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Full Description
Der Rohrvortrieb ist ein Bauverfahren zur grabenloser Verlegung von Leitungen. Ein erfolgreicher Vortrieb erfordert eine geringe Mantelreibung zwischen Baugrund und Vortriebsrohr. Dies wird über eine Bentonitschmierung erreicht. Das im Ringspalt eingebrachte Bentonit erfüllt hierbei mehrere Aufgaben. Zunächst stabilisiert es den Ringspalt durch Stützung des Untergrunds und soll damit den direkten Kontakt Untergrund zu Vortriebsrohr vermeiden. Zusätzlich verringert es als Schmiermittel die Reibung zwischen Untergrund und Rohrstrang.
Dieses Handbuch behandelt nahezu alle Aspekte der Ringraumschmierung. Angefangen von den für die Schmierung maßgeblichen Untergrundbedingungen, über die Eigenschaften des Bentonits bis hin zu den technischen Aspekten. Dabei sind zu nennen die Handhabung des Messequipments, der richtige Einsatz der Mischausrüstung und der Quelltanks, Details über den Einsatz des automatischen Bentonitschmiersystems sowie Berechnungen und Vorschlagswerte über Bentonitverbrauchsmengen in Abhängigkeit von Untergrund und Vortriebsmaschinengröße.
Contents
Liste der verwendeten Symbole XV I. Griechische Symbole XV
II. Lateinische Symbole XV
1 Grundlagen 1
1.1 Grundlagen und technische Ausführung von Bentonitschmiersystemen 1
1.1.1 Steuerungseinheit 2
1.1.2 Mischbehälter 2
1.1.3 Vorratsbehälter 3
1.1.4 Hauptpressstation 3
1.1.5 Vortriebsmaschine 3
1.1.6 Schmierring 3
1.1.7 Zwischenpressstation (Dehnerstation) 3
1.1.8 Vortriebsrohr 3
1.1.9 Schmierstation 4
1.1.10 Injektionsstutzen 4
1.1.11 Bentonitpumpe 5
1.1.12 Druckluftzuführung 5
1.1.13 Steuerkabel 5
1.1.14 Bentonit- oder Zuführungsleitung 5
1.2 Ringspaltschmierung beim Rohrvortrieb 5
1.3 Vorbemerkungen zum Baugrund 6
2 Bentonit und Bentonitsuspensionen 9
2.1 Zusammensetzung und Struktur 9
2.2 Quellverhalten 10
2.3 Kartenhausstruktur und Thixotropie 11
2.4 Fließgrenze, Viskosität und Gelstärke 12
2.5 Stabilität 17
2.6 Gebräuchliche Bentonitarten 19
2.6.1 Natürlicher Bentonit (Ca oder Na) 19
2.6.2 Aktivierter oder Aktivbentonit 19
2.6.3 Bentonit mit Polymerzugabe 20
3 Additive 21
3.1 Polymere 21
3.1.1 Funktionsweisen von Polymeradditiven 21
3.2 Arten von Polymeradditiven 25
3.2.1 Stärke 25
3.2.2 Xanthan 25
3.2.3 Guaran 26
3.2.4 Modifizierte Cellulosen (PAC, MEC, HEC, CMC) 27
3.2.5 Polyacrylamid/-acrylat 27
3.3 Übersicht über Polymeradditive und ihre Funktionen 28
4 Fachgerechte Herstellung von Bentonitsuspensionen 29
4.1 Anmischen 29
4.1.1 Vorgehensweise beim Herstellen der Suspension 30
4.2 Mischtechnik 33
4.3 Mischanweisungen 34
4.3.1 Mischanweisung für Mischer mit Mischpumpe 34
4.3.2 Mischanweisung für Mischer mit Wasserstrahlpumpe 35
4.4 Quelltanks 35
5 Eigenschaften der Suspension und verwendete Messverfahren 37
5.1 Viskosität: Marsh-Trichter 37
5.2 Fließgrenze: Kugelharfe 40
5.3 Viskosität und Gelstärke: Rotationsviskosimeter 42
5.4 Filtratwasserabgabe und Filterkuchenbildung: Filterpresse 43
5.5 Dichte 45
5.5.1 Messung mithilfe einer Spülungswaage 45
5.5.2 Messung mithilfe eines Pyknometers 45
5.6 Wasserhärte: Messstreifen 46
5.7 pH-Wert 46
5.7.1 Bestimmung mittels pH-Messstreifen 46
5.7.2 Messung mittels eines pH-Meters 46
5.8 Leitfähigkeit 46
5.9 Temperatur 47
6 Baugrund und Grundwasser 49
6.1 Geologie von Festgesteinen 49
6.1.1 Klassifikation von Festgesteinen 50
6.1.2 Mineralbestand und Mineralgefüge 50
6.1.3 Einaxiale Gesteinsdruckfestigkeit 51
6.1.4 Zugfestigkeit 53
6.1.5 Gebirgsfestigkeit 54
6.1.6 Gesteinsabrasivität 54
6.1.7 Trennflächengefüge 55
6.1.8 Verwitterungsgrad 59
6.1.9 Gebirgsklassifikation 60
6.2 Geologie von Lockergesteinen 65
6.2.1 Art der Minerale 65
6.2.2 Korngröße und Kornverteilung 65
6.2.3 Kornrundung 77
6.2.4 Poren 78
6.2.5 Lagerungsdichte 80
6.2.6 Scherfestigkeit 82
6.2.7 Konsistenzgrenzen 83
6.2.8 Quellfähigkeit 85
6.3 Standfestigkeit und Standzeit 85
6.3.1 Beurteilung der Standfestigkeit nach dem Ortsbrustverhalten 85
6.3.2 Beurteilung der Standzeit mithilfe des RMR- und Q-Systems 87
6.4 Hydrogeologie 88
6.4.1 Hydrogeologische Grundbegriffe 88
6.4.2 Durchlässigkeit 89
6.4.3 Bestimmung der Durchlässigkeit im Lockergestein 93
6.4.4 Bestimmung der Durchlässigkeit im Festgestein 96
6.5 Auswirkung verschiedener Gesteinseigenschaften auf die Anwendung von Bentonit 100
6.6 Kontaminationen in Baugrund, Grund- und/oder Anmachwasser 101
6.6.1 pH-Wert 101
6.6.2 Salzwasser 102
6.6.3 Wasserhärte aufgrund von Calcium- oder Magnesiumionen 102
6.6.4 Chlor 103
6.6.5 Eisen 103
6.6.6 Huminsäuren 103
6.6.7 Zement/Beton 104
6.6.8 Übersicht der Grenzwerte für Kontaminationen im Anmachwasser 104
6.6.9 Auswirkungen von Kontaminationen auf die Eigenschaften der Suspension 104
7 Bentonitsuspensionen zur Ringspaltschmierung 107
7.1 Größe des Ringspalts 107
7.1.1 Mantelreibung 108
7.2 Vertikale Position des Rohrstrangs im aufgefahrenen Hohlraum 109
7.2.1 Auftrieb 110
7.2.2 Ballastierung 111
7.2.3 Vertikale Position des Rohrstrangs in standfestem Baugrund 111
7.2.4 Vertikale Position des Rohrstrangs in nichtstandfestem Baugrund 112
7.3 Funktionen des Schmiermittels im Ringspalt 113
7.3.1 Stützfunktion 114
7.3.2 Schmierfunktion 117
7.3.3 Tragfunktion 118
7.3.4 Folgen einer schlechten Anpassung des Schmiermittels 120
7.4 Anpassung der Bentonitsuspension an den Baugrund 121
7.4.1 Grundlegende geologische Parameter 122
7.4.2 Flussdiagramme für Festgesteine 122
7.4.3 Flussdiagramme für Lockergesteine 123
7.4.4 Zusammenhänge zwischen Boden- und Schmiermittelparametern 125
7.4.5 Hydrogeologische Parameter 127
7.5 Rheologische Parameter der Bentonitsuspension 127
7.5.1 Partikelgröße 128
7.5.2 Fließgrenze 129
7.5.3 Viskosität 132
7.5.4 Gelstärke 133
7.6 Verpressmengen 135
7.6.1 Definition der Begriffe 135
7.6.2 Grundlagen für die Ermittlung der erforderlichen Verpressmenge 143
7.6.3 Berechnung der Verpressmengen VMaschine und VRohrstrang 148
7.7 Das zeitabhängige Verlustvolumen 150
7.8 Schmierstrategien 151
7.8.1 Intervallgesteuerte Systeme 151
7.8.2 Volumenkontrollierte Systeme 153
7.8.3 Schmierstrategien für Erst- und Nachverpressung 155
7.8.4 Besondere Schmierstrategien bei Direct Pipe® und verwandten Verfahren 156
8 Schmiertechnik 157
8.1 Anordnung und Abstand der Schmierstationen im Rohrstrang 157
8.2 Anzahl und Anordnung der Injektionsstutzen pro Schmierstation im Rohrquerschnitt 158
8.3 Rückschlagventile 159
8.4 Schmierkreislauf 160
8.5 Zusammenspiel zwischen dem Stützdruck an der Ortsbrust und dem Ringspaltdruck 161
8.6 Bentonitversorgung im Anfahrbereich 162
8.7 Schmiermitteldruck, Schmiermittelmenge und Druckverluste 163
9 Berichtswesen165
9.1 Welche Parameter sollten bei der Bentonitschmierung dokumentiert werden? 165
9.2 Vordrucke 165
10 Listen der erforderlichen Verpressmengen 169
10.1 Erläuterungen der Listen 169
Literatur 199
