6 Wege, wie sich Tunnelbohrmaschinen weiterentwickeln

Aug 11, 2023

Von Neil Gerrard, 5. Mai 2023

Tunnelbohrmaschinen (TBMs) gelten als schwerfällig und teuer. Aber Innovationen in diesem Sektor erhöhen die Geschwindigkeit, mit der sie arbeiten können, automatisieren Prozesse und verbessern ihre Fähigkeit, komplexe geotechnische Bedingungen zu überwachen.

Zu den jüngsten Innovationen gehören:

TBM-Betreiber müssen in der Lage sein, Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, wenn sich die geotechnischen Bedingungen ändern. Eine TBM kann über bis zu 5.000 Sensoren verfügen, die in unterschiedlichem Tempo Daten zu Kennzahlen wie Schnittflächenleistung, Vortriebsfortschritt und Schneidraddrehmoment sammeln.

Der TBM-Hersteller Herrenknecht hat kürzlich eine entwickeltneue IIoT-Plattformum Daten von drahtlosen Sensoren zu sammeln, zu verwalten und in einer cloudbasierten zentralen Speicherdatenbank zu speichern.

Die Plattform unterstützt mehr als 2.000 TBMs, von denen bis zu 700 gleichzeitig im Feld sein können. Die Daten werden auf Computern im Kontrollraum der TBM gespeichert und bei bestehender Internetverbindung in die Cloud hochgeladen. Da die Maschinen bis zu 10–15 km unter der Erde arbeiten, können sie Tage, Wochen oder sogar Monate offline sein.

Herrenknecht hat außerdem historische Daten aus 40 Jahren in verschiedenen Formaten auf die Plattform hochgeladen.

Der US-Hersteller Robbins meldete die branchenweit erste TBM-Durchmesseränderung im Tunnel beim 8 km langen Mill Creek Drainage Relief Tunnel in Dallas, Texas.

Der Tunnel hat zwei Durchmesser, da mit zunehmender Abwärtsbewegung die Strömungsanforderungen steigen. Daher wurde der Durchmesser der TBM von 11,6 m auf 9,9 m erhöht.

Robbins arbeitete mit dem Joint Venture Southland/Mole zusammen, um zunächst eine komplette kleinere Maschine zu entwerfen und dann einen „Bausatz“ herzustellen, der als größere zweite Haut fungierte.

Als es an der Zeit war, den Durchmesser der TBM zu reduzieren, entfernte man einfach die zweite Haut der Maschine, was etwa vier Monate dauerte.

Das malaysische Infrastrukturunternehmen MMC-Gamuda hat die angeblich weltweit erste autonome Tunnelbohrmaschine (A-TBM) entwickelt, um seine Abhängigkeit von knappen TBM-Betreibern zu beseitigen.

Als Testumgebung diente die zweite Linie des MRT-Projekts (Mass Rapid Transit) in Kuala Lumpur.

Das Plug-and-Play-System lässt sich in vorhandene TBM-Hardware und Sensoren integrieren. Es überwacht die Prozesse der TBM und sendet die Daten an eine zentrale Leitstelle.

MMC-Gamuda testete die Technologie zunächst an einer einzelnen Maschine, um deren Lenkung zu steuern, bevor sie sie auf andere Steuerungsparameter wie Vorschubgeschwindigkeiten und Güllekontrollen ausweitete.

Letztendlich wurden 10 von 12 TBMs des Projekts mit dem A-TBM-System installiert und bohrten sich durch unterschiedliche Bodenbedingungen. MMC-Gamuda sagte, der nächste Schritt werde darin bestehen, Tunneldaten zu analysieren und dem System zu ermöglichen, Vorhersagen zu treffen, um bessere Tunnellösungen zu erzielen.

Herrenknecht hat ein Verfahren entwickelt, das einen kontinuierlichen Tunnelvortrieb in weichen Bodenformationen ermöglicht.

Traditionell musste der Tunnelbau nach jedem Aushubhub unterbrochen werden, um den Bau des Tunnelrings zu ermöglichen.

Bei dem neuen, 1,6-fach schnelleren Durchlauftunnelsystem übernehmen die Schubzylinder, die die Maschine beim Vortrieb nach vorne schieben, den Kraftanteil der Zylinder, die zum Ringbau eingefahren werden.

Um sicherzustellen, dass die Maschine während dieses Vorgangs ihren korrekten Kurs beibehält, übernimmt ein computergesteuertes Center of Thrust (CoT)-System die Steuerung der Drücke in den Schubzylindern von einem manuellen Bediener.

Herrenknecht erhielt diebauma Innovationspreis 2022in der Kategorie „Maschinentechnik“ für seine Neuentwicklung ausgezeichnet.

Die in den USA ansässige und von Elon Musk gegründete Boring Company brachte 2022 die zweite Iteration ihrer „Prufrock“-TBM in Betrieb.

Der Prufrock ist so konzipiert, dass er direkt von der Oberfläche aus startet, sich unter der Erde bohrt und nach Fertigstellung wieder auftaucht. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Gruben auszuheben, um die Maschine zu starten und zu bergen. Dieser Vorgang wird als „Schweinswal“ bezeichnet.

Die Boring Company behauptet, dass sie mit einer Geschwindigkeit von einer Meile pro Woche durch weichen Boden bohren kann, was bis zu sechsmal schneller ist als ihre vorherige TBM-Generation, die Godot+. Das mittelfristige Ziel für den Prufrock besteht darin, den Tunnel mit einer Geschwindigkeit von sieben Meilen pro Tag zu bohren.

Start-up-Unternehmen mit Sitz in San FranciscoErdgitterentwickelt eine Plasma-Mikro-TBM für den Energie- und Versorgungsmarkt, die angeblich 100-mal schneller unter der Erde graben kann als herkömmliche Methoden.

Seine Plasmabrenner erreichen Temperaturen von 27.000 °C und strahlen durch hartes Gestein.

Die Fackeln sind auf Scheiben montiert, die vor einem „schnellen Grabroboter“ gehalten werden, um Fragmente nach hinten wegzuschießen und sie in kleinen Schubkarren einzusammeln. US-amerikanisches Start-upPetra hat einen autonomen Roboter namens Swifty entwickelt, der für Versorgungsunternehmen kleine Tunnel mit einem Durchmesser zwischen 40 cm und 1,5 m durch Hartgestein bohren kann. Es verwendet eine proprietäre Mischung aus überhitztem Gas auf bis zu 1.800 °C.