The range of applications vor tunnel boring machines (TBM) has been expanded by improvements through the last years. Harder rocks are economically excavated due to higher forward thrust. Steel ring erectors directly behind the cutterhead help to overcome zones of fractured or loose rock. For safety reasons, in penstokes or other inclined shafts the mechanical excavation is the only possible even in very hard and abrasive rock. A better knowledge of the breaking mechanism of the rock under the load of the cutters allows a realistic estimation of machine performances for a given project.
Durch Verbesserungen an Tunnelvortriebsmaschinen ist deren Einsatzbereich in den letzten Jahren stark erweitert worden. Höhere Vorschubkrafte erlauben den wirtschaftlichen Ausbruch immer hgrterer Gesteine. Durch Ausbauhilfen direkt hinter dem Bohrkopf können Störungszonen bewhltigt werden. In Druckschhchten und anderen Schrïgschhchten ist aus Sicherheitsgruenden oft nur ein mechanischer Vortrieb möglich, selbst in sehr hartem und abrasivem Gestein. Vertiefte Kenntnisse ueber den Bruchvorgang im Gestein erlauben eine realistische Abschatzung der Maschinenleistung fuer ein bestimmtes Projekt.
Pendant les derniers annees les tunneliers ont ete ameliore de sorte qu''ils sont aujourd''hui capable de travailler dans des roches dures aussi bien que dans des roches d''une faible stabilite. Dans les puits inclinee, l''excavation mecanisee est souvent la seule possible, même dans des roches très dures et abrasives. Des connaissances plus profondes sur la fracturation de la roche sous les outils permettent d''estimer d''une maniere realistique la vitesse d''avancement pour un certain project.
Der Einsatzbereich fuer Tunnelvortriebsmaschinen ist in den letzten Jahren stark erweitert worden, und zwar in Richtung hatere Gesteine durch Erhõhung der Vorschubkraft, in Richtung Lockermaterial durch Entwicklung verschiedener Kombinationen mit Schildern und in Richtung nicht standfeste Felsgesteine durch systematische Einbaumöglichkeiten unmittelbar hinter dem Bohrkopf. Fuer viele Gebirgsarten, bei denen frueher ein mechanischer Vortrieb nicht in Frage kam, werden heute geeignete Maschinen oder Maschinenkombination angeboten. Es handelt sich dabei durchwegs um Gerate im Wert von mehreren Millionen DM. Bei Investitionen in solcher Höhe muss sorgfaltig abgeklgrt werden, wo die Grenzen der Einsetzbarkeit liegen. Es ist offensichtlich, dass diese von GerSt zu Gerat abweichen und daher jedesmal neu festzustellen sind. Die folgenden Ausfuehrungen beziehen sich hauptshchlich auf Vollschnittmaschinen.
Vollschnittmaschinen können nur dort eingesetzt werden, wo dies a) technisch möglich und b) wirtschaftlich ist, d.h. nicht teurer als der konventionelle Vortrieb. Die technischen Möglichkeiten können abgeschatzt werden, wenn detaillierte Kenntnisse ueber das anzutreffende Gebirge vorliegen. Diese muessen in der Regel ausfuehrlicher sein als fuer Sprengvortrieb, da der mechanische Vortrieb - wenn ueberhaupt - nur mit Muehe an veranderte Gebirgsverhãltnisse angepasst werden kann. Die Wirtschaftlichkeit eines Maschineneinsatzes hangt nicht nur vom Gestein und Gebirge, sondern auch von den Gegebenheiten des Bauwerks (Kreisprofil, Kurvenradien etc.) ab. Besonders beim Bau von Druckschachten sind seit mehr als einem Jahrzehnt fast ausschliesslich Vortriebsmaschinen eingesetzt worden, und zwar auch in sehr abrasivem Hartgestein. Eine maschinengerechte Projektierung der Stollen und Schachte kann hier wesentlich zur Hebung der Wirtschaftlichkeit beitragen. Sie ist Voraussetzung fuer einen optimalen Maschineneinsatz.
Jeder Maschineneinsatz hat den Vergleich mit einem entsprechenden Sprengvortrieb zu bestehen. In Druckschachten und anderen Schragschachten stellt der Sprengvortrieb meist ein sehr hohes Sicherheitsrisiko dar. Nachbrueche, selbst von kieinen Gesteinsbrocken, gefahrden die Mannschaft ausserordentlich, auch im gesamten rueckwartigen Bereich des Schachtes. Es finden sich heute kaum noch Mineure, die bereit sind, einen Schragschacht nach konventioneller Methode im steigenden Vortrieb zu sprengen. In Schragschãchten werden daher heute meist Tunnelvortriebsmaschinen eingesetzt auch wenn sehr hartes und abrasives Gestein zu erwarten ist. Die Meisselkosten können in solchen Fallen weit ueber 100 DM pro Kubikmeter Festgestein ansteigen, was kaum mehr als wirtschaftlich bezeichnet werden darf. Um einzelne extrem harte Zonen ueberhaupt auffahren zu kónnen, sind gelegentlich Lockerungssprengungen vor dem Bohrkopf nötig. Solche Sprengungen sollen von der Ortsbrust eine Vielzahl von Trennflachen im Gestein erzeugen, ohne dass grôssere Blócke auf den Bohrkopf herunterfallen. Das so gelockerte Gebirge lasst sich dann mit wesentlich verbesserten Vortriebsleistungen ausbrechen. Die Wirtschaftlichkeit eines Maschineneinsatzes darf nicht nur an den Ausbruchkosten abgeschatzt werden. Der mechanische Vortrieb kann die Gesamtkosten wesentlich beeinflussen. Durch den gebirgsschonenden Ausbruch werden die notwendigen provisorischen und dauernden Stuetzmassnahmen reduziert. Die glatte, regelmassige Ausbruchsoberflache erlaubt es, minimale Betonstarken auszufuehren, ohne dass Ueberprofil mit Beton verfuellt werden muss. Das ausgebrochene Material fallt so kleinstueckig an, dass es in Schragschachten auch bei geringer Neigung meist ueber eine Schwemmrinne abgefuehrt werden kann. Bei unverkleideten Druckstollen ergeben sich hydraulische Reibungsverluste, die wesentlich geringer sind als beim Durchfliessen eines gesprengten Stollens mit all seinen groben Unebenheiten. Alle erwahnten Faktoren fuehren zu Einsparungen, welche indirekt auf den mechanischen Ausbruch zurueckzufuehren sind. sich jedoch nicht unmittelbar in den Ausbruchskosten manifestieren.
Die durch die geologischen Verhaltnisse gegebenen Grenzen sind teils ultimativ (z.B. bei ungenuegender Standfestigkeit des Gebirges oder wenn die Maschine nicht ausreichend verspannt werden kann), teils sind sie durch wirtschaftliche Gegebenheiten gesetzt (z.B. bei hohen Meisselkosten oder geringen Vortriebsleistungen). Die erwahnten Limitierungen werden nachstehend diskutiert.
