Anfahrvorgänge und Ausfahrvorgänge von geschildeten Tunnelvortriebsmaschinen

Abstract

Die gegenständliche Diplomarbeit befasst sich mit verschiedenen Anfahr- und Ausfahrvorgängen von geschildeten Tunnelvortriebsmaschinen. Dabei wird ein Fokus auf Tunnelvortriebe bei drückendem Grundwasser gelegt. Um diese Thematik bestmöglich aufzuarbeiten, wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, welche durch zahlreiche Fachgespräche Ergänzung erfuhr.Beginnend mit den Grundlagen des maschinellen Tunnelbaus werden ausgewählte Maschinentypen in ihrem Aufbau, ihrer Wirkungsweise und hinsichtlich ihres Einsatzgebietes miteinander verglichen und voneinander abgegrenzt. Für gebräuchliche Maschinentypen werden die von verschiedenen Institutionen vorgeschlagenen Abkürzungen einander gegenüber gestellt. Den Abschluss dieses Grundlagenkapitels bildet die Betrachtung der Tunnelauskleidung mittels Tübbingen.Dabei wird auf Problemstellungen durch vorhandene Wasserdrücke eingegangen und geeignete Abdichtungssysteme für Tübbinge vorgestellt.Im Anschluss erfolgt eine Vorstellung der gängigsten Anfahr- und Ausfahrverfahren. Dabei wird jeweils auf die erforderlichen Konstruktionen, den Verfahrensablauf und die Einsatzmöglichkeit unterhalb des Grundwasserspiegels eingegangen. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Dichtungssysteme gelegt, welche eine Anfahrt bzw. Ausfahrt bei drückendem Grundwasser ermöglichen.Die beschriebenen Anfahr- und Ausfahrverfahren werden anhand der Bewertungskriterien Herstellungskosten, Bau- und Montagezeit, Verfahrensrisiko, erforderliche Schachtgröße, beanspruchter Platzbedarf der Konstruktionen und gegebene Toleranzanforderungen beurteilt.Dies ermöglicht einen Vergleich der Verfahren. Darüber hinaus sind die, für die einzelnen Vorgänge geeigneten, Tunnelvortriebsmaschinen aufgezeigt und deren Einsatzgebiet anhand der anzutreffenden Gesteinsart abgegrenzt. Dabei wird wiederum zwischen den Verfahren unterhalb und oberhalb des Grundwasserspiegels unterschieden. Bei Betrachtung der Bewertung sind die geeignetsten Anfahr- bzw. Ausfahrverfahren in Abhängigkeit des Wasserdrucks ersichtlich.Abschließend wird eine Kalkulation von vier Anfahrvorgängen anhand eines Beispielprojekts durchgeführt. Dabei erfolgt die Anfahrt aus einem Schacht mit einem vorherrschenden Wasserdruck von 3,5 bar. Es werden Anfahrten aus einem Betontopf, sowie mit Rücksteifkonstruktion und Startbrille kalkuliert. Letztere wird sowohl ohne vorgelagerten Dichtblock, sowie mit vertikal und horizontal hergestelltem Dichtblock untersucht. Im Zuge der Kalkulation erfolgt lediglich die Erfassung sämtlicher verfahrensspezifischer Aspekte. Für jedes dieser Anfahrverfahren wird der Zeitaufwand, welcher zur Errichtung und zum Abbau der benötigten Konstruktionen erforderlich ist, ermittelt und die verfahrensspezifischen Kosten kalkuliert. Neben den Baukosten und der Bauzeit ist der frühestmögliche Regelvortrieb der Tunnelvortriebsmaschine ein entscheidender Faktor bei der Auswahl des am besten geeigneten Anfahrverfahrens. Zu diesem Zweck sind Bauzeitpläne der einzelnen Verfahren erstellt worden. Anhand derer ist die Dauer von Beginn des Schachtaushubs bis zum Regelvortrieb ermittelbar.Bei mehreren Anfahr- und Ausfahrvorgängen im Zuge eines Tunnelbauprojekts ist die Wiederverwendbarkeit der Konstruktionen ein enormer Kostenfaktor. Dies und andere Überlegungen finden in einer abschließenden Diskussion der Verfahren Einzug.

This diploma thesis deals with different start-up and exit operations of shielded tunnel boringmachines. The focus is put on tunnelling in pressing groundwater. In order to deal with this topicin the best possible way, an extensive literature research was carried out, which was supplementedby numerous technical discussions with experts.Starting with the basics of mechanical tunnel construction, selected machine types are comparedand differentiated from each other in terms of their construction, their mode of operation andtheir field of application. For common machine types, the abbreviations proposed by variousinstitutions are compared. The conclusion of this chapter is tunnel lining by means of tubbings.Problems caused by existing water pressures are discussed and sealing systems for tubbingsegments are presented.The most common start-up and exit procedures are presented. In each case, the necessaryconstructions, the process sequence and the possibility of usage below the groundwater level arediscussed. Particular attention is paid to the sealing systems that enable approach and exit inpressurised groundwater.The described start-up and exit operations are evaluated on the basis criteria of manufacturingcosts, construction and installation time, process risk, required shaft size, space required for thestructures and given tolerance requirements.This allows a comparison of these methods. In addition, the suitable tunnel boring machinesfor the individual processes are shown and their area of application is delimited on the basisof the type of rock to be encountered. In turn, a distinction is made between methods belowand above the groundwater table. When considering the evaluation, the best start-up and exitmethods are shown depending on the water pressure.Finally, a calculation of four start-up processes is carried out on the basis of an exampleproject. The approach is carried out from a shaft at a prevailing water pressure of 3.5 bar. Theapproach from a concrete pot, as well as with a thrust frame and launch goggles are calculated.The latter is examined without a sealing block, as well as with a vertically and horizontallyproduced sealing block. In the course of the calculation, only all process-specific aspects arerecorded. For each of these start-up methods, the time required to erect and dismantle thenecessary structures is determined and the method-specific costs are calculated. Besides theconstruction costs and the construction time, the earliest possible regular drive of the tunnelboring machine is a decisive factor in the selection of the most suitable start-up method. Forthis purpose, construction schedules of the individual methods are prepared and the durationfrom the start of shaft excavation to the start of the regular drive is determined.In the case of several start-up or exit procedures in the course of a tunnel construction project,the reusability of the constructions is an enormous cost factor. Hence, this and some otherconsiderations are included in a final discussion on the procedures.