Variable Density TBM, Werner Burger, Herrenknecht AG 1 · von der ARGE Kenny / Obayashi für einen Abwassersammler in Columbus OH eingesetzt. Extrem hoher Wasserandrang erforderte

15.05.2017

Variable Density TBM, Werner Burger,Herrenknecht AG 1

Die Variable Density TBMEntwicklung und Einsatzerfahrungen

Werner Burger, Herrenknecht AG

Kolloquium Maschinelle Vortriebe, ETH Zürich, 18. Mai 2017

Herrenknecht. Pioneering Underground TechnologiesHerrenknecht. Pioneering Underground Technologies

Drei Typen von Einfachschildmaschinen.

1. Offener Einfachschild für standfeste und in der Regel nicht wasserführendeOrtsbrust für drucklosen Abbau und trockenen Abraumtransport überFörderband im Zentrum.

2. Geschlossene Erddruckmaschine (EPB) für feinkörnige und in der Regel nichtstandfeste, wasserführende Böden mit aktiver Ortsbruststützung undFörderschnecke für Druckabbau und Materialaustrag aus der Abbaukammer.

3. Geschlossene Maschine mit Flüssigkeitsstützung für grobkörnige und in derRegel nicht standfeste wasserführende Böden mit aktiver Ortsbruststützungund Materialaustrag aus der Abbaukammer mit Flüssigkeitskreislauf undübertägiger Separationsanlage

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Offener Einfachschild

Offener Modus

GeschlossenerModus

Flüssigkeitsschild Erddruckschild

Drei Typen von Einfachschildmaschinen

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Drei Typen von EinfachschildmaschinenDie mechanischen Unterschiede

- Schneidrad mitSchöpfbechern(Schaufelrad)

- Zentrales Förderbandmit Einlauftrichter


- Schneidrad alsMischwerkzeug

- Materialaustrag mitFörderschnecke

- Druckwand

- Materialaustrag mitFlüssigkeitskreislauf

- Druckwand

Flüssigkeitsschild Erddruckschild

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Flüssigkeitsschild Erddruckshild

Konvertierbarkeit

A. Modulares Konzept:

Die Änderung derBetriebsart erfolgt durchden Austausch voneinzelnen Baugruppen derTBM (Umbau im Schacht)

B. Integriertes Konzept:

Alle notwendigenBaugruppen fürverschiedene Betriebsartenund Funktionen sind in derBasismaschine enthalten(Umstellung im Tunnel)

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Offener Einfachschild ↔ Erddruckmaschine

Offener Modus- Standfeste Ortsbrust- Abbaukammer drucklos- Schnelle Isolierung der Abbaukammer möglich- Teilfüllung der Kammer für Schneckenaustrag

erforderlich (→ Sekundärverschleiß amSchneidrad)

Erddruckgestützter Betrieb – geschlossener Modus- Aktive Ortsbruststützung- Max. 6-8 bar Stützdruck, abhängig vom Baugrund

Druckluftbetrieb – geschlossener Modus- Teilfüllung der Kammer, Druckluft- Kontrolle Wasserzufluß- Max. 2,5 bar Stützdruck, abhängig vom Baugrund

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Offener Modus - Einfachschild- Förderschnecke in hinterer Position, eingeschränkte Leistung- Förderband und Einlauftrichter vorgeschoben,

Drehdurchführung demontiert- Materialschurren am Schneidrad montiert

Geschlossener Modus – Erddruckstützung- Förderschnecke in vorderer Position für volle Förderleistung- Förderband und Einlauftrichter zurückgezogen,

Drehdurchführung für Bodenkonditionierung installiert- Materialschurren am Schneidrad teilweise demontiert

Offener Einfachschild ↔ ErddruckschildBandaustrag im offenen Betrieb

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Offener Modus - Einfachschild- Tauchwandschieber geschlossen- Förderband und Einlauftrichter vorgeschoben

Geschlossener Modus - Flüssigkeitsstützung- Tauchwandschieber offen- Förderband und Einlauftrichter zurückgezogen

Offener Einfachschild ↔ FlüssigkeitsschildBandaustrag im offenen Betrieb

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Erddruckschild ↔ FlüssigkeitsschildFörderschnecke oder Förderkreislauf als primäresAustragsystem, unterschiedliche Methoden derStützdrucksteuerung

Geschlossener Modus - Erdruckschild- Förderschnecke als primäres Austragssystem- Vortriebsgeschwindigkeit und/oder Austragsvolumen zur

Steuerung des Stützdrucks → volumenstrombasierteStützdrucksteuerung

Geschlossener Modus – Flüssigkeitsschild (MixSchild)- Förderkreislauf als primäres Austragssystem- Druckluftpolster für Stützdruckkontrolle → volumenunabhängige

Stützdrucksteuerung 9


Grundkonzept der “Variable Density” Maschine

Wechsel zwischen Erddruck- und Flüssigkeitsstützung im Tunnel ohne mechanischeModifikationen oder Kammereinstieg → Umschalten der Betriebsart

Primärer Materialaustrag im Flüssigbetrieb: mechanisch – hydraulisch → Betrieb imZwischenbereich Erddruck- und Flüssigstützung möglich (high density operation)

Volle Kontrolle der Ortsbruststützung beim Betriebsartwechsel

FlüssigkeitsstützungErddruckstützung

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Erfahrungsbausteine für die Entwicklung der Variable Density TBM

Erfahrungshintergrund:

Beherrschung von Findlingen >250mm bei Erddruckmaschinen mitSchneidradmischbesatz und Förderschnecke > 700mm in vielen Einsätzen erwiesen

Abgetrennter Druckpolsterraum mit Verbindung zur Abbaukammer durchkommunizierende Röhren (Entfall der Tauchwandöffnung) erfolgreich eingesetzt beiFlüssigkeitsschilden

Verbleibende Unbekannte :

mechanisch hydraulische Förderung entlang der Förderschnecke zum Saugstutzenam Schneckenaustrag

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Realkonzept Variable Density TBM auf Basis eines typischenU-Bahn Durchmessers von 6,6m

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Betriebsarten einer Variable Density TBM

Offener Betrieb Erddruckbetrieb

“high density” Betrieb Flüssigkeitsbetrieb

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Einsatz: Port of Miami EPBErsteinsatz von Konzeptelementen der Variable Density TBM durchBouygues TP beim sogenannten “WCP Mode” als Reaktion aufveränderten Baugrund

EPB Mode

WCP Mode

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Die ersten sechs Variable Density TBMsbeendeten ihren erfolgreichen Einsatz für dieArge MMC/Gamuda beim Klang Valley MRTProjekt in 2015.

Die TBMs wurden erfolgreich betrieben alsreiner Erddruck- und als Flüssigkeitsschildsowie in der Zwischenbetriebsart “high densityslurry”

Die für den Ersteinsatz vorgehaltenentechnischen Rückfallebenen kamen nicht zumEinsatz, der Betrieb des Systems erwies sichals vergleichsweise einfach und gutmütig

Einsatz: Kuala Lumpur, MalaysiaErfolgreicher Ersteinsatz von voll ausgerüsteten Variable Density TBMs

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Eine 7,0 m Variable Density Maschine inHartgesteinsausführung wurde in 2014/2015von der ARGE Kenny / Obayashi für einenAbwassersammler in Columbus OHeingesetzt. Extrem hoher Wasserandrangerforderte einen Betrieb in überwiegendgeschlossenem Modus mit Flüssigförderung.

Einsatz: Columbus, USAVariable Density TBM in stark wasserführendem Felsgestein

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Im November 2016 beendete eine vollausgerüstete Variable Density TBM erfolgreicheine Teilstrecke des SCL 1128 Projekts inHonkong für die ARGE Bouygues Dragages.

Der Vortrieb bei sehr geringer Überdeckungund hochsensibler Überbauung erfolgte zumgroßen Teil im “high density” Betrieb

Einsatz: HonkongVariable Density TBM bei sehr geringer Überdeckung

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Im Januar 2016 wurde eine 10,21m VariableDensity TBM für Consorcio Constructor M2Lima fertiggestellt

Durch Verzögerungen im Projekt ist aktuell dieBaustellenmontage und der Anfahrzeitpunktverschoben und die TBM ist zwischengelagert

Einsatz: Lima, PeruVariable Density TBM für schwierigen Baugrund

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Anstehende EinsätzeVariable Density TBMs im Bau

Forrestfield Airport Link, Perth, Australia

Zwei 7,05m Variable Density TBMsfür Salini Impregilo/NRW JV

Klang Valley MRT Linie 2, KualaLumpur, Malaysia

Zehn 6,6m Variable Density TBMsfür MMC/Gamuda JV (6 vorhandeneMaschinen von Linie 1 sowie 4neue Variable Density TBMs)

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VIELEN DANK20

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