Funktionsweise auf einen Blick:
Die Gripper-TBM in der Anwendung
Gripper-TBM von Herrenknecht sind eine vielfach bewährte und effiziente Lösung für einen zügigen maschinellen Tunnelvortrieb im Hartgestein. Hohe Vortriebsleistungen können bei mittleren bis hohen Standzeiten des umliegenden Gebirges erzielt werden. Für brüchigere geologische Formationen mit geringerer Standzeit sind diverse Einrichtungen für frühzeitige Felssicherungsmaßnahmen direkt hinter dem Bohrkopf auf der TBM installiert.
Der Fels wird durch Anker, Stahlmatten, Stahlbögen und Spritzbeton gesichert.
Kompromisslos in Hartgestein
Beim Vortrieb mit einer Gripper-TBM wird ein mit Schneidrollen ausgestatteter rotierender Bohrkopf gegen die Ortsbrust gepresst. Um im Hartgestein mit punktuellen Gesteinsfestigkeiten von über 250 Megapascal effizient arbeiten zu können, sind hohe Anpresskräfte notwendig. Unter diesem Druck überwinden die Schneidrollen die Druck- und Zugfestigkeiten des anstehenden Gebirges und lösen dabei sogenannte Chips aus der Ortsbrust. Wasserdüsen reduzieren die Staubentwicklung und können die Bohrwerkzeuge kühlen. 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 den trichterförmigen Muckring auf das Maschinenband. Am Ende des Maschinenbands werden die Felschips an Förderbänder oder Transportfahrzeuge übergeben und aus dem Tunnel befördert.
Die Schneidrollen sind so im Bohrkopf montiert, dass sie im Schutz des Bohrkopfstahlbaus rückwärtig gewechselt werden können, ohne dass Wartungspersonal sich in den ungeschützten Bereich vor dem Bohrkopf begeben muss.
Verspannung direkt im Gebirge
Gripper-TBM verspannen sich vor jedem Bohrhub mithilfe von seitlich ausfahrbaren Hydraulikzylindern fest an der zuvor ausgebrochenen Tunnelwand. Die außen liegenden Gripperschuhe sind Kern- und namensgebendes Element des Maschinentyps. Vortriebszylinder stützen sich an der verspannten Grippereinheit ab und drücken den rotierenden Bohrkopf an die Ortsbrust. Seitlich ausfahrbare Schilde werden gegen den Fels gedrückt, stabilisieren die TBM im Bohrprozess und reduzieren den Verschleiß. Der Sohlschuh dient als Gleitschuh und als Drehpunkt beim Lenken der TBM. Über dieser Einheit bildet ein Firstschild, oft mit nach hinten auslaufendem Lamellendach, einen Schutz gegen niederbrechendes Gestein. Nach dem Abbohren eines Bohrhubes wird der Vortrieb unterbrochen und die Verspanneinheit nach vorn umgesetzt.
Funktionsprinzip
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Steuerung nach Maß
Die Gripperverspanneinheit dient auch zur Steuerung der TBM. Im Zentrum der Maschine sitzt der gleitend gelagerte Hauptträger (Main Beam). Er wird über Hydraulikzylinder im Bereich der Gripperverspanneinheit sowohl vertikal als auch horizontal verschoben. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung. Die aktuelle Position der TBM wird mittels eines gripperspezifischen Navigationssystems permanent überwacht. Die Richtung der TBM kann entsprechend an die vorgegebene Trassenführung angepasst werden.
Schneidrollen brechen durch hohen Anpressdruck Chips aus der Ortsbrust.
Räumer, Kanäle und Muckring sorgen für einen effizienten Abtransport des Bohrkleins auf ein Zentrumsförderband.
Hydraulische Vortriebszylinder stützen sich an den Gripperschuhen ab und drücken den Bohrkopf nach vorn.
Je nach Geologie mit Felsankern, Bewehrungsmatten, Stahlbögen und Spritzbeton.
Systematische Sicherung von Anfang an
Gripper-TBM zählen zu den offenen Vortriebsmaschinen und verfügen über keinen geschlossenen Schildmantel. Daher hängt die Vortriebsleistung entscheidend vom Zeitbedarf für die notwendigen Felssicherungsmaßnahmen ab. In schwierigen geologischen Formationen sind mit Gripper-TBM von Herrenknecht bereits kurz hinter dem Bohrkopf umfassende Maßnahmen zur temporären Gebirgsstützung möglich. In diesem sogenannten L1-Arbeitsbereich erfolgt die Sicherung hauptsächlich mit Felsankern, Bewehrungsmatten und Stahlbögen. Über zusätzliche Bohrgeräte ist eine Vorauserkundung und gegebenenfalls vorauseilende Gebirgsverbesserung möglich. Aus dem Gebirge austretendes Wasser wird über ein Entwässerungssystem im Sohlbereich der Maschine abgepumpt. Die permanente Sicherung des ausgebrochenen Tunnelquerschnitts erfolgt im Nachläuferbereich (L2) mit Spritzbeton. Dort sind alle notwendigen Versorgungseinrichtungen installiert. Dazu zählt neben dem Einbau des dauerhaften Spritzbetons oftmals auch die Verlegung der Sohltübbinge.
Felsanker werden zur Sicherung gegen Gesteinsniederbrüche nach einem bestimmten Schema eingebracht.
Flexibel auch in druckhaftem Gebirge
Einen speziellen Vorteil im Vergleich zu geschlossenen Schildtypen bieten Gripper-TBM von Herrenknecht durch ihre Teilschilde. Im Vortrieb wird durch das Einfahren aller Schilde der Gesamtdurchmesser je nach Maschine um bis zu 150 Millimeter reduziert. Dadurch ist eine flexible Reaktion auf nachquellenden Fels auch in druckhaftem Gebirge möglich und ein Verklemmen der Maschine wird verhindert. Je nach Durchmesser der TBM ist es auch möglich, den Bohrdurchmesser zu vergrößern. Dies geschieht über einen ausfahrbaren Sohlschuh in Verbindung mit dem Shiften der Kaliberbohrwerkzeuge und dem optionalen Einbau von zusätzlichen Überschneidgehäusen.
Durch die Gripperverspanneinheit kann die Maschine im Bedarfsfall sogar komplett zurückgezogen werden. Dadurch ist ein direkter Zugang zur Vorderseite des Bohrkopfes möglich.
Know-how für einen optimalen Vortrieb
Das Bohrkopfdesign, die Anzahl der Schneidrollen und damit das Spacing müssen in Abhängigkeit der zu erwartenden Geologie bestmöglich in Hinblick auf Vortriebsleistung und Verschleiß abgestimmt sein. Dazu zählen leistungsstarke Bohrkopfantriebe, die auch bei hohen Drehzahlen noch ausreichend Drehmoment zur Verfügung stellen. Durch zahlreiche Projektreferenzen kann Herrenknecht hierbei auf einen einzigartigen Erfahrungsschatz zurückgreifen und projektspezifische Lösungen entwickeln.
Geschildete Gripper-TBM mit 3,50 m Schneiddurchmesser
Speziallösung für kleinere Durchmesser
Gripper-TBM mit Durchmessern unter 3,5 Meter stellen eine konstruktionstechnische Herausforderung dar. Auf geringem Raum muss umfangreiche Technik installiert werden, ohne den erforderlichen Arbeitsbereich für die Maschinencrew einzuschränken. Für diese kleinen Durchmesser setzt Herrenknecht auf eine geschildete Gripper-TBM. Bei dieser Speziallösung werden die Gripperschuhe in einem zusätzlichen Gripperschild angeordnet. Der vordere Schild und der Gripperschild sind mit den Vortriebspressen verbunden, welche die erforderliche Anpresskraft auf den Bohrkopf und die Richtungssteuerung übernehmen. Im vorderen Schild sind zudem Stabilisatoren integriert, welche die auftretenden Vibrationen reduzieren und beim Umsetzen des Gripperschildes die notwendigen Zugkräfte in das umliegende Gebirge einleiten. Eine systematische Felssicherung ist bei diesen kleinen Maschinen nur hinter dem Gripperschild möglich.
Einsatz der Gripper-TBM in Schrägschächten mit Rückfallsicherung
Für den Einsatz in Schrägschächten bietet die Gripper-TBM von Herrenknecht eine innovative doppelte Rückfallsicherung, die maximale Sicherheit gewährleistet. Das System basiert auf einer redundanten Konstruktion, bei der stets mindestens zwei von drei unabhängig arbeitenden Verspannsystemen die Maschine sicher im Tunnel fixieren. Die mechanische Rückfallsicherung nutzt selbsthemmende Kniehebel, die eine automatische Verkeilung ermöglichen. Dadurch bleibt die TBM selbst bei einem Ausfall der Energieversorgung und der Hydraulik sicher verspannt und ein Zurückrutschen wird zuverlässig verhindert. Dieses fortschrittliche Sicherheitskonzept erhöht die Betriebssicherheit erheblich und ermöglicht einen sicheren Vortrieb auch unter extremen Bedingungen.
Ökonomische Spezialisten
Hartgesteinsspezialisten. Im standfesten Gebirgsformationen erzielen sie bei niedrigen Betriebskosten sehr hohe Vortriebswerte. So können selbst längste Vortriebsstrecken wie beispielsweise am Gotthard-Basistunnel schnell und erfolgreich aufgefahren werden.
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.