Rohrvortrieb unter härtesten Bedingungen - Nodig-Bau.de

GSTT-Schwerpunkt
Rohrvortrieb unter
härtesten Bedingungen
1 Für die Erstellung zwei je 420 m langer Tunnel DN 1800 wurde in der asiatischen
Metropole Hongkong eine AVN-Bohranlage 1800T eingesetzt
Wie ist es zu schaffen – mitten
im pulsierenden Verkehr der
asiatischen Metropole
Hongkong – Hochspannungsleitungen
zu verlegen, ohne
die dicht bebauten Stadtgebiete
und deren Verkehrsströme
zu beeinträchtigen
Die Mikrotunneltechnologie
macht es möglich: Zwischen
Frühjahr und Herbst 2002
trieb eine AVN-Bohranlage
der Herrenknecht AG zwei je
420 m lange Tunnel mit Nenndurchmessern
von 1800 mm
quer durch den Hügel Ap Lei
Chau’s, einer Insel südlich des
Stadtteils Aberdeen. Der Vortrieb
in Gesteinsfestigkeiten
von über 400 MPa setzte hierbei
neue Maßstäbe für den
Einsatzbereich von AVN-Anlagen.
Hongkong ist eine der am dichtesten
besiedelten Städte im Fernen
Osten. In Hongkong leben fast sieben
Millionen Menschen. Die Stadt ist
eine Handels- und Industriemetropole
ersten Ranges. Zu den ausschlaggebenden
Bedingungen für
das Funktionieren eines derartigen
wirtschaftlichen Ballungszentrums gehört
eine vorausschauend geplante
und reibungslos funktionierende Infrastruktur.
Laufend sind Erweiterungen
und Erneuerungen dieser Infrastruktur
erforderlich. Bei ihrem
Ausbau ist darauf zu achten, dass die
pulsierenden Verkehrsströme und die
stark frequentierten Kommunikationsnetze
möglichst nicht behindert
werden.
Der Zehnjahresplan des Hongkong
SAR Government (SAR – Special Administrative
Region) sieht vor, die
Energieversorgung der Industriezone
von Ap Lei Chau durch neue Hochspannungskabel
zu verbessern. Dazu
sind vier 132-kV-Kabel, zehn 11-kV-
Kabel und einige Reservekabel für die
Regelung und Kommunikation zwischen
der in den Stadtteil Aberdeen
führenden Brückenstraße und der
Stromversorgungs-Unterstation der
Industriezone zu verlegen. Unter der
Lee Nam Road, der einzigen leistungsfähigen
Verbindung zwischen
der Industriezone und der Brücke,
verlaufen jedoch schon derart viele
unterirdische Kabel, dass durch zusätzliche
Kabel die Gefahr gegenseitiger
induktiver Beeinflussung und Aufheizung
bestünde. Auf Basis einer Untersuchung
der Ingenieure der Atkins
China Ltd. (ACL) entschieden sich die
Behörden deshalb für den Bau einer
neuen, 420 m langen, unterirdischen
Kabeltrasse als kürzester Verbindung
zwischen der Industriezone und der
Brückenstraße.
Trasse/Geologie
Der Tunnel führt mit einer Überdeckung
von bis zu 110 m unter den
Inselhügel Ap Lei Chau’s hindurch.
Bei der geologischen Untersuchung
stellte sich heraus, dass der Tunnel
durch den für Hongkong typischen
Ignimbrit (densely welded ash-flow
tuff) vorzutreiben ist. Er weist erstaunliche
Festigkeiten auf. Die Analyse
der Gesteinseigenschaften ergab
einen Chechar Index von 5,6,
Druckfestigkeiten von teilweise über
400 MPa sowie Zugfestigkeiten von
annähernd 20 MPa.
Bestehend aus Quarz, Feldspat sowie
Biotit (vulkanisches Äquivalent
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2 Ansicht des Bohrkopfes
von Granit) ist das Gefüge der Matrix äußerst feinkörnig
und die Mineralphasen dadurch fein miteinander verwachsen.
Auf Grund der enorm hohen Zähigkeit und Festigkeit
des Gesteins breiten sich Risse nur sehr schwer aus.
Es galt also einerseits ein geeignetes Vortriebsverfahren
zu finden, welches den harten geologischen Bedingungen
gerecht wird und andererseits unter äußerst beengten
Platzverhältnissen eingesetzt werden kann. Letzteres war
erforderlich, um einen störungsfreien Ablauf des nahe an
den Start- und Zielschächten verlaufenden Straßenverkehrs
zu gewährleisten.
Der äußerst harte Fels ist bereits für eine reine Hartgesteinsmaschine
eine Herausforderung. Auf Grund der
Forderung nach einer kurzen Bauzeit sowie der erwartet
hohen Kluftwassermengen entschied sich der Auftraggeber
Nishimatsu mit den im Joint Venture arbeitenden Subunternehmern
Fine Projects Ltd. & Complant Hongkong
dennoch für das Rohrvortriebsverfahren mit Hilfe einer
Mikrotunnelmaschine des Typs AVN 1800T der Herrenknecht
AG.
Die insgesamt 12,5 m lange Vortriebsanlage kann unter
minimalen Platzverhältnissen eingesetzt werden und zeigte
sich Dank leistungsstarker und robuster Ausführung der
schweren Geologie gewachsen. Weiter ist die Maschine mit
Schleusentechnik ausgestattet, was den Vortrieb sowie die
Möglichkeit des Werkzeugwechsels unabhängig von dem
zu erwartenden Wasserzufluss macht.
Maschinentechnik
Die AVN 1800T ist eine ferngesteuerte Rohrvortriebsmaschine
mit Spülförderung. Charakteristisch für die
T-Serie ist ein peripherer Antrieb, so dass der Zugang zur
Ortsbrust über eine im Zentrum angebrachte Tür erfolgt.
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des Gesteins hatte einen hohen Verschleiß
zur Folge.
Der 200 kW starke Antrieb arbeitet
stufenlos bis max. 11 l/min. Die Drehzahl
wird bei Erreichen des maximalen
Moments gem. der Leistungscharakteristik
automatisch reduziert,
sodass der Antrieb bei Drehmomentspitzen
nicht blockiert. Der Antrieb
arbeitet dabei mit einem Drehmoment
von bis zu maximal 474 kNm.
3 Blick in den bereits fertig gestellten Rohrstrang
Pressdrücke [t]
4 Vortriebsprotokoll: Pressdrücke (t)
(Fotos und Abbildungen: Herrenknecht AG)
Das T-Konzept verbindet die Forderung
nach einem großen Lager und
einem leistungsfähigen Antrieb mit
unkomplizierter Zugänglichkeit zum
Bohrkopfwerkzeug. Der modulare
Aufbau der Maschine in Kombination
mit einem Kompaktpressenrahmen
ermöglicht den Vortrieb von einem
weniger als 6 m langem Startschacht
aus. Das Schneidrad ist mit 11- bis
12-Zoll-Schneidrollen bestückt. Sämtliche
Positionen sind von hinten gut
zugänglich. Dies verringert den Zeitaufwand
für den Schneidrollenwechsel
und erhöht die Sicherheit für das
Personal.
Trotz der im Vergleich zu Hartgesteinsmaschinen
geringeren Zahl von
Schneidrollen konnten auch bei den
hohen Gesteinsfestigkeiten Vortriebsleistungen
von bis zu 25 mm/min erreicht
werden. Die hohe Abrasivität
Vortriebslänge [m]
Verfahrenstechnik
Ein Hauptaugenmerk wird beim
Rohrvortrieb im Festgestein auf die
Reibungsverhältnisse gelegt. Eine
kontinuierliche intensive Schmierung
des Rohrstranges und eine exakte
Maschinensteuerung sind Voraussetzungen
für eine erfolgreiche
Durchführung des Projektes.
Feinteile können sich im Überschnitt
ansammeln und die Reibungsverhältnisse
verschlechtern. Werden
sie im Überschnitt verdichtet, kann
sich der Rohrstrang innerhalb kürzester
Zeit festfahren. Die Menge der
entstehenden Feinanteile hängt sowohl
von der zu bearbeitenden Geologie
als auch vom Design der Bohrkopfwerkzeuge
ab. So verursacht eine
große Anzahl von Werkzeugen bei
langsamem Vortrieb einen hohen Anteil
der Feinteile. Bentonit im Überschnitt
sowie eine saugstarke Förderpumpe
wirken dem Eindringen der
Feinanteile beim Bohrprozess entgegen.
Schwieriger zu kontrollieren sind
Feinanteile, die im rückwärtigen Bereich
durch Klüfte in den Überschnitt
rutschen. Diesem durch die Geologie
verursachten Eindringen kann nur
durch konsequente Abschmierung
des Ringspaltes entgegen gewirkt
werden. Bentonit reduziert nicht nur
die Reibung, sondern auch das Einbrechen
und Verkeilen von Material.
Der optimale Schmierfilm zwischen
Vortriebsrohr und Felsausbruch
ist somit ein entscheidender
Faktor für einen erfolgreichen Felsvortrieb.
Zur Herstellung einer geologiespezifischen
Schmierschicht muss
mit einem automatischen Bentonitschmiersystem
gearbeitet werden. So
kann die Schmierung des Rohrstran-
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ges genau definiert dem Streckenverlauf
angepasst werden. Bei kritischen
Stellen wird entsprechend mehr Bentonit
zugeführt als bei unkritischen
Passagen. Ein wichtiges Element des
Schmierprozesses ist die Anfahrdichtung.
Diese muss leckagefrei abdichten,
sonst werden mit dem dort austretenden
Bentonit Feinteile unkontrolliert
bewegt.
Über eine elektronische Anzeige
wird die Bentonitinjektion im vorderen
Bereich kontrolliert. Hier wird der
durch den Vortrieb laufend entstehende
Überschnitt ausgefüllt.
In Hongkong konnten durch die
Nutzung dieses Systems die 2 x 420 m
Vortrieb ohne Einsatz von Zwischendehnern
ausgeführt werden.
Entscheidend für den erfolgreichen
Abschluss eines Projektes ist das
richtige Zusammenspiel von Technik
und Mensch. Die Schmierung kann
beispielsweise nicht einen zu geringen
Überschnitt kompensieren. Deshalb
muss der Überschnitt genau den
zu erwartenden Steuerbewegungen,
dem aufzufahrenden Kurvenradius
sowie dem zulässigen Verschleiß der
Disken angepasst werden.
Mit den Tunnelvortrieben in Hongkong
wurde im März 2002 begonnen.
Die erste der beiden 420 m langen
Röhren mit einem Fräsdurchmesser
von 2192 mm war im Juni 2002 fertig
gestellt. Durch die gewonnenen Erfahrungen
konnte der Vortriebsablauf
des zweiten Teilstückes erheblich
optimiert und die Vortriebsdauer
deutlich verkürzt werden. Die zweite
Strecke wurde bereits im September
2002 abgeschlossen.
Die Stärken des Mikrotunnel-Vortriebs
zeigten sich in Hongkong deutlich.
Die Erdbewegungen waren minimal
und der Vortrieb erfolgte ohne
Beeinträchtigung des Verkehrs. Mit
ihren beachtlichen Vortriebsleistungen,
in hartem Fels und unter komplexen
geologischen Voraussetzungen,
sorgte die Anlage für hohe Termin-
und Kostensicherheit.
Auch im Hartgestein können große
Haltungslängen im Rohrvortrieb mit
AVN-Anlagen aufgefahren werden.
Durch die hier vorgestellten Maßnahmen
können Langstreckenvortriebe
auch im Fels geplant, durchgeführt
und so die Vorteile des Microtunnelling
genutzt werden.
Keine kostenintensiven Nachverpressarbeiten mehr mit Drill-mix
Die Anneliese Baustoffe für Umwelt
und Tiefbau GmbH & CO. KG (AZ
BUT) hat eine Bohrspülung entwickelt,
die sich bis zu 14 Tagen im
flüssigen Zustand halten lässt und
dann allmählich Bodenfestigkeiten
ausbildet. Bei optimalen Austragsund
Stützeigenschaften während der
Bohr- und Einzugsphase bei Horizontalbohrungen
und Microtunnelling-
Arbeiten verbleibt die erhärtende
Bohrspülung volumenstabil im Ringraum
der eingezogenen Rohre. Fehlstellen,
wie sie auf Grund der nicht
kompletten Verdrängung oder durch
die Destabilisierung der Spülung
beim nachträglichen „Verdämmern“
mit zementhaltigem Material auftreten
können, sind praktisch ausgeschlossen.
Drill-mix bietet einstellbare Verarbeitungszeiten,
um auch in komplizierten
Baugrundverhältnissen eine
sichere Durchführung der Horizontalbohrung
bzw. der Verpressarbeiten
zu gewährleisten. Die Endfestigkeit
des Materials entspricht der eines gut
verdichteten Tonbodens. Das eingezogene
Produktenrohr wird in einem
erosionssicheren Medium fixiert und
bietet bei dem Einbau von Stahlrohren
zudem einen sicheren Korrosionsschutz.
Die Umweltverträglichkeit ist durch
entsprechende Gutachten nachgewiesen.
Drill-mix ist hinsichtlich der
Grundwasserverträglichkeit als unbedenklich
einzustufen und problemlos
deponierbar (Zuordnungswert
Z0).
Drill-mix, eine Produktneuentwicklung
der AZ BUT, hat in verschiedenen
Praxiseinsätzen die Marktreife
nachgewiesen und steht den Kunden
in Europa zur Verfügung. Vertriebspartner
für Benelux und weitere
europäische Länder wurde CEBO
Holland. CEBO ist ein markterfahrener
Zulieferer und Berater im Bereich
Bohrspülungen sowohl im HDD-Bereich
als auch bei Vertikalbohrungen
on- und offshore. Die Partnerschaft
wurde im September 2002 gestartet.
Anneliese Baustoffe für Umwelt und
Tiefbau GmbH & CO. KG
Tel. 0 25 24/2 9 8 32
Fax 0 25 24/2 98 15
E-Mail: info@azbut.de
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