MaschinellerTunnelbau im Schildvortrieb

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1 2. Auflage MaschinellerTunnelbau im Schildvortrieb Bernhard Maidl Martin Herrenknecht Ulrich Maidl Gerhard Wehrmeyer

2 Inhaltsverzeichnis Zuordnung derautoren Vorwort zur 2. Auflage VII IX 1 Einführung Grundprinzip und Begriffe Typisierung der Tunnelvortriebsmaschinen nach DAUB Einteilung von Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) Tunnelbohrmaschinen (TBM) Tunnelbohrmaschinen olme Schild (Gripper-TBM), Erweiterungstunnelbohrmaschinen (ETBM) Tunnelbohrmaschinen mit Schild (TBM-S) Doppelschildmaschinen (DSM), Schildmaschinen (SM) Schildmaschinen mit Vollsclmittabbau (SM-V) Schildmaschinen mit Teilflächenabbau (SM-T) Anpassbare Schildmaschinen mit kombinierter Verfahrensteclmik (KSM) Sonderformen Messerschilde Schilde mit Mehrfach-Kreisquerschnitten, Gelenkschilde Hinweise zu den einzelnen TVM-Typen mit Prinzipbildem Tunnelbohrmaschinen (TBM) Doppelschildmaschinen (DSM) Ortsbrust ohne Stützung (SM-VI) Ortsbrust mit mechanischer Stützung (SM-V2) Ortsbrust mit Druckluftbeaufschlagung (SM-V3) Ortsbrust mit Flüssigkeitsstützung (SM-V4) Ortsbrust mit Erddruckstützung (SM-V5) Ortsbrust ohne Stützung (SM-TI) Ortsbrust mit Teilstützung (SM-T2) Ortsbrust mit Druckluftbeaufschlagung (SM-T3) Ortsbrust mit Flüssigkeitsstützung (SM-T4) Kombinationsmaschinen (KSM), Ursprünge und historische Entwicklung Hohlraumstützung und Setzungen, Stützung der Ortsbrust Natürliche Stützung Mechanische Stützung Druckluftstützung

3 XII Inhaltsverzeichnis Flüssigkeitsstützung Erdstützung Berechnungsmodelle Stützung des Hohlraums im Schildbereich Stützung des Hohlraums hinter dem Schild Setzungen und Schadensklassifikationen Empirische Ermittlung der Setzung Numerische Methoden zur Setzungsberechnung Hebungen und Kompaktierungen 47 3 Konstruktion und Berechnungsansätze Konstruktionsteile des Schildes Belastungen des Schildes Belastung des Schildmantels Belastung der Druckwand Belastung durch Vortriebspressen Berechnung der erforderlichen Vortriebspressenkraft Vortriebswiderstände durch Reibungskräfte am Schildmantel Vortriebswiderstände am Schneidenschuss Vortriebswiderstände an der Ortsbrust durch Bühnen und Abbauwerkzeuge Vortriebswiderstände bei Flüssigkeitsstützung, Erdstützung und Druckluftstützung Vortriebswiderstände aus der Steuerung des Schildes Zusammenstellung Empirische Erfahrungswerte für die Dimensionierung der Schilde und der Schildvortriebspressen Berechnungs- und Bemessungsgrundlagen Vorschriften und Empfehlungen für die Berechnung der Schilde Abbauwerkzeuge und Abbauverfahren Abbauwerkzeuge Handgeführte Werkzeuge Schneidkanten Schälmesser Stichel, Schlitzmeißel, Rundschaftmeißel, Ripper Schneidrollen, Disken Räumer Abbauverfahren Vortrieb ohne Abbaugerät Handabbau Maschineller Abbau im Teilschnitt Maschineller Abbau im Vollschnitt Hydraulischer Abbau Sonstige Abbauverfahren

4 Inhaltsverzeichnis XIII 5 Fördereinrichtungen Autbereitung zur Förderfähigkeit Austrag aus dem Ortsbrustbereich Offene Schilde Schilde mit Druckkammer Strecken- und Schachtförderung Offener Transport Rohrtransport Massenermittlung und Messeinrichtungen Separation Trennverfahren Trenngeräte Deponierfähigkeit des Aushubs Tunnelauskleidung Allgemeines Konstruktionsprinzipien für die Auskleidung eines Tunnels Einschalige und zweischalige Konstruktionen Wasserdichte und Wasser ableitende Konstruktionen Auskleidung mit Betontübbingen Allgemeines Konstruktionsvarianten Blocktübbinge mit rechteckigem Grundriss Hexagonaltübbinge Rhomboide und trapezoide Tübbingsysteme Spreiztübbinge Nachgiebige Auskleidungssysteme Fugenausbildung Längsfugen Ringfugen Tübbinge aus Stahlfaserbeton Ringspaltverfüllung Verfullung mit Kies Mörtelverpressung Maßnahmen zur Abdichtung von Tunneln mit Tübbingauskleidung Dichtungsbänder Injektionen Herstellung Schäden Schäden bei der Ringmontage Schäden beim Vortrieb der Maschine Schäden im Bereich der Schildschwanzdichtung Schäden nach Verlassen des Schildes Sanierung von Schäden 158

5 XIV Inhaltsverzeichnis 6.4 Ortbetonschalen Allgemeines Ausführung Herstellung Injektionsbeton, Extrubeton Spritzbetonschalen als endgültige Auskleidung Statische Untersuchungen Schildschwanzdichtung. Verpress- und Injektionsverfahren Schildschwanzdichtungen Kunststoffdichtungen Stahlbürstendichtung Äußere Schildschwanzdichtung Elastisch gestützte Stirnschalung beim Extrudierverfahren Verpressverfahren Anforderungen Konzeption Verpresssysteme Verpressgut Injektionsverfahren zur Baugrundverbesserung Maschinen- und Gerätetechnik Injektionsmittel Injektionsarbeiten Kanaltunnel Offene Schilde Schildkonstruktionen Handschilde Abbau im Teilschnitt Abbau im Vollschnitt Projekte Beispiel: Eurotunnel- Unterquerung des Ärmelkanals, 1988 bis Tunnel Arrowhead Doppelschilde [203] Entwicklungen Funktionsprinzip Besonderheiten Schildmantel und Bentonitschmierung Teleskopschild Beispiele Druckluftschilde Funktionsprinzip Drucklufteinrichtungen Druckluftschleusen Druckluftversorgung Druckluftverordnung 224

6 Inhaltsverzeichnis XV 9.3 Luftbedarf Luftbedarfsermittlung Sicherheitsnachweise (Ausbläsersicherheit) Sonderverfahren Weiterentwicklungen Druckluftschild mit druckfreiem Arbeitsraum und Vollschnittabbau Druckluftschild mit druckfreien Arbeitsräumen und Teilschnittabbau Membranschild Einsatz von Druckluft bei anderen Schildtypen Beispiele Alter Elbtunnel bei den St.-Pauli-Landungsbrücken, 1907 bis Energieversorgungstunnel unter der Kieler Förde, 1989/ Flüssigkeitsschilde Entwicklungsgeschichte Funktionsprinzip Einsatzbereiche Maschinentypen Vollschnittmaschinen mit Flüssigkeitsstützung Teilschnittmaschinen mit Flüssigkeitsstützung Maschinen- und Verfahrenstechnik Bodenabbau Bodentransport Beispiele Westerscheide Unterinntalbahn, Tunnel Münster/Wiesing, Hauptbaulos H3-4; Tunnel Jenbach/Wiesing, Hauptbaulos H8, 2007 bis Vierte Röhre Elbtunnel Chongming Erddruckschilde Entwicklungsgeschichte Funktionsprinzip Stützdruckmessung und -kontrolle Bodenkonditionierung Massen-Volumen-Kontrolle Einsatzbereiche Betriebsmodi und Ausbruchförderung Offener Modus (Förderschnecke - Förderband) Geschlossener Modus (Förderschnecke - Förderband) Geschlossener Modus (hydraulischer Förderkreislaut) EPB Modus (Förderschnecke - Förderband oder Förderschnecke - Dickstoffpumpe) Offener Modus (Förderband) 284

7 XVI Inhaltsverzeichnis 11.5 Konstruktionselemente Schneidrad Lagerungs- und Antriebskonstruktionen Abbaukammer Schneckenförderer Schaumkonditionierung Beispiele Katzenbergtunnel, Neubaustrecke Karlsruhe- Basel, 2005 bis Madrid M-30 (Bypass Sur Tunnel Nord) Heathrow DTSS Singapur Kombinierte Schilde Entwicklungsstrategien Kombinierter Schild mit integrierten Komponenten für mehrere Betriebsarten Baukastensysteme Maschinenkonzepte Mixschild Polyschild Beispiele Grauholztunnel, 1990 bis Zürich Thalwil Los Socatop Sonderschilde und Sonderverfahren Messerschilde Ortsbruststützung bei Messerschilden Sicherungsarten bei Messerschilden Multibrustschilde Anordnung der Schneidräder bei Multibrustschilden Tunnelsicherung bei Multibrustschilden Aufweitungen von Schildtunneln Vorpressungen Rohrvorpressungen Durchpressungen von Großquerschnitten Neue Konzepte für den maschinellen Tunnelbau im Schildvortrieb Schildmaschinen für flexible Querschnitte Ultra Flexible Shield Horizontal- und Vertikal-Schildmaschinen Aufweitungsschilde Rotationsschilde Shield Docking Method 353

8 Inhaltsverzeichnis XVII 14 Steuerbare Verfahren für den Mikrotunnelbau Pilotrohrbohrverfahren Pressbohrverfahren Schildvortriebsverfahren Englisches Mini-Tunnelbausystem Neue Entwicklungen Vermessung und Steuerung Vermessung Navigation mit Vortriebslaser und automatischer Zieltafel Navigation mit Kreiselsystemen und Schlauchwasserwaage Navigation mit Totalstation und Zieltafel Navigation mit Totalstation und Prismen Ringbaudesign und Ringbaufolgeberechnung Ringkonvergenzmessung Steuerung Weitergehende Aufgaben der Vermessung bzw. Datenerfassung Arbeitssicherheit Allgemeine sicherheitstechnische Anforderungen Steuerstand Sicherungs- und Schutzvorrichtungen Bedienvorrichtungen und Steuersysteme Schleppverbindung Laserführung Lüftung und die Kontrolle von Staub und Gas Feuerschutzmaßnahmen Lagerung von Sicherheitsausrüstung für das Personal Wartung Benutzerinformationen Gefährdungsbeurteilung MaschinellerTunnelvortrieb [26] Partnerschaftliehe Vertragsmodelle und Bauabwicklung Einleitung Anforderungen an die Vertragsmodelle Vertragsmodelle gemäß VOB Zeit- und Kostentreiber Performancekiller Unterverpreisung Chancen und Risiken durch Partnering Partnering - vertragliche Umsetzung Partnering - gemeinsame Prozessoptimierung Prozess-Controlling und Datenmanagement Einleitung Vorgehensweise Datenmanagement 417

9 XVIII Inhaltsverzeichnis 18.4 Soll-1st-Vergleich Soll-Prozessstruktur Ist-Prozessanalyse DAUB-Empfehlungen zur Auswahl von Tunnelvortriebsmaschinen Vorbemerkungen Regelwerke, Nationale Regelwerke Internationale Regelwerke Vorschriften und sonstige Regeln Definitionen und Abkürzungen Definitionen Abkürzungen Anwendung und Struktur der Empfehlung Typisierung der Tunnelvortriebsmaschinen Einteilung von Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) Tunnelbohrmaschinen (TBM) Tunnelbohrmaschinen ohne Schild (Grippcr-TBM) Erweiterungstunnelbohnnaschinen (ETBM) Tunnelbohrmaschinen mit Schild (TBM-S) Doppelschildmaschinen (DSM) Schildmaschinen (SM) Schildmaschinen mit Vollschnittabbau (SM-V) Schildmaschinen mit Teilflächenabbau (SM-T) Anpassbare Schildmaschinen mit kombinierter Verfahrenstechnik (KSM) Sonderformen Messerschilde ", Schilde mit Mehrfach-Kreisquerschnitten Gelenkschilde Sicherung und Ausbau Tunnelbohrmaschinen (TBM) Tunnelbohrmaschinen mit Schild (TBM-S), Schildmaschinen (SM, DSM, KSM) Vorauseilende Sicherung Sicherung im Bereich der Tunnelvortriebsmaschine Baugrund und Systemverhalten Vorbemerkungen Gebirgsstandfestigkeit und Ortsbruststützung Bodenabbau Verklebung Verschleiß Bodenkonditionierung Bodenseparierung Bodentransport und Deponierung Umweltaspekte 445

10 Inhaltsverzeichnis XIX 19.8 Sonstige Projektrandbedingungen Einsatzbereiche und Auswahlkriterien Allgemeine Hinweise zur Anwendung der Tabellen Haupteinsatzbereiche Mögliche Einsatzbereiche Kritische Einsatzbereiche Klassifizierung im Lockergestein Klassifizierung im Fels Hinweise zu den einzelnen TVM-Typen TBM (Tunnelbohrmaschine) DSM (Doppelschildmaschinen) SM-VI (Vollschnittabbau, Ortsbrust ohne Stützung) SM-V2 (Vollschnittabbau, Ortsbrust mit mechanischer Stützung) SM-V3 (Vollschnittabbau, Ortsbrust mit Druckluftbeaufschlagung) SM-V4 (Vollschnittabbau, Ortsbrust mit Flüssigkeitsstützung) SM-V5 (Vollschnittabbau, Ortsbrust mit Erddruckstützung) SM-Tl (Teilflächenabbau, Ortsbrust ohne Stützung) SM-T2 (Teilflächenabbau, Ortsbrust mit mechanischer Teilstützung) SM-T3 (Teilflächenabbau, Ortsbrust mit Druckluftbeaufschlagung) SM-T4 (Teilflächenabbau, Ortsbrust mit Flüssigkeitsstützung) KSM (kombinierte Verfahrenstechnik) Anlagen 452 literaturverzeichnis 473 Register 487