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Die Doppelschild-TBM in der Anwendung
Doppelschild-TBM zählen zu den technisch anspruchsvollsten Tunnelvortriebsmaschinen. Sie vereinen die Funktionsprinzipien von Gripper- und Einfachschild-TBM in einer Maschine. Die Verfahrenskombination ermöglicht in standfesten Geologien parallel zum Vortrieb den Einbau von Betonsegmenten und somit sehr hohe Vortriebsleistungen. Die leistungsstarke Technologie ist damit prädestiniert für das Auffahren langer Tunnel im Hartgestein.
250 Meter pro Woche gebohrter und mit Tübbingen ausgebauter Tunnel im Projekt Palomino, Dominikanische Republik.
Kraftvoll nach vorn
Beim Vortrieb mit Doppelschild-TBM wird ein rotierender, mit Schneidrollen bestückter Bohrkopf mit bis zu 32 Tonnen Druck pro Rolle gegen die Ortsbrust gepresst. Durch die Abrollbewegung der Disken brechen einzelne Felsstücke, sogenannte Chips, aus dem anstehenden Gebirge. Wasserdüsen können die Abbauwerkzeuge kühlen und reduzieren die Staubentwicklung. Am Bohrkopf angebrachte Räumer nehmen das Bohrklein auf. Durch die Bohrkopfrotation rutscht es dank der Schwerkraft über integrierte Kanäle zum Zentrum der Maschine und fällt durch einen trichterförmigen Muckring auf das Maschinenband. Von dort wird das Bohrklein an Förderbänder oder Transportfahrzeuge übergeben und aus dem Tunnel befördert.
Funktionsprinzip
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Hohes Tempo dank kontinuierlichem Vortriebsmodus
Doppelschild-TBM bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einem Frontschild mit Bohrkopf, Hauptlager und Antrieb sowie einem Gripperschild mit Gripperverspanneinheit, Hilfsvortriebszylinder und Schildschwanz. Die Hauptvortriebszylinder verbinden beide Schildteile miteinander. Sie sitzen im Schutz des Teleskopschilds, bei dem sich die Schildmäntel von Front- und Gripperschild überlappen. Doppelschild-TBM werden daher auch Teleskopschilde genannt. In standfestem Gebirge verspannt sich die Maschine mit den Gripperschuhen radial im Tunnel. Dadurch kann der Frontschild mithilfe der Hauptvortriebszylinder unabhängig vom Gripperschild vorgeschoben werden.
Die Reaktionskräfte beim Bohrvorgang werden durch die ausgefahrenen Gripperschuhe in das Gebirge abgeleitet. Gleichzeitig zum Vortrieb erfolgt der Einbau der Tübbinge im Schildschwanzbereich. Die Hilfsvortriebszylinder dienen dabei lediglich zur Lagesicherung der gesetzten Betonsegmente. Nach Abschluss eines Vorschubtaktes werden die Gripperschuhe gelöst und der Gripperschild dem Frontschild durch die Hilfsvortriebszylinder nachgeschoben. Diese Umsetzphase dauert nur wenige Minuten. So ist ein nahezu kontinuierlicher Vortrieb möglich. In idealen Gebirgsformationen können Doppelschild-TBM auch ohne Tübbingsicherung arbeiten.
Funktionsweise auf einen Blick:
Schneidrollen brechen durch hohen Anpressdruck Chips aus der Ortsbrust.
Räumer, Kanäle und Muckring sorgen für einen effizienten Abtransport des Bohrkleins auf ein Zentrumsförderband.
Hauptvortriebszylinder oder Hilfsvortriebszylinder pressen die Maschine voran.
Tübbingausbau
Ein verschiebbarer Teleskopschild ermöglicht bei Doppelschild-TBM den Zugang zur Tunnelwand für Reinigungsarbeiten.
Sicher in geologischen Störzonen
In Störzonen oder Bereichen mit geringer Gebirgsfestigkeit ist eine radiale Verspannung über die Gripperschuhe nicht möglich. In diesen Abschnitten kann der Teleskopschild optional komplett zusammengefahren werden, Front- und Gripperschild bilden dann eine starre Einheit. Die erforderlichen Vorschubkräfte werden über die Hilfsvortriebszylinder aufgebracht. Wie bei Einfachschild-TBM dient der zuletzt gebaute Tübbingring als Widerlager zur Abstützung. Vorschub und Ringbau können nicht mehr gleichzeitig ausgeführt werden. Dafür bietet dieser diskontinuierliche Modus in schwierigen Streckenabschnitten eine höhere Vortriebssicherheit.
Anwendungsbezogene Speziallösungen für schwierige Fälle
Doppelschild-TBM besitzen einen vergleichsweise langen Schildmantel. Im Falle von Gebirgskonvergenzen besteht dadurch eine erhöhte Gefahr des Einklemmens der Maschine. Herrenknecht-Ingenieure wirken dem konstruktiv durch verschiedene Lösungen entgegen. Dazu zählen beispielsweise abgestufte Schilddurchmesser und ein vertikaler Versatz der Längsachsen von Bohrkopf, Front- und Gripperschild. Nachbrüche und Bohrklein können die Teleskopfuge und den Ringspalt blockieren. Das behindert das Nachschieben des Gripperschilds. Als Gegenmaßnahme wird bei Herrenknecht-Doppelschild-TBM meist ein unabhängig verfahrbarer Teleskopschild installiert. Mithilfe zusätzlicher Verschiebezylinder kann im Bedarfsfall für Reinigungs- oder Sicherungsmaßnahmen ein Zugang zur Tunnelwand geöffnet werden. Zusätzliche Bohrgeräte und Bohrkanäle im hinteren Schildbereich ermöglichen über der TBM die Sicherung des offenen Teleskopbereichs mit einem Rohrschirm.
Torque-Box-Antriebe ermöglichen einen lokalen Überschnitt und präzise horizontale und vertikale Steuerungsmöglichkeiten.
Für jeden Durchmesserbereich der passende Antrieb
Im Durchmesserbereich von 2,8 bis 6 Meter werden bei Doppelschild-TBM fest eingebaute Antriebe mit gerade angeordneten Hauptvortriebszylindern oder v-förmig angeordneten Lattice-Zylindern verwendet. Die Steuerung im Vortrieb erfolgt direkt über die Vortriebszylinder. Bei Durchmessern von über 6 Metern kommen dagegen meist verschiebbare Antriebe mit zusätzlichen Längsverschiebezylindern zum Einsatz. Über die Zylinder kann die Anpresskraft des Antriebs direkt gemessen und somit die vorhandene Leistung optimal genutzt werden. Ein Gelenklager oder sogenannte Torque-Box-Zylinder unterstützen die TBM-Steuerung. Letztere erlauben eine stufenlose horizontale und vertikale Verschiebung des Antriebs. So lässt sich der Bohrkopf präzise in alle Richtungen steuern und sogar ein lokaler Überschnitt erzeugen. Bei allen Antriebstypen kann der Bohrkopf für einen direkten Zugang zur Ortsbrust zurückgezogen werden.
Tunnelmeter am laufenden Band
Doppelschild-TBM werden hauptsächlich bei Tunnelprojekten mit wechselnden Gebirgsformationen eingesetzt. In standfestem Fels erzielen sie durch den kontinuierlichen Vortriebsmodus sehr hohe Vortriebswerte. Die Verfahrenskombination aus Gripper- und Einfachschild-TBM stellt daher für lange Hartgesteinsvortriebe oftmals die schnellste und wirtschaftlichste Lösung dar.
Noch Fragen?
Wir stehen bereit!
Steffen Dubé
President and General Manager Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser
Commercial Manager Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.