Improving advance rates of TBMs in adverse ground conditions / Verbesserung von TBM-Vortriebsleistungen bei ungünstigen Gebirgsverhältnissen

A new approach is required to TBM tunneling where adverse ground conditions exist if predictable advance rates are to be achieved. It is well understood that when good ground conditions exist, TBMs vastly outperform drill and blast advance rates. However, with today's available TBMs, these high performance rates can soon be negated if adverse ground conditions are encountered. It is a common misconception that a shielded TBM will be able to cope with all adverse conditions. This is definitely not the case, as projects like Pinglin in Taiwan, Hallandsås in Sweden and San Francisco in Ecuador, will attest to.
This paper describes adverse ground conditions as related to TBM tunneling, including squeezing ground, rock bursts, fault zones, and high water pressure. Optimal ground support techniques and potential problems with specific TBM types are discussed. Finally, a new concept TBM that integrates both ground conditioning and ground control techniques is introduced. This new concept TBM endeavors to facilitate predictable advance rates, even in difficult conditions, using novel concepts such as a retractable front shield and improved rock support systems in L2 area. This retractable front shield incorporated into a Double Shield feature allows for immediate ground conditioning behind the cutter head and 360 degree probe drilling, while still maintaining the increased safety and simultaneous tunnel lining characteristic of Double Shield TBMs.
Excellent access immediately behind the cutter head is maintained by eliminating the peripheral thrust cylinder utilized in standard shields and using the basic floating gripper design to pass thrust to the cutter head via a main beam.

Wenn in ungünstigen Gebirgsverhältnissen bessere Vortriebleistungen erreicht werden sollen, ist ein neuer Ansatz für den TBMVortrieb erforderlich. Im Allgemeinen gilt, dass TBMs bei günstigen Gebirgsverhältnissen deutlich bessere Vortriebleistungen als Sprengvortriebe erreichen. Bei den heute verfügbaren TBMs werden diese guten Vortriebsleistungen zunichte gemacht, sobald ungünstige Gebirgsverhältnisse angetroffen werden. Es ist ein weiterverbreitetes Missverständnis, dass eine Schild-TBM alle ungünstigen Baugrundverhältnisse meistern kann. Dies ist sicher nicht der Fall, was Projekte wie Pinglin in Taiwan, Hallandsås in Schweden und San Francisco in Ecuador beweisen.
Dieser Beitrag beschreibt schlechte Gebirgsverhältnisse, die den TBM-Vortrieb betreffen, darunter drückendes Gebirge, Bergschlag, Störungszonen und hoher Wasserdruck. Geeignete Ausbaumaßnahmen und mögliche Probleme mit bestimmten TBMBauarten werden behandelt. Schließlich wird ein neues TBMKonzept vorgestellt, das Techniken zur Gebirgsverbesserung und Gebirgsbeherrschung beinhaltet. Dieses neue TBM-Konzept soll sogar in schlechten Gebirgsverhältnissen prognostizierbare Vortriebleistungen ermöglichen, indem es neuartige Konzepte wie einziehbarer Vorderschild und verbesserte Gebirgssicherungssysteme im L2-Bereich einsetzt. Dieser einziehbare Vorderschild, der in einer Doppelschildeinrichtung integriert ist, ermöglicht die sofortige Gebirgsverbesserung hinter dem Bohrkopf und Erkundungsbohrungen über den vollen Umfang (360°), während die Eigenschaften eines Doppelschilds wie verbesserte Sicherheit und zeitgleicher Tunnelausbau erhalten bleiben.
Der Verzicht auf Vorschubzylinder am Umfang, wie bei normalen Schildmaschinen üblich, und der Einsatz von einfachen Grippersystemen und einem Hauptträger zur Übertragung der Vorschubkraft auf den Bohrkopf gewährleisten einen außerordentlich guten Zugang direkt hinter dem Bohrkopf.