Herrenknecht AG

Meilenstein für ein strategisches Eisenbahnprojekt: Die letzte von zwei Herrenknecht-Einfachschild-TBM hat Ende Juni erfolgreich ihren Vortrieb für die neue Bahnlinie zwischen Rishikesh und Karnaprayag im indischen Himalaya abgeschlossen. Bereits Mitte April war die erste Maschine am Ziel angekommen. Damit sind beide Parallelröhren des insgesamt über 20 Kilometer langen Tunnelsystems fertiggestellt.

Das erdgeschichtlich junge Himalaya-Gebirge galt für den Tunnelbau lange als nahezu unbezwingbar. Nur wenige Vorhaben in der anspruchsvollen Geologie der Region waren bislang von Erfolg gekrönt. Umso bedeutender ist der Durchbruch der zweiten Herrenknecht-Maschine Ende Juni, nachdem bereits Mitte April die erste TBM ihr Ziel erreicht hatte. Die neue Eisenbahnlinie zwischen Rishikesh und Karnaprayag wird nach ihrer Fertigstellung die Fahrtzeit von sieben Stunden auf knapp über zwei Stunden verkürzen. Für die Region, die als wichtiger Ausgangspunkt für Pilgerreisen zu den heiligen Char-Dham- Schreinen dient, bedeutet dies erhebliche Verbesserungen. Millionen von Pilgern nutzen jährlich die beschwerliche Route über kurvige Straßen entlang tiefer Schluchten, die in der seismisch aktiven Zone häufig von Erdrutschen und Gesteinslawinen blockiert werden.

Pionierarbeit im Himalaya-Gebirge
Der Bauherr Rail Vikas Nigam Limited (RVNL) vergab das Kernstück der Strecke – einen zweimal 10,5 Kilometer langen Tunnel mit Parallelröhren – an den Auftragnehmer Larsen & Toubro Limited (L&T).

„Indische Mineure haben große Erfahrung im konventionellen Tunnelausbau. Der maschinellen Vortriebstechnik hingegen sah man lange eher skeptisch entgegen“, erklärt Sumit Gaur, Herrenknecht-Projektleiter vor Ort. Die Skepsis hatte ihre historischen Gründe: Zu wenige Erfolge konnte die Maschinentechnik bislang im Himalaya-Gebirge vorweisen. Mit dem Projekt sollte sich das ändern. L&T entschied sich daher für zwei Herrenknecht-Einfachschild-TBM mit einem Durchmesser von 9.110 Millimeter, ausgelegt auf die Herausforderungen der Himalaya-Geologie.

Komplexe Geologie erfordert innovative Lösungen
Die größte Herausforderung stellte das vorherrschende Gestein dar: Phyllit. Chris Cooper, Projektleiter und Tunnelexperte von L&T, erklärt: „Phyllit ist weich, aber standfest. Mit Wasser zerfällt er. Bei zu viel Druck verklumpt er und blockiert den Bohrkopf. Das macht den Vortrieb nicht gerade einfach.“

Erschwerend kommt hinzu, dass sich das junge, aktive Gebirge noch bewegt. Dadurch kann es zu Absenkungen kommen, bei denen sich Gestein auf dem Schildmantel der Maschine ablagert und ein Fortkommen blockiert. Um das zu verhindern, kann die Mannschaft die sogenannten Torque-Box-Zylinder einsetzen. Sie wurden ins Design des Bohrkopfes integriert. „Es ist das erste Mal, dass wir dieses System in Indien auf einer Maschine haben“, sagt Sumit Gaur. Diese erlauben eine stufenlose horizontale und vertikale Verschiebung des Antriebs und können den Bohrdurchmesser bei Bedarf um bis zu 100 Millimeter vergrößern.

Hightech-Ausstattung für extreme Bedingungen
Zusätzlich zur innovativen Torque-Box-Technologie verfügen die TBM über das Herrenknecht-ISP-System. Dieses schickt eine Oberflächenwelle entlang der Tunnelwand, die an der Ortsbrust in eine Raumwelle übergeht. Das System erfasst in Echtzeit die beim Vortrieb gewonnenen Mess- und Bohrdaten und übersetzt sie in einen Geologiebericht. Bei Anomalien werden zusätzliche Vorausbohrungen durchgeführt, um mögliche Störzonen zu identifizieren. Das trägt zur Sicherheit und einem reibungslosen Vortrieb bei. „Für unseren Kunden und natürlich vor allem die Kollegen auf der Maschine ist das ein großer Vorteil“, betont Sumit Gaur. Ein Konvergenzmessystem analysiert zudem kontinuierlich den Abstand zwischen Schild und Gestein. Wenn sich der Fels der Maschine zu sehr annähert, erhält der Maschinenfahrer eine Grenzwertanzeige.

Beeindruckende Vortriebsleistungen
Die umfangreiche Ausstattung zahlte sich aus. In Rekordzeit konnten 23 Ringe in lediglich 24 Stunden verbaut werden. In Spitzenzeiten legte eine der Maschinen damit gut 39 Meter an einem Tag zurück.

„Das kann sich sehen lassen, insbesondere in diesem Gestein und mit diesem großen Durchmesser“, kommentiert Cooper. Schnell ist auch der Transport von Ersatz- und Verschleißteilen. L&T-Projektdirektor Rakesh Arora sagt: „Herrenknecht hat knapp drei Stunden von hier in Dehradun ein eigens errichtetes Lager und kann somit bei Bedarf problemlos neue Teile liefern. Das verschafft uns die notwendige Flexibilität.“

Mit dem erfolgreichen Abschluss beider Vortriebe haben die Experten bewiesen, dass moderne Tunnelbohrmaschinen auch die extremen Bedingungen des Himalayas bewältigen können. „Hier zeigen wir, dass wir mit der eingesetzten Technologie schneller unterwegs sind als beim konventionellen Drill & Blast“, betont Cooper. Das Projekt schafft wichtige Referenzen für weitere Tunnelbauprojekte in der geologisch anspruchsvollen Region.

Weitere Informationen:
Herrenknecht AG
www.herrenknecht.com

Bis zu 8.000 m tief können die sogenannten Terra Invader-Anlagen in die Erde vordringen, um Öl-, Gas- oder Geothermie-Vorkommen anzuzapfen (Bild 1). Letztere gewinnen in Zeiten knapper werdender fossiler Ressourcen immer mehr an Bedeutung. Das hängt mit ihrer hohen Verfügbarkeit zusammen: Weltweit gibt es sehr große Mengen geothermischer Energie.

Der Marktführer für Tunnelbohrmaschinen Herrenknecht, Schwanau, stieg 2005 in das Geschäft mit Tiefbohranlagen ein. Die ersten Anlagen arbeiteten in Deutschland und Brasilien, inzwischen sind die Systeme in vielen Ländern der Welt in Betrieb. Entwickelt und gefertigt werden die Vertikalbohranlagen von der Tochtergesellschaft Herrenknecht Vertical – und zwar individuell für jeden Kunden.

Bei der Fertigung der Anlagen arbeitet das Unternehmen nach den hohen Standards der Offshore-Technik, denn die Systeme kommen auch auf See zum Einsatz. Zudem verfügen die Anlagen über eine Vielzahl von Neuentwicklungen, zu denen auch ein optimiertes Sicherheitskonzept gehört (Hands-off-Technologie). Weitere Features der Bohranlagen sind ein flexibles Energiemanagement und integrierte Schallschutzmaßnahmen. Der Hauptvorteil der Herrenknecht-Tiefbohranlagen gegenüber konventionellen Systemen ist aber ihr hoher Automatisierungsgrad. Dadurch können Anwender die Anlagen mit lediglich vier Mann pro Schicht betreiben, was eine deutliche Kostenersparnis zur Folge hat.

Bei der Konstruktion der Bohranlagen legt Herrenknecht großen Wert auf optimalen Explosionsschutz. Das hat seinen Grund, denn mit den Tiefbohranlagen können auch Öl- und Gasvorkommen erschlossen werden. Ihre Komponenten müssen deshalb absolut explosionssicher sein. Die Suche nach einem geeigneten Drehgeber für die Positionierung des Bohrantriebs (Top Drive) und des Hebewerks war unter diesen Voraussetzungen schwierig.

„Die wenigsten Anbieter haben ex-geschützte Drehgeber im Programm“, sagt Jürgen Binder, Technischer Leiter von Herrenknecht Vertical. Beim Automatisierungstechnik-Spezialisten Hengstler GmbH, Aldingen, wurde man schließlich fündig.

Der Absolutwertgeber ACURO AX71 erfüllt nicht nur die hohen Ansprüche an den Explosionsschutz (Bild  2). „Er hat von allen getesteten Drehgebern auch von der Feldtauglichkeit her am besten abgeschnitten“, erinnert sich Binder. Der ACURO AX71 überzeugte u. a. durch einen sehr guten EMV- und Blitzschutz, aber auch Temperaturen von –40 bis +50 °C und den Kontakt mit Salzwasser überstand er am besten. Damit war es beschlossene Sache, dass der absolute optische Winkelencoder ab sofort in allen Herrenknecht-Tiefbohranlagen verbaut wird.

Die Aufgabe des ACURO AX71 an der Anlage ist es, den Bohrantrieb und das Hebewerk, die sogenannte Rack-and-Pinion, exakt zu positionieren. Da immer neue Bohrstangen nachgesetzt werden, muss am Hebewerk die Höhenposition genau festgehalten und weiter aufaddiert werden, um die genaue Meißeltiefe zu bestimmen. Für diese Aufgabe empfiehlt sich der ACURO AX71 von Hengstler in jeder Hinsicht, denn er gibt binär codierte Positionswerte aus und zeigt die Achslage in Bezug zu einem Referenzpunkt an. Der Drehgeber zeichnet sich nicht nur durch Auflösungen von bis zu 12 Bit in der Multiturn- und bis zu 22 Bit in der Single Turn-Version aus. Er ist mit einem Durchmesser von nur 70 mm und einem Wellendurchmesser von nur 10 mm (Vollwelle) auch sehr kompakt. Für eine umfassende Kompatibilität der Drehgeber sorgen ihre zahlreichen Schnittstellen wie SSI/BiSS und SSI (programmierbar) sowie Profibus, CANopen und DeviceNet.

Hengstler hat den Drehgeber mit Edelstahlgehäuse entsprechend der ATEX- und IECEx-Richtlinien speziell für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen entwickelt (EN 60079). Der ACURO AX71 eignet sich deshalb für die ATEX-Zonen Ex II 2 G Ex d IIC T4 Gb bzw. Ex II 2 D Ex tb IIIC T135 °C Db IP6X. Solche Zonen finden sich z. B. in Lackier-, Abfüll-, Misch- oder Siloanlagen sowie in der petrochemischen Industrie oder in Mühlen.

Für Herrenknecht wurde der ACURO AX71 zudem individuell angepasst. So erhielt der Drehgeber eine Skalierung, auch Restwertverrechnung oder Rundtakt-Funktion genannt. Sie bewirkt, dass der Encoder nach einer bestimmten Anzahl an Drehungen auf Null zurückgesetzt wird. Der Restwert wird gespeichert und steht nach dem Einschalten des Drehgebers sofort wieder zur Verfügung.

Herrenknecht setzt die Hengstler-Drehgeber bereits seit über zehn Jahren erfolgreich ein und wird sie auch an einer neuen Geothermie-Anlage verbauen, die gerade designt wird. „Wir sind sehr am neuen ACURO AX73 interessiert“, sagt Binder. Das Gehäuse des druckfest gekapselten Drehgebers, bei dem der Anwender sein eigenes Kabel durch ausgereifte Verschlusstechnik bequem selbst installieren kann, würde sogar eine Explosion in seinem Innern überstehen. Eventuell auftretende Funken verlöschen zudem, bevor sie nach außen gelangen können.

Weitere Informationen:
Hengstler GmbH
www.hengstler.com
Herrenknecht Vertical
www.herrenknecht-vertical.com