Vortriebsarbeiten im Tunnel Moosach/D abgeschlossen

38
Deutschland
Germany
Tunnel 7/2008
Vortriebsarbeiten
im Tunnel Moosach/D
abgeschlossen
Driving of the
Moosach Tunnel/D
concluded
P. Chiappa, M. Demmler, M. Kirsten
P. Chiappa, M. Demmler, M. Kirsten
Wie bereits in tunnel 3/2006 und tunnel 7/2007
ausgeführt, entsteht im Norden der
bayerischen Landeshauptstadt München/D
eine neue U-Bahn-Verbindung zwischen dem
U-Bahnhof Olympia Einkaufszentrum und dem
S-Bahnhof Moosach. Während sich der
1. Beitrag mit der Herstellung der Bahnhöfe und
den Besonderheiten bei der Schlitzwandherstellung beschäftigte, wurde im 2. Beitrag
das Konzept zur Herstellung der Tunnelröhren
zwischen den Bahnhöfen inklusive der ersten
Erfahrungen vom Tunnelvortrieb beschrieben.
Der folgende Beitrag behandelt die
Erkenntnisse aus den im Juni 2008 abgeschlossenen Vortriebsarbeiten der aufzufahrenden
Tunnelröhren.
As already described in tunnel 3/2006 and
tunnel 7/2007 a new Underground link is being
set up in the north of the Bavarian regional
capital Munich/D between the Olympia
Shopping Centre Underground Station and the
S-Bahnhof Moosach. Whereas the first report
examined the building of the stations and
special features involved in creating the
diaphragm walls the second one looked at the
concept for producing the tunnel tubes between
the stations including initial findings with
tunnelling. This article concentrates on the
recognitions obtained from the driving
operations for the tunnel tubes, which were
concluded in June 2008.
Der Bauherr, die Landeshauptstadt München, vertreten durch das Baureferat UBahn-Bau, beauftragte im
August 2004 die Arbeitsgemeinschaft U-Bahn-Linie 3
Nord, Baulos 2, bestehend aus
Wayss & Freytag Ingenieurbau
AG (Technische Federführung),
Hochtief Construction AG
In August 2004, the client,
the regional capital of Munich,
represented by the Building
Division for Underground Construction, commissioned the JV
U-Bahn Linie 3 Nord, contract
section 2, consisting of Wayss &
Freytag Ingenieurbau AG (technical management), Hochtief
Construction AG (commercial
management)
and
Bauer
Spezialtiefbau GmbH to carry
out the work.
The contract was worth a total of 7 74 mill. Work started in
September 2004 with a total of
56 months scheduled for the
project.
The companies WTM (the
stations) and PSP (the tunnels)
were commissioned with the
planning.
Dipl.-Ing. Peter Chiappa,
Projektleiter Wayss & Freytag
Ingenieurbau AG
Dipl.-Ing. Markus Demmler,
Tunnelbauleiter Wayss & Freytag
Ingenieurbau AG
Dipl.-Ing. Ulf Kirsten,
Maschineningenieur
Hochtief AG
(Kaufmännische
Federführung) und Bauer Spezialtiefbau GmbH, mit der Ausführung der Arbeiten. Die Gesamtauftragssumme beträgt
74 Mio. 7. Baubeginn war
September 2004 mit einer
Gesamtbauzeit von 56 Monaten. Mit der Planung wurden die Firmen WTM (Planung
der Bahnhöfe) und PSP (Planung des Tunnels) beauftragt.
1 Projektstatus
Das Baulos 2 besteht im
Wesentlichen aus 2 U-Bahnhöfen (Bahnhof Moosach und
Leipziger Straße), die mit einer parallel verlaufenden Doppeltunnelröhre miteinander
1 Project Status
Contract section 2 by and
large constitutes 2 Underground stations (Moosach
Station and Leipziger Straße),
which are linked by means of
parallel running twin tunnel
tubes, which are connected towards the east with a twin tunnel tube to the Olympia
Dipl.-Ing. Peter Chiappa, Project
Manager Wayss & Freytag
Ingenieurbau AG
Dipl.-Ing. Markus Demmler,
Tunnelling Manager Wayss &
Freytag Ingenieurbau AG
Dipl.-Ing. Ulf Kirsten, Mechanical
Engineer Hochtief AG
39
Driving of Tunnel Moosach concluded
Tunnel 7/2008
1 Vereinfachter geologischer Längsschnitt
1 Simplified geological longitudinal section
verbunden sind und in östlicher Richtung wiederum mit
einer Doppeltunnelröhre an
den bereits im Betrieb befindlichen Bahnhof Olympia Einkaufszentrum anschließen.
Die Tunnelvortriebsarbeiten
wurden unter Einsatz eines
Hydroschildes mit einem
Ausbruchdurchmesser
von
7,35 m am 26. Mai 2007 begonnen. Der erste Abschnitt
umfasste die Herstellung der
nördlichen Röhre, welche am
23. Oktober 2007 mit dem
Anschluss an die äußere
Schlitzwand des U-Bahnhofs
Olympia Einkaufszentrum erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Nach erfolgtem
Rückbau der TBM und Wiederaufbau im Bahnhof Moosach konnte mit der Herstellung der südlichen Röhre am
5. Februar 2008 begonnen
werden. Die zum ersten
Tunnelabschnitt nahezu parallel verlaufende Südröhre wurde wiederum unter Einsatz des
Hydroschildverfahrens aufgefahren. Das zur Überbrückung
des Bahnhofs Leipziger Straße
entwickelte Verschiebekonzept
für TBM und Nachläufer wurde auch bei der zweiten Röhre
erfolgreich eingesetzt, sodass
am 8. April 2008 mit dem letzten Abschnitt der südlichen
Röhre begonnen werden konnte. Nach insgesamt 2400 m
Vortrieb erreichte die TBM am
21. Juni 2008 ihre Endposition
an der äußeren Schlitzwand
des Bahnhofs Olympia Einkaufszentrum. Im Anschluss
daran folgten der Rückbau der
TBM und Nachläufer und parallel dazu die Räumung der
tunnelbauspezifischen Baustelleneinrichtungen.
Bereits während der Herstellung der südlichen Röhre
wurde mit sämtlichen Vorarbeiten für die Verlegung der
Fertigteilgleiströge in der
Nordröhre begonnen. Dazu
zählten die Reparaturarbeiten
an der Tübbingschale, welche
vom Umfang her sehr gering
waren, und die darauf folgenden Reinigungs- und Unterbetonarbeiten. Somit konnte
schon während des Auffahrens
des letzten Tunnelabschnitts
mit der Verlegung der Gleiströge begonnen werden. Nachdem die Tunnelröhren hergestellt waren, begannen die
Arbeiten am Notausstieg
Meggendorfer Straße.
Zur Fortsetzung der Ausbauarbeiten in den Bahnhöfen
Shopping Centre Station –
which is already in operation.
The tunnelling operations
started using a hydro-shield
with an excavated diameter of
7.35 m on May 26th, 2007. The
first section related to the production of the northern tube,
which was successfully concluded on October 23rd 2007
through connecting up with
the outer diaphragm wall at the
Olympia Shopping Centre
Underground Station. After recovering the TBM and reassembling it in Moosach Station work
began on the southern tube on
February 5th, 2007. The southern tube, which ran practically
parallel to the first tunnel section was also driven using the
hydro-shield method. The displacement concept for the TBM
and trailers devised for bridging
the Leipziger Straße Station was
again applied successfully for
the second tube so that work
could start on the final section
of the southern tube on April 8th,
2008. After altogether 2,400 m
of excavation the TBM reached
its final position at the outer diaphragm wall of the Olympia
Shopping Centre Station on
June 21st, 2008. Subsequently
the TBM and trailers were recov-
ered along with the site installations required for tunnelling.
All the preliminary operations for laying the pre-cast
troughs in the northern tube
were started during the production of the southern one. This included repair jobs on the segment shell, which were not
particularly extensive – and the
cleaning and sub-concrete
work. As a result, it was possible
to begin laying the track troughs
while the final tunnel section
was being driven. Once the tunnel tubes were produced, work
commenced on the Meggendorfer Straße emergency exit.
In order to continue the lining operations at the stations it
was necessary as a first step to
remove all supply installations
for tunnelling. A very detailed
recovery plan nonetheless
made it possible for the lining
operations to begin at an earlier
stage so that clearance and lining operations could be undertaken parallel to each other in
order to avoid time delays.
2 Tunnel Excavation
and Rate of Advance
As can be gleaned from the
simplified geological longitudi-
Tunnel 7/2008
nal section in Fig. 1, mainly quaternary gravel and sand layers
had to be penetrated in the
Moosach Station to Leipziger
Straße Station section. As already mentioned in tunnel
7/2007, these layers of soil presented no problems for the TBM
relating to the rate of advance.
The first section was mastered
with an average rate of advance
of 12 m/d. This high rate of
progress was actually increased
to 14.5 m/d for the Track 2 parallel section.
Initially the eastern section
of the tunnel tube possesses
the same quaternary features as
far as the geology is concerned
before dipping into tertiary layers. These first and foremost
comprise layers of marl and tertiary sands. Particularly in zones
where the marl was present
over the entire face problems
were to be reckoned with relating to clogging of the cutting
wheel and in turn a reduced
rate of advance. These concerns
were confirmed during the
drive and even the special flush-
ing nozzles installed for this purpose in the extraction chamber
could not prevent the penetration rate having to be considerably decreased thus leading to
up to 5 h being required for a
1.5 m advance. In order to avoid
clogging resulting in blockages
in the conveying circuit and in
turn to lengthy standstills, it was
decided after extensive discussions with the shield operators
to strive for low penetration
rates coupled with a large
number of flushing operations.
This method assured a slow but
nonetheless continuous excavation. The capacities of the
centrifuges represented a further limiting factor. Owing to
the very high percentage of
fines in the soil, which lay beneath the smallest centre cut of
the hydro-cyclones, this resulted in very high and rapid bentonite slurry charges. The available centrifuges were not
geared to such a throughput so
that it was necessary to lease a
mobile unit in order to increase
the throughput rate by 20 % so
Ringbau OST
07.07.2008
30.06.2008
23.06.2008
16.06.2008
09.06.2008
02.06.2008
26.05.2008
Ringbau West
19.05.2008
12.05.2008
05.05.2008
28.04.2008
21.04.2008
14.04.2008
07.04.2008
31.03.2008
24.03.2008
17.03.2008
10.03.2008
03.03.2008
25.02.2008
18.02.2008
11.02.2008
04.02.2008
Vergleich Ringeinbau
Gleis 1 ( 794 Ringe) - Gleis 2 ( 794 Ringe)
1000
1000
900
900
Gleis 2 794 Ringe / 119 KT = Ø 6,7 Ringe/KT (= 7,3 R/VT) (ohne Durchfahrt)
800
700
600
800
Start 1.Ring
Gleis 2
04.02.2008
700
600
500
500
400
400
300
200
300
Durchfahrt Bahnhof
Leipziger Str.
200
100
100
0
Gleis 1 794 Ringe / 118 KT = Ø 6,7 Ringe/KT (= 7,1 R/VT) (ohne Durchfahrt)
Ringe
KT
Ø R/KT
Ø m / KT
VT
Ø R/VT
Ø m / VT
Gleis 1
794
118
6,7
13,5
=
112
7,1
14,2
Gleis 2
794
119
6,7
13,3
=
109
7,3
14,6
Auswertung Moos-Gleis2 -26.06.08(Ende).xls
2 Vortriebsleistung
2 Rate of advance
27.10.2007
20.10.2007
13.10.2007
06.10.2007
29.09.2007
22.09.2007
15.09.2007
08.09.2007
01.09.2007
25.08.2007
18.08.2007
11.08.2007
04.08.2007
28.07.2007
21.07.2007
14.07.2007
07.07.2007
30.06.2007
23.06.2007
16.06.2007
09.06.2007
Tag
0
02.06.2007
Wie anhand des vereinfachten geologischen Längsschnitts
in Bild 1 zu erkennen ist, mussten im Abschnitt Bahnhof
Moosach bis Bahnhof Leipziger
Straße in erster Linie quartäre
Kies- und Sandschichten
durchfahren werden. Wie bereit in tunnel 7/2007 erwähnt,
stellten diese Bodenschichten
für die TBM hinsichtlich der
Vortriebleistung keine Probleme dar. Der erste Abschnitt
konnte mit einer durchschnittlichen Vortriebsleistung von
12 m/Tag erfolgreich aufgefahren werden. Diese bereits
hohe Vortriebsleistung konnte
im Parallelabschnitt des Gleises 2 nochmals auf 14,5 m/Tag
gesteigert werden.
Der östliche Abschnitt der
Tunnelröhre weist von der
Geologie her anfänglich die
gleichen quartären Eigenschaften auf, um daraufhin in die
tertiären Lagen abzutauchen.
Diese bestehen in erster Linie
aus Mergelschichten und tertiären Sanden. Besonders in den
Bereichen, in denen der Mergel
über die komplette Ortsbrust
ansteht, wurde mit Problemen
hinsichtlich Verklebungen am
Schneidrad und einer daraus
resultierenden
reduzierten
Vortriebsleistung gerechnet.
Während des Vortriebs bewahrheiteten sich diese Befürchtungen, und auch die
speziell für diese Umstände
eingebauten Spüldüsen in der
Abbaukammer konnten nicht
Start 1.Ring
Gleis 1
26.05.2007
2 Tunnelvortrieb und
Vortriebsleistung
Germany
verhindern, dass die Penetrationsrate erheblich verringert
werden musste, das zu Vortriebsdauern von bis zu
5 h/1,5 m Vortrieb führte. Um
zu verhindern, dass es durch
Verklebungen zu Verstopfungen im Förderkreislauf und dadurch zu längeren Stillständen
kommt, wurde nach intensiven
Diskussionen mit den Schildfahrern festgelegt, geringe
Penetrationsraten in Kombination mit vielen Spülgängen
anzustreben. Dieses Verfahren
gewährleistete einen langsamen, dafür aber kontinuierlichen Vortrieb. Einen weiteren
limitierenden Faktor stellten
die Kapazitäten der Zentrifugen
dar. Durch den sehr hohen
Feinanteil im Boden, welcher
von seiner Korngröße her unterhalb des kleinsten Trennschnittes der Hydrozyklone
lag, kam es zu sehr hohen und
schnellen Aufladungen der
Bentonitsuspension. Auf einen
solchen Durchsatz waren die
vorhandenen Zentrifugen nicht
ausgelegt, sodass mittels einer
26.05.2007
war es notwendig, als ersten
Schritt sämtliche Versorgungseinrichtungen des Tunnelbaus
zu entfernen. Eine sehr detaillierte Rückbauplanung machte
dennoch einen früheren Beginn
der Ausbauarbeiten möglich,
sodass Räumung und Ausbauarbeiten parallel durchgeführt
und somit Zeitverzögerungen
vermieden werden konnten.
Deutschland
Ringe No. kum.
40
Tunnel 7/2008
angemieteten mobilen Einheit
die Durchsatzleistung um
20 % erhöht wurde und dadurch Stillstände aufgrund von
Spülperioden zur Dichtereduzierung vermieden werden
konnten. Trotz der genannten
Schwierigkeiten konnten die
östlichen Röhren immer noch
mit einer mittleren Vortriebsleistung von 9,5 m/Tag aufgefahren werden (Bild 2).
Wie bereits in tunnel 7/2007
angesprochen, wurde das Konzept der „Fliegenden Anfahrt“
nach dem Patent der Hochtief
AG angewandt. Bereits nach
den ersten beiden Anfahrten
war erkennbar, dass sich der
Zeitbedarf bei mehrmaligem
Einsatz verringern würde.
Grundsätzlich verliefen die
Anfahrten in technischer
Hinsicht alle problemlos, wobei sich der Lerneffekt derart
auswirkte, dass die benötigte
Anfahrzeit von anfänglich
4 Tagschichten auf 1 Tagschicht
bei der letzten Anfahrt reduziert werden konnte. Dies stellt
den enormen Zeitvorteil bei
diesem Verfahren heraus und
bestätigt damit den Investitionsaufwand dieser innovativen Methode.
3 Bergung der TBM
und Rückbaukonzept
Da der Bahnhof Olympia
Einkaufszentrum zum Zeitpunkt der Tunnelvortriebe bereits in Betrieb genommen
war, konnten die TBM und
Nachläufer nicht über einen
Zielschacht geborgen werden.
Das geplante Konzept sah einen „verlorenen Schildmantel“
vor, welcher nach dem Anschluss der TBM an die äußere
Schlitzwand des Bahnhofs im
Boden verbleiben muss. Das
hatte zur Folge, dass die TBM
in der Endposition entkernt
werden musste, um somit
sämtliche Maschinenteile und
Stahlbaukonstruktionen zurückzugewinnen, sodass sie in
Vortriebsarbeiten Tunnel Moosach abgeschlossen
3 Brenn- und Schneidarbeiten
3 Flame cutting and cutter work
einen neuen anzuliefernden
Schildmantel wieder eingebaut
werden konnten. Um die
Dichtigkeit an der Schnittstelle
Schildschneide und Schlitzwand zu gewährleisten, wurde
in einem ersten Schritt mit dem
Schneidrad so weit in die
Schlitzwand vorgebohrt, bis
die Bewehrungslage erreicht
wurde. Daraufhin wurden das
Schneidrad eingezogen und
die Schildschneide in die
Schlitzwand nachgeschoben.
Zusätzlich wurde umlaufend
um die Schildschneide eine
Gelinjektion vorgesehen, um
eine absolute Dichtigkeit gegen Wasserzutritt während der
nachfolgenden Brenn- und
Schneidarbeiten zu gewährleisten. Das Rückbaukonzept,
welches in Zusammenarbeit
mit der Herrenknecht erstellt
wurde, sah zum Bergen des
Schneidrades eine ca. 4 m²
große Öffnung in der Schlitzwand vor, durch die die
Schneidarme aus ihrer vertikalen Position in eine horizontale
Ebene gekippt werden konnten, um sie anschließend durch
eine ausgebrannte Öffnung in
der Druckwand in das Innere
des Schildes zu transportieren.
Während der gesamten Rückbauarbeiten kam ein im Detail
geplantes
Lüftungskonzept
zum Einsatz, welches sicher-
that standstills could be avoided on account of flushing times
for reducing the concentration.
In spite of the difficulties mentioned it was still possible to
drive the eastern tube at an average rate of 9.5 m/d (Fig. 2).
As already mentioned in tunnel 7/2007, the “flying start-up”
in accordance with Hochtief’s
patent was applied. After the
first 2 start-ups it was evident
that the amount of time needed would be decreased when
the procedure was applied
more frequently. Fundamentally
the start-ups were all executed
without any problems technically speaking – with the learning effect exerting such a role
that the required start-up time
of initially 4 day shifts was reduced to 1 shift for the final
start-up. This underlined the
enormous time advantage
achieved by this method and
thus made it evident just how
worthwhile investing in this innovative method really was.
3 Salvaging the TBM
and Recovery Concept
As the Olympia Shopping
Centre Station was already in
service when the tunnel drives
were taking place, the TBM and
its trailers could not be recovered via the target shaft. The
41
planned concept foresaw an
“abandoned shield jacket”,
which had to stay in the ground
once the TBM reached the outer
diaphragm wall of the station.
This meant that the TBM had to
have all its installations removed
in its final position so that its
mechanical parts and steel
structures could be recovered
to be assembled in a new shield
jacket that had to be delivered.
To ensure that the interface between the shield cutting edge
and diaphragm wall was tight
the first step was to bore into
the diaphragm wall using the
cutting wheel until the reinforcement layer was reached.
Then the cutting wheel was retracted and the shield cutting
edge thrust into the diaphragm
wall. In addition gel was injected around the cutting edge to
cater for absolute tightness
against intruding water during
the subsequent flame cutting
and cutter work. The retrieval
concept, which was devised in
collaboration with Herrenknecht, foresaw an approx. 4 m2
large opening in the diaphragm
wall for recovering the cutting
wheel, through which the cutting arms could be tilted from
their vertical position into a horizontal one prior to transporting
them into the shield interior
through a flame-cut opening in
the pressure wall. During the
entire retrieval operations a ventilation concept planned down
to the very smallest detail was
applied, which made sure that
no smoke gases intruded the
passenger sector of the station,
which was only separated from
the working place by a dust protection wall (Fig. 3).
The ventilation concept was
set up in such a way that firstly
fresh air was fed in from the
Olympia Shopping Centre
Station and secondly any smoke
gases that were produced were
transported to the Leipziger
Straße Station by means of mobile suction appliances via the
42
stellte, dass keine Rauchgase
in den Fahrgastbereich des
Bahnhofs gelangten, der nur
durch eine Staubschutzwand
von der Arbeitsstelle getrennt
war (Bild 3).
Das Lüftungskonzept war
so ausgelegt, dass es zum einen durch Frischluft aus dem
Bahnhof Olympia Einkaufszentrum gespeist wurde und
zum anderen die entstandenen
Rauchgase durch mobile
Absaugvorrichtungen über die
Tunnelentlüftung durch den
Tunnel zum Bahnhof Leipziger
Straße geleitet wurden.
Weiterhin sah der Rückbauplan vor, dass die TBMNachläufer, die einzelnen geborgenen Bauteile der TBM
wie Erektor und Schneidrad
sowie sonstige Maschinenelemente über das Gleis zurück in
den Bahnhof Leipziger Straße
und von dort zum jeweiligen
Einbauort auf die BE-Fläche
Bahnhof Moosach transportiert werden mussten. Die bereits beim Durchfahren des
Bahnhofs in östlicher Richtung
zum Einsatz gekommenen
Schwerlastwagen wurden wiederum für die Nachläufer benutzt, um diese durch den
Bahnhof zurück und in die
Weströhre zu ziehen. Die
schweren Bauteile wie Erektor, Antrieb, Schneidrad und
Erektortragkreuz wurden auf
speziellen Schwerlastwagen
durch den Tunnel auf die verschiebbare Schildwiege im
Bahnhof Leipziger Straße
transportiert. Diese wurde unterhalb der Entrauchungsöffnung in Position gebracht,
worauf die einzelnen Teile von
einem Kran an der Oberfläche
aufgenommen und mittels
Tieflader auf die Baustelleneinrichtung Moosach transportiert wurden (Bild 4).
Auf der bereits durch die
Tübbinghalle und die Separieranlage sehr beengten Baustelleneinrichtungsfläche mussten
parallel zu den Rückbauarbei-
Deutschland
Germany
4 Heben des Erektortragkreuzes
4 Lifting the erector bearing structure
ten im Tunnel diverse Veränderungen vorgenommen werden, um Freiräume zu schaffen,
die einen Wiederaufbau der
TBM zuließen. Um einen permanenten Wetterschutz für die
Arbeiten im Bahnhof während
der Winterperiode zu gewährleisten, wurde darauf verzichtet, die Tübbinghalle, wie ursprünglich vorgesehen, teilweise abzubauen. Das ließ sich
allerdings nur realisieren, da
ein 700-t-Kran verfügbar war,
der die bis zu 150 t schweren
TBM-Teile über eine Öffnung
im Hallendach einheben konnte (Bild 5). Der endgültige
Rückbau erfolgte nach dem
gleichen Prinzip, wobei die einzelnen TBM-Teile und Nachläufer auf die Baustellenein-
tunnel ventilation through the
tunnel.
Furthermore the retrieval
plan also foresaw that the TBM
trailers, the individually recovered TBM components such as
the erector, cutting wheel and
other mechanical elements had
to be transported back to the
Leipziger Straße Station and
from there to the given point of
installation on the yard at
Moosach Station. The heavyduty wagons, which had previously been used for passing
through the station in an eastern direction, were again used
for the trailers so that they could
be pulled back through the station and into the western tube.
The heavy structural components such as erector, drive unit,
Tunnel 7/2008
cutting wheel and erector bearing structure were carried on
special heavy-duty wagons
through the tunnel on the
moveable cradle in the Leipziger
Straße Station. This was positioned beneath the exhaust aperture so that the individual
parts could be raised by crane
to the surface before being
transported to the Moosach installation yard using a low loader (Fig. 4).
The site installation yard was
characterised by a lack of space
on account of the presence of
the segment hall and separation plant. In addition parallel to
the retrieval operations in the
tunnel various changes had to
be made in order to create room
for reassembling the TBM. In order to cater for permanent
weather protection for work at
the station during the winter
period, it was not felt necessary
to partly dismantle a section of
the segment hall as originally
foreseen. However, this only
turned out to be possible as a
700-t crane was available, which
could raise the up to 150 t heavy
TBM parts via an opening in the
hall roof (Fig. 5). Final recovery
took part in keeping with the
same principle according to
which the individual TBM parts
and trailers were transported on
to the installation yard, where
they were packed for the return
journey.
4 Mastering occurring
Problems
On account of the complexity of the project there were
many technical problems,
which were all solved by the
project team in conjunction
with the other parties involved
in it. Two such cases are provided as examples in the following
and briefly explained.
Roughly 100 m after the approach to Track 1 East losses in
the conveying circuit were re-
Tunnel 7/2008
Driving of Tunnel Moosach concluded
richtungsfläche transportiert
wurden, wo sie für den Rücktransport verpackt wurden.
4 Bewältigung von
aufgetretenen
Problemen
Aufgrund der Komplexität
des Projektes gab es vielerlei
technische Probleme, die ausnahmslos vom Projektteam in
Zusammenarbeit mit den anderen Projektbeteiligten gelöst
wurden. Beispielhaft seien
2 dieser Fälle im Folgenden
dargestellt und kurz erläutert.
Ca. 100 m nach der Anfahrt
Gleis 1 Ost zeigten sich trotz
guter Eigenschaften der Bentonitsuspension Verluste im
Förderkreislauf. Die aufgrund
des relativ hohen Frischbentonitvorrates von 400 m³ zu
Beginn noch leicht kompensierbaren Verluste der Stützflüssigkeit wurden immer größer, sodass ab einem bestimmten Zeitpunkt nur noch
frisch angemischte Bentonitsuspension zur Verfügung
stand, welche aber aufgrund
der fehlenden Quellzeit nicht
mehr die notwendigen rheologischen Eigenschaften aufweisen konnte. Somit musste der
Vortrieb unterbrochen werden, um die Verluste möglichst
gering zu halten und die Gefahr
eines Ausbläsers zu vermeiden.
Die einzige technische Möglichkeit in einem solchen Falle ist
die Zugabe von Flüssigpolymer,
welcher die Fließgrenze der
Suspension sofort erhöht und
somit die für die Standsicherheit der Ortsbrust erforderliche Scherfestigkeit erbringt.
Nach kurzer Reaktionszeit
wurde vom Bentonitlieferanten
persönlich in Kanister abgefülltes Polymer auf die Baustelle
geliefert, wo es nach gemeinsamen Labortests in Dosen zu
der Suspension händisch dazugegeben wurde. Die Fließgrenze erhöhte sich und die Verluste
5 700-t-Kran zum Einheben der TBM-Teile
5 700-t crane for hoisting in the TBM parts
konnten reduziert werden.
Nach weiteren 20 m war die
kritische Phase überstanden.
Insgesamt kam es zu Verlusten
von ca. 1500 m³ Suspension
6 Einlaufspuren am Dichtungslaufring
6 Grooves on the seal raceway
vealed in spite of the good
properties of the bentonite slurry. The initially easily compensatable losses in the supporting
fluid on account of the relatively
43
high fresh concrete supply of
400 m3 became ever greater so
that from a particular point in
time only freshly mixed bentonite slurry was available,
which however no longer possessed the requires rheological
properties on account of the
lack of swelling time. As a result
the drive had to be interrupted
in order to make sure the losses
were kept as low as possible
and avoid the danger of a blowout. The only technical possibility in such a case is to add liquid
polymer, which immediately increases the flow limit of the suspension thus providing the
shear strength needed for face
stability. After a short reaction
time the bentonite supplier personally delivered polymer filled
in canisters to the site, where it
was manually added to the suspension in cans after joint lab
tests. The flow limit increased
and the losses could be reduced.
After
a
further
20 m the critical phase had
been overcome. Altogether
there were around 1,500 m3 of
suspension lost over a stretch of
some 25 m.
The reason for these losses
can probably be attributed to
the geology. Layers of rolling
gravel can be found in the
Munich subsoil; however, so far
layers of such thickness had
never been encountered thus
causing losses of such magnitude to occur.
A further problem was presented by the sealing system for
the TBM’s main bearing. The
sealing system for the TBM drive
unit consists of 3 dynamic seals,
which have the task to ensure
the bearing remains tight vis-avis the excavation area while
the cutting wheel is rotating.
The radial sealing rings attain
their tightness via structural
pretensioning, the nature of the
profile or metal rings or fabric
interlinings or by means of differences in pressure of the areas
that have to be separated.
44
Deutschland
Germany
Tunnel 7/2008
7 Gefahrenvorausschau
7 Danger prognosis
auf einer Strecke von ca.
25 m.
Der Grund für die Verluste
ist vermutlich in der Geologie
zu suchen. Rollkieslagen können im Münchner Untergrund
vorkommen, allerdings waren
bis dato keine Rollkieslagen
von solcher Mächtigkeit angetroffen worden, welche Verluste in dieser Größenordnung
hervorrufen können.
Ein weiteres Problem stellte
das Dichtungssystem des
Hauptlagers der TBM dar. Das
Dichtungssystem für das
Getriebe der TBM besteht aus
3 dynamischen Dichtungen,
deren Aufgabe es ist, bei der
rotatorischen Bewegung des
Schneidrades eine Dichtigkeit
des Lagers gegenüber dem
Abbauraum zu gewährleisten.
Die Radialwelldichtringe erreichen ihre Dichtigkeit über eine
konstruktive
Vorspannung,
Profilbeschaffenheit bzw. Metallringe oder Gewebeeinlagen
oder durch Druckunterschiede
der zu trennenden Bereiche.
Diese Dichtungen haben einen begrenzten Arbeitsbereich
in radialer Richtung. Bei Überprüfung der Antriebseinheit im
Zuge des ersten Entkernens
der Tunnelbohrmaschine fielen
Einlaufspuren am Dichtungslaufring auf (Bild 6). Die erste
Dichtung, in Vortriebsrichtung
gesehen, wies eine Einlaufspur
von 13 mm Breite und 2,8 bis
3 mm Tiefe auf. Die zweite
Dichtungsspur hatte Einlauferscheinungen von 10 mm
These seals possess a restricted working range in a radial direction. When inspecting
the drive unit in the course of
the initial gutting of the tunnel
boring machine grooves on the
seal raceway were evident
(Fig. 6). The first seal, seen in the
direction of driving, had a
groove 13 mm wide and 2.8 to
3.00 mm deep. The second seal
possessed a groove 10 mm
wide and 1.4 mm deep. After
carefully considering all alternatives it was decided to draw the
entire raceway by 15 mm and
to replace the seals. In addition
the front segments of the raceway were rotated and an oil
flushing system installed in the
leakage chamber in order to
protect the transmission oil.
Furthermore the grease for lubricating the seals was converted from Condat GR 217 EP 2 to
Condat GR 130 EP 2 in order to
arrive at a higher resistance
against bentonite. While driving
the third tunnel tube there was
a whole series of fault messages,
which related to the filter elements for the transmission oil
tank. This indicated that there
was a leak or a source of contamination affecting the transmission oil lubrication. During
an inspection of all components
belonging to the hydraulic system a medium was discovered
in the leakage chamber, which
turned out to be a mixture of
grease and bentonite. The
grease that was found turned
out to be the Condat GR 130 EP
Tunnel 7/2008
Breite und 1,4 mm Tiefe. Nach
sorgfältiger Prüfung aller
Alternativen entschloss man
sich für das Ziehen des gesamten Laufringes um 15 mm und
das Austauschen der Dichtungen. Des Weiteren wurden die
vorderen
Segmente
des
Laufringes gedreht und eine
Ölspülung in der Leckagekammer installiert, um das
Getriebeöl vor Verunreinigungen zu schützen. Außerdem wurde das Fett für
die Dichtungsschmierung von
Condat GR 217 EP 2 auf
Condat GR 130 EP 2 umgestellt, um eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Bentonit
zu erzielen. Während des
Auffahrens der dritten Tunnelröhre kam es zur Häufung
von Fehlermeldungen, die sich
auf die Filterelemente des
Getriebeöltankes
bezogen.
Diese deuteten auf eine
Undichtigkeit bzw. Verschmutzungsquelle im Bereich der
Getriebeölschmierung hin. Bei
einer Kontrolle aller Komponenten des hydraulischen
Systems wurde ein Medium in
der Leckagekammer festgestellt. Dieses war eine Mischung
aus Fett und Bentonit. Das
gefundene Fett stellte sich als
das für die Dichtungsschmierung verwendete Condat
GR 130 EP 2 heraus. Das Fett
gelangte durch ein Übermaß
an händischer Schmierung in
die Leckagekammer.
Das Fehlen der Feder in der
dritten Dichtung zum Getriebe
9 Abdichtungssystem
9 Sealing system
45
Vortriebsarbeiten Tunnel Moosach abgeschlossen
integrated in the shift plans. All
these measures led to standard
driving operations being continued.
5 Safety Concept and
Settlement Results
8 Setzungsmulde
8 Settlement trough
war ein Grund für die Verschmutzungen im Getriebeöl,
da dadurch der vorschriftsmäßige Anpressdruck der Dichtung auf den Laufring nicht gewährleistet war. Um diesen
Druck aufzubringen, wurde
das Getriebe unter einen
Überdruck vom 0,8 bar gesetzt. Des Weiteren wurde ein
Nebenstromfilteraggregat installiert, um der Verschmutzung der Filter entgegenzuwirken. Eine tägliche Kontrolle
des Austrages aus der Leckagekammer wurde ebenfalls in die
Schichtabläufe integriert. All
diese Maßnahmen führten
zum Fortsetzen des Regelvortriebes.
5 Sicherheitskonzept
und Setzungsergebnisse
Unter anderem war es
Auflage des Bauherrn, ein umfassendes Sicherheitskonzept
für den Tunnelvortrieb vorzulegen. Dies wurde im Rahmen
2 used for lubricating the seals.
The grease had got into the
leakage chamber through an
excess of manual lubrication.
The fact that the springs
were missing for the third seal
for the transmission system was
a reason for the transmission oil
being contaminated, which
meant that the required contact
pressure of the seal on the raceway was not assured. In order to
realise this pressure, overpressure of 0.8 bar was applied to
the transmission. In addition a
bypass flow filter aggregate was
installed to counteract any contamination of the filters. A daily
check-up of the discharge from
the leakage chamber was also
One of the requests made by
the client was to table a comprehensive safety concept for
the tunnel drive. This was put
into practice within the framework of producing the tunnel
manual in the form of graphic
representation of possible dangers. It included all buildings,
roads and supply installations,
which are located within the
theoretically determined settlement trough of the tunnel
tubes.
In addition it was estimated
on the basis of the characteristics of the structures and the defined divisions, which potential
dangers could occur as a result
of possible settlements. As a
consequence talks were carried
out with the individual divisions, which led to establishing
threshold values for the settlement measurements. Emergency plans were accordingly
46
der Erstellung des Tunnelhandbuchs in Form eines grafischen Gefahrenvorausschauplans umgesetzt. Er beinhaltete
sämtliche Gebäude, Straßen
und Versorgungseinrichtungen, die sich im Einflussbereich
der theoretisch ermittelten
Setzungsmulde der Tunnelröhren befinden.
Weiterhin wurde anhand
der Eigenschaften der Bauwerke und der verlegten
Sparten abgeschätzt, welches
Schadensrisiko sich durch
eventuelle Setzungen ergibt.
Dahingehend wurden speziell
mit den Spartenabteilungen
Gespräche geführt, die zu
Festlegungen von Schwellenwerten für die Setzungsmessungen führten. Es wurden
dementsprechend Notfallpläne
entwickelt, die genau festlegten, was bei einer Überschreitung eines Schwellenwertes zu
tun und wer zu informieren ist.
Im Rahmen einer wöchentlichen Gefahrenvorausschau
wurden mit den relevanten
Personen die Gefährdungspotenziale besprochen und die
notwendigen Maßnahmen eingeleitet. In der Regel wurden
Abschnitte von 100 m besprochen, sodass die Vortriebs-leistung einer Woche abgedeckt
war.
Die täglich durchgeführten
Setzungsmessungen wurden
anhand der Schwellenwerte
geprüft und mit den Maschinenvortriebsdaten wurde ein
Abgleich durchgeführt. Für besonders gefährdete Abschnitte wie z. B. die Unterfahrung
der Straßenkreuzung Dachauer Straße wurden Sicherheitsposten vorgehalten, welche die Anweisung und auch
die Ausrüstung hatten, bei
Gefahr in Verzug den Straßenverkehr bis zum Eintreffen der
Polizei zu sperren (Bild 7).
Die Erkenntnisse aus den
Messquerschnitten ergaben
bezüglich der Setzungen ein
außerordentlich positives Er-
Deutschland
Germany
Tunnel 7/2008
gebnis. Selbst aus der Überlagerung der Setzungsmessung
der beiden Tunnelvortriebe
traten nur geringe Setzungen
auf. Eine maximale Setzung
von 15 mm bestätigt das bei
diesem Projekt eingesetzte
Vortriebskonzept. Die geringe
Setzung ist ein Zeichen für die
richtige Wahl des Überschnitts
mit 10 mm über Schildschneide, des Stützdrucks mit 0,3 bar
über gerechnetem minimalem
Stützdruck und einer vollständigen Ringspaltverfüllung
(Bild 8).
6 Sanierungsmaßnahmen und
Gleistrogbau
Der Bauherr legte sehr
großen Wert auf einen qualitativ hochwertigen Ausbaustandard des Tunnels. Dabei steht
in erster Linie die Dichtigkeit
der Tunnelröhre im Vordergrund. Dahingehend wurde in
die Fertigteiltübbinge ein sekundäres Abdichtsystem eingebaut, welches im Falle von
Leckagen die Möglichkeit bietet, mittels integrierter Verpressschläuche ein Abdichtungsmedium hinter die Primärdichtung zu injizieren.
Somit kann bei Leckagen eine
komplette Ringfuge kontrolliert nachgedichtet werden,
ohne dass die üblichen schrägen und damit sehr schwierigen Bohrungen am Tübbingrand durchgeführt werden
müssen (Bild 9).
Nachdem die Tunnelröhre
abgedichtet war, wurde die
Unterbetonsohle in Betonierabschnitten zwischen 30 und
60 m hergestellt. Dabei wurde
der Beton über das Tunnelgleis
zum bereits vorbereiteten
Betonierabschnitt transportiert. Mit einer mobilen Pumpe
wurde der Abschnitt betoniert
(Bild 10).
Die nachfolgende Gleistrogverlegung erfolgte mittels
eines Gabelstaplers (Bild 11).
10 Gleistrogverlegung
10 Track trough laying
drawn up, which determined
exactly what was to be done
and who was to be informed
should a threshold values be exceeded. Potential dangers were
discussed within the scope of a
weekly projection with the relevant persons and the necessary
measures introduced. Generally
speaking 100 m sections were
discussed so that the rate of advance for a week was covered.
The settlement measurements carried out on a daily basis were checked by dint of the
threshold values and a comparison undertaken with the machine driving data. Safety stewards were maintained for parti-
11 Betoniervorgang
11 Concreting process
cularly endangered sections, such
as e.g. undercutting the Dachauer
Straße road intersection. They
were instructed and possessed
the appropriate equipment to
close off road traffic until the
police arrived should there be
any danger (Fig. 7).
The findings from the measurement cross-sections came
up with extremely positive results pertaining to the settlements. Indeed only minor settlements were registered from
the overlapping settlement
measurement for the 2 tunnel
drives. A maximum settlement
of 15 mm confirmed the driving
concept used for this project.
Driving of Tunnel Moosach concluded
Tunnel 7/2008
7 Zusammenfassung
und Ausblick
Die erfolgreiche Realisierung dieser komplexen Tunnelbaumaßnahme ist in erster
Linie auf eine sehr detaillierte
Planung und die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Maschinentechnik und
baubetrieblicher Organisation
zurückzuführen.
Sehr viele innovative Konzepte wurden entwickelt und
mit hohem Engagement des
Projektteams erfolgreich umgesetzt. Es gilt festzustellen,
dass das Projekt trotz des eng
gesetzten Zeitrahmens planmäßig verläuft und die Fertigstellung termingerecht sein
wird. Hierbei ist besonders die
Kooperationsbereitschaft des
Bauherrn, der bauüberwachenden Behörden und der öffentlichen Betriebe hervorzuheben. Nur mit der intensiven
Kommunikation war es möglich, den Bauablauf transparent zu gestalten, um somit ein
sicheres Gefühl bei allen
Projektbeteiligten zu hinterlassen.
The low settlement indicates
the proper choice of overcut
with 10 mm above the shield
cutting edge, the 0.3 bar supporting pressure above calculated minimum supporting
pressure and complete backfilling of the annular gap (Fig. 8).
6 Redevelopment
Measures and Track
Trough Construction
The client placed very great
importance on a qualitatively
high-grade lining standard for
the tunnel. First and foremost
this related to the tightness of
the tunnel tubes.
As a consequence a secondary sealing system was installed
in the precast segments, which
offered the possibility in the
event of leaks to inject a sealing
agent behind the primary seal
using integrated grouting hoses. In this way a complete ring
joint can be resealed in a controlled manner in the event of
leaks without actually having to
execute slanting and thus extremely difficult boreholes at
the perimeter of the segment
(Fig. 9).
Die Redaktion ist
für Sie da!
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Fax: +49 (0) 52 41 / 80-9650
E-Mail: [email protected]
Once the tunnel tube was
sealed, the sub-concrete base
was produced in sections of between 30 and 60 m. Towards
this end the concrete was transported via the tunnel track to
the previously prepared concreting section. The section was
concreted using a mobile pump
(Fig. 10).
Then the track trough was
subsequently laid using a forklift (Fig. 11).
7 Summary and
Outlook
The successful accomplishment of this complex tunnelling scheme can first and foremost be attributed to extremely
detailed planning and the interdisciplinary collaboration be-
47
tween mechanical engineering
and operational organisation.
Many innovative concepts
were devised and successfully
put into practice thanks to the
commitment of the project
team. It has to be emphasised
that in spite of the very tight
schedule the project is running
according to plan and will be
completed in keeping with the
deadline. In this connection, the
willingness towards cooperation on the part of the client, the
authorities supervising construction and public services
must be stressed. It was only
possible to make the construction procedure transparent
through intensive communication thus providing a feeling of
security for all those involved in
the project.