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Mixschild

Sichere Vortriebstechnik für heterogene Baugründe

Geologie Heterogene Böden
Heterogener Baugrund mit hoher Wasserdurchlässigkeit und –drücken (Sand, Kies)
Durchmesser
4,8–19m

Der Mixschild in der Anwendung

Die von Herrenknecht entwickelte Mixschild-Technologie stellt eine Weiterentwicklung der herkömmlichen, flüssigkeitsgestützten Slurry-Technologie dar. Die präzise Steuerung des Stützdrucks erfolgt über ein automatisch geregeltes Luftpolster. Dadurch können auch heterogene Geologien und hohe Wasserdrücke bis über 15 Bar selbst mit sehr großen Bohrdurchmessern sicher beherrscht werden.

 

Höhere Sicherheit dank Luftdruck

Charakteristisch bei Mixschilden ist die durch eine sogenannte Tauchwand zweigeteilte Abbaukammer. Der vordere Bereich der Abbaukammer ist zur vollflächigen Ortsbruststützung im Vortrieb vollständig mit Suspension gefüllt. Im hinteren Bereich zwischen Tauch- und Druckwand (auch Arbeitskammer genannt) steht die Suspension dagegen nur bis knapp über die Maschinenachse an. Sie wird über ein kompressibles Luftpolster im oberen Bereich mit dem an der Ortsbrust benötigten Gegendruck beaufschlagt. Die Kommunikation zwischen beiden Kammern erfolgt über eine Tauchwandöffnung im Sohlbereich.

Abdichtung gegen hohe Wasserdrücke

Durch ihren geschlossenen, hydraulischen Förderkreislauf sind Mixschilde auch bei hohen Wasserdrücken von über 15 Bar sicher einsetzbar. Voraussetzung ist eine entsprechende Abdichtung zwischen Maschine und anstehendem Baugrund. Darum sind Mixschilde mit einem mehrfachen Dichtungssystem ausgestattet. Der Antrieb ist als System mit einzelnen Dichtkammern mit unter Druck stehender Dichtmasse ausgelegt. Am Ende der Maschine ist der Ringspalt zwischen der Innenseite des Schildschwanzes und der Außenseite der Tübbingsegmente mit mehreren Stahlbürsten vor eindringendem Wasser und Boden geschützt.

Funktionsprinzip

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Schneidrad

Schälmesser und Schneidrollen lösen den Boden von der anstehenden Ortsbrust.

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Luftpolster

Automatisch geregeltes Luftpolster, das eine präzise Steuerung des Stützdrucks in der Abbaukammer erlaubt.

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Personenschleuse

Ermöglicht den Einstieg von speziell geschultem Personal in die mit Druckluft beaufschlagte Abbaukammer.

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Druckwand

Trennt den unter atmosphärischem Druck stehenden Maschinenbereich vom Überdruckbereich der Abbaukammer.

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Schildschwanz

Stahlbürsten gewährleisten die Abdichtung zwischen innerem Arbeitsraum und äußerem Erd- und Wasserdruck

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Ringspaltverfüllung

Der Ringspalt zwischen Gebirge und Auskleidung wird kontinuierlich mit Mörtel verfüllt.

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Tauchwand

Trennt die Abbaukammer in Arbeits- und Druckkammer; die Tauchwandöffnung verbindet beide miteinander.

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Zangenbrecher

Vor dem Rechen platziert; zerkleinert Steine oder Findlinge mechanisch auf förderfähige Korngrößen.

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Vortriebszylinder

Am Umfang angeordnete Hydraulikzylinder drücken den Schild vom zuletzt gebauten Tunnelring vorwärts.

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Förderkreislauf

Befördert die Stützsuspension zur Abbaukammer und das Abraum-Suspensions-Gemisch zurück zur Separationsanlage.

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Tübbingerektor

Fernbedienter, verfahrbarer Vakuummanipulator zum Versetzen der Segmente beim Ringbau

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Schälmesser und Schneidrollen lösen den Boden von der anstehenden Ortsbrust.

Automatisch geregeltes Luftpolster, das eine präzise Steuerung des Stützdrucks in der Abbaukammer erlaubt.

Ermöglicht den Einstieg von speziell geschultem Personal in die mit Druckluft beaufschlagte Abbaukammer.

Trennt den unter atmosphärischem Druck stehenden Maschinenbereich vom Überdruckbereich der Abbaukammer.

Stahlbürsten gewährleisten die Abdichtung zwischen innerem Arbeitsraum und äußerem Erd- und Wasserdruck

Der Ringspalt zwischen Gebirge und Auskleidung wird kontinuierlich mit Mörtel verfüllt.

Trennt die Abbaukammer in Arbeits- und Druckkammer; die Tauchwandöffnung verbindet beide miteinander.

Vor dem Rechen platziert; zerkleinert Steine oder Findlinge mechanisch auf förderfähige Korngrößen.

Am Umfang angeordnete Hydraulikzylinder drücken den Schild vom zuletzt gebauten Tunnelring vorwärts.

Befördert die Stützsuspension zur Abbaukammer und das Abraum-Suspensions-Gemisch zurück zur Separationsanlage.

Fernbedienter, verfahrbarer Vakuummanipulator zum Versetzen der Segmente beim Ringbau

Förderung nach Maß

Bei typischen Mixschild-Vortrieben in rolligen, heterogenen Böden ist oftmals mit größeren Steinen oder Blöcken zu rechnen. Solche Findlinge müssen zum reibungslosen hydraulischen Abtransport auf ein förderbares Maß zerkleinert werden. Bei Mixschilden wird dazu häufig ein vor dem Rechen platzierter Zangenbrecher eingesetzt. Die Kantenlänge der zerkleinerbaren Steine variiert je nach Brecherausbildung und Schilddurchmesser. Zusätzlich ist zum Schutz vor störungsträchtigen Korngrößen ein Rechen vor dem Absaugstutzen der Förderleitung installiert. Er hält zu große Findlinge so lange auf, bis sie der Brecher ausreichend zerkleinert hat. Wird entlang der Trasse auch mit feinkörnigen, bindigen Böden gerechnet, kommen als Alternative Walzenbrecher vor dem Saugstutzen zum Einsatz. Sie übernehmen während des Zerkleinerungsprozesses gleichzeitig die Funktion des Rechens. Zwei seitlich angeordnete Agitatoren unterstützen den Materialfluss im Sohlbereich.

Funktionsweise auf einen Blick:

Schälmesser und Schneidrollen tragen das Erdreich ab.

Hydraulische Stützung über Flüssigkeitssuspension mit regelbarem Druckluftpolster

Hydraulische Förderung des Abraums über geschlossenen Förderkreislauf

Hydraulische Vortriebszylinder im Schild drücken die Maschine nach vorn.

Tübbingausbau

Maßnahmen gegen Verklebungen

Verklebungen am Schneidrad und in der Abbaukammer können zu erhöhtem Verschleiß führen und beeinträchtigen die Vortriebsgeschwindigkeit. Herrenknecht hat daher verschiedene Speziallösungen zur Optimierung des Materialflusses entwickelt. Dazu zählen:

  • Schneidräder mit relativ offenem Zentrumsbereich für einen optimalen Durchlass des Abraums
  • erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in verklebungsanfälligen Zonen durch Optimierung des hydraulischen Einspeise- und Förderschemas
  • separate Spülsysteme mit schwenkbaren Düsen in den Bereichen Schneidradarme Tauchwand, Tauchwandöffnung sowie Brecher und Rechen

Die Gestaltung der Abbaukammer unterstützt den Materialfluss zusätzlich. Maßnahmen wie glatte Oberflächen von Schildschneide und Tauchwand, die teilweise Verkleidung des Konus im Schildbereich, reduzierte Tauchwandöffnungen oder optionale Rückräumer haben sich im Einsatz oft bewährt.

Verbesserter Materialfluss bei bindigen Böden

Eine Sonderlösung speziell für bindigere Böden stellt das abgeschottete Sohlsegment dar. Dabei wird der Sohlbereich vom übrigen Bereich der Arbeitskammer mittels Verschlussplatten abgetrennt. Das ermöglicht einen geschlossenen Materialstrom von der Abbaukammer durch die Tauchwandöffnung bis zum Saugstutzen der Förderleitung. Er erfasst den abgebauten Boden und verhindert Ablagerungen oder Verklebungen im Sohlbereich. Dadurch reduziert sich die Anzahl von Reinigungseinstiegen in die Abbaukammer. Stillstandbedingte Druckschwankungen an der Ortsbrust lassen sich weitestgehend vermeiden. Die Druckkommunikation zwischen Arbeits- und Abbaukammer erfolgt dabei nicht über die Tauchwandöffnung, sondern über zwei Druckausgleichsleitungen, sogenannte kommunizierende Röhren.

Optimierte Wartung von Abbauwerkzeugen

Bei Mixschild-Vortrieben entsteht an der Grenzfläche zwischen Baugrund und Bentonitsuspension ein sogenannter Filterkuchen. Diese weitgehend undurchlässige Membran ermöglicht erst den Aufbau des erforderlichen Stützdrucks und versiegelt gleichzeitig die Ortsbrust gegen anströmendes Grundwasser. Im Vortriebsverlauf müssen Schneidrad, Abbauwerkzeuge und weitere Komponenten kontrolliert, gewartet oder gereinigt und Hindernisse beseitigt werden. Dazu wird die Suspension in Arbeits- und Abbaukammer mittels Druckluftbeaufschlagung teilweise abgesenkt. Durch Schließen des Tauchwandschiebers ist auch eine vollständige Absenkung der Arbeitskammer für Arbeiten im Sohlbereich möglich. Die Wartungsmannschaft wird über Personenschleusen an die Überdruckverhältnisse gewöhnt. Bei Kammerdrücken über 3,6 Bar werden vorzugsweise professionelle Taucher für Druckluftarbeiten eingesetzt. Herrenknecht arbeitet eng mit den entsprechenden Spezialfirmen zusammen, um die Einstiegsdauer im Projekteinsatz durch gezieltes, vorheriges Training im Werk so gering wie möglich zu halten.

Einfacher Werkzeugwechsel dank Speziallösung

Durch eine Spezialentwicklung von Herrenknecht entfällt der zeitaufwendige Schleusenvorgang zur Wartung von Abbauwerkzeugen bei großen Maschinendurchmessern. Die Hauptarme des Schneidrades sind so gebaut, dass sie unter atmosphärischen Bedingungen begehbar sind. Über eine rückseitig angeordnete Ausschleusvorrichtung kann der Wechsel der verschlissenen Abbauwerkzeuge ohne Absenkung des Suspensionsspiegels oder längere Vortriebsunterbrechungen von innen erfolgen.

Sicher, flexibel und wirtschaftlich

Mixschilde von Herrenknecht sind Vortriebsspezialisten für komplexe Baugründe, insbesondere bei hohem Wasserdruck und sehr großen Durchmessern. Dank der Ortsbruststützung über ein automatisch geregeltes Luftpolster können auch plötzliche Druck- und Volumenschwankungen sehr exakt ausgeglichen werden. Das gewährleistet auch bei anspruchsvollsten Tunnelprojekten maximale Sicherheit im Vortrieb und minimiert weitestgehend die Gefahr von Hebungen und Setzungen an der Oberfläche.

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Wir stehen bereit!

Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.