Wie Ingenieure im Silvertown Tunnel für einen Rekord „Stickstoff-Skates“ verwenden

Ingenieure, die am Silvertown-Tunnel arbeiten, haben den ersten 1.400-Tonnen-Abschnitt der größten Tunnelbohrmaschine (TBM) Großbritanniens mithilfe eines innovativen „Stickstoff-Skate“-Systems in der Aufnahmekammer erfolgreich um 180° gedreht.

Der Silvertown Tunnel ist ein neuer zweiröhriger Straßentunnel, der derzeit unter der Themse zwischen Silvertown und Greenwich gebaut wird. Es wird von Riverlinx CJV, einem Joint Venture von Bam Nuttall, Ferrovial und SK Ecoplant, für Transport for London geliefert.

Am 15. Februar brach die TBM bei Greenwich auf der Südseite des Flusses durch, nachdem sie den 1,1 km langen Vortrieb für den Tunnel in Richtung Süden abgeschlossen hatte.

Bei den meisten Tunneln mit zwei Röhren werden entweder zwei TBMs verwendet oder die einzelne TBM wird abgebaut und für den zweiten Vortrieb an den ursprünglichen Startpunkt zurückgebracht. Die örtlichen, zeitlichen und finanziellen Einschränkungen beim Silvertown-Tunnel-Projekt führten dazu, dass das Team beschloss, eine Möglichkeit zu finden, die Maschine um 180° zu drehen und sie zurück unter den Fluss zu schicken, um den 1,1 km langen Tunnel in Richtung Norden zu bohren.

„Dies war aus Kosten- und Programmsicht die effizienteste Art, die beiden Tunnel zu bauen“, sagte Riverlinx-Betriebsleiter Borja Trashorras. „Und dabei haben wir es auf die innovativste Art und Weise gemacht, die wir konnten, auf eine Art und Weise, die es in Großbritannien noch nie zuvor gegeben hat.“

TBMs seien in ähnlicher Weise in Paris und Stuttgart gedreht worden, erklärte Trashorras, aber in beiden Fällen habe dies nur dazu beigetragen, den Abtransport der Maschinen zu erleichtern – und nicht, um einen weiteren Tunnel zu bohren.

Das wurde auch noch nie mit einer so großen Maschine gemacht. Die Silvertown-Tunnel-TBM ist vom Bohrkopf bis zum Ende ihrer Ersatzportale 82 m lang und der Bohrkopf hat einen Durchmesser von 12 m. Allein der Tunnelschild ist vom Schneidkopf bis zur Rückseite der Förderschnecke 19 m lang und wiegt 1.400 t.

An der Stelle, an der die TBM von ihrem Vortrieb in Richtung Süden bei Greenwich durchbricht, wurde eine Rotationskammer ausgehoben. Die Kammer ist von der Bodenplatte bis zur Oberfläche 18 m tief, von der Kopfwand bis zur Rückwand 40 m lang und 39 m breit. Die TBM wird in vier Abschnitten in die Kammer einfahren – dem Schild und den drei Ersatzportalen.

Der Schild wurde zuerst in die Kammer und auf ein plattformartiges Rückhaltesystem gebracht, das es ihm ermöglichte, den Ringdruck bei 40 bar aufrechtzuerhalten, so dass er die Zementringe auch beim Heraustauchen weiter einbauen konnte. Als der Schild vollständig aus dem Tunnel herausgekommen war, wurde er vom angrenzenden Portal getrennt.

Die TBM brach mit einem Gefälle von 4 % in die Rotationskammer ein und stieg von der flachen Basis des Tunnels unterhalb des Flusses an die Oberfläche. Der erste Schritt beim Drehen bestand darin, sicherzustellen, dass es eben war.

Der erste Schritt zur Nivellierung des Schildes bestand darin, den Schneidkopf leicht aus dem Rest des Schildes herauszubewegen. „Diese Maschine ist hinsichtlich ihres Schwerpunkts sehr empfindlich“, erklärte Riverlinx-Projektmanager Ivor Thomas. Während sich der Schneidschild aus dem Tunnel herausbewegte, wurde darunter ein spezielles hydraulisches System zur Nivellierung installiert. Ein großes Stahlband wurde angebracht, um die Rückseite des TBM-Schildes beim Herauskommen aufzufangen. Die Hydraulikzylinder befanden sich direkt unter diesem Band und wurden dann verwendet, um die Rückseite des Schildes auf Höhe der Vorderseite anzuheben.

Die Wiege hält den TBM-Kopf und sitzt auf den Hydraulikzylindern und dem Stickstoff-Skatesystem

Im nächsten Schritt „schwebte“ ein Spezialstahlgestell unter dem TBM-Schild auf Stickstoffkufen, die rund um die Unterseite des Gestells angebracht waren. Bei den Stickstoffschlitten handelt es sich um ein System hydraulischer Füße, die auf einer Schicht komprimierten Stickstoffs sitzen und es der Wiege, die die Maschine hält, ermöglichen, über die Oberfläche zu „gleiten“.

„Maschinen wurden schon früher mit Druckluft betrieben, aber um eine Maschine dieser Größe mit Druckluft zu betreiben, hätten wir wahrscheinlich alle Kompressoren im Vereinigten Königreich mieten müssen“, sagte Thomas. „Wir haben Stickstoff verwendet, weil er allgemein verfügbar, inert, nicht giftig und leichter als Luft ist – und man bekommt viel für sein Geld. Wir konnten für dieses System eine Bank mit 12 Flaschen Stickstoff verwenden.“

An der Oberseite des Systems sind hydraulische Ölheber aus Edelstahl mit 350 bar angebracht, die nach oben und unten angehoben werden können, um die Feinnivellierung der Maschine vorzunehmen und sicherzustellen, dass sie wirklich horizontal steht. Darunter befinden sich die Schlittschuhe, breite und flache runde Füße mit Gummischürze, in die Stickstoff durch Schläuche eingepumpt und auf 250 bar gehalten wird. Wenn die Wiege zum Bewegen bereit ist, wird das Hydrauliksystem gesperrt und die Schlittschuhe bewegen sich auf einer Stickstoffblase. Der Boden der Rotationskammer ist mit einer Schicht aus 20 mm dicken Stahlplatten bedeckt, die in Position gebracht und anschließend geölt werden, um die Bewegung der Schlittschuhe zu erleichtern.

Ingenieure kümmern sich um die Wiege und sitzen auf dem Stickstoff-Skate-System

„Wir heben es nicht an; beim Stickstoffsystem geht es darum, die Reibung zwischen der Stahlplatte und der Maschine aufzulösen“, erklärte Thomas. „An der Unterseite jedes Rollschuhs befindet sich eine Schürze, und wir pumpen sehr kleine Mengen Stickstoff hinein. Wir ölen die Stahlplatten und lösen die Reibung auf, sodass wir 1.400 Tonnen Maschine bewegen können.“

Die Bewegung erfolgt durch Ziehen mit ferngesteuerten 25-Tonnen-Luftwinden, die an den Wänden der Rotationskammer verankert sind. Der Schild wurde vom Tunnelportal weggezogen, dann seitwärts gezogen, um zwei „Handbremsdrehungen“ durchzuführen, bevor er für die zweite Bohrung mit der Tunnelöse ausgerichtet wurde. „Es ist wie ein großes Luftkissenfahrzeug“, sagte Thomas. Die Drehung und Bewegung von einer Seite der Kammer zur anderen dauerte einen Tag.

Die an der 25-Tonnen-Luftwinde befestigte Wiege auf dem Stickstoff-Skatesystem

Der gleiche Vorgang wird im April mit dem ersten Portal wiederholt. Das Portal ist leichter als der Schildkopf, aber länger. „Aus Platzgründen ist Portal eins wahrscheinlich am schwierigsten zu realisieren“, sagte Trashorras. „Von den Grundprinzipien her ist die Rotation jedoch genau die gleiche: Wir stellen die Wiege darunter und ziehen sie mit dem an der Wand verankerten Flaschenzugsystem.“

Nach der Drehung wird das erste Portal wieder am Schneidschild befestigt und die TBM beginnt mit dem sogenannten Nabelstart, der Ende April beginnen soll. Die Teil-TBM wird auf der zweiten Bohrung beginnen und etwa 70 m in den Vortrieb reichen. In der Zwischenzeit werden die zweite und dritte Gantry in die Kammer gebracht, gedreht und befestigt. Sobald die gesamte Länge der TBM wieder angeschlossen ist, kann der Grabvorgang in den „Vollmodus“ übergehen. Es besteht die Hoffnung, dass dies bis Ende Juni erreicht werden kann.

Nachdem die TBM vollständig aus dem Tunnel in Richtung Süden entfernt ist, kann der Abraumförderer angebracht werden. Dieser Gürtel wird den Abraum von der TBM zurück in den Tunnel in Richtung Norden transportieren, in der Rotationskammer eine Kehrtwende machen und ihn durch den Tunnel in Richtung Süden nach Silvertown zurückbringen. Von dort wird es per Lastkahn vom Standort abtransportiert.

Die Drehung der TBM für den Silvertown-Tunnel dürfte ein wegweisender Prozess für andere Projekte sein, die eine Doppelröhre erfordern, sagte Trashorras. „Andere Kunden betrachten dies jetzt als Potenzial für zukünftige Projekte, bei denen sie versuchen, es so effizient wie möglich zu machen und andere Ziele wie Kosten, CO2-Fußabdruck oder reduzierte Materialien zu erfüllen“, sagte er. „Ich kann nicht verraten, um welche Kunden es sich handelt, aber die Leute sind sehr daran interessiert zu erfahren, ob dies ein Erfolg war und ob es irgendwo anders im Vereinigten Königreich präsentiert werden kann.“

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