Das 21. Jahrhundert ist geprägt von Kurzlebigkeit und Hektik. Lastkraftwagen oder Züge müssen Produkte und Waren schnell zum Kunden transportierten. Wir selbst bevorzugen ebenfalls die kürzeste Strecke, meiden Umwege, um von A nach B zu kommen. Ob tief im Berg, unter der Erde oder unter Wasser: Tunnel schaffen rund um die Welt schnelle Verbindungen, wenn Berge oder Seen den Weg versperren oder schlicht der Platz oben eng wird.Gigantische Tunnelbohrmaschinen ermöglichen heute Stollen bis 19 Meter Durchmesser. Der Tunnelbau ist ein komplexes Thema. Schnelligkeit und folglich Wirtschaftlichkeit auf der einen sowie Sicherheit und Risikominimierung auf der anderen Seite sind wichtige Erfolgsparameter. Echtes Teamwork ist gefragt, damit alle Beteiligten zügig und kalkulierbar das Licht am Ende des Tunnels erblicken.
Hier sind Profis gefragt
Die Herrenknecht AG mit Sitz im baden-württembergischen Schwanau ist seit über 30 Jahren Experte rund um das Thema maschineller Tunnelbau. Herrenknecht ist Technologie- und Marktführer im Bereich der maschinellen Tunnelvortriebstechnik. Als einziges Unternehmen weltweit liefert Herrenknecht modernste Tunnelbohranlagen für alle Baugründe und in allen Durchmessern – von 0,10 bis 19 Metern.
Hightech-Baustelle unter der Erde
Der Tunnelbau, der sich um den Ausbau der Verkehrsinfrastruktur kümmert, wird als Traffic Tunneling bezeichnet. Einer dieser Verkehrstunnel ist der Fréjus-Tunnel, eine der wichtigsten Transitstrecken der Alpen. Der zwölf Kilometer lange, mautpflichtige Autobahntunnel verbindet Frankreich mit Italien. In den nächsten Jahren soll der Fréjus-Tunnel um einen Sicherheitsstollen erweitert werden. Die Tunnelbohrmaschine für dieses Projekt wurde von der Herrenknecht AG individuell konzipiert und auf Kundenanforderungen sowie geologische Gegebenheiten angepasst. Zum Einsatz kommt eine Einfachschild-Tunnelbohrmaschine mit einem Durchmesser von acht Metern und einer Gesamtlänge von über 100 Metern, eine mobile Hightech-Anlage.
Täglich harte Bedingungen
Jeden Tag wirken somit starke Vibrationen, Schockbelastungen und hoher Druck sowie Temperaturen bis 50 °C auf die Maschine ein. Während der Betriebszeiten wird Mensch und Maschine viel abverlangt. Damit vorgegeben Projektziele planmäßig erfüllt werden, ist es unerlässlich, dass jedes kleinste Detail stimmt. Herrenknecht verbaut daher nur robuste Geräte. Denn ist die Tunnelbohrmaschine erst einmal im Einsatz, gefährdet jeder ungeplante Maschinenstillstand den Zeitplan.
Für die Analyse: das Sondierbohrgerät
Sofern beim Abräumen Schwierigkeiten mit dem Gestein auftreten, die ein Vorankommen verlangsamen, kommt das Sondierbohrgerät zum Einsatz. Das Sondierbohrgerät ist ein Zusatzbohrer, der auf Kundenwunsch in die Tunnelbohrmaschine eingebaut wird. Der Bohrer ist auf einem Werkzeugträger montiert. Er fährt durch vorgegebene Führungslöcher, um vor dem Werkzeugschild die Probebohrung durchzuführen. Das Sondierbohrgerät ist ein Schlagbohrer, der sich drehend und schlagend durch ein Bohrgestänge schiebt. Anhand der Vorschubgeschwindigkeit und des Drucks den der Bohrer dafür aufbringen muss, lässt sich ableiten, wie fest beziehungsweise hart das Gestein ist. Anhand der Gesteinsanalyse lassen sich entsprechende Maßnahmen einleiten, die ein planmäßiges Arbeiten vorantreiben.
Die eingesetzte Steuerung
Da das Sondierbohrgerät, eine optionale Anlagenkomponente, nicht permanent im Einsatz ist, entschieden sich die Projekteure der Herrenknecht AG für eine kompakte Steuerungslösung. Im Falle der genannten Einfachschild-Tunnelbohrmaschine wählte man den kleinen, robusten R360-Controller der ifm electronic gmbh. Die mobiltaugliche Steuerung vom Typ CR0020 wurde speziell für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen entwickelt. Die Steuerung punktet durch mechanische Festigkeit bei extremer Schockbeanspruchung, hohe Schutzart von IP 67, kurze Zykluszeiten durch einen leistungsfähigen Mikrocontroller sowie erhöhte Funktionssicherheit durch ein bewährtes Hardwarekonzept. Daneben bietet sie Diagnosefunktionen für Ein- und Ausgänge sowie stromgeregelte PWM-Kanäle. Die Analogkanäle sind parametrierbar für Strom, Spannung und ratiometrische Messung. Zudem sehen die Frequenzeingänge direkte Anschlussmöglichkeiten für Drehgeber vor. Alles Eigenschaften, die die Applikation fordert.
ifm-Technik im Einsatz
Im Falle der Einfachschild-Tunnelbohrmaschine für den Fréjus-Tunnel verarbeitet der ClassicController eingehende Daten zum Durchfluss, Druck und Weg bzw. Vorschub. Der ifm-Drehgeber vom Typ RM mit CANopen-Schnittstelle übermittelt die Daten zur Geschwindigkeit des Vortriebs. Der Multiturn-Drehgeber nimmt dazu die Umdrehungen des Vorschubmotors auf und leitet sie an die Steuerung weiter. Über die eingehenden Daten steuert der ClassicController die Hydraulikventile an, die den Schlagkopf des Bohrers antreiben.
Des Weiteren wird ein ifm-Drucksensor vom Typ PK mit zwei Schaltausgängen zur Stillstandsüberwachung eingesetzt. Sollte der Bohrer während des Betriebs blockiert werden, so erhält der ClassicController ein entsprechendes Signal und leitet die Überdruckabschaltung ein. Das Besondere beim Drucksensor PK: Die Einstellung erfolgt über zwei radiale Stellringe, dem Easy-turn-Bedienkonzept. Die mechanische Verriegelung verhindert ein unbeabsichtigtes Verstellen der Schaltpunkte. Sowohl die einfache und zugleich intuitive Bedienung als auch das Einstellen der Sensoren ohne anliegende Messgröße spart Zeit und damit Kosten.
Fazit
Der Tunnelbau ist eine hochkomplexe, anspruchsvolle Aufgabe. Keine Baustelle gleicht der anderen. Äußere Einflüsse wie die Geologie bestimmen die Anforderungen, die an eine Tunnelbohrmaschine gestellt werden, und erfordern Expertenwissen. Umso wichtiger ist es, dass alle Anlagenkomponenten und seien sie noch so klein, dem robusten Betrieb standhalten. Der Erfolg hängt vom reibungslosen Miteinander vieler Akteure ab. Denn wie heißt es bei Herrenknecht: „Mit Teamwork Tunnelling zum Durchbruch.“
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