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Einfachschild-TBM

Zügiger Vortrieb in wechselnden Gebirgsverhältnissen

Geologie Festgestein
weiches, niederbrüchiges Gebirge bis zum harten Basalt
Durchmesser
1,5–14m

Die Einfachschild-TBM in der Anwendung

Einfachschild-TBM sind der ideale Maschinentyp für Vortriebe in Festgestein und anderen standfesten, nicht wasserführenden Böden. Dank des verfahrenstypischen Tunnelausbaus mit Tübbingen oder im Rohrvortrieb können auch in Gebirgsformationen mit geringer Standzeit hohe Vortriebsleistungen erzielt werden.

Kraftvoll nach vorn

Beim Vortrieb mit Einfachschild-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 den trichterförmigen Muckring auf das Maschinenband. Am Ende des Maschinenbands werden die Felschips an Förderbänder oder Transportfahrzeuge übergeben und aus dem Tunnel befördert.

Funktionsprinzip

1
Räumer

Nehmen das Bohrklein auf und fördern es durch die Drehung des Bohrkopfs über rückseitige Kanäle zum Muckring.

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Schildmantel

Sorgt speziell in nachbrüchigem Gebirge für hohe Sicherheit für Personal und Maschine.

3
Vortriebszylinder

Am Umfang angeordnete Hydraulikzylinder drücken den Schild vom zuletzt gebauten Tunnelring vorwärts.

4
Ringspaltverfüllung

Der Ringspalt zwischen Gebirge und Auskleidung wird kontinuierlich mit Mörtel und/oder Perlkies verfüllt.

5
Maschinenband

Fördert das Bohrklein vom Zentrum des Bohrkopfs zu nachgelagerten Fördereinrichtungen.

6
Tübbingerektor

Fernbedienter, verfahrbarer Manipulator zum Versetzen der Segmente beim Ringbau

7
Muckring

Das von den Räumern aufgenommene Bohrklein fällt durch den trichterförmigen Muckring auf das Förderband.

8
Bohrkopf

Hartgesteinsschneidrollen brechen durch Rotation und hohen Anpressdruck Felschips aus der Ortsbrust.

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Nehmen das Bohrklein auf und fördern es durch die Drehung des Bohrkopfs über rückseitige Kanäle zum Muckring.

Sorgt speziell in nachbrüchigem Gebirge für hohe Sicherheit für Personal und Maschine.

Am Umfang angeordnete Hydraulikzylinder drücken den Schild vom zuletzt gebauten Tunnelring vorwärts.

Der Ringspalt zwischen Gebirge und Auskleidung wird kontinuierlich mit Mörtel und/oder Perlkies verfüllt.

Fördert das Bohrklein vom Zentrum des Bohrkopfs zu nachgelagerten Fördereinrichtungen.

Fernbedienter, verfahrbarer Manipulator zum Versetzen der Segmente beim Ringbau

Das von den Räumern aufgenommene Bohrklein fällt durch den trichterförmigen Muckring auf das Förderband.

Hartgesteinsschneidrollen brechen durch Rotation und hohen Anpressdruck Felschips aus der Ortsbrust.

Präzise Steuerung, einfacher Werkzeugwechsel

Der Bohrdurchmesser ist bei geschildeten Hartgesteins-TBM größer als der Schildmantel. Zudem ist die Bohrachse des Bohrkopfs zur Maschinenachse leicht nach oben versetzt. Dieser Überschnitt ermöglicht die Steuerung der Maschine und schützt vor einem Verklemmen im Gebirge. Im Schild integrierte, hydraulische Stabilisatorplatten können sich im bereits gebohrten Tunnel verspannen. So werden Vibrationen reduziert und die Maschine während des Bohrvorgangs stabilisiert.

Zur Steuerung der Maschine werden entweder fest eingebaute Antriebe mit Steuerzylindern oder verschiebbare Antriebe mit Gelenklager oder Torque-Box-Zylindern und zusätzlichen Längsverschiebezylindern eingesetzt. Das ermöglicht im Vortrieb sehr enge Kurvenradien. Bei allen Antriebstypen kann der Bohrkopf für einen direkten Zugang zur Ortsbrust zurückgezogen werden. Dadurch können die im Bohrprozess verschlissenen Schneidrollen unkompliziert gewechselt werden. Eine weitere Besonderheit betrifft Einfachschild-TBM im Rohrvortrieb: Ihr Bohrkopf kann in beide Richtungen gedreht werden und wirkt der Gefahr von Verrollungen der Maschine entgegen.

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.

Hydraulische Vortriebszylinder im Schild oder ein Pressenrahmen im Startschacht drücken die Maschine nach vorn.

Tübbingausbau oder Rohrvortrieb

Schnell und sicher

Die Gebirgssicherung bei Einfachschild-TBM erfolgt mit Tübbingsegmenten oder im Rohrvortrieb. Die Abhängigkeit zwischen Vortrieb und Tunnelausbau in nachbrüchigen Felsformationen oder Festgestein mit geringer Standzeit ist dadurch minimiert. Die Maschine ist jederzeit geschützt, zusätzliche Felssicherungsmaßnahmen und damit verbundene Verzögerungen im Vortrieb sind in der Regel nicht notwendig. In begehbaren Maschinen ist durch vorauseilende Baugrundverbesserung eine Erweiterung des geologischen Einsatzbereichs möglich. Wasserzuflüsse können dadurch auf ein beherrschbares Maß reduziert werden. Dazu wird über Injektionsbohrungen durch den Bohrkopf und den Schild vor der Ortsbrust ein vorlaufender Injektionskörper aufgebaut. Entwässerungssysteme pumpen das kontrolliert eintretende Wasser ab.

Mit Know-how gegen Verschleiß

Für den Hartgesteinsvortrieb in Gebirgen mit punktuellen Gesteinsfestigkeiten bis zu 250 Megapascal sind enorme Kräfte erforderlich. Erst bei sehr hohem Anpressdruck knacken die Schneidrollen den harten Felsen. Große Chips lassen Rückschlüsse auf einen schnellen Vortrieb mit optimaler Druckkraft und geringem Schneidrollenverschleiß zu. Bei zu niedrigem Anpressdruck wird der Fels nicht ideal ausgebrochen und die Disken verschleißen schneller. Gerade bei kleineren Bohrdurchmessern mit einem begrenzten Platzbedarf für Abbauwerkzeuge ist daher eine exakte Abstimmung zwischen Bohrkopfdesign, Drehmoment und Anpresskraft unter Berücksichtigung der zu erwartenden Geologie erforderlich. Die optimale Anordnung der Schneidrollen auf dem Bohrkopf und drehmomentstarke Antriebe mit hohen Anpresskräften sind die wichtigsten Faktoren für einen schnellen, möglichst verschleißarmen Hartgesteinsvortrieb. Durch zahlreiche Projektreferenzen kann Herrenknecht hierbei auf einen einzigartigen Erfahrungsschatz zurückgreifen und projektspezifische Lösungen entwickeln.

Allrounder im Festgestein

Ihr einfaches Vortriebsprinzip in Kombination mit dem breiten Anwendungsspektrum machen Einfachschild-TBM zum Allrounder für Tunnelvortriebe im Festgestein. In vielen Fällen sind sie die optimale Lösung für Vortriebe mit höchsten Gesteinsfestigkeiten, sowohl im Rohrvortrieb als auch im Tübbingausbau. Darüber hinaus können Einfachschilde durch vorauseilende Baugrundverbesserung auch in wasserhaltigen Gebirgsformationen erfolgreich eingesetzt werden.

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.

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Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.