-
Die
Erfindung kommt aus dem Gebiet des Tiefbaus und befasst sich mit
einer Einrichtung zur Aufbereitung des Schlamms, die dazu dient,
eine Tunnelvortriebsmaschine auszustatten, deren Bohrschild aus
durch Druck verdichtetem Schlamm besteht.
-
Man
kennt die Technik des Tunnelvortriebs, bei welcher die Tunnelvortriebsmaschine
mit einem Bohrschild ausgestattet ist, das unter hohem Druck verdichteten
Schlamm anwendet. Diese Technik wird besonders zum Graben in beweglichen
Böden verwandt,
sie bedient sich eines unter Druck gehaltenen Schlammkreislaufs,
um die Abbauwand während
der Ausgrabung aufrechtzuerhalten, um so den Einsturz zu vermeiden,
und um den Abraum zu einer anders lokalisierten Aufbereitungsanlage
zu bringen. Der Schlamm wird von der Abbauwand der Tunnelvortriebsmaschine
mit Hilfe von Pumpen zur Aufbereitungsanlage abtransportiert, in
welcher der Abraum hauptsächlich
getrennt und getrocknet wird, und wo ein Teil des Schlamms aufbereitet
wird und zur Tunnelvortriebsmaschine zurückgeschickt wird. Der Tunnelvortrieb
wird in Abschnitten vorgenommen; jeder Abschnitt entspricht einem
vorherbestimmten Vorrücken
der Tunnelvortriebsmaschine.
-
Die
Hauptschwierigkeit dieser Technik besteht in ihrer Anwendung in
unmittelbarer Nähe
des Grundwassers, welches Risiken birgt wie die des Einsturzes oder
auch einer plötzlichen
Veränderung
der Natur und Zusammensetzung des Erdreichs, und somit in der rheologischen
und volumenspezifischen Charakteristik des Schutts in der Abbauzone
der Tunnelvortriebsmaschine.
-
Im Übrigen ist
die Einsturzgefahr um so höher,
je mehr sich der Tunneldurchmesser vergrößert.
-
Die
Anforderung an die Sicherheit als auch an die Größe und Ausführungsgeschwindigkeit des Abbaubetriebs,
veranlassen die Planungsführenden, immer
verlässlichere
Schlammaufbereitungsmethoden zu entwickeln.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlammaufbereitungsstation
für eine
Tunnelvortriebsmaschine, deren Bohrschild aus durch Druck verdichtetem
Schlamm besteht, durch die die rheologischen und volumenspezifischen
Eigenschaften des zur Tunnelvortriebsmaschine zurückgeführten aufbereiteten
Schlamms verlässlich
zu machen, um so alle Sicherheitsgarantien bezüglich einer Veränderung
des Grabungsterrains zu bieten, und schließlich zu ermöglichen,
in einem beweglichen Terrain einen Tunnel von großem Durchmesser
zu graben, das heißt
von mehr als 10 Metern, mit einer schnellen Ausführungsgeschwindigkeit, das
heißt
in einer Größenordnung
von mehr als 20 Metern pro Tag.
-
Der
erfinderische Fortschritt besteht, im Gegensatz zu den auf diesem
Gebiet üblichen
Vorgehensweisen, darin, eine Einrichtung zu entwickeln, in der die
Zusammensetzung des zur Tunnelvortriebsmaschine gesandten Schlamms
durch eine quasi eigenständige
Handhabung der volumenspezifischen und rheologischen Eigenschaften
des von der Tunnelvortriebsmaschine kommenden Schlamms garantiert
wird, in den verschiedenen Etappen seiner Aufbereitung, dank der
folgenden Vorkehrungen, die einzeln oder kombiniert eingesetzt werden
können:
- – Zuerst
wird eine Reserve von für
die Abbauwand geeignetem Schlamm in der Größenordnung der zur Realisation
eines Bohrabschnitts benötigten
Menge zwischen einem Aufbereitungsbehälter des von der Tunnelvortriebsmaschine kommenden
Schlamms, der von Sand gesäubert wurde
(sogenannter entsandeter Schlamm) angeordnet, unter Beigabe von
zusammengestellten Schlammanteilen (sogenannter neuer Schlamm) entsteht
aufbereiteter Schlamm (sogenannter regenerierter Schlamm), der zum
Tunnel zugeführt wird.
- – An
zweiter Stelle werden quasi kontinuierlich Proben entnommen von:
– dem entsandeten
Schlamm,
– dem
Schlamm nach Beendigung seiner Aufbereitung und
– dem Schlamm
unterhalb der genannten Reserve.
-
Diese
Proben werden vorzugsweise in automatisierter Form analysiert, um
die volumenspezifischen und rheologischen Eigenschaften der Schlammproben
zu bestimmen: Das Analyseresultat wird ständig einem Automaten mitgeteilt,
der zuerst die Zufuhr der verschiedenen Zusätze zum neuen Schlamm überwacht,
welcher mit dem entsandeten Schlamm vermischt wird, und an zweiter
Stelle die Menge des neuen Schlamms, der mit dem entsandeten Schlamm
vermischt wird, bemisst. Anzumerken ist, dass die Bestimmungsmethode
der Eigenschaften der Schlammproben vorzugsweise Methoden der Dichtebestimmung
der Proben beinhaltet und Methoden der Bestimmung ihrer Viskosität, beginnend
mit der sichtbaren Viskosität
(Messung bei 600 t/mn) und der plastischen Viskosität (Messung
bei 300 t/mn). Die so erzielten Werte werden zur Bewertung der Schlammproben
analysiert und automatisch mit vorher gespeicherten Richtwerten
verglichen. Vorzugsweise wird ein paralleler Kreislauf eingerichtet,
um auf eine plötzliche
Veränderung
der Bodenbeschaffenheit reagieren zu können und um den neuen Schlamm
an dem Kreislauf vorbeizuleiten, der die Reserve des regenerierten
Schlamms enthält,
so dass der der Tunnelvortriebsmaschine zugeführte Schlamm augenblicklich
den Anforderungen des Terrains entspricht. Die genannte Umleitung
wird im Voraus entweder manuell oder automatisch ausgeführt. Die
Erfindung wird besser verständlich
und die relevanten Einzelheiten werden anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in der:
-
1 ein
Schema des allgemeinen Aufbaus einer Anlage der Erfindung nach einer
bevorzugten Ausführungsart
zeigt.
-
2 ist
ein Schema, das die automatischen Kontroll- und Verwaltungsvorrichtungen
der rheologischen, volumenspezifischen und massetechnischen Eigenschaften
des Schlamms während
verschiedener Aufbereitungsetappen des benutzten Schlamms in derselben
Anlage darstellt.
-
In 1 zeigt
eine Anlage zur Aufbereitung des Schlamms, die dazu vorgesehen ist,
eine Tunnelvortriebsmaschine 2 auszurüsten, deren Bohrschild aus
durch Druck verdichtetem Schlamm besteht. Die Tunnelvortriebsmaschine 2 arbeitet
fortlaufend, jede Sequenz entspricht dem Abraum eines durch eine
Flächenwand
vorher festgelegten begrenzten Erdvolumens, dem so genannten Bohrabschnitt.
-
Diese
Anlage verwirklicht einen geschlossenen Kreislauf, der ab der Öffnung der
Tunnelvortriebsmaschine 2 folgende Teile beinhaltet:
- – eine
Pumpe 4, um den Schlamm von der Tunnelvortriebsmaschine 2 zum
Aufbereitungsort zu bringen;
- – eine
Entsandungsvorrichtung, um den von der Tunnelvortriebsmaschine kommenden
Schlamm von Sand zu trennen, der dann entsandeter Schlamm genannt
wird, und den durch Schleudern 64 gewonnenen Sand zur Aufbewahrung und
Entsorgung zu befördern;
- – eine
erste Transportvorrichtung 10 zum Heranführen des
entsandeten Schlamms in einen sogenannten Aufbereitungsbehälter 12,
in dem eine Mischung zwischen dem entsandeten Schlamm und dem neuen
Schlamm hergestellt wird. Dieser Aufbereitungsbehälter 12 ist
mit sogenannten Abzweigungsvorrichtungen 14 ausgestattet,
die den Überschuss
in einen Aufbewahrungsbehälter 8 leiten
und danach in eine Recyclinganlage 16;
- – einen
Behälter 18 für den neuen
Schlamm, wobei der neue Schlamm aus verschiedenen Komponenten zusammengestellt
wurde, die aus den entsprechenden Lieferbehältern 8, 20, 22, 24, 26 stammen;
- – eine
zweite Transportvorrichtung 30 zum Heranführen für den neuen
Schlamm aus dem Behälter für neuen
Schlamm 18 zum besagten Aufbereitungsbehälter 12;
- – eine
dritte Transportvorrichtung 28, die die Zugabe der Komponenten
von den Lieferbehältern in
den Behälter 18 mit
neuen Schlamm reguliert; und
- – eine
vierte Transportvorrichtung zum Heranführen 32 einer Mischung
aus neuem Schlamm vermischt mit entsandetem Schlamm zur Öffnung der Tunnelvortriebsmaschine 2.
-
Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält außerdem einen
sogenannten Regenerationsbehälter 34,
der zwischen dem Aufbereitungsbehälter 12 und der vierten
Transportvorrichtung zum Heranführen 32 angebracht
ist. Dieser Regenerationsbehälter 34 ist
mit Mischvorrichtungen 36 ausgestattet, um seinen Inhalt
homogen zu erhalten und in einer Menge zu bevorraten, die zur Erstellung
eines Bohrabschnitts ausreicht. Die Ausstattung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dergestalt, dass eine gewisse Menge aufbereiteter Schlamm, der
als regenerierter Schlamm bezeichnet wird, die zum Tunnelvortrieb
eines Bohrabschnitts benötigt
wird, vorher zubereitet wird und für den Tunnelvortrieb zur Verfügung steht.
-
Aufgrund
des im Regenerationsbehälter 34 vorrätigen Puffervolumens
wird der regenerierte Schlamm, der zur Tunnelvortriebsmaschine 2 zurückfließt, im Gegensatz
zur gebräuchlichen
Verfahrensweise, nicht sofort während
des Tunnelvortriebs hergestellt (also in der Zeit, in der der Schlamm
zwischen der Tunnelvortriebsmaschine und der Einrichtung fließt), was
ihm eine verlässlichere
Zusammensetzung verleiht.
-
Aus
diesen Vorgaben resultiert schließlich ein Maß an Sicherheit
des Tunnelvortriebs im Hinblick auf unerwünschte Konsequenzen, wie insbesondere
Einstürze,
die beim Einsatz eines unbrauchbaren Schlamms auftreten können.
-
In 1 und 2 enthält die Einrichtung außerdem eine
erste Steuerungsvorrichtung 38 zur Steuerung der dritten
Transportvorrichtungen 28 und eine zweite Steuerungsvorrichtung 39 zur
Steuerung des Zuflusses 52 des neuen Schlamms zum Aufbereitungsbehälter 12.
Der Einsatz der ersten Steuerungsvorrichtung 38 und zweiten
Steuerungsvorrichtungen 39 steht unter ständiger Überwachung
einer vierten Steuerungsvorrichtung 40, die die Informationen
kontrolliert und analysiert, welche z.B. von der Regelvorrichtung 42 zur
Bestimmung des Sollzustandes, der Messvorrichtung 44 zur
Bestimmung der Viskosität
und der Messvorrichtung 46 zur Dichtebestimmung, kommen.
Die Informationen müssen
aus mindestens einer der folgenden Schlammarten stammen:
- – entsandeter
Schlamm von den ersten Transportvorrichtungen 10;
- – aufbereiteter
Schlamm aus dem Aufbereitungsbehälter 12;
- – regenerierter
Schlamm von den vierten Transportvorrichtungen zum Heranführen 32.
-
Somit
führt eine
Veränderung
der Eigenschaften irgendeiner der aufgeführten Schlammarten zu einer
unmittelbaren Korrektur der Eigenschaften des neuen Schlamms, seines
Zulaufs in den Aufbereitungsbehälter 12 und
somit des aufbereiteten Schlamms.
-
Aus
diesen Vorgaben folgt, dass die rheologisch, volumenspezfisch und
massetechnisch erwünschten
Eigenschaften des aufbereiteten Schlamms zum einen dauerhaft überwacht
und verlässlich
sind, zum anderen automatisch einer Veränderung des untertunnelten
Gebiets angepasst werden.
-
Verständlicherweise
sollten die oben genannten Steuerungsvorrichtungen 38, 39 und 40 am besten
mit einer Schlammaufbereitungseinrichtung verbunden sein, die mit
dem oben genannten Regenerationsbehälter 34 ausgestattet
ist. Darüber
hinaus sollte eine Einrichtung zur Schlammaufbereitung für eine Tunnelvortriebsmaschine,
deren Bohrschild aus durch Druck verdichtetem Schlamm besteht, dadurch charakterisiert
sein, dass sie mit besagten Steuerungsvorrichtungen 38, 39 und 40 ausgestattet
ist, desgleichen notwendigerweise mit besagtem Regenerationsbehälter 34.
Gemäß einer bevorzugten
Realisation erfolgt die Dichte- und Viskosizitätsbestimmung besagter Schlammarten
in Abschnitten aus den von den Schlammarten gezogenen Proben.
-
Idealerweise
enthält
die Einrichtung des Weiteren:
- – einen
Zusatzaufbereitungsbehälter 48,
der zwischen der vierten Transportvorrichtung zum Heranführen 32 und
dem Behälter
mit neuem Schlamm 18 angebracht ist. Dieser Zusatzaufbereitungsbehälter 48 steht
parallel zu der aus dem Aufbereitungsbehälter 12 und dem Regenerationsbehälter 34 gebildeten
Einheit zur Verfügung, und
- – Selektionsvorrichtung 50 für den neuen Schlamm,
die zwischen dem Aufbereitungsbehälter 12 und dem Zusatzaufbereitungsbehälter 48 angeordnet
sind.
-
Der
Zusatzaufbereitungsbehälter 48 kann
so eventuell die durch den Aufbereitungsbehälter 12 und dem Regenerationsbehälter 34 gebildete
Einheit durch den Einsatz der Selektionsvorrichtungen 50 umgehen.
Dadurch können
die Eigenschaften und/oder die Zusammensetzung des zu der Tunnelvortriebsmaschine 2 durch
die dritten Transportvorrichtungen 32 zugeführten regenerierten
Schlamms im Notfall schnell angepasst werden. Besonders wichtig
ist dies im Fall einer durchgreifenden und radikalen Veränderung
der Eigenschaften des für
die Tunnelvortriebsmaschine bestimmten Schlamms und somit des untertunnelten
Erdreichs, oder auch bei Wartungsarbeiten in der Spitze der Tunnelvortriebsmaschine,
bei denen eine Injektion von Konsolidierungsschlamm in das Bohrschild
spezifische Eigenschaften aufweisen muss.
-
Es
wird darauf verwiesen, dass die ersten Steuerungsvorrichtungen 38 von
den Regel- und Messvorrichtungen 42, 44 zur Bestimmung
der rheologischen Eigenschaften der Schlammproben abhängen, und
dass die zweiten Steuerungsvorrichtungen von der Regelvorrichtung 42, 46 und
der Messvorrichtung zur Bestimmung der masse- und volumenspezifischen
Eigenschaften des besagten Schlammes abhängen.
-
Der
Einsatz besagter Auswahlmittel 50 hängt von mindestens einer der
Vorrichtungen aus der Gruppe der Handsteuerungsvorrichtungen und
der Steuerungsmittel 51 ab, die wiederum von den vierten
Steuerungsvorrichtungen abhängen.
-
Daraus
ergibt sich folgende Verfahrensweise für die Kontrolle und die automatische
Funktion einer Einrichtung zur Aufbereitung des Schlamms einer Tunnelvortriebsmaschine 2,
deren Bohrschild aus durch Druck verdichtetem Schlamm besteht:
- – regelmäßige und
etappenweise Ziehung von Proben von wenigstens dem entsandeten Schlamm
(Probe A), dem aufbereiteten Schlamm (Probe B) und dem regenerierten
Schlamm (Probe C),
- – bei
jeder dieser Proben (A, B, C) sukzessive Erstellung (56)
einer Masse-, Volumen- und rheologischen Bilanz, danach
- – Vergleich
jedes erhaltenen Resultats mit den vorgeschriebenen Informationen
eines Leistungsverzeichnisses, welches dank Speichervorrichtungen 58 im
Voraus aufgezeichnet wurde, und dadurch Bestimmung der Zugabe von
Additiven zu dem neuen Schlamm sowie die Bestimmung der Menge des
neuen Schlamms, die mit dem entsandeten Schlamm vermischt wird;
- – ständige Übertragung
der erhaltenen Informationen zu einem Automaten 60, der
mit Steuerungsvorrichtungen 38, 39 und 51 ausgestattet
ist und der den Einsatz von mindestens einer der Selektionsvorrichtungen 50 (51),
der dritten Transportvorrichtungen 28 (38), der
Regulierungsmittel 52 des Ausstoßes des neuen Schlammes in
den Aufbereitungsbehälter 12 (39);
der Steuerungsvorrichtungen 38, 39 und 51,
deren Einsatz wiederum von besagten Analysemitteln 40 oder
alternativ von den Informationsmitteln 62 eines Computers
abhängt.
-
Die
vierte Steuerungsvorrichtung 40 enthält Anzeigemittel 54,
durch die ein Operator Informationen erhält, um die Zusammensetzung
oder die Eigenschaften des neuen Schlamms anzugleichen oder zu verändern, insbesondere
indem er die vorgeschriebenen Informationen des Leistungsverzeichnisses
durch die Informationsvorrichtungen 62 modifiziert und
eventuell die Operatoren der Tunnelvortriebsmaschine vor der Veränderung
der Eigenschaft des untertunnelten Gebietes warnt.
-
Die
Zusatzbehälter
enthalten eines der folgenden Elemente:
- – Überschussschlamm
aus dem Aufbereitungsbehälter 12 (Lagerbehälter 8),
- – Frischwasser
(Behälter 20),
- – ein
Additiv (wie 22) aus der Additivgruppe der Polymere, der
Viskosen und der Salze,
- – Betonitschlamm
(Behälter 24),
- – recyceltes
Wasser (Behälter 26),
gewonnen bei der Aufbereitung des Überschussschlamms in der Recycleeinrichtung 16.
-
Die
Vorrichtungen des Verfahrens der Erfindung sind vorteilhaft angeordnet
und in 2 im Einzelnen dargestellt in Form einer Einheit 66,
die aus den vierten Kontroll- und Analysemitteln 40, den Messvorrichtungen 44 und 46 der
Bestimmung der Dichte und Viskosizität der Proben und dem Automaten 60 besteht.
-
Die
besagten zweiten Mittel 14 bestehen aus einem sogenannten
Schwimmschieber, dessen Handhabung zur Öffnung und Schließung von
einem Schieber abhängt,
der sich auf dem Schlamm im Aufbereitungsbehälter befindet.
-
Zu
beachten ist, dass die dritte Transportvorrichtung 28 und
die Mittel zur Regelung des Ausstoßes des neuen Schlamms in die
Aufbereitungsbehälter 12 und/oder 48 aus
Schiebern bestehen, deren Handhabung zur Öffnung/Schließung von
Steuerungsmitteln 38, 39 abhängt, wie in den Figuren dargestellt,
oder auch entsprechend durch Adduktionsschlammpumpen im Kreislauf,
deren Einsatz von den besagten Steuerungsmitteln 38, 39 abhängt.
-
Darüber hinaus
ist zu beachten, dass die Schleudervorrichtungen des regenerierten Schlamms
vorzugsweise aus einer Pumpe 36 bestehen, die zwischen
dem Aufbereitungsbehälter 12 und dem
Regenerationsbehälter 34 angebracht
ist, um eine ständige
Zirkulation des Schlamms zwischen den beiden Behältern 12 und 34 zu
ermöglichen
und die Homogenität
des regenerierten Schlamms je nach Veränderung der Eigenschaften des
aufbereiteten Schlamms zu gewährleisten;
insbesondere je nach Zugabe von neuem Schlamm in den Aufbereitungsbehälter 12.
-
Auch
wenn hier eine bevorzugte Anordnung der Erfindung dargestellt wird,
ist sie nicht an diese Form gebunden, sondern auf jede Einrichtung
zur Aufbereitung des Schlamms anwendbar, die dazu dient, eine Tunnelvortriebsmaschine
mit obengenannten Eigenschaften auszustatten.