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Verstopfte Straßen in Miami

Robuste Kunststoff-Energieketten in Tunnelbohrmaschine

Tief durch das Erdreich bewegt sich langsam eine Tunnelbohrmaschine. Die gesamte Vortriebstechnik ist mechanischen Belastungen, Schmutz, Feuchtigkeit und zum Teil auch hohen Temperaturen ausgesetzt. Für die Energiezuführung kommen beim Tübbingausbau und in Materialkranen mehrere vorkonfektionierte Kunststoff-Energieketten zum Einsatz. Auf geringem Bauraum sind sie denkbar rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt.

 

Heutige Verkehrsinfrastruktur-Projekte sind häufig auf intelligente Tunnellösungen aufgebaut. Unten wird gebohrt, oben bleibt derweil das Leben davon nahezu unberührt. Die grabenlose Bauweise sorgt dafür, dass Verkehr, Wirtschaft und Umwelt nicht beeinträchtigt werden. So werden zum Beispiel die Tunnelvortriebsmaschinen der Herrenknecht AG, Schwanau-Allmannsweier, immer auf die jeweils anstehende Aufgabenstellung und dessen geologische und hydrologische Bedingungen abgestimmt.

 

Als Vollsortimenter beherrscht das Unternehmen, das 1977 von Martin Herrenknecht gegründet worden ist, sämtliche Geologien und deckt die ganze Bandbreite der maschinellen Tunnelvortriebstechnik ab. Es entwickelt, baut und vertreibt mobile Tunnelvortriebsanlagen mit Durchmessern von 0,1 bis 19 m. Diese bohrten u.a. den Gotthard-Basistunnel, bei Inbetriebnahme voraussichtlich 2016/2017 mit 57 km der längste Eisenbahntunnel der Welt, und helfen Pipelines quer durch Kontinente zu verlegen. Zum Familienunternehmen gehören weltweit über 3.500 Mitarbeiter und 68 Tochter- und geschäftsnahe Beteiligungsgesellschaften.

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Neuer Verkehrstunnel entlastet Innenstadt

Herrenknecht hatte im Jahr 2010 den Auftrag zum Bau einer Tunnelbohrmaschine (TBM) bekommen, mit der ein Verkehrstunnel im Hafen von Miami gebaut werden soll. Denn fast 16.000 Fahrzeuge verstopfen täglich die Straßen zum und vom Kreuzfahrt- und Frachthafen in Miami. Vor allem quälen sich viele Lkw durch die Innenstadt. Dieser Zustand wird voraussichtlich im Jahr 2014 ein Ende finden, wenn der aktuell im Bau befindliche „Port of Miami Tunnel“ eröffnet wird. Der Verkehr wird dann durch Zwillingsröhren mit je zwei Fahrspuren geleitet. Der Hafen wird so besser erreichbar sein und der abfließende Verkehr kann unter Umgehung der Innenstadt schneller die Autobahn erreichen.

 

Den reinen Straßentunnel bohrt auf einer Länge von insgesamt 2.238 m eine Herrenknecht-Tunnelbohrmaschine vom Typ Erddruckschild (EPB = Earth Pressure Balance Shield). Der EPB-Schild hat einen Durchmesser von 12.860 mm. Die Antriebsleistung des Schneidrades liegt bei 6.300 kW. Die gesamte Maschine hat ein Gewicht von 2.500 t; ihre Länge beträgt 110 m.

 

Das Schneidrad baut das Erdreich ab. Dieses fällt durch das Schneidrad durch und wird mit einem Schneckenförderer auf ein Förderband befördert und abtransportiert. Die Tunnelbohrmaschine sichert den ausgebrochenen Tunnel durch vorgefertigte Betonsegmente (sog. Tübbinge), die den Erstausbau des Tunnels bilden. Die einzelnen Tübbinge werden mithilfe des Erektors im hinteren Bereich des Schildes zu einem Ring zusammengefügt.

Vom Rohrlege- bis zum Kabeltrommelkran

Die Bauzeit einer TBM dieses Durchmessers liegt bei rund einem Jahr. Im Frühjahr 2011 trat die Tunnelbohrmaschine für Miami ihre Reise an per Lkw und Schiff vom Produktionsstandort Schwanau nach Miami. Im dritten Quartal 2011 hat sie die Bohrarbeiten aufgenommen. „Jede Tunnelbohrmaschine ist dabei maßgeschneidert auf die spezifischen Anforderungen vor Ort ausgelegt“, erklärt Dominik Küntzler, Mitarbeiter Konstruktion im Bereich Traffic Tunnelling. „Es handelt sich immer um reine Sonderkonstruktionen. Denn zum einen unterscheiden sich die Platzverhältnisse und die Geologie vor Ort, zum anderen ändern sich Ausstattungsdetails aufgrund von kundenspezifischen Anforderungen.“ Gleich ist allen Maschinen allein, dass sie in der Regel vom Tag der Inbetriebnahme bis zum Durchbruch nahezu ununterbrochen in Betrieb sind.

 

In den TBMs, diese ist 110 m lang, kommt grundsätzlich eine Reihe von ganz unterschiedlichen Krananlagen für die verschiedensten Aufgabenstellungen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um sogenannte Materialkrane, die beispielsweise Rohre, Kabeltrommeln und sonstiges Werkstattzubehör von den Versorgungsfahrzeugen an den jeweiligen Einsatzort transportieren. „Diese Rohrlege-, Kabeltrommel- und Werkstattkrane spielen im Gesamtprozess eine äußerst wichtige Rolle“, erläutert Dietmar Stahl, Teamleiter Krankonstruktion Traffic Tunnelling. „Sie sind für den jeweiligen Nachschub verantwortlich.“ Für das Verlängern des Förderbandes kommt ein Werkstatt- bzw. Bandmaterialkran zum Schwersteinsatz.

Universalkette E4.1 für Längs- und Querfahrten

Alle genannten Krananlagen sind für die Längs- und Querfahrt mit je zwei oder drei vorkonfektionierten Energiezuführungssystemen der igus GmbH, Köln, ausgerüstet. Zum einen handelt es sich um das beidseitig zu öffnende System „E4.1“. Energieketten dieser Serie sind äußerst robust. Zudem schonen ihre glatten Innenflächen die eingelegten Leitungen, was sich in dieser widrigen Arbeitsumgebung tagein tagaus bewährt. „Wir haben uns bewusst für die „E4.1“-Serie von igus entschieden“, berichtet Dominik Küntzler. „Zum einen müssen die Monteure mit diesem „Universalkettensystem“ nur eine Kettenbauart montieren. Das bedeutet, dass die Routine steigt und folglich die Montagezeiten sinken. Zum anderen begrenzen wir die Anzahl der Ersatzteile, indem wir auf diesen großen Energieketten-Baukasten setzen. Wenn einmal ein Ersatzteil gebraucht wird, muss es nämlich ganz schnell zur Verfügung stehen, Stillstand können wir uns bei dem Termindruck nicht leisten. Funktioniert etwa der Rohrlegekran nicht, dann steht gleich die gesamte Tunnelbohrmaschine.“

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Hoch stabile E4/4 für Energiezuführung im Erektor

Nicht nur beim Materialhandling, auch im Erektor, der für das Setzen der Tübbinge verantwortlich ist, beweisen robuste Energiezuführungen ihre Stärke. Beim Tübbingausbau wird, unmittelbar im Anschluss an den Bohrvorgang, der Tunnel im Schutz des Schildmantels mit den Tübbingen ringförmig ausgebaut. Die Tübbingsegmente werden mittels Erektor, das ist ein fernbedienter Manipulator, mechanisch oder per Vakuum aufgenommen, an der Tunnelwand positioniert und anschließend verschraubt. Die Betonteile, die pro Segment 12 t wiegen, werden beim Miami-Projekt vom Erektor per Vakuum aufgenommen Der Aktionsradius des Erektors von +/-200° wird mit Energiezuführungen der Serie „E4/4“ mit rückwärtigem Biegeradius (RBR) und 90° gedrehter Einbaulage realisiert.

 

Die Ketten der igus-Serie „E4/4“ zeichnen sich weiter durch hohe Stabilität und Torsionssteifigkeit aus. Sie lassen sich beidseitig öffnen und können mit verschiedenen Anschlusselementen versehen werden. Lange frei tragende Anwendungen − auch auf der Seite liegend − werden genauso zuverlässig gelöst wie gleitende Anwendungen. Die „E4/4.“-Kunststoffketten bewähren sich vor allem in rauen Umgebungsbedingungen.

 

Schwere Lasten, wenig Platz

„Im Tunnelbau geht es grundsätzlich rau zu“, so Dominik Küntzler. „Das größte Problem sind aber die beengten Verhältnisse. Notwendige Flucht- und Gehwege schränken den zur Verfügung stehenden Platz immer weiter ein.“ In diesem Umfeld spielt die Baugröße der Energiezuführungen eine wichtige Rolle. Diese sind in den Krananlagen sehr kompakt und erlauben nur kleine Biegeradien. Bei relativ kurzen Verfahrwegen müssen dabei vor allem die Materialkrane schwere Lasten sicher an Ort und Stelle transportieren.

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Kabel wiegen bis zu acht Tonnen

In den bereits ausgekleideten Tunnel fahren Versorgungsfahrzeuge hinein, die vom Betonsegment bis zum Schraubenschlüssel alle von den Tunnelbauern benötigten Materialien transportieren. Dazu gehören auch die Versorgungsleitungen für Wasser und Abwasser. Diese nimmt der Rohrlegekran vom Versorgungsfahrzeug und verlegt sie automatisch an der Wand. Die einzelnen Rohre wiegen bis zu 600 kg. In einer Kabelbox liegen in Achterschlaufen die Kabel für die Stromversorgung, es handelt sich dabei um reine Kabelverlängerung. Die Box wird mit dem Kabeltrommelkran vom Versorgungsfahrzeug in die TBM geführt. Während des Vortriebes werden die Kabel, die bis zu 8 t wiegen, abgewickelt und sichern auf der gesamten Länge die Stromzufuhr.

 

Eine besondere Bedeutung kommt dem Bandmaterialkran zu. Das Förderband transportiert den Abraum auf spezielle Abraumhalden. Während des Vortriebs muss das Tunnelband in regelmäßigen Abständen verlängert werden, um den weiteren Abtransport des Abraums sicherzustellen. Das dafür benötigte Bandmaterial, das ebenfalls mehrere Tonnen wiegt, wird in Boxen auf den Versorgungsfahrzeugen in

den Tunnel transportiert. An Ort und Stelle werden die Boxen vom Bandmaterialkran auf der TBM abgesetzt. Das Tunnelband kann dann verlängert werden.

Alles mit Leitungen und Steckern vorkonfektioniert

Nicht nur die Vortriebsmaschine selbst, auch die Komponenten „im Hintergrund“ müssen exakt auf die jeweiligen Anforderungen vor Ort ausgelegt sein, damit die Tunnelarbeiten im vorgegebenen Zeitrahmen erfolgen. Das gilt, wie hier beschrieben, im starken Maße für die Energiezuführungssysteme der Serien „E4.1“ und „E4/4“, die sich in den Krananlagen und vor allem auch im Erektor unmittelbar hinter dem Bohrkopf trotz größten Schmutzanfalls bewähren. „Haltbarkeit und Stabilität spielen eine extrem wichtige Rolle“, so Dietmar Stahl. „Die Energieketten von igus überzeugen uns in Material und Konstruktion. Wir arbeiten schon seit einigen Jahren sehr erfolgreich zusammen.“ Im Falle des Miami-Mammutprojekts gehört dazu auch die Vorkonfektionierung mit biegefesten „chainflex“-Signal- und Starkstromleitungen von igus. Die Lieferung aus einer Hand mit Systemgarantie wird von dem Unternehmen unter dem Namen „readychain“ angeboten. Dominik Küntzler: „So sparen wir unter anderem sehr viel Montagezeit. “ Selbst wenn nur wenig Bauraum zur Verfügung steht, sind alle Leitungen geschützt verlegt. Der Schaltschrank kann separat angebracht werden. „Das bietet uns die Flexibilität, die wir bei dieser komplexen Aufgabenstellung brauchen.“

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