Die Anatomie und Technik von Tunnelbohrmaschinen
A Tunnelbohrmaschine (TBM), oft auch als „mechanischer Maulwurf“ bezeichnet, ist ein hochentwickeltes schweres Gerät zum Ausheben von Tunneln mit kreisförmigem Querschnitt durch verschiedene Boden- und Gesteinsschichten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bohr- und Sprengmethoden bieten TBMs den Vorteil, dass sie die Störung des umgebenden Bodens begrenzen und eine glatte Tunnelwand erzeugen. Die Maschine besteht aus einem rotierenden Schneidkopf, der die Fels- oder Erdoberfläche aufbricht, einem Schubsystem, um die Maschine vorwärts zu schieben, und einem Nachlaufgetriebe, das das Entfernen von Schlamm und den Einbau dauerhafter Tunnelauskleidungen erleichtert.
Kernkomponenten einer TBM
- Messerkopf: Die nach vorne gerichtete Scheibe ist mit Wolframcarbid-Fräsern oder Scheibenschneidern ausgestattet, die zum Durchschleifen geologischer Formationen bestimmt sind.
- Schild: Ein schützender Stahlzylinder, der verhindert, dass die umgebende Erde während des Einbaus der Tunnelauskleidung in die Maschine eindringt.
- Schubzylinder: Hydraulikzylinder, die gegen die zuvor installierten Betonsegmente drücken, um die Maschine voranzutreiben.
- Fördersystem: Ein Band- oder Schneckenförderer, der Aushubmaterial (Mist) von der Vorderseite der Maschine zur Rückseite zur Entsorgung transportiert.
Spezialisierte TBM-Typen für unterschiedliche geologische Bedingungen
Die Wahl der richtigen Tunnelmaschine hängt stark von den Bodenbeschaffenheiten ab, etwa hartem Gestein, weichem Ton oder wasserführendem Sand. Ingenieure müssen umfangreiche geologische Untersuchungen durchführen, bevor sie eine speziell angefertigte TBM in Betrieb nehmen. Beispielsweise eignen sich Erddruckwaage (EPB)-Maschinen ideal für weichen, bindigen Boden, während Schlammschild TBMs besser für instabilen Boden mit hohem hydrostatischem Druck geeignet sind.
| TBM-Typ | Bodenbeschaffenheit | Primärer Mechanismus |
| Hardrock-TBM | Massiver Granit/Basalt | Scheibenschneider zum Zerkleinern von Gestein |
| Earth Pressure Balance (EPB) | Schluff, Ton, Sand | Nutzt den Erdaushub, um den Druck auszugleichen |
| Slurry Shield | Hoher Wasserdruck/lockerer Boden | Unter Druck stehende Bentonitsuspension |
Der Betriebszyklus unterirdischer Ausgrabungen
Der Betrieb einer TBM ist ein kontinuierlicher Zyklus von Aushub und Ausbau. Während sich der Bohrkopf dreht und die Maschine voranschreitet, werden vorgefertigte Betonsegmente von einem Vakuumaufrichterarm an der Rückseite des Schildes an ihren Platz gehoben. Diese Segmente werden zu einem kompletten Ring verschraubt, der zur dauerhaften Struktur des Tunnels wird. Sobald ein Ring fertiggestellt ist, stoßen die Schubzylinder den neuen Ring ab, um mit dem nächsten Aushubhub zu beginnen. Dieses Verfahren ermöglicht einen Hochgeschwindigkeitstunnelbau, der je nach Durchmesser und Umgebung oft 10 bis 15 Meter pro Tag erreicht.
Präzise Führung und Navigation
Moderne Tunnelmaschinen nutzen hochentwickelte Laserleitsysteme und GPS, um eine präzise Flugbahn beizubehalten. Bediener überwachen die Position der Maschine von einer Kontrollkabine im Inneren der TBM aus und stellen sicher, dass die Abweichung von der geplanten Ausrichtung innerhalb von Millimetern bleibt. Diese Präzision ist in städtischen Umgebungen von entscheidender Bedeutung, wo die Maschine zwischen bestehenden Gebäudefundamenten, U-Bahn-Linien und Versorgungsrohren navigieren muss, ohne dass es zu Oberflächenabsenkungen kommt.
Umwelt- und Sicherheitsvorteile des maschinellen Tunnelbaus
Der Übergang vom manuellen Aushub zur TBM-Technologie hat die Sicherheitsstandards in der Bauindustrie drastisch verbessert. Da die Maschine den Arbeitern einen durchgehenden Stahlschutz bietet, ist die Gefahr eines Einsturzes nahezu ausgeschlossen. Darüber hinaus wird die Umweltbelastung durch eine kontrollierte Schlammentfernung und eine geringere Lärmbelästigung im Vergleich zum oberirdischen Bau verringert. Die geschlossenen Kreislaufsysteme in Slurry-TBMs ermöglichen auch das Recycling von Bohrflüssigkeiten und machen den Prozess für langfristige Infrastrukturprojekte nachhaltiger.
- Reduzierte Oberflächenvibrationen schützen historische Gebäude in Innenstädten.
- Die automatisierte Segmentinstallation minimiert den manuellen Arbeitsaufwand in Hochrisikozonen.
- Effiziente Logistik durch den Einsatz von Schleppgeräten sorgt für einen sauberen Arbeitsplatz.
