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Technischer Fortschritt
für effizientere Infrastrukturen

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EDITORIAL

Pioneering Underground.

Neueste Vortriebstechnik für bahnbrechende Missionen.

Technischer Fortschritt bringt den Tunnelbau voran. In Partnerschaft mit Bauherren, Planern und Bauunternehmen entwickelt Herrenknecht Vortriebstechnik, um selbst in neuem, äußerst komplexem Terrain sicher und verlässlich qualitativ hochwertige und sehr langlebige Tunnelbauwerke herstellen zu können. Hier bieten wir Einblicke in exponierte Pionier-Projekte und deren Technik, die für profunden Fortschritt im Tunnelbau stehen.

STORY

Tunnelbau extrem.

Maximale Sicherheit
bei maximalem Druck.

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Story

Tunnelbau extrem.
Maximale Sicherheit bei maximalem Druck.

________________ Ein großformatiger Straßentunnel tief unter einer Meeresenge, ein Eisenbahntunnel durch enorm komplexes Bergmassiv, ein Wasserstollen unter gewaltigen Umgebungsdrücken: Der maschinelle Tunnelbau dringt im Untergrund in neues Terrain vor. Echte Partnerschaft mit Auftraggebern und Projekteignern führt zu wegweisenden Fortschritten in der Maschinentechnik. Auch innovative Ableitungen aus dem professionellen Offshore-Tauchen bringen den Tunnelbau vorwärts.

„Das ist nicht zu schaffen!“ – Dieser Satz ist immer nur so lange wahr, bis das Gegenteil bewiesen wird. Gerade für Ingenieursleistungen gilt: Grenzen sind Ansporn und nie Limit. Größer, schneller, tiefer, weiter – und gleichzeitig immer sicherer. So lautet das Motto im maschinellen Tunnelvortrieb. 

Tunnelbau am Limit: Bei Pionierprojekten wie der Bosporus-Unterquerung in Istanbul spielt die Sicherheit für Mensch und Maschine eine entscheidende Rolle.

 

 

Oben: Der Lake Mead-Stausee bei Las Vegas wird vom Colorado River gespeist und ist die wichtigste Wasserquelle der Spielermetropole.

Unten: Mineralablagerungen an den Ufern dokumentieren den historisch niedrigen Wasserstand.

Die Grenzen des Machbaren erweitern

________________ Die echten ingenieurtechnischen Herausforderungen warten vor allem in der Tiefe. In Geologien, die unter extremen Drücken stehen und wo Grund-, Meer- oder Flusswasser, welches durch Klüfte und sonstige Anomalien eindringt, den Vortrieb beeinflusst. Wie das geotechnologisch anspruchsvolle Auffahren solcher Tunnel gelingen kann, zeigt das Beispiel eines Wasserentnahmestollens unter dem Lake Mead. 

Wie ein blauer Diamant liegt der größte Stausee der Vereinigten Staaten rund 50 Kilometer südöstlich von Las Vegas, mitten in der Wüste zwischen Nevada und Arizona. Der 1935 fertig gestellte Hoover-Damm staut hier den Colorado-River auf: auf einer Länge von 170 Kilometern und mit einer Tiefe von bis zu 150 Meter. Das maximale Stauvolumen liegt bei schier unvorstellbaren 35 Milliarden Kubikmetern Wasser – damit könnten Deutschlands Privathaushalte etwa zehn Jahre lang versorgt werden. 

Doch der Lake Mead ist längst nicht mehr randvoll. Seit 1998 sinkt sein Pegel stetig – in Folge einer bis heute beispiellosen Dürrephase. Mittlerweile ist sein Wasserstand historisch niedrig: lediglich 332 Meter über dem Meeresspiegel. Damit steht das Wasser nur noch wenige Meter oberhalb der beiden bereits existierenden Entnahmestellen – und gefährdet die Wasserversorgung.

 

Dritter Auslass soll Wasserversorgung sichern

________________ Ein neuer, dritter Auslass muss gebaut werden. Der geplante „Intake No. 3“ liegt rund 70 Meter unterhalb der Seeoberfläche und etwa 3 Kilometer vom Ufer entfernt. Das vom Seeboden 15 Meter senkrecht nach oben ragende Entnahmerohr wurde von einer schwimmenden Plattform aus in eine zuvor ausgehobene Grube abgesenkt. Anschließend wurde das Fundament mit Unterwasserbeton ausgegossen und dadurch die Konstruktion fixiert.

Der neue Intake No. 3 liegt 3 km vom Ufer entfernt und rund 70 m unterhalb der Seeoberfläche.

Der eigentliche „Intake No. 3“ besteht aus einem 4,4 Kilometer langen, leicht ansteigenden Tunnel, den die Herrenknecht-TBM S-502 mit einem Außendurchmesser von 7,2 Meter direkt unter dem See auffuhr. Zentimetergenau traf sie von unten in die aus weicherem Magerbeton dafür eigens hergestellte Einfahrkonstruktion im Betonsockel der Entnahmestelle. Rund drei Jahre hatte sich die speziell angepasste Multi-Mode-TBM durch komplexe Geologien mit zerrüttetem Fels und mit zahlreichen Seewassereinschlüssen durchsetztem Lehm gekämpft. 

 

 

Nach rund 3 Jahren Vortrieb fuhr die Herrenknecht Multi-Mode-TBM Ende 2014 exakt durch die Einfuhrkonstruktion der neuen Entnahmestelle.

Rekordmarke beim Wasserdruck

________________ Aufgrund der Arbeitstiefe – unter Wasser steigt der Druck alle zehn Meter um ein Bar – lastete auf großen Teilen der Vortriebsstrecke ein enormer Wasserdruck von bis zu 15 Bar auf der Maschine: ein absolutes Novum im maschinellen Tunnelvortrieb. Bis dahin lag die Rekordmarke punktuell bei 11 Bar, aufgestellt von einer Herrenknecht-TBM, mit der man den im Jahr 2013 fertig gestellten Hallandsås-Eisenbahntunnel zwischen Göteborg und Malmö aufgefahren hatte.

Die anspruchsvollen geologischen und hydrologischen Bedingungen unter dem Lake Mead stellten das bauausführende Team von Salini-Impregilo vor echte Herausforderungen. Mehrfach musste der Vortrieb gestoppt und Teile ausgetauscht werden. Das abrasive Gestein hatte die Schneidrollen und Teile des Schneidrads weggeschliffen. Auch die Lagerdichtung wurde vom hohen Druck erheblich in Mitleidenschaft gezogen und musste erneuert werden. 

Die abrasive Geologie in Verbindung mit den hohen Wasserdrücken führte Stahl und Dichtungen an die absolute Belastungsgrenze.

 

 

Oben: Aufgrund der wechselhaften Bodenbedingungen entlang der Tunneltrasse entschied sich der Auftraggeber für eine Multi-Mode-Maschine von Herrenknecht.

Unten: Darstellung der beiden Vortriebsmodi offen (mit horizontaler Förderschnecke) und geschlossen (mit hydraulischem Spülkreislauf).

Die Suche nach der passenden Lösung

________________ Die richtige Frage hatten sich alle Beteiligten schon lange vor Projektbeginn gestellt: Wie muss eine TBM konstruiert sein, damit sie derart hohen, bisher unbeherrschbaren Drücken dauerhaft standhalten kann? Zum einen, indem mehr Stahl verbaut und die Wände dicker gemacht werden. Schließlich lasten bei 15 Bar Wasserdruck auf jedem Quadratzentimeter des Schildes 15 Kilogramm – bei seiner Gesamtlänge von 16 Metern und einem Durchmesser von mehr als sieben Metern summiert sich das zu einer gewaltigen Last. Zum anderen durch den Einsatz von Dichtungen, etwa an Hauptlager und Schildschwanz, die entsprechend robust ausgelegt sind. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass auch unter den extremen Druckverhältnissen sowohl Routinearbeiten wie Werkzeugwechsel als auch außerplanmäßige Wartungsarbeiten durchgeführt werden können. 

Auf Basis der gesammelten Informationen entschied sich Salini-Impregilo, eine Multi-Mode-TBM von Herrenknecht einzusetzen. In guten, standfesten Formationen arbeitete sie im sogenannten offenen Modus. Dabei wird der von den Rollenmeißeln des Schneidrads zu handtellergroßen Chips gebrochene Fels mechanisch aus dem Arbeitsbereich abtransportiert. Das geht schnell und ist effizient. Und die S-502 machte „Strecke“: vier bis fünf Zentimeter pro Minute. Zeitweise fraß sie sich in sehr rauer Umgebung in der Woche mehr als 100 Meter weit voran.

 

Nicht alles verläuft nach Plan

________________ Mit Tempo konnte aber nur auf rund 40 Prozent der Stecke im offenen Modus gefahren werden – statt auf den vorgesehenen 70 Prozent: Unvorhergesehene geologische Störzonen und starker Wasserzufluss an der Ortsbrust machten es erforderlich, dass das Gros der Wegstrecke im zeit- und verschleißintensiveren geschlossenen Slurry-Modus absolviert wurde. Hierbei wird mit Hilfe einer unter Druck stehenden Flüssigkeit – meist eine Bentonitsuspension – der Boden an der Ortsbrust stabilisiert. Der abgebaute Boden wird über einen Spülkreislauf zusammen mit der Suspension aus der Arbeitskammer abgepumpt. Auch schwankende Druckverhältnisse können so sehr exakt geregelt werden.  

Der Wechsel vom offenen in den geschlossen Modus muss schnell gehen. Denn strömt Wasser, dann kommt viel und das unter hohem Druck. Innerhalb von 120 Sekunden muss, so die Vorgabe für die Lake-Mead-TBM, die Maschine abgedichtet werden können. Dazu wird die Hauptkammer verriegelt, indem man am hinteren Ende der Förderschnecke den Abwurfschieber schließt.

Herausforderung Kammereinstieg

________________ Geschlossen, sicher, easy going? Von wegen. Denn auch wenn Tunnelbohrmaschinen im abgesicherten Slurry-Modus graben, verlangen Schneidrad und Abbauwerkzeuge nach regelmäßiger Inspektion und Wartung. Verschiedene Monitoring-Systeme erfassen über Sensoren in Echtzeit alle wichtigen Vortriebsparameter und zeichnen sie auf. Auf Grundlage dieser Daten entscheidet der Maschinenführer, wann Kammereinstiege notwendig sind. Die Datenanalyse ist nur der erste Schritt: Das tatsächliche Auswechseln der Schneidrollen, Schälmesser und Räumer ist kräftezehrende, aufwändige Handarbeit.

Während den Montagearbeiten in Deutschland wurden die weiterentwickelten Schleusensysteme der Schneidrollen für den Projekteinsatz ausgiebig getestet.

 

 

 

Ab einem Durchmesser von ca. 10 m können die Schneidradarme für einen drucklosen Werkzeugwechsel begehbar ausgeführt werden.

Druckloser Werkzeugwechsel bei größeren Durchmessern

________________ Bei Vortrieben unter hohem Druck hat sich das Konzept der begehbaren Schneidradarme bewährt. Die konstruktive Besonderheit wurde erstmals 1998 beim Bau der vierten Röhre des Hamburger Elbtunnels mit einem Mixschild erfolgreich bei 4,5 Bar genutzt. Bei Tunnelbohrmaschinen mit einem Durchmesser ≥ zehn Metern können die Schneidradarme als begehbare Hohlkästen ausgebildet werden. Unter Atmosphärendruck gesetzt sind sie dann zugänglich, verschlissene oder defekte Werkzeuge lassen sich vergleichsweise einfach über den rückwärtigen Bereich des Schneidrads austauschen. Dieses Prinzip hat Herrenknecht in den vergangenen zwei Jahrzehnten kontinuierlich weiterentwickelt und für deutlich höhere Drücke angepasst.

 

 

Oben: Wartungsarbeiten an der Front des Schneidrads der Lake Mead-TBM unter extrem beengten Platzverhältnissen im Schutz eines „safe haven“.

Unten: Mit Hilfe von Bohrgeräten können über Zementinjektionen auf der Vortriebsstrecke künstliche Wartungszonen hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht immer anwendbar.

Vortrieb mit Fingerspitzengefühl

________________ TBM-Durchmesser von unter zehn Metern lassen aufgrund der beengten Platzverhältnisse begehbare Schneidarme konstruktiv nicht zu – wie beispielsweise am Lake Mead. Drucklose Kammereinstiege sind nicht möglich. In diesem Fall können Werkzeugwechsel oder Wartungsarbeiten nur in „Wartungsbahnhöfen“ (safe haven) ausgeführt werden. Sie erlauben einen sicheren Zugang zur Abbaukammer. Allerdings ist es ein glücklicher Zufall, eine solche natürliche, stabile Zone im Verlauf einer Tunneltrasse anzutreffen. Die Regel ist es nicht. 

Hier ist Erfahrung und Fingerspitzengefühl von allen Projektpartnern gefragt: Geht man das Risiko ein und fährt noch eine gewisse Strecke weiter, in der Hoffnung bald eine sichere Zone zu erreichen? Oder sind die Werkzeuge so verschlissen, dass sofort gehandelt werden muss? Safe haven können auch künstlich hergestellt werden, beispielsweise durch vorauseilende Baugrundverbesserung mit Bohrgeräten der TBM oder von über Tage. Das ist allerdings mit einem sehr hohen Aufwand verbunden und nicht überall möglich.

 

Sättigungstauchen als letzte Option

________________ Im ungünstigsten Fall greift die Fallback-Lösung: Man schickt Taucher in den Druckbereich der TBM. Erste Erfahrungen mit dieser Methode hat man ebenfalls beim Bau der vierten Elbröhre in Hamburg sammeln können. Dort mussten die Räumerhalterungen neu verschweißt und die Räumer selbst gewechselt werden. Sechs Wochen dauerte der Einsatz – bei Drücken von bis zu 4,5 Bar und damit in Druckbereichen, in die Taucher nur ausnahmsweise noch mit „normaler“ Druckluft einsteigen können.

Bei Tiefen wie unter dem Lake Mead und einem Druck von bis zu 15 Bar funktioniert das nicht mehr. Hier muss man auf Erfahrungen aus dem „Offshore-Sektor“ zurückgreifen. Sättigungstauchen heißt das Zauberwort. Dabei macht man sich zunutze, dass die Gasaufnahme des menschlichen Organismus unter hohem Druck irgendwann begrenzt (gesättigt) ist – und damit die Dekompressionszeiten eine natürliche, überschaubare Grenze finden.

 

Blick in das Innenleben eines Transfer-Schuttles. Sättigungstaucher halten sich je nach Einsatz bis zu mehrere Wochen am Stück im Überdruck auf. 

 

 

Sättigungstauchen ist ein extrem aufwändiges Verfahren: Vom Wohncontainer (oben) über das Transfer-Shuttle bis zur TBM (unten), überall sind projektspezifische Sonderkonstruktionen notwendig, um die Sicherheit der Taucher zu Maximieren. 

Für alle Fälle vorbereitet

________________ Baustelle und Maschine waren beim Projekt Lake Mead für Sättigungstauchen bis 15 Bar ideal vorbereitet. Dazu wurde ein lückenloser Überdruck-Transportweg konzipiert und realisiert. Dieser führt von der (Druck-)Wohnkammer im Bereich des Startschachts, in der die Taucher teilweise wochenlang leben, bis zur Druckschleuse der TBM im vorderen Schildbereich.

Beim Einsatz muss der Transfer-Shuttle durch den gesamten Nachläuferbereich der Maschine transportiert werden. Hierzu sind spezielle konstruktive Überlegungen notwendig, damit im Zentrum genügend Raum für den Shuttle frei bleibt. Nur so kann den professionellen Sättigungstauchern ein schneller und vor allem absolut sicherer Einstieg in die Abbaukammer ermöglicht werden. Im Normalbetrieb dürfen diese Einrichtungen den Vortrieb dagegen nur minimal beeinträchtigen.

Erfreulicherweise blieb beim Vortrieb unter dem Lake Mead das aufwändige und zeitintensive Sättigungstauchen unnötig. Entscheidend ist allerdings, dass man bei derart anspruchsvollen Pionier-Projekten im Grenzbereich der technischen Machbarkeit neben Plan A immer Plan B oder im Bestfall Plan C in der Tasche hat.

Künftig dürften deshalb alle Tunnelvortriebsmaschinen, die tief unter der Erdoberfläche unterwegs sind, mit solcher an die Raumfahrt erinnernden Technik ausgestattet sein. Bohrtiefen von 200 Meter sind keine Utopie mehr. Auch an der Grenze zwischen Orient und Okzident sind die Sättigungstaucher die Fallback-Lösung: Direkt unter dem Bosporus frisst sich derzeit eine Herrenknecht-Tunnelbohrmaschine mit einem Durchmesser von 13,60 Meter durch den Meeresboden zwischen Europa und Asien – alle möglichen Einrichtungen für Kammereinstiege sind mit an Bord. Der 5,4 Kilometer lange Straßentunnel des „Istanbul Strait Road Tube Crossing Project“ liegt an seiner tiefsten Stelle über 100 Meter unterhalb des Wasserspiegels.

REFERENZEN

Pioniertechnik.

Neue Lösungen
für spezielle Anwendungsfelder.

 

 

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HDD Downhole Tools

In einem Schritt zum Enddurchmesser.
Neuartige Tools zum Erstellen von
HDD-Bohrungen.

Oben: Die Kombination aus Full Face Hole Opener und Down Hole Jet Pump bietet Bohrunternehmen bei HDD-Projekten entscheidende Vorteile zur Effizienzsteigerung.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Hole Opener ist modular aufgebaut, sodass je nach Baugrund verschiedene Cuttertypen eingesetzt werden können.

In mehreren Referenzeinsätzen bei HDD-Projekten in den USA hat der Hole Opener seine Vorteile bereits erfolgreich unter Beweis gestellt.

Horizontal Directional Drilling zählt zu den gängigsten Verfahren bei der unterirdischen Verlegung von Pipelines. Die eingesetzten Bohrwerkzeuge, sogenannte Downhole Tools, spielen eine entscheidende Rolle für einen erfolgreichen Projektablauf. Seit Jahren wartet der Markt hier auf neue Impulse aus der Industrie. Darum hat Herrenknecht in Zusammenarbeit mit anerkannten HDD-Spezialisten neuartige Downhole Tools entwickelt. Mit ihnen können Crossings deutlich schneller und kostengünstiger ausgeführt werden.

 

 

 

Bei jedem HDD-Projekt wird zunächst eine Pilotbohrung erstellt. Hierbei tritt oftmals, insbesondere bei längeren Bohrstrecken, das verfahrenstypische Problem von Frac-Outs auf. Bohrspülung entweicht ungewollt aus dem Spülkreislauf in die Formation oder zur Oberfläche. Das liegt vorrangig an dem hohen Druckniveau, welches im Bereich des Bohrmeißels im Bohrloch herrscht. Mit den von Herrenknecht entwickelten Weeper Subs wird diese Gefahr deutlich vermindert. Sie erhöhen den Volumenstrom im Bohrloch stufenweise. Gleichzeitig nimmt die benötigte Menge an Spülflüssigkeit Richtung Bohrmeißel hin ab. Dadurch verringern sich das Druckniveau im Ringraum und insbesondere der maximale Druck am Bohrmeißel.

Nach der Fertigstellung der Pilotbohrung wird diese üblicherweise in mehreren Durchgängen auf den Zieldurchmesser vergrößert, bevor man die Pipeline einzieht. Mit dem neuen Full Face Hole Opener von Herrenknecht ist dieser Prozess in nur einem Arbeitsgang durchführbar. Das innovative Tool ist modular aufgebaut. Durch austauschbare Schneidrollen kann es in verschiedenen Baugründen genutzt und bei Bedarf schnell und budgetschonend saniert oder umgebaut werden. Dazu stellt die ebenfalls neu entwickelte Down Hole Jet Pump eine ideale Ergänzung dar. Sie wird direkt hinter dem Full Face Hole Opener installiert, säubert das Bohrloch und fördert das Bohrklein direkt innerhalb des Bohrstrangs ab. Das Bohrloch wird nicht als Förderleitung genutzt. Dadurch kann auch bei größerem Bohrklein einfachste Bohrspülung verwendet werden. Deren Funktion beschränkt sich auf die Stützung und Abdichtung des Bohrlochs.

Dieser technische Ansatz ist im HDD-Business einzigartig. Mit der Kombination aus Hole Opener und Jet Pump wird ein exakt rundes, sauberes Bohrloch erzeugt und teure Bentonitsuspension kann eingespart werden. Zudem sinkt die Gefahr von Bohrspülungsaustritten. Crossings können schneller, sicherer und kostengünstiger ausgeführt werden. Die neuen Downhole Tools von Herrenknecht bieten Bohrunternehmen somit das Potential, ihre Effizienz bei HDD-Projekten deutlich zu verbessern.

 

Ihr Ansprechpartner:

Tobias Gerhardt
Projektleiter Forschung und Entwicklung | Utility Tunnelling
Tel. +49 7824 302 7678
gerhardt.tobias(at)herrenknecht.de

ABBAUKAMMER-MONITORING

Immer alles im Blick. Wartungsintervalle dank optischem Monitoring effizient planen.

Oben: Kamera und Scheinwerfer sitzen direkt hinter dem Bohrkopf und liefern Bilder der gesamten Abbaukammer. Die Versorgung mit Strom, Druckluft und Wasser erfolgt aus dem rückwärtigen Bereich.

 

 

 

 

Die Aufnahmen der Monitoring-Kamera werden direkt im Steuerstand für den Maschinenfahrer visualisiert.

Kamera und Scheinwerfer sind bei neuen Maschinen direkt im Stahlbau integriert. Das System lässt sich jedoch auch in bestehenden Maschinen nachrüsten.

Verschleiß- und Situationskontrolle spielt im maschinellen Tunnelvortrieb für einen zügigen und sicheren Projektablauf eine entscheidende Rolle. Dies trifft insbesondere bei Utility Tunnelling Projekten im Durchmesserbereich ≥ 1,2 Meter zu. Hier ist ein verschleiß- oder wartungsbedingter Einstieg von Personal in die Abbaukammer aufgrund der beengten Platzverhältnisse der Maschine oft mit hohem Aufwand und damit Kosten und Verzögerungen verbunden.

Ein von Herrenknecht neu entwickeltes Kamerasystem bietet dem Fahrer eine zusätzliche, permanente optische Verschleiß- und Situationskontrolle. Die in der Abbaukammer montierte, spezielle Kamera überträgt Livebilder direkt zum Steuerstand. 

 

 

 


Bei hydraulischen Erkennungssystemen lässt sich bei einzelnen Werkzeugen lediglich die Information ablesen, ob diese verschlissen sind oder nicht – eine genauere Differenzierung ist nicht möglich. Bei der optischen Kameraüberwachung hingegen können alle Werkzeuge kontinuierlich beobachtet werden. So erhält der Maschinenfahrer in Echtzeit ein vollständiges Bild über den Zustand von Bohrkopf und Werkzeugen. Er kann Wartungsintervalle und Stillstandzeiten präzise und effizient planen. Dies ist speziell bei längeren Vortriebsstrecken ab 500 Metern für die Effizienz im Gesamtprojektverlauf wichtig. Einen weiteren Vorteil bietet die optische Kontrolle des Materialflusses im Abbauraum. So können beispielsweise die Durchflussmenge des Förderkreislaufs oder die verschiedenen Bedüsungssysteme exakt auf die aktuelle Situation angepasst werden.

Im Falle eines Werkzeugwechsels oder sonstigen Wartungseinstiegen kann das Servicepersonal und die Ortsbruststabilität vom Steuerstand aus permanent beobachtet werden. Das erhöht die Arbeitssicherheit deutlich.

Die Kamera wurde von Herrenknecht gemeinsam mit externen Partnern speziell an den Einsatz unter Tage angepasst, Gehäuse und Glas sind entsprechend robust ausgelegt. Ein integriertes Reinigungssystem aus Druckluft- und Wasserdüsen sowie zusätzliche LED-Scheinwerfer sorgen für ein jederzeit klares Bild im Steuerstand. Ein optionaler Videorekorder zeichnet alle Aufnahmen für die spätere Auswertung auf.

 

Ihr Ansprechpartner:

Boris Jung
Projektleiter Forschung und Entwicklung | Utility Tunnelling
Tel. +49 7824 302 7919
Jung.Boris(at)herrenknecht.de

SLANT DIRECTIONAL DRILLING

Clevere Adaption bewährter Technik.
SDD-Rigs zur effizienten Erschließung von unkonventionellen fossilen Energieressourcen.

Oben: Der Eintrittswinkel beim neuentwickelten SDD-Rig kann den projektspezifischen Vorgaben angepasst werden. Die Anlage wird von einem dieselhydraulischen Powerpack gespeist, die Bedienung erfolgt analog zum HDD aus einem Steuerstand.

 

 

 

 

Herrenknecht-SDD-Rigs haben ihre hohe Flexibilität bereits in mehreren Projekteinsätzen unter Beweis gestellt.

HDD-Rigs von Herrenknecht haben weltweit in zahlreichen Projekten Bohrlängen bis zu 3.000 m bewältigt.

Herrenknecht stellt seit vielen Jahren hochmoderne hydraulische HDD-Bohranlagen her. Nun wurde die Anlagentechnik für das neuentwickelte SDD-Verfahren (Slant Directional Drilling) adaptiert. Es stellt eine Kombination zwischen HDD (Horizontal Directional Drilling) und dem klassischen Vertikalbohren dar. Dieses neue Verfahren kann zur Erschließung sogenannter unkonventioneller Rohstoffe - zum Beispiel Ölsanden - oder bei der Entgasung von Kohleflözen eingesetzt werden.

Ein Haupteinsatzgebiet der neuartigen Anlagen liegt im Zugang zu Ölsanden. Weltweit arbeiten derzeit acht SDD-Rigs von Herrenknecht nach dem sogenannten SAGD-Verfahren (Steam Assisted Gravity Drainage). Dazu sind zwei übereinanderliegende Bohrungen notwendig. Durch die obere Bohrung wird über Filterrohre Dampf mit Druck in die Ölsande gepresst. Das umliegende Öl erhitzt und wird flüssiger, es fließt in die untere Rohrleitung ab. Von dort wird es abgepumpt und an der Erdoberfläche weiter verarbeitet.

Ein weiteres Einsatzfeld sind sogenannte CSG-Projekte (Coal-Seam-Gas), bei denen in tiefer liegenden Kohleflözen Gase vorhanden sind. Mit Hilfe von SDD-Rigs kann zügig in die entsprechende Tiefe gebohrt und die Bohrung anschließend horizontal abgelenkt werden. Man folgt der gesuchten Bodenschicht direkt in der Formation. Durch den installierten Zahnstangenantrieb (Rack & Pinion) kann der Bohrstrang unter Beachtung der zulässigen Schubkräfte aktiv nach vorne gedrückt werden. Damit lassen sich vergleichsweise lange horizontale Auslenkungen erzielen. So kann das Gas effektiv aus den Flözen abgeführt und die Kohle anschließend bergmännisch abgebaut werden.

Mit Herrenknecht-SDD-Rigs können beide Verfahren durchgeführt werden. Ausführende Bohrunternehmen sind mit der Investition in eine Anlage flexibel am Markt unterwegs.

 

Ihr Ansprechpartner:

Andreas Steilen
Produktmanager Pipeline | Utility Tunnelling
Tel. +49 7824 302 5220
Steilen.Andreas(at)herrenknecht.de

SEKUNDÄRE TUNNELINSTALLATION

Smarter Sohlausbau mit unabhängigem Nachläufersystem. TBM-Vortrieb bei Straßentunneln von Installation der Versorgungsebene entkoppelt.

Oben: Das unabhängige, selbstfahrende Nachläufersystem folgt der TBM im Vortrieb in einem Mindestabstand von ca. 50 Metern.

 

 

 

 

 

Beim Einbau der Kanalelemente wird die Auffahrrampe temporär für den Tunnelverkehr gesperrt.

In der Versorgungsebene sind bereits Halterungen für Kabelkanäle vorinstalliert.

Beim maschinellen Vortrieb von Straßentunneln wird oftmals direkt hinter der TBM der sekundäre Ausbau der Fahrbahnebene durchgeführt. Dazu wird auf den Tübbingen die vorläufige Straßensohle mit Hilfe von Kanalelementen eingebaut. Diese meist rechteckigen Elemente bilden quasi einen Tunnel im Tunnel. In ihm verlaufen später beispielsweise Versorgungsleitungen für den Betrieb des Tunnels oder gar eine Metrolinie unterhalb der Autofahrbahn. Bisher waren große TBM mit einem integrierten Nachläufersegment ausgestattet. Von dort wurde der Einbau der Versorgungsebene realisiert. Vortrieb und Sohlausbau sind voneinander abhängig. Gibt es ein Problem bei einem der beiden Arbeitsprozesse, wird der andere möglicherweise beeinträchtigt – was zu Verzögerungen führen kann.

Für einen doppelröhrigen Straßentunnel, der in Neuseeland für die NZ Transport Agency gebaut wird, hat Herrenknecht erstmals ein von der TBM unabhängiges, selbstfahrendes Nachläufersystem (ISIG – Internal Structure Installation Gantry) entwickelt. Mit Hilfe der 95 Meter langen Anlage bauen die Mineure parallel zum Maschinenvortrieb die Tunnelsohle mit vorgefertigten Kanalelementen aus. Egal, was mehrere hundert Meter weiter hinten passiert: der EPB-Schild kann vorne weiterbohren. Die beiden Arbeitsprozesse sind entkoppelt.

 

 

 

Das Nachläufersystem besitzt eine integrierte Rampe. So können die bereiften Tunnelfahrzeuge direkt über den Installationsbereich zur Tunnelsohle in Richtung TBM und zurück fahren, z.B. für die Anlieferung von Tübbingelementen. Für den Einbau der fertigen Kanalelemente wird im Zentrum des Nachläufersystems eine verschiebbare Plattform geöffnet. Das System ist in dieser Zeit nicht befahrbar. Ein spezieller Kran hebt ein Kanalelement vom Tunnelfahrzeug und versetzt dieses in seine Endposition. Nach dem Einbau von vier Elementen wird der Nachläufer hydraulisch nach vorne geschoben. Das Gesamtsystem kann mit nur fünf Personen bedient werden, im Pilotprojekt wurden schon bis zu 22 Kanalelemente pro Schicht verlegt.

Für das Pilotprojekt in Auckland ergab sich noch ein weiterer entscheidender Vorteil. Die TBM musste vor dem Vortrieb der zweiten Röhre in einem sehr engen Schacht gedreht werden. Durch das losgelöste Nachläuferkonzept konnte der 14,4-Meter-EPB-Schild mit 87 Metern vergleichsweise kurz konstruiert und gebaut werden. Das erleichterte die Kehrtwende erheblich, das Bauunternehmen konnte Zeit und Kosten sparen. Ein interessantes Video der TBM-Drehung finden Sie hier.

 

Ihr Ansprechpartner:

Christian Draeger
Area Sales Manager | Traffic Tunnelling
Tel. +49 7824 302 4670
Draeger.Christian(at)herrenknecht.de

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