Zusätzlich zu den genannten wirtschaftlichen Aspekten tragen auch erhöhte Sicherheitsauflagen dazu bei, den Grad der Automatisierung im Rohrvortrieb langfristig zu steigern. Die Sicherheit am Arbeitsplatz wird immer strenger reguliert. Automatisierte Systeme können dazu beitragen, Risiken für das Personal zu minimieren, indem gefährliche Aufgaben von Maschinen übernommen werden. Die wachsenden technischen und leistungsspezifischen Anforderungen an Mikrotunnelbohrmaschine und ihre Bediener verlangen somit nach Lösungen, die einerseits die Produktivität steigern und andererseits die Abhängigkeit von erfahrenen Fachkräften verringern. Automatisierungstechnologien bieten hier eine Antwort, um die Zukunft des Rohrvortriebs unter diesen veränderten Bedingungen erfolgreich zu gestalten.

Zielsetzung der Automatisierung im Microtunneling

Die Automatisierung im Rohrvortrieb verfolgt ehrgeizige Ziele, die langfristig auf den autonomen Rohrvortrieb hinarbeiten – eine Vision, die den gesamten Vortriebsprozess vollautomatisch und möglichst ohne menschliches Eingreifen ermöglichen soll. Auf dem Weg zu diesem Ziel stehen bereits heute konkrete Assistenzfunktionen zur Verfügung, die eine Unterstützung des Maschinenfahrers ermöglichen. Diese Systeme übernehmen schrittweise Aufgaben und entlasten den Bediener, was langfristig den Übergang zu einem autonomen Vortrieb vorbereiten soll.

Ein zentrales Ziel der Automatisierung ist die Maximierung der Vortriebsleistung, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens deutlich zu steigern. Durch optimierte Arbeitsprozesse und die Verringerung von Stillstandszeiten kann die Effizienz erhöht werden, was gleichzeitig zu einer breiteren Akzeptanz des Verfahrens führt. Ein wichtiger Hebel dabei ist die Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit, was in der Praxis zu einer Verkürzung der Bauzeiten führt und somit Bauprojekte schneller und kostengünstiger abschließen lässt.

Ein weiteres bedeutendes Ziel der Automatisierung ist die präzisere Steuerung entlang der Solltrasse. Automatisierte Systeme ermöglichen eine genauere Ausrichtung und Führung der Mikrotunnelbohrmaschine, was nicht nur die Qualität des Vortriebs verbessert, sondern auch Fehler und Abweichungen minimiert. Dadurch werden sowohl Material- als auch Zeitressourcen effizienter genutzt. All diese Ziele zielen darauf ab, den Rohrvortrieb schrittweise zu optimieren und den Weg für den autonomen Betrieb zu ebnen.

Ansatzpunkt für Assistenzsysteme im Rohrvortrieb

Hier liegt gerade der Vorteil von moderner Regelungstechnik, die alle Werte parallel erfassen, auswerten und korrigieren kann. Gleichzeitig ergibt sich ein großer Benefit bei der Vortriebsleistung, die sich durch höhere Abtastraten steigern lässt.

Richtungssteuerung: Präzise Steuerung durch unterschiedliche Geologien über Automatikregler

Eine weitere Anpassung mit Hilfe der Vermessung stellt die Steuertrasse dar. Die Steuertrasse simuliert das Verhalten des Maschinenfahrers vor Kurveneinfahrt, der gewöhnlich bereits vor der Kurve einlenkt, um „innen“ in der Kurve (vgl. Ideallinie Autorennen) zu starten und erst nach der Kurve wieder auf die Solltrasse zurückzusteuern. Damit werden „harte“ Übergänge von Geraden auf Kreisbahn aus der Trassenplanung durch Klothoiden optimiert. Das bedeutet, dass die Krümmung am Anfang der Kurve null ist und dann gleichmäßig zunimmt, je weiter man entlang der Kurve geht.

Vorschubregelung: Optimierte Vortriebsgeschwindigkeit durch automatische Regelung der zentralen Vortriebsparameter

Die Vortriebsgeschwindigkeit im Tunnelbau ist ein entscheidender Faktor für die Effizienz und den Erfolg eines Projekts. Je schneller der Vortrieb voranschreitet, desto schneller kann das gesamte Bauvorhaben abgeschlossen werden. Dies hat unter anderem den bedeutenden Vorteil einer verkürzten Bauzeit, was direkte Einsparungen bei Arbeitskraft, Maschinenkosten und Betriebsaufwendungen zur Folge hat. Jeder zusätzliche Tag auf der Baustelle bringt hohe Kosten mit sich, insbesondere bei großen Projekten.

Das Assistenzsystem zur Optimierung der Vortriebsgeschwindigkeit ist vergleichbar mit einem Tempomat im Kfz-Bereich. Der Unterschied liegt darin, dass sich die Sollgröße unterscheidet. Im Tunnelbau ist die Sollgröße das Schneidraddrehmoment. Man geht davon aus, dass mit zunehmendem Drehmoment mehr Boden abgebaut wird. Durch sich ändernde Bodenverhältnisse schwankt das Drehmoment stark. Es wird über die Vortriebsgeschwindigkeit und damit letzten Endes über die Vortriebspressen beeinflusst.

Bisher wird die Vortriebsgeschwindigkeit vom Maschinenfahrer mit einem Potentiometer ständig kontrolliert und angepasst. Die Abtastrate durch den Maschinenfahrer beträgt etwa 1/min, wodurch das Drehmoment am Schneidrad stark schwanken kann.

Der Assistent kann über eine moderne Regelung mehrmals pro Sekunde die Vortriebspressen ansteuern, wodurch das Bohrkopfdrehmoment konstanter wird. Gleichzeitig ergibt sich ein stabiler Abbauprozess, wodurch das gesamte Abbauverhalten und die Reaktion der Maschine beim Steuern berechenbarer werden.

Digitalisierung im Rohrvortrieb

Die Digitalisierung und neue Technologien eröffnen im Bauwesen immer mehr innovative Möglichkeiten und werden für alle Beteiligten zunehmend wichtiger. Ein zentraler Faktor dabei ist die Zusammenarbeit von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT). OT umfasst die physischen Systeme auf Baustellen, wie Sensoren, Maschinen und Steuerungseinheiten. Durch Fortschritte in der Sensortechnologie steigt die Zahl und Genauigkeit dieser Sensoren stetig an. Die erfassten Daten werden in Echtzeit über das Internet der Dinge (IoT) und Cloud-Lösungen übertragen, was den globalen Zugriff und die Transparenz verbessert.

Digitale Produkte von Herrenknecht

MT.ON ist Herrenknechts IoT-Datenmanagementlösung für das Microtunneling. Sobald der Container online ist, werden die auf der Maschine erfassten Sensordaten nahezu in Echtzeit an eine cloudbasierte Webanwendung übertragen, die auch als mobile App verfügbar ist. Verschiedene Module unterstützen die Auswertung und sorgen für eine erhöhte Transparenz, was den Informationsaustausch und die Entscheidungsprozesse zwischen den Projektbeteiligten optimiert. Besonders bei mehreren, geografisch verteilten Containern ermöglicht Fleet.ON den zentralen Zugriff auf alle Baustellen mit nur einem Login, wodurch standortübergreifende Vergleiche und Analysen möglich werden. Fleet.ON bietet nicht nur die lückenlose Dokumentation von Betriebsparametern und dem Projektsetup, sondern bereitet diese auch visuell übersichtlich auf. Darüber hinaus ermöglicht es die nahtlose Integration weiterer relevanter Datenquellen, wie Zusatzequipment (z.B. Separationsanlagen | STP.ON) und baustellenbezogene Informationen wie geologische und Schichtdaten. Für besonders komplexe Baustellenanforderungen ist MSS.ON ideal geeignet. Es bietet erweiterte 3D- und BIM-Darstellungen sowie umfassende Reporting-Funktionen, um den steigenden Ansprüchen an Transparenz und Präzision gerecht zu werden.

Support und Schulung von Maschinenfahrern

Die Digitalisierung und IT-Infrastruktur bieten bereits heute vielfältige Möglichkeiten, um den Maschinenfahrer auf der Baustelle zu unterstützen. So kann beispielsweise per Fernzugriff ein Überwachungssystem genutzt werden, das es Rohrvortriebsexperten ermöglicht, unabhängig von ihrem Standort alle relevanten Maschinenparameter in Echtzeit zu überwachen. Dadurch können sie ihr Fachwissen einbringen, um Probleme schnell zu lösen, wichtige Entscheidungen zu treffen und den Maschinenfahrer nicht nur zu unterstützen und weiterzubilden, sondern auch Ausfallzeiten zu vermeiden.

Ausblick: Fortschritt im Tunnel- und Leitungsbau weiter vorantreiben

Auf dem Weg zum autonomen Rohrvortrieb liegen noch zahlreiche Schritte vor uns. Neben den bereits beschriebenen Assistenzfunktionen, die sich in der Entwicklungs- oder Testphase befinden und auf Präzision sowie Vortriebsleistung abzielen, gibt es unterschiedliche Etappenziele, um weitere Unterstützungssysteme für den Maschinenfahrer zu entwickeln. Ein weiterer möglicher Ansatz dabei ist die Automatisierung des Wasserkreislaufs, insbesondere bei der Vorbereitung für den Rohrwechsel sowie das automatisierte Wiederanfahren. Dies könnte durch eine automatische Steuerung der Ventile und Pumpen erreicht werden, um den Prozess effizienter und sicherer zu gestalten.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Wissenschaft, Technologielieferanten und praxiserfahrene Bauunternehmen eng zusammenarbeiten, um den Fortschritt im Tunnel- und Leitungsbau voranzutreiben. Durch den kontinuierlichen Austausch von Wissen und Erfahrungen können Innovationen nicht nur entwickelt, sondern auch praxisnah getestet und optimiert werden. Nur durch diese enge Kooperation gelingt es, Lösungen zu schaffen, die den zukünftigen Anforderungen gerecht werden und den Übergang zu autonomen Prozessen im Rohrvortrieb erfolgreich gestalten. Gemeinsam legen sie damit den Grundstein für einen effizienteren und nachhaltigeren Tunnel- und Leitungsbau von morgen.