Penetration tests for TBMs and their practical application / Penetrationstests für Tunnelbohrmaschinen und deren Anwendung in der Praxis

Characterizing performance of tunnel boring machines (TBM) is important for numerous contractual and technical reasons. A common tool to determine machine performance in the field is the penetration test. The purpose of the penetration test is to operate the TBM for a defined period of time under normalized conditions that allow for interpretation and comparison between tests. The result of a penetration test is a thrust-penetration curve that reflects the excavatability of the rock mass. Prediction models use thrust-penetration curves to calculate the expected performance of a TBM in specific ground conditions.
This paper provides a review of recent practice including testing at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU) along with research by Villeneuve and Käsling. Each of these methods includes excavation at certain thrust levels and rotational speeds for a certain distance. These existing methods have a number of disadvantages that lead to fairly slow tests, which the proposed methodology aims to eliminate.
Für eine Reihe von technischen und vertraglichen Fragestellungen ist die Charakterisierung der Leistung von Tunnelbohrmaschinen (TBM) von Bedeutung. Ein häufig genutztes Werkzeug, um die Bohrleistung einer TBM zu bestimmen, ist der Penetrationstest. Der Zweck eines solchen Tests ist, die TBM für eine gewisse Zeitdauer unter definierten Bedingungen zu betreiben, um so die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Ergebnissen zu ermöglichen. Das Ergebnis eines Penetrationstests ist eine Penetrations-Kraft-Kurve, die es erlaubt, die Vortriebsleistung einer TBM unter bestimmten Gebirgseigenschaften zu prognostizieren.
In diesem Beitrag werden die bisherigen Ansätze der Norwegischen Technischen Universität in Trondheim und Forschungsarbeiten von Villeneuve und Käsling beschrieben. Diesen Ansätzen ist gemein, dass die TBM über eine kleine Vortriebsstrecke bei verschiedenen Vortriebskräften und Bohrkopfdrehzahlen betrieben wird. Die beschriebenen Methoden haben aber auch eine Reihe von Nachteilen, die zu einer relativ langen Testdauer führen. Die hier vorgeschlagene Methode verkürzt die Testdauer bei gleichzeitiger Erzielung höherer Genauigkeit der Ergebnisse.