Rohrvortrieb / Mikrotunnelbau

Rohrvortrieb ist eine Tunnelbaumethode, bei der ein Rohr, das installiert wird, auch als Bodenstütze während des Tunnelvorgangs verwendet wird. Bei dieser Methode werden Rohrabschnitte in den Startschacht abgesenkt und mit Hilfe von Stempeln am Startschacht vorangetrieben, während der Tunnel voranschreitet. An der Ausgrabungsfront können je nach Boden- und Grundwasserbedingungen verschiedene Geräte und Konfigurationen verwendet werden. Bei guten Bodenverhältnissen bietet ein Stahlzylinder, der vor den Rohrabschnitten vorgeschoben wird, sofortigen Bodenschutz und die Front kann stabil genug bleiben, um von Hand oder maschinell ohne besondere Maßnahmen zur Frontstützung ausgegraben zu werden. Bei schwierigeren Bodenverhältnissen kann eine teilweise Frontstützung oder ein geschlossenes Ausgrabungssystem mit Schlamm zur Frontstützung oder ein Erddruckausgleichssystem (EPB) erforderlich sein. Der wesentliche Unterschied zum konventionellen Tunnelbau besteht darin, dass die seitliche Bodenstütze für den Tunnel von den Rohren bereitgestellt wird, die vom Startschacht aus vorgeschoben werden, anstatt dass die Tunnel-Bodenstütze direkt hinter der Tunnel-Front installiert wird. Beim Rohrvortrieb führen die Reibungskräfte auf den Rohren, die durch den Boden geschoben werden, zu einer Erhöhung der Vorschubkräfte, die angewendet werden müssen. Dies führt zu Einschränkungen bei der Länge einzelner Rohrvortriebsinstallationen, die beim konventionellen Tunnelbau nicht vorhanden sind. Dennoch sind mit den richtigen Vorbereitungen und Ausrüstung lange Installationen mit Rohrvortrieb möglich - die bisher längste Einzelinstallation betrug 2,5 km für ein 3 m internes Durchmesserrohr in Deutschland.

Microtunneling ist eine Form der Rohrvortriebstechnik. Es wird definiert als eine ferngesteuerte, geführte Rohrvortriebsoperation, die durch Anwendung von mechanischem oder fluidem Druck eine kontinuierliche Unterstützung der Ausbruchfläche bietet, um Grundwasser- und Erdpressungen auszugleichen. Die Unterstützung an der Ausbruchfläche ist ein wesentliches Merkmal des Microtunnelings, das es von der traditionellen offenen Rohrvortriebstechnik unterscheidet. Microtunneling wird verwendet, um Rohrleitungen unter Autobahnen, Eisenbahnen, Start- und Landebahnen, Häfen, Flüssen und umweltsensiblen Gebieten zu verlegen.

Ursprünglich wurde der Begriff Mikrotunneling verwendet, um Tunnelbau für Tunnel mit Durchmessern zu beschreiben, für die eine Person nicht in den Tunnel eintreten durfte (typischerweise weniger als 0,9 m oder 1,0 m). Der Begriff wird nun auch verwendet, um die Methode zu beschreiben (d.h. ohne dass eine Person eintreten muss) anstatt einen bestimmten Durchmesserbereich. Regionale Unterschiede bleiben in der Verwendung der Terminologie bestehen.

Die folgende detaillierte Beschreibung basiert auf einer Schlammpumpe.

Microtunneling erfordert Absenkschächte und Empfangsschächte an den gegenüberliegenden Enden jeder Fahrt. Der Microtunneling-Prozess ist ein zyklischer Rohrvortrieb. Eine Microtunnelbohrmaschine (MTBM) wird von hydraulischen Stempeln, die in der Absenkschacht montiert und ausgerichtet sind, in die Erde gedrückt. Die Stempel werden dann zurückgezogen und die Schlammleitungen und Steuerkabel werden getrennt. Ein Produktrohr oder eine Verrohrung wird in den Schacht abgesenkt und zwischen dem Absenkrahmen und der MTBM oder dem zuvor verlegten Rohr eingefügt. Schlammleitungen und Strom- und Steuerkabelverbindungen werden hergestellt und das Rohr und die MTBM werden um einen weiteren Vortriebsschritt vorangetrieben. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die MTBM den Empfangsschacht erreicht. Nach Abschluss der Fahrt werden die MTBM und die nachlaufende Ausrüstung zurückgeholt und alle Ausrüstungsteile aus der Pipeline entfernt. Die meisten Microtunneling-Operationen umfassen ein hydraulisches Absenksystem, um die MTBM und die Rohrleitung voranzutreiben, ein geschlossenes Schlammkreislaufsystem, um die ausgegrabenen Aushubmaterialien zu transportieren, ein Schlammreinigungssystem, um den Aushub aus dem Schlammwasser zu entfernen, ein Schmiersystem, um die Außenseite der Rohrleitung während der Installation zu schmieren, ein Leitsystem, um die Linien- und Höhenkontrolle zu gewährleisten, ein elektrisches Versorgungs- und Verteilungssystem, um die Ausrüstung mit Strom zu versorgen, einen Kran, um Rohrabschnitte in den Absenkschacht zu heben, und verschiedene Lastwagen und Lader, um den Aushub von der Baustelle zu transportieren. MTBMs haben einen rotierenden Schneidkopf, um das Bodenmaterial auszuheben, einen Brecherkegel, um größere Partikel in kleinere Größen für den Transport durch die Schlammleitungen zu zerkleinern, einen hydraulischen oder elektrischen Motor, um den Schneidkopf zu drehen, eine druckbeaufschlagte Schlamm-Mischkammer hinter dem Schneidkopf, um die Stabilität des Gesichts zu erhalten, eine gelenkige Lenkeinheit mit Lenkstempeln für Lenkkorrekturen, verschiedene Steuerventile, Druckmessgeräte, Durchflussmesser und ein Datenerfassungssystem. Zusätzlich verfügt die MTBM über In-Line-Kameras, um Informationen an den Bediener zu übermitteln, und ein Zielsystem für die Leitungssteuerung.

Verschiedene Bodenkontroll- und Schlammentransportsysteme können je nach Bodenverhältnissen, Maschinendurchmesser usw. verwendet werden. Auf Schnecken basierende Mikrotunneling-Systeme wurden eingesetzt und Erd-Druckausgleichssysteme können in größeren Mikrotunneling-Projekten anstelle von Schlammsystemen eingesetzt werden.

Präzise Kontrolle von Linie und Höhe wird durch das Leitsystem und die Lenkzylinder erreicht, um den MTBM während einer Mikrotunnelbohrung zu lokalisieren und zu steuern. Das Leitsystem besteht in der Regel aus einem Referenzlaser, der in der Vorschacht montiert ist und einen Strahl auf ein Ziel im Gelenkbereich des MTBM überträgt. Für gekrümmte Mikrotunnelprojekte können gyroscopische Vermessungssysteme in Kombination mit Wasserstandssensoren (für die vertikale Ausrichtung) verwendet werden. Diese Daten und andere Betriebsinformationen werden über Drahtkabel an eine auf der Oberfläche befindliche Kontrollkabine übertragen. Mikrotunnelbohrmaschinen sind in der Lage, Erd- und hydrostatischen Druck unabhängig auszugleichen. Der Erddruck wird durch sorgfältige Kontrolle der Vorschub- und Ausgrabungsraten von Ausbruchmaterialien ausgeglichen. Der Grundwasserdruck wird durch die Verwendung von unter Druck stehendem Schlamm in der Bodenmischkammer des MTBM ausgeglichen.