TBMtunnel.com

by  Lars Langmaack

Maschineller Tunnelbau - undenkbar ohne Chemie

Der moderne maschinelle Tunnelbau kommt mit seinen zum Teil extremen Anforderungen seitens der Variabilität der Geologie, der Größe der aufgefahrenen Querschnitte und der zu erreichenden Geschwindigkeiten nicht ohne die Errungenschaften der modernen Bauchemie aus. 

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In der Zusammenführung eines durchdachten Maschinenbaukonzeptes mit den Entwicklungen der chemischen Industrie liegt die Zukunft des maschinellen Tunnelbaus, dessen Entwicklungspotential noch lange nicht ausgeschöpft ist. 

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Die Anwendungen der Spezialchemie liegen im Wesentlichen auf dem Gebiet der 

- Bodenkonditionierung, Anti-Verklebung, Anti-Abrasion

- Dichtmassen & Sperrfette 

- Hinterfüllmörtel 

- Tübbingbetone

- Vor- Und Nachinjektion

- Einstiegssicherung 

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BODENKONDITIONIERUNG

Hier werden vor allen Dingen Tunnel-Schäume und  -Polymere verwendet, um die Rheologie des Bodens zu verändern und für die Tunnelvortriebsmaschinen so zu modifizieren, daß sie sicher auffahrbar sind. Durch neue Testmethoden ist es jetzt möglich, genauere Vorhersagen über die Effektivität der Bodenkonditionierung zu machen (SGAT Tester). Wie unten ersichtlich, können nun Abschätzungen bezüglich der Optimierung des Vortriebsdruckes, des Schneidraddrehmomentes und des Verschleißes vorgenommen werden.

TBM tunneling - 

the chemical contribution

Modern tunneling - with its partly extreme demands with respect to geological variations, tunnel diameter, TBM speeds and tunneling security - is unthinkable without use of specialty chemicals. 

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The future of TBM tunneling will be the intelligent combination of modern machine construction and the use of advanced chemicals. This development potential remains still to be fully exploited ... 

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Specialty chemicals are mainly used  for the following applications 

- Soil conditioning, anti-clogging, anti-wear, anti-dust

- Sealing compounds & excluder greases 

- Annulus grouts 

- Segment concrete 

- Pre- and Post-Injection

- TBM chamber intervention 

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SOIL CONDITIONING

Special tunnel-foams and -polymers are used as soil conditioners. They enable the rheological modification of the soil in order to make it possible to use TBMs and in order to minimize settlements. With new test methods developed, it is now possible to predict more accurately the efficiency of the soil conditioners (SGAT Tester). As shown in the below diagram, it is now possible to evaluate changes in thrust, cutterhead torque and wear.

SGAT tester and its test results

Selected EPB drives below groundwater level

Generell ist die Bodenkonditionierung bei permeablen und grundwasserhaltigen Böden ist etwas aufwändiger, aber bis weit in den Kiesbereich realisierbar (siehe Grafik). Für Störzonen und Kurzbereiche ist eine EPB-Fahrweise auch im Hartgestein möglich. Allerdings müssen hierfür geeignete Zusatzmaßnahmen getroffen werden.

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DICHTMASSEN UND SPERRFETTE

Hier geht es vornehmlich um den Schutz der Maschine vor eindringendem Wasser oder Erdreich, denn in der Maschine herrscht Umgebungsdruck!

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Hinterfüllmörtel / Tübbingbetone

Ein sicheres und komplettes Verfüllen des Ringspaltes reduziert Oberflächensetzungen und schützt die Tübbinge, die durch die Spezialchemie die gewünschten Materialeigenschaften erreichen.

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Einstiegssicherung

Hier geht es um den Schutz der Arbeiter und um die Vermeidung von Verbrüchen. Spezialchemie hilft bei nötigen Druckluft-Einstiegen und Verfüllungen der Abbaukammer.

The soil conditioning for permeable soils below the groundwater level is somehow more complex, but possible even in gravelly geologies (see figure above). For transition zones and short intervals an EPB mode is even feasible at hard rock conditions. Under these circumstances, suitable additional measures have to be taken into account.

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SEALING COMPOUNDS & ELCLUDER GREASES

The protection of the TBM is the main issue here. Pressurized water and soil have to be kept away from the inside of the TBM with atmospheric pressure!

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ANNULUS GROUTS & SEGMENT CONCRETE

Only the secured and complete filling of the annulus void reduces the surface settlements - the desired behavior of the segment concrete needs special admixtures.

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TBM CHAMBER INTERVENTION

The protection of workers and the prevention of  soil collapse is a must for maintenance works under pressure. Speciality chemicals reduce the compressed air losses and  are used to create artificial soils.

NEWS

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> check out www.tbmdigs2019.org conference in Golden, Colorado, USA: November 14-15, 2019

> save the date: STUVA Tagung Frankfurt, November 26-28, 2019

Lars Langmaack

Dipl.-Ing. Chemietechnik, TU Dortmund

phone: +49 173 979 88 55

email: tbm @ tbmtunnel . com