The WIRTH GmbH manufactures full-face-tunneling machines and enlarging machines. Full diameter＿ and enlarging machines for tunnel projects with large diameter are compared economically and technically. It is shown how the tunnel diameter and the technical rock data affect the design of the tunnel boring machines. By means of various job Sites the technical improvement of the WIRTH tunnel boring machines is explained.
Die WIRTH GmbH fertigt Vollschnitt- und Erweiterungstunnelbohrmaschinen. In einem wirtschaftlichen und technischen Vergleich werden Vollschnitt- und Erweiterungsmaschinen fuer Tunnel-Projekte mit groβem Durchmesser gegenuebergestellt. Der Einfluβ des Tunneldurchmessers bzw. der Gesteinsdaten auf die technische Auslegung der Tunnelbohrmaschinen wird aufgezeigt. Verschiedene Baustelleneinsatze erlautern die technische Weiterentwicklung der WIRTH-Tunnelbohrmaschinen.
La Soc. WIRTH GmbH fabrique des tunneliers pleine section et d''elargissement. Les machines pleine section et d''elargissement pour les projects des tunnels aux grands diametres sont comparees economiquement et techniquement. L''influence du diametre de tunnel et/ou des caracteristiques du rocher sur la conception technique des tunneliers est indiquee. Plusieurs emplois sur les chantiers de forage expliquent I'amelioration technique des tunneliers WIRTH.
Im Tunnelbau gewannen vollmechanische Vortriebsmethoden in den letzten Jahren gegen- ueber den konventionellen bergmannischen Methoden zunehmend an Bedeutung. In der Entwicklung des vollmechanischen Tunnel- Vortriebs konnten in den letzten 10 - 15 Jahren erhebliche Fortschritte erzielt werden, an denen auch unsere Firma maβgeblich beteiligt war.
Seit 1967 baut WIRTH Tunnelbohrmaschinen fuer Hartgesteinformationen. Zur Zeit bietet WIRTH Vollschnittmaschinen bis zu einem Bohrdurchmesser von 8 m und Erweiterungsma schinen bis 12 m Bohrdurchmesser an. Kenn- zeichnend fuer das Erweiterungssystem ist, daβ zunachst im Zentrum ein Pilot- stollen mit verhaltnismaβig kleinem Durchesser- mindestens jedoch 3,30 m - aufge-fahren wird, der als Richtstollen fuer den anschlieβenden Einsatz der Erweiterungsmaschine dient. Das Schema beider Maschinentypen ist auf Bild 1 dargestellt.
(Figure in full paper)
Beide Maschinentypen bestehen im wesentlichen aus Bohrkopf, Innenkelly mit Antrieb, Auβenkelly mit Verspannelementen sowie nachgeschalteten Ver- und Entsorgunseinrichtungen. Die Innenkelly wird in der gegen das Gebirge verspannten Auβenkelly gefuehrt und schiebt den elektrisch oder hydrostatisch angetriebenen Bohrkopf gegen das Gebirge. Die Vorschubzylinder stuetzen sich gegen die Auβenkelly ab. Bei der Vollschnittmaschine wird die Auβenkelly gegen das gebchrte Profil verspannt, bei der Erweiterungsmaschine in der Pilotbchrung.
Da auch bei den Erweiterungsmaschinen der volle Restquerschnitt des Tunnels in einem Arbeitsgang abgebchrt wird, sind sie als Besonderheit der Vollschnittmaschinen aufzufassen und nicht als Teilschnittmaschine, deren wesentliches Merkmal ein im Verhaltnis zurn aufzufahrenden Querschnitt kleiner, horizontal und vertikal verfahroder schwenkbarer Schneidkopf ist.
Im Zusammenwirken von Tunnelbohrmaschine und Gebirge ergeben sich mit wachsendem Durchmesser einige gegenlaufige Gesetzmaβigkeiten:
- –
Die erforderliche Vorschubkraft der Tunnelbchrmaschine wachst linear, das zur Drehung des Bohrkopfes erforderliche Drehmoment quadratisch mit dem Durchmesser.
Die aus Vorschubkraft und Drehmoment resultierenden Reaktionskrafte muessen ueber die Verspannung sicher in das Gebirge eingeleitet werden. Vollschnittmaschinen verspannen sich gegen die gebchrte Tunnelwand, diese erfahrt dadurch eine groβe zusatzliche Belastung. Erweiterungsmaschinen verspannen sich im Pilotloch; dadurch bleibt das Endprofil unbelastet.
- –
Mit wachsendem Durchmesser verringert sich bei sonst gleicher Gebirgsklasse die Standzeit des ungesicherten Hohlraurns, gestörte Zonen werden starker wirksam. Wenn die Standzeit des Gebirges nicht fuer den Durchgang der Tunnelbohrmaschine ausreicht, sind unmittelbar hinter dem Bohrkopf bereits Sicherungsmaβnahmen erforderlich, die die Vortriebsleistung mindern können.
- –
Mit wachsendem Durchmesser muβ die Drehzahl des Bohrkopfes verringert werden, da die Bahngeschwindigkeit der Rollenbohrwerkzeuge einen maximalen Wert von 1,5 - 2 m/s nicht ueberschreiten darf. Die Nettobohrgeschwindigkeit ist eine lineare Funktion von Drehzahl des Bohrkopfes und Eindringtiefe (penetration) der Werkzeuge. Da zudem bei Vollschnittmaschinen jede Schneidbahn nur einfach bestueckt werden kann, sinkt bei diesen Maschinen die Nettobohrgeschwindigkeit bei sonst gleichen Parametern mit wachsendem Durchmesser. Dadurch wird die Notwendigkeit von Sicherungsarbeiten im Maschinenbereich weiter erhöht.
Erweiterungsmaschinen erlauben eine bessere Anpassung an unterschiedliche Bohrdurchmesser als Vollschnittmaschinen. Der Grund liegt darin, daβ aile Erweiterungsmaschinen sich im Vorbohrloch verspannen. Somit sind bei gleichem Pilotdurchmesser keine Änderungen am Maschinenkörper, sondern nur Änderungen am Bohrkopf erforderlich. Eine Vollschnittmaschine kann im Bohrdurchmesser mit technisch vertretbaren Mitteln urnetwa 70 - 100 cm geandert werden (neuer Bohrkopf, Änderung der Verspannung). Eine solche Änderung kostet etwa 20 - 25 % des Maschinenneuwertes. Eine Erweiterungsmaschine kann dagegen um max. 3 - 4 m im Bohrdurchmesser geandert werden, eine solche Änderung kostet nur etwa 10 - 15 % des Maschinenneuwertes. Der durch nachtraglichen Umbau maximal mögliche Bohrdurchmesser wird durch die in der Maschine urspruenglich installierte Leistung und die Parameter des zu bchrenden Gesteins begrenzt.
