Tunnelvortriebsmaschinen

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Wolfgang Baum
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1 Tunnelvortriebsmaschinen

2 Drill & blast vs. TBM- advance

3 TBM Erster Kanal-tunnel (1884) -mit TBM - in K id k lk Kreidekalken; nicht i ht fertiggestellt Beachte: KluftkeilAblösung Barton 2003

4 TBM Erscheinungszeit Zyklischer Vortrieb TBM-Vortrieb Erscheinungszeit : Zeit vom Ablösen an der Ortsbrust bis Erscheinen des Gebirges hinter dem Kopfschild der Maschine Wanner 1980

5 TBM-Chipbildung Eindringen des Werkzeuges (Rill bild (Rillenbildung): ) Überwindung Üb i d Druckfestigkeit Chip-Ablösung zwischend en Rillen: Überwindung Scherfestigkeit Barton 2003

6 Bohrfortschritt Durch Vorbohrungen kann die Gebirgsqualität G bi lität abschätzt b hät t werden d Barton 2003

7 Kräfte, die auf Rollmeissel der TBM einwirken (bzw. auf das Gebirge)

9 Bohrbarkeit bq Fräsklassifikation nach Jenni Penetration - Prognose 120,00 > 100: 100,00 extreme hard Is. V Hr bq = A q 1+qtz 80,00 60, quite 10-99,9: it h hard d 40,00 20,00 lit ibo ph Am Am ph ibo lit it an it Gr an Gr llit ar zp hy llit hy r ar h ie zp Qu m im Gl Qu sc er sc er im m fe r fe h ie st e on ne ss Kö Gl rt on rt ne ss Kö in in st e m olo td up Ha Ha up td olo m it lk ka ra Ju Ju ra ka lk 0,00 it 0,1-9,9: 0,1 9,9: quite soft < 0,1: very soft Is = point load, Hr = Schmidt rebound, A = LA-Abrasionstest, qtz = Quartz Equiv.

hy llit hy r ar h ie zp Qu m im Gl Qu sc er sc er im m fe r fe h ie st e on ne ss Kö Gl rt on rt ne ss Kö in in st e m olo td up Ha Ha up

10 CAI (Cherchar Abrasivity Test) Thuro 2004

11 Cherchar Abrasivity-Index-Test (CAI) Weg Hebel 7 kp Auflast Stahlstift Probe Grenze Testanordnung Stahlstifte Wert CAI : 0-2: gering, 2-4: mittel, >4: stark abrasiv Plinninger 2008

12 CAI (Cherchar Test)

13 Drilling Rate Index (DRI)

14 Schema offene TBM AUFWEITUNGEN Bohren Beginn Pilotbohren aufwärts B h Bohren E Ende d Aufweitung g n. unten Umsetz. Beg Umsetz. Ende Auweitung + Pilot kombiniert St d d Gripper Gi Standard Bohren

15 TBM Offene TBM Robbins

16 Frässpuren Rillen an Stollen-Brust R d ill an Ulmen Randrillen Ul durch d h neue Randmeissel R d i l Fotos E.Tentschert

17 Chips Chipgrösse auch abhängig bom Schneidrollenabstand (s.o.) (Thalmann 1998) Foto Tentschert

18 TBM-Vortrieb - Klüftigkeit Tentschert: in Pircher 1980

19 Thrust / rock type Anpressdruck [ m] An npressdruck [b bar] Gr Gr 32 Gr. Gr. 27 Gr. 31 Gr Gr Tunnelmeter [m] Moser DiplArb 2006

30 90 40 2790 2800 2810 2820 2830 2840 2850 2860 2870 2880 2890 2900

20 Energy / rock type Strom stärke [ m ] G. Gr 170 Gr. 150 Gr. Gr 130 Gr. Gr Tunne l me t e r [ m] Moser DiplArb 2006

21 Anpressdruck : Penetration/Zerlegung : Geb.-Klasse (Dipl. Arb. Einfalt 2007) Station [m] , , ,2 0,1 Thrust Anpressdruck 2 Penetration penetration 1 00 Penetrration [m/h] 325 0, separation Zerlegungsgrad Lining class Vortriebklasse -6-7 linin ng class Separation degree(p pts] Thru ust [MPa] 300 Consider: penetration is nearly constant!

22 Separration TBM - advance Separation increases advance class becomes worse The higher the degree of separation, g g p, the worse the rock classification P h y l l i t e Gneiss Tentschert 2006

23 TBM-Advance Rotaat. Energy (kwh/m³)) Seeparation degree Degree of separation raises The energy of destruction sinks. Tentschert 2006

24 Degree of separation 1. Foliation / cleavage 2. Joint spacting 3. Joint condition distance points distance points points > 200 cm 0 > 200 cm 0 Smooth joints, striation cm cm 1 3 Single joints, mm-gauge cm cm 3 7 Single joints, cm-gauge cm cm 7 11 Several joints, mm-gauge cm cm Several jjoints,, cm-gauge g g 12 < 2 cm 15 < 2 cm 15 cm-gauge within < 1 m 15 Fault zones > 50 cm thick 20 Degree of separation = Sum [value max. 50] Tentschert 2004

25 Penetration vs. separation Tentschert 2007

26 Seismic velocity vs. separation Seismic velocity: measured in boreholes into the tunnel wall (l = 4 m), hammer impact outside, geophone in the borehole Fig 3 Red: D & B Orange: TBM Tentschert 2007

27 Bieniawski rating vs. Separation degree Tentschert 2007

28 Revision of forecast km 0,45-5,8 actual actual

29 Second forecast km 5,8 13,5 actual

30 Separation vs. lining classes Dolomite ((13,3 km)) % Dolomite (13 (13,3km) 3km) % ,1, 0,1, 0,1, < de gre e of se paration (points) Comparision over total length 1 Advance -/lining class F

31 Tunnel-deformations Deformation with tubbing lining: 3 cm Deformation with rock bolts: 4 cm

32 Amsteg Kabelstollen Durchschlag Amsteg Ost

33 Bodio Durchschlag Bodio Rohrschirm

34 Raise Boring Sedrun raise boring Sedrun Zielbohrung

35 Ausbruchsmaterial TBM Vortrieb

40 D. Resch 2012

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