Untersuchungen zur Pumpförderung von schaumkonditionierten Böden am Beispiel des Rohrvortriebs

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rainard Osebold; Professor Dr.-Ing. Martin Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 132730071

Für den Bodenabbau von weichen Lockergesteinen beim maschinellen Tunnelbau eignet sich in besonderer Weise die Maschinentechnik der EPB - Schilde (Earth – Pressure – Balance – Shield).Die Konditionierung des Bohrguts zu einem ortsbruststützenden Erdbrei wird bei nicht bindigen Böden durch die Injektion von Schaum erreicht. In einer hinter dem Abbauschild befindlichen Arbeitskammer wird der Erdbrei weiter homogenisiert und mit einer Abzugsschnecke dosiert auf ein Förderband abgelegt. Das Förderband transportiert den abgebauten Boden zum Tunnelportal. Eine weitere Behandlung des Abraums (Separation) wie beim Einsatz von Hydroschilden, kann entfallen, da die Zugabemengen an biologisch abbaubaren Konditionierungsmitteln sehr gering sind, und der abgebaute Boden daher direkt deponiefähig ist.Tunnel mit Nennweiten von weniger als 2 m werden im Lockergestein fast ausschließlich mit dem Rohrvortriebsverfahren hergestellt. Hierbei ist der Einsatz von Förderbändern zum Abraumtransport aus Platzgründen nicht möglich. Somit sind die technischen und wirtschaftlichen Vorteile von EBP – Schilden mit Schaumkonditionierung für den Rohrvortrieb derzeit nicht nutzbar.In diesem Forschungsvorhaben ist geplant, den schaumkonditionierten Boden ohne weitere Verdünnung mittels einer Pumpförderung in platzsparenden Rohrleitungen zu transportieren. In-situ Erfahrungen beim Pumpen von schaumkonditionierten Böden haben gezeigt, dass der Transport des komplexen Drei-Phasen-Mediums (Feststoff, Flüssigkeit und Gas) mit erheblichen Problemen behaftet ist. Grundlage für einen sicheren Förderbetrieb ist daher die Erforschung der rheologischen Materialeigenschaften von schaumkonditionierten Böden und die Beschreibung des Materialverhaltens während des Pumpvorgangs. Hierzu wird das Strömungsverhalten in einem mathematischen Modell beschrieben. Als Eingangsgrößen für das theoretische Strömungsmodell werden materialspezifische und verfahrenstechnische Randbedingungen analysiert. Validiert durch abschließende Pumpversuche dient das Strömungsmodell als Grundlage für eine baupraktische Umsetzung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen