Maschineller Tunnelvortrieb

Bis dato wird der maschinelle Tunnelvortrieb mit Schildmaschinen vorwiegend in einer diskontinuierlichen Bohren-Ringbau-Abfolge ausgeführt. Das Vorbohren des Tunnels und der Einbau der Tübbingsegmente erfolgen sequenziell, dem Bohrhub folgt eine Ringbau-Sequenz, was auf einen klassischen Stop-and-Go-Prozess hinausläuft. Erst wenn ein Tübbingring komplett verbaut ist, kann der anschließende Vortriebszyklus gestartet werden. Ein diskontinuierlicher Vortrieb beim Herstellen von Tunneln in weichen Baugrund-Formationen kostet auf längere Strecken gesehen Zeit. Ein kontinuierlicher Vortriebsprozess, bei dem der Ringbau und das Vorwärtsbohren synchronisiert werden, kann dagegen zu einer erheblichen Einsparung von Bauzeit beitragen. Hierfür konzipierten die Ingenieure von Herrenknecht ein auf neuesten Technologien und Engineering aufbauendes Verfahren.

Grundlagen des kontinuierlichen Vortriebs

Mit Blick auf den Vortrieb stellt die Innovation folgenden Prozessablauf sicher: Im kontinuierlichen Vortrieb übernehmen diejenigen Vortriebszylinder, die die Maschine nach vorne zum Bohren schieben, den Kraftanteil derjenigen Zylinder, die für den Ringbau zurückgezogen sind. Damit unter diesen Bedingungen die Maschine ihre Steuerrichtung sicher beibehält, muss der Druckschwerpunkt aus der Summe der vortreibenden Kräfte in seiner Lage unverändert bleiben. Im Mittelpunkt des kontinuierlichen Vortriebs stehen daher eine leistungsfähige Rechnerarchitektur und verfahrensspezifische Software-Programme, die die nötigen Drücke in den Vortriebszylindern präzise kalkulieren. Sie gewährleisten, dass der Maschinenfahrer die Tunnelvortriebsmaschine wie bisher zuverlässig auf der vorgegebenen Trasse steuern kann.

Sichere Steuerung

Im kontinuierlichen Vortrieb steuert der Maschinenfahrer nicht mehr manuell über Drehregler (Potentiometer) auf dem Bedienpult, mit denen er die Drücke in den Vortriebszylindern reguliert. Herrenknecht hat hierfür das System Center of Thrust (CoT) neu entwickelt, das den Schildfahrer unterstützt, die Maschine präzise zu steuern. Es besteht aus einem Panel, das dem Bediener die aktuelle Lage des Druckschwerpunktes anzeigt und auf dem er die gewünschte Position des Druckschwerpunktes wählt. Die entsprechende Ansteuerung der Vortriebszylinder übernehmen die Algorithmen des Systems. Im Vergleich zur manuellen Steuerung über Potentiometer bietet der CoT die Perspektive, Richtungsvorgaben effizienter und effektiver auszuführen. Das CoT-System kann somit nachhaltig zur Wirtschaftlichkeit des Bauvorhabens sowie zur Qualität des unterirdischen Bauwerks beitragen.

Scheller zum Ziel

Mit dem kontinuierlichen Vortrieb kann laut Herrenknecht gegenüber dem bisherigen diskontinuierlichen Verfahren eine Steigerung der Gesamtvortriebsleistung bis zu einem Faktor von 1,6 erreicht werden. Dies kann bei langen Tunneln zu einer erheblichen Verringerung der Bauzeit führen. Zudem kann der kontinuierliche Vortrieb auf allen Maschinentypen in weichen Baugründen angewendet werden.

Das Verfahren des kontinuierlichen Vortriebs wird beim Großprojekt High Speed 2 – eine neue Eisenbahnverbindung zwischen London und Birmingham – eingesetzt. Herrenknecht stellt den kontinuierlichen Vortrieb auf der Bauma in München vor (Stand C3.447).