkeit die präzise Steuerung des Stützdrucks. Erddrucksensoren in der Abbaukammer überwachen kontinuierlich den Erddruck. So kann der Maschinenführer auch bei wechselnden geologischen Verhältnissen alle Vortriebsparameter optimal einstellen, um den oben beschriebenen Gleichgewichtszustand herzustellen.
Funktionsweise auf einen Blick:
Schälmesser und Schneidrollen tragen das Erdreich ab.
Die vollständige Füllung der Abbaukammer mit einem plastischen Erdbrei erzeugt einen aktiven Stützdruck.
Der gesteuerte Austrag mit der Förderschnecke fördert den Abraum zu nachgelagerten
Logistikeinrichtungen.
Hydraulische Vortriebszylinder im Schild oder ein Pressenrahmen im Startschacht drücken die Maschine bzw. den gesamten Rohrstrang nach vorn.
Tübbingausbau oder Rohrvortrieb
Größerer Anwendungsbereich durch gute Bodenkonditionierung
Nicht alle Böden verfügen im natürlichen Zustand über ideale Eigenschaften für einen EPB-Vortrieb. Der Einsatzbereich des Verfahrens kann allerdings durch Bodenkonditionierung enorm erweitert werden. Dabei werden plastische Verformbarkeit, Konsistenz und Wasserdurchlässigkeit der Geologie durch Injektion von verschiedenen Konditionierungsmitteln wie Wasser, Bentonit oder Schaum verändert. EPB-Schilde können so auch in heterogenen Böden mit Kies-, Sand- oder Wasseranteilen bzw. nicht standfesten Gesteinen gute Vortriebsleistungen erzielen.
In standfesten Geologien können EPB- Schilde zudem in einem sog. offenen Modus betrieben werden. Hier kann auf eine aktive Ortsbruststützung verzichtet werden und die Abbaukammer ist nicht gefüllt. Die Schnecke dient hier lediglich zur Abförderung des Materials aus der Abbaukammer auf das Förderband.
Adaptives Schildschwanzdichtsystem
Die einzelnen Tübbinge werden im Schutz des Schildschwanzes mit dem Erektor zu einem Ring errichtet. Am Ende des Schildschwanzes sind ringsherum mehrreihige Stahlbürsten angeordnet, deren Zwischenräume permanent mit Dichtmasse gefüllt werden und so die Abdichtung zwischen dem atmosphärischen Tunnel und dem im Ringspalt anstehenden Erd- und Wasserdruck gewährleisten.
Das adaptive Schildschwanzdichtsystem von Herrenknecht optimiert den Dichtmassenverbrauch in Tunnelvortriebsmaschinen durch Automatisierung. Es benötigt nur einen Parameter - den Verbrauch an Dichtmasse in Kilogramm pro Quadratmeter Tübbingoberfläche und berechnet daraufhin alle notwendigen Einstellungen. Das System überwacht den Massenverbrauch in Echtzeit, erkennt Abweichungen und ermöglicht Korrekturen, was die Sicherheit und Effizienz deutlich erhöht. Ein manueller Modus bietet zusätzliche Flexibilität bei spezifischen Herausforderungen. Durch die gleichmäßige Verteilung der Dichtmasse wird die Abdichtung gegenüber äußeren Einflüssen wie Erddruck und Grundwasser optimiert. Das senkt den Dichtmasseneinsatz um bis zu 30% und erhöht die Lebensdauer der Schildschwanzdichtung.
EPB-Schilde von Herrenknecht haben weltweit in mehr als 500 Projekten erfolgreich den Durchbruch geschafft.
Technische Innovationen für spezielle Anforderungen
Der besondere Vorteil von EPB-Schilden ist ihre große Flexibilität. Verschiedene Entwicklungen von Herrenknecht haben die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens enorm erweitert. In durchlässigen Geologien ermöglichen zusätzliche Dickstoffpumpen hinter der Förderschnecke die Aufrechterhaltung des Stützdrucks.
In rolligen Böden mit hohem Grundwasseranteil kann nachträglich die von Herrenknecht entwickelte Slurryfier-Box installiert werden. Diese Spezialentwicklung verbindet den Auslass der Förderschnecke mit einem Spülkreislauf zur weiteren hydraulischen Förderung.
Das Allrounder-Prinzip EPB
Das Prinzip der Erddruckstützung macht die EPB-Technik zum Allrounder für weiche, bindige Böden aller Art. Darüber hinaus kann durch Bodenkonditionierung und technische Innovationen von Herrenknecht das geologische Anwendungsspektrum zusätzlich erweitert werden. Das gilt sowohl bei kleinen Bohrdurchmessern im Rohrvortrieb als auch bei großen und größten Durchmessern im Tübbingausbau.
Noch Fragen?
Wir stehen bereit!
Steffen Dubé
President and General Manager Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser
Commercial Manager Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.