Tunnelbohrmaschinen im Hartgestein

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Hajo Hofmann
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1 Bernhard Maidl, Leonhard Schmid, Willy Ritz, Martin Herrenknecht Tunnelbohrmaschinen im Hartgestein Unter Mitarbeit von Gerhard Wehrmeyer und Marcus Derbort &Sohn A Wiley Company

2 Inhaltsverzeichnis 1 Historische Entwicklung und zukünftige Anforderungen 1 2 Grundprinzipien und Definitionen Grundprinzip und Bauverfahren Bohrsystem Vorschub- und Abstützsystem Abfördersystem Sicherungssystem Definitionen und Begriffe Tunnelbohrmaschinen mit Vollschnittabbau Gripper-TBM TBM mit Schild Tunnelbohrmaschinen mit teilflächigem Abbau 23 3 Das Bohren Der Bohrprozess Der Bohrkopf Bohrkopfform Förderung des Ausbruchs im Abbauraum Bohrkopfausbildung und Bodenverfestigung Die Bohrwerkzeuge Allgemeines Wirkungsweise der Rollenmeißel Meißelbahnabstände (Spacing) Penetration Verschleiß Verschleiß und Wasser Rollenmeißelgehäuse Der Antrieb Antriebsarten Hauptlager Die Vortriebsleistung Sonderformen Aufweitungsmaschinen System Bouygues Mobil Miner (Robbins) Hinterschneidtechnik Mini-Fullfacer (Atlas Copco) Continous Miner Schachtbohrverfahren Raise-Boring 63

3 X Inhaltsverzeichnis Blind drilling Kombinationen 66 4 Der Vorschub Allgemeines Vorschub mit Gripperverspannung Vorschub mit Schild-TBM 74 5 Der Materialtransport Die Materialförderung im Maschinenbereich Die Materialförderung durch den Tunnel Der Gleisbetrieb Diesel- oder Elektrobetrieb Förderwagen Beladung vor Ort Zugfahrplan Streckengleis Der gleislose Fahrbetrieb Transportfahrzeuge Fahrpiste Beladung vor Ort Die Bandförderung Bandspeicher Streckenbandverlängerung und Bandbetrieb Vorteile der Bandförderung und Innovationspotential 86 6 Ausrüstung des Nachläufers Nachläuferausbildung Konstruktionshinweise 93 7 Lüftung, Entstaubung, Arbeitssicherheit, Erschütterungen Lüftung Gefährdung Lüftungskonzepte, Lüftungssysteme Entstaubung Arbeitssicherheit und Sicherheitsplanung im TBM-Betrieb Allgemeines Internationale Richtlinien und nationale Vorschriften Internationale Richtlinien Nationale Vorschriften Integraler Sicherheitsplan Der Sicherheitsplan im Umfeld der Managementpläne Sicherheitsziele Gefährdungsbilder und Risikoanalysen Maßnahmenplan 108

4 Inhaltsverzeichnis XI TBM-Konstruktion und Besonderheit der Erdgasgefahr und der Ausbruchssicherung Erdgasgefahr Ausbruchssicherung Erschütterungen Zusatzausrüstung Erkunden und Verbessern des Gebirges Einrichtungen für die Ausbruchssicherung Ankerbohrgeräte Bogenversetzgeräte Netzversetzeinrichtung Innovationsziele TBM-Steuerung Steuerung der Gripper-TBM mit einfacher Verspannung Steuerung der Gripper-TBM mit doppelter Verspannung Steuerung einer Einfachschild-TBM Steuerung einer Doppelschild-TBM Vermessung Einmessung der Tunnelbohrmaschine Vorausberechnung der TBM-Fahrt Vortriebssicherung Allgemeines Sicherungssysteme und Vortriebsleistungen Systematische Sicherung im Maschinenbereich Stahleinbauten Verbauplatten/Liner-Plates Tübbinge Sohltübbinge Tübbingauskleidung Spritzbetonsicherung Spritzbetonsicherung im Maschinenbereich Spritzbetonsicherung im Nachläuferbereich Punktuelle Sicherung Anker und Netze Stützung mit einzelnen Bögen Stabilisierungen vor dem Bohrkopf Kombinationen von TBM mit Schildmaschinen Hauben Teilschilde und Bohrkopfschilde Spreizbare Messerschild-TBM Vollschilde Entwicklungen 153

5 XII Inhaltsverzeichnis Besonderheiten Bohrkopf und Schildmantel Druckring Doppelschilde Entwicklungen Funktionsprinzip Besonderheiten Schildmantel und Bentonitschmierung Teleskopschild Schilde mit Flüssigförderung Entwicklungen Funktionsprinzip Schilde mit Schneckenförderung Entwicklungen Funktionsprinzip Maschinenkonzepte Offener Modus (Förderschnecke-Förderband) Geschlossener Modus (Förderschnecke-Förderband) Geschlossener Modus (Hydraulischer Förderkreislauf) EPB-Modus (Förderschnecke-Förderband oder Förderschnecke- Dickstoffpumpe) Offener Modus (Förderband) Micromaschinen für Hartgestein Mini-TBM Rohrvortrieb Pressbohr-Rohrvortrieb Schild-Rohrvortrieb Sonderverfahren: Kombinationen von TBM-Vortrieben mit der Spritzbetonbauweise Anwendungsgebiete Ausführungsmöglichkeiten Sondierstollen Pilotstollen Aufweitungen für Bahnhöfe, Weichenstellen oder Maschinenhallen Beispiele Sondierstollen Piora-Mulde Sondierstollen Kandertal Pilotstollen Uznaberg Aufweitung beim Anschlussbauwerk Nidelbad, Tunnel Zürich-Thalwil Ingenieurgeologische Untersuchungen und Einflüsse Allgemeines Einflüsse auf den Bohrprozess 201

6 Inhaltsverzeichnis XIII 12.3 Einflüsse auf die Maschinenverspannung Einflüsse auf die Ausbruchssicherung Klassifizierung für Ausbruch und Sicherung Allgemeines und Zielsetzung für den Maschinenvortrieb Klassifizierungssysteme Klassifizierung nach Gebirgseigenschaften RMR-System (Rock-Mass-Rating-System) Q-System (Quality-System) Klassifizierung nach Bohrbarkeit und Abrasivität Klassifizierung nach Art, Umfang und Einbauort der erforderlichen Sicherungsmittel Normen, Richtlinien und Empfehlungen für die Klassifizierung maschineller Vortriebe Klassifizierung in Deutschland Klassifizierung in Österreich Klassifizierung in der Schweiz Klassifizierungsvorschlag der Verfasser Ausschreibung, Vergabe,Vertrag Beispiele der Vorgehensweise Vorgehensweise in der Schweiz Allgemeines Angebotsbewertung Qualitätsmanagement Zuordnung der Risiken im Vertrag Geologisch-geotechnisch veränderte Verhältnisse, Bestellungsänderungen, Bauzeitanpassungen Vorgehens weise in den Niederlanden Ausschreibungs- und Verhandlungsverfahren am Beispiel des Botlektunnels Vorgehensweise in Deutschland Planerische und geotechnische Voraussetzungen in der Ausschreibung für einen Maschinenvortrieb als Nebenangebot Einleitung Beispiele Adlertunnel Siebergtunnel Flughafentunnel Stuttgart Rennsteigtunnel Lainzer Tunnel Zusätzliche Anforderungen an einen Maschinenvortrieb in der Ausschreibung Geologie und Hydrologie 264

7 XIV Inhaltsverzeichnis Planung und Bauverfahren Ausschreibung und Vertrag Entscheidungskriterium Kosten Planungsphase bzw. Ausschreibungsplanung Vergabephase Ausführungsphase und Endabrechnung Ausblick Die Auskleidung Allgemeines Konstruktionsprinzipien für die Auskleidung eines Tunnels Einschalige und zweischalige Konstruktionen Wasserdichte und wasserableitende 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 Verfüllung 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 Ortbetonschalen Allgemeines Ausführung Herstellung Spritzbetonschalen als endgültige Auskleidung Statische Untersuchungen 307

8 Inhaltsverzeichnis XV 16 Beispiele ausgeführter Bauwerke Tunnelvortrieb mit Gripper-TBM Kontroll- und Drainagestollen, Ennepe-Talsperre Unterwasserstollen Manapouri, Neuseeland Tunnelvortrieb mit Schild-TBM Tunnel San Pellegrino, Italien Doppelspurtunnel Zürich-Thalwil, Abschnitt Brunau-Thalwil Schrägschachtvortrieb mit Doppelschild Druckschacht Cleuson-Dixence 327 Literatur 333 Sachverzeichnis 343

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