Altklausurfragen

Von aktiver Ortsbruststützung spricht man, wenn die Stützung der Ortsbrust über Flüssigkeit oder Erdbrei realisiert wird.

Durch die „aktive Ortsbruststützung“ ist ein weitgehend setzungsfreier Vortrieb möglich.

EPB (Erddruckgestützt)

• Stützung

  durch Erdbrei (Boden —> konditioniert mit Wasser / Schaum / Polymeren)

  —> dient als plastisches Stützmedium

  Durch Schneidrad gelangt Boden in Abbaukammer

• Druckregelung: Aktive Steuerung des Ortsbrustdrucks über Schneckendrehzahl (Austragsrate) und Vortriebsgeschwindigkeit.

• Abtransport: Über die Schnecke wird der Boden dosiert aus der Druckkammer gefördert, anschließend über Förderband oder Muldenwagen abtransportiert.

• Probleme: Grobe Blöcke, Findlinge oder trockene, nicht plastische Böden können den Fluss behindern.

• Geeignete Böden:

  • bindige Böden (Ton, Schluff)

  • feinsandige Böden mit genügend Feinanteil

  • geringer bis mittlerer Grundwasserdruck (bis ca. 3–4 bar)

  • kf < 10⁻⁴ … 10⁻⁶

Flüssigkeitsgestützt (Slurry-/Mixshield-Verfahren)

• Stützung:

  Die Ortsbrust wird durch eine Stützflüssigkeit (Suspension, meist Bentonit) gestützt. Diese bildet im Boden einen Filterkuchen und leitet so den Wasser- und Erddruck aus.

• Druckregelung:

  Aktive Einstellung über Flüssigkeitssäule (hydrostatischer Druck) und Pumpen

• Abtransport:

  Abraum wird mit Suspension vermischt und über eine Spülleitung hydraulisch zur Separationsanlage gefördert; dort vom Bentonit getrennt und entsorgt/weitertransportiert.

• Unterschiede Slurry / Mix:

  • Slurryshield: reine Suspension, kein Filterkuchenaufbau

  • Mixshield: Suspension + gezielter Filterkuchenaufbau für höhere Drücke, besonders bei großem Durchmesser und hohem Grundwasserdruck

• Böden:

  • Slurryshield → nicht bindig, durchlässig (Sand, Kies) → kf ≈ 10⁻⁴

  • Mixshield → grobkörnig, sehr durchlässig (Kies, grober Sand, heterogener Boden), kf > 10⁻³

  Slurry = reine Suspension, Druckluft nur für Sonderfälle (Wertung).

  Mixshield = Suspension + Druckluftpolster → stabile Druckregelung + Filterkuchenbildung

• Unterscheidung Slurryshield und Mixshield:

  • Steuerung des Stützdrucks erfolgt über Luftpolster

  • Abbaukammer mit Suspension gefüllt

  • Abtransport durch Förderpumpe

  • Stützsuspension und Abbaugut wird getrennt

  • danach wieder in Druckkammer

  • Steinbrecher zerkleinern Steine & Findlinge

Clay - Fine Sand

—> EPB-Schild

• weicher Baugrund mit niedriger Wasserdurchlässigkeit, kf ≤ 10⁻⁶

• Problem mit Stein & Findlingen

Fine Sand - Cobbles

—> Flüssigkeitsgestütztes Schild (Hydro-Schilde)

• heterogener Baugrund mit hoher Wasserdurchlässigkeit kf > 10⁻⁶

• Sand – Kies

Johannes:

Fazit:

• beide Abbauarten möglich, abhängig von weiteren Merkmalen

• Sprengungen möglich? → Bebauung beachten

• Wasserdruck, Grundwasser?

• Standzeit

• Bodenbedingung/-art

• Homogenität des Bodens

Nina:

Suspensionsschild:

• eingebauter Steinbrecher zerkleinert Steine

EPB:

• Steine & Findlinge können Schnecke blockieren → Abtransport kompliziert

• Rohrschirm → bei weichem und setzungsreichem Baugrund → Überlappungen bilden Dach

• Anker/Sprieße → SN-Anker / IBO-Selbstbohranker

• Vorpfändung → bei nicht bindigem Boden - große Erschütterungen

• Ortsbrustsicherung → durch Spritzbeton, Anker, Bewehrung etc.

Freie Standzeit = tatsächliche Standzeit ohne Sicherung

• Faktor zur Bestimmung von Sicherheitsmaßnahmen

  —>Abschlagslänge

• Einteilung in Gebirgsklassen

• Vortriebsklassen

• Spannungsumlagerung → größere Spannungen im Randbereich; Primärspannungen σᵥ,primär

• Tragwölbe / Tragring des Gebirges bildet sich

• Spannungstrajektorien, + Hauptspannungen umfließen Tunnel durch Hohlraum

(rechts oben skizziert: Setzungsmulde entlang der Geländeoberfläche)

von Nina:

von Johannes:

a) in der Firste

Firste – pL = 125 kN/m² − 60 kN/m² = 65 kN/m²

b) in der Sohle

Sohle – pL = 250 − 60 = 190 kN/m²

c) aus dem Luftdruckpolster

γsusp · h / 2 = 12 · 10 / 2 = 60 kN/m²

σᵥ,primär = 25 kN/m³ · 200 m = 5000 kN/m²

Nina:

Gebirgsdruck bei E = 1600 MN/m² höher, da gleiche Setzung bei größerer Steifigkeit

Johannes:

Fall I:

Es,I,Gebirge = 3000 kN/m²

σᵥ = 5000 kN/m²

sI = 20 mm

zugehöriges σr = 250 MN/m²

Fall II:

Es,II,Gebirge = 1000 MN/m²

σᵥ = 5000 kN/m²

sII = 70 mm

zugehöriges σr = 250 MN/m²

sA = smax = 20 mm

sB = 0,75 · smax = 15 mm

sC = 0,25 · smax = 5 mm

sD = 0,00 · smax = 0 · 20 = 0 mm

Nina:

Johannes:

α = tan(10/5000) = 3,49 · 10⁻⁵

zul. α = 1/500 = 2 · 10⁻³   ✓

Allg.: Verformungen bei Schildvortrieb geringer

• Tübbinge werden direkt nach Ausbruch eingebracht

• dadurch minimale bis keine Verformungen

Bei NÖT zeitverzögerter Einbau möglich:

• Verformungen können sich (im Original schwer leserlich)

• größere Spannungen/Lasten durch Verformungen

• auch bei Quelldruck möglich

• nicht bei TVM möglich