City-Tunnel Leipzig - Tunnelbohrmaschine (TBM)

Die Tunnelbohrmaschine wurde von der Firma Herrenknecht AG im Auftrag des Bauherren gebaut. Die Firma Herrenknecht AG liefert und produziert weltweit Tunnelvortriebsmaschinen in allen Bandbreiten.
www.herrenknecht.de

Bei Tunnelbohrmaschinen gibt es unterschiedliche Typen. Unter anderem ist dies vom Gestein abhängig. Es gibt z.B. offene Schilde, Druckluftschilde, Flüssigkeitsschilde, Erddruckschilde, Multibrustschilde sowie kombinierte Schilde. In Leipzig kommt aufgrund des Untergrundes ein Flüssigkeitsschild zum Einsatz, im englischen Sprachraum auch „Slurry- Shield“ genannt.
Hierbei wird die Ortsbrust ⁽¹⁾ durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit gestützt. Meist kommt hier eine Bentonitsuspension zum Einsatz. Um den Stützdruck aufzubauen, wird in die geschlossene Abbaukammer vor der Ortsbrust diese Flüssigkeit gepumpt. Diese dringt in den Boden ein, versiegelt diesen und bildet einen Filterkuchen. (Ähnlich wie bei der Schlitzwandherstellung) Gleichzeitig stellt die Flüssigkeit das Transportmedium für den abgebauten Boden dar. Dieser vermischt sich mit der Suspension und wird anschließend mitsamt der Flüssigkeit aus dem Tunnel gepumpt. Über Tage erfolgt mit Hilfe einer Separieranlage dann die Trennung zwischen Flüssigkeit und abgebautem Material.

1. Schneidrad (Durchmesser 9,00 m)
2. Schild = äußere Hülle zum Schutz vor Einbrüchen
3. Tauchwand
4. Raum, in dem der Druck aufgebaut wird....Erklärung weiter unten
5. Tauchwand....diese liegt dann voll in der Suspension
6. Suspension sförderleitung....Abtransport des Suspension s-Erdstoffgemisches
7. Brecher zum Zerkleinern von gröberem Material
8. Spülrohr.....Suspension szuführung (Speiseleitung)
9. Tübbing ⁽²⁾
10. Ringerektor....baut Tübbings ein
11. Vortriebspressen .. stützen sich an dem Tübbingring ab
12. Nachläufer mit Trafos, Tanks, Umschlagplatz, Versorgungszug TBM

Das Schneidrad dreht sich. Der abgebaute Boden wird über Räumschilde in den Raum zwischen Schneidrad (1) -und Tauchwand (5) gefördert. Dort hinein wird eine Suspension (Bentonit) gepumpt (8), die sich mit dem abgebauten Boden vermischt. Durch die Anlagerung der Bodenteilchen an die Suspension kann diese über die Förderleitung (6) als Feststoff-Flüssigkeitsgemisch gefördert werden. Der Clou eines solchen Hydroschildes ist, dass man den Druck in der Kammer (4) mit Hilfe des Luftpolsters an die Bodenverhältnisse anpassen kann. Dieses Luftpolster ist auf 0,1 bar steuerfähig. Somit kann sehr genau auf Druckschwankungen an der Ortsbrust reagiert werden. Bei richtiger Druckdosierung wird verhindert, dass die Ortsbrust einbricht. Man muss aber darauf achten, dass der Druck nicht zu hoch wird, weil man da - zumindest bei niedriger Überdeckung - durchaus den Boden nach über Tage "ausblasen" kann. Es kann somit sehr genau gesteuert werden, um die Setzungen auf ein Minimum zu reduzieren.

Das 100t schwere Schneidrad besteht aus verschiedenen Einrichtungen und wird von 8 Elektomotoren mit einer Leistung von 880 KW angetrieben. Zum einen besteht das Schneidrad aus 42 Rollenmeiseln 17" (Disken) und 176 Schälmessern sowie 16 Räumern. Es dreht sich mit verstellbarer Geschwindigkeit und wird gegen die Ortsbrust gedrückt.
Dabei schieben die Räumer alles lockere Material wie Sand und Kies zum Steinbrecher. Für festere Gesteine werden die Rollenmeisel benötigt. Diese können aufgrund ihrer Form einen großen punktförmigen Druck auf die Ortsbrust ausüben und somit wie ein Meißel das Gestein herausspalten.
Um auf evtl. Hindernisse reagieren zu können, ist die TBM mit einem seismischen Vorerkundungssystem SSP (Sonic Soft ground Probing) ausgestattet. Dieses ermöglicht es, die Dichtekontraste des Bodens vor und über der Maschine messtechnisch zu erfassen. Dies kann bis 40m im Voraus erfolgen.

Damit die TBM auch dort rauskommt wo sie rauskommen soll, ist eine ausgefeilte Technik notwenig, die auf einer einfachen Grundlage der Tachymetermessung beruht. Mehr Informationen zur Tachymetermessung unter Vermessung.
Am City-Tunnel Leipzig kommen eine ganze Reihe Messtechniken der Firma VMT GmbH zum Einsatz.

Der Schildfahrer benötigt ständig Daten über die Lage der Maschinenachse um die TBM möglichst nah an dieser fahren zu können. Dabei erhält er über den Monitor im Steuerstand Angaben zur hortizontalen sowie vertikalen Abweichung von der Sollachse und korrigiert diese anschließend über die 14 Vortriebspressenpaare. Je nach dem wieviel Kraft auf die einzelnen Pressen gegeben wird, fährt die TBM. Wird oben mehr Kraft erzeugt fährt sie nach unten. Wird rechts mehr Kraft erzeugt fährt sie nach links usw. .

Die Daten werden durch die Zieltafel (Grafik Punkt 4) sowie durch einen Tachymeter (Grafik Punkt 3) der Firma Leica geliefert, der an der Decke des Tunnels befestigt ist. Dieser führt alle 15 sec. Messungen auf eine elektronische Zieltafel (Grafik Punkt 4) bestehend aus einem Glasprisma, einem Laserfenster und elektronischen Neigungssensoren, die sich am Maschinenteil der TBM (Grafik Punkt 1) befinden. Es kann somit genau bestimmt werden, wo sich die Maschine befindet.

Es werden folgende Messdaten erfasst:

• Horizontal- und Vertikalwinkel, sowie die Strecke zwischen Tachymeter und Zieltafel mit dem Tachymeter
• Auftreffwinkel des Lasers mit dem Laserfenster
• Gier- und Nickwinkel mit den Neigungssensoren der Zieltafel

Nach einigen Metern Vortrieb wird der Tachymeter nach vorn umgesetzt und neu über Präzision sprismen (Grafik Punkt 2) eingerichtet. Dazu wird das Netz nach vorn verlängert und nach hinten überprüft.

Weiterhin werden die eingebauten Tübbingringe ständig überwacht. Dazu wurde eine Ring Konvergenz Messsystem (RCMS) eingebaut. (Grafik oben Punkt 1)

Während eines Tunnelbauprojektes mit Tübbingauskleidung wirken auf den Tunnel, bzw. die gebauten Ringe, eine Anzahl verschiedener natürlicher und vortriebsbedingter Kräfte ein. An bestimmten Querschnitten, die von besonderem Interesse sind, werden daher im Laufe eines Tunnelvortriebs Deformation smessungen durchgeführt. Im Vordergrund steht dabei die Verformung eines gerade gebauten Ringes, im Hinblick auf die auf ihn einwirkenden Kräfte, wie beispielsweise Vortriebskräfte oder auftretende Lastwechsel beim Verlassen eines Ringes aus dem Schildmantel der Tunnelbohrmaschine.
Um aufgrund von Verformungen bzw. Konvergenzen mögliche Gefahren frühzeitig erkennen zu können, hat die VMT GmbH ein Ring Konvergenz Messsystem entwickelt. Das Messsystem ist sowohl unmittelbar nach dem Ringbau, als auch in einem bereits seit Längerer Zeit gebauten Ring einsetzbar.
Beim Ring Konvergenz Messsystem wird in dem zu beobachtenden Ring ein Inklinometer pro Segment positioniert. Dabei wird angenommen, dass sich die Segmente des Rings wie eine Gliederkette verhalten, bei der jedes einzelne Glied in sich starr bleibt. Bewegungen können allerdings in den Längsfugen stattfinden, deshalb werden sie als Gelenke betrachtet. Ausgehend von den beobachteten Neigungsänderungen der Inklinometer, an den Segmenten, werden die Deformationen des Gesamtringes abgeleitet. Für jeden Datensatz wird ein Ringpolygon in einem lokalen Koordinatensystem berechnet. Die dabei ermittelten Koordinaten der Gelenkpunkte erlauben die Berechnung sämtlicher Konvergenzstrecken, die zur Beobachtung von Interesse sein können.
Die Differenzen der interessierenden Strecken zwischen zwei beliebigen Zeitpunkten ergeben die gesuchten Konvergenzen bzw. Divergenzen. Die Genauigkeit des Systems liegt im Ruhezustand bei etwa ± 0,3 mm. Die bei Tunnelbauprojekten mit Tübbingauskleidung auftretenden Konvergenzen können ab ± 1 mm aufwärts signifikant nachgewiesen werden.

Nach dem der Boden vom Schneidrad abgebaut wurde, wird der Tunnel mit Tübbings ausgekleidet. Die Tübbings werden mit dem Tunnelzug bis kurz vor die Maschine gefahren und anschließend mit dem Erektor im Kreis versetzt. Dazu werden die 14 Vortriebspressenpaare einzeln zurückgefahren um einen neuen Stein einzubauen. Die Vortriebspressen haben eine maximal e Druckkraft von 65 Meganewton (MN) was 6.500 t entspricht.

Nach Einbau der Tübbingringe wird der Hohlraum zwischen Ausbruchdurchmesser (9,00 m) und Außendurchmesser Tübbingring (8,70 m) mit Mörtel verpresst. Der Mörtel wird in 2 Silos am Bayerischen Bahnhof bereitgestellt und in einem Mörtelkübel mit dem Tunnelzug zum Nachläufer transportiert. Pro Ring (1,80 m) werden ca. 8 m³ Mörtel benötigt.


Öffnung für Mörtelverpressung sowie Abdichtung TBM (Schildschwanzdichtung mit Schildschwanzfett) und Tübbingaußenkante (oben links).