Warum einen Abbruchhammer beim Aushub in Tunneln verwenden

Vielseitigkeit, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die örtlichen Gegebenheiten sind die Vorteile, die die Wahl auf den Abbruchhammer für den Tunnelaushub fallen lassen

Der Einsatz des Abbruchhammers für den Tunnelaushub ist eine Entscheidung, die aus ganz bestimmten Gründen getroffen wird. Natürliche Tunnel gehören zu den komplexesten Bauwerken, die ausgeführt werden müssen, sowohl aufgrund der logistischen Schwierigkeiten, die mit Aushub-, Konsolidierungs- und Räumungsarbeiten verbunden sind, als auch aufgrund der Risiken der so genannten „geologischen Unsicherheit“. Die im Zuge der Planungsphase auf der Grundlage der von der Geognostik bereitgestellten Daten gefällten Entscheidungen sind möglicherweise tatsächlich nicht an die realen Bedingungen vor Ort angepasst, was insbesondere für den Fortgang der Arbeiten schwerwiegende Folgen hinsichtlich der Effektivität und Produktivität der gewählten Aushub- und Konsolidierungssysteme haben kann. Obwohl die Technologie des maschinellen Vollaushubs (TBM – Tunnel Boring Machine) heutzutage besonders bekannt und aufgrund ihrer schnellen Ausführungsgeschwindigkeit weit verbreitet ist, muss man auch sagen, dass diese Technologie in mehr als einem Fall enorme Probleme für das Unternehmen und den Auftraggeber verursacht hat, wenn die geomechanischen Bedingungen der Masse von den tatsächlichen abweichen. Dies führt zu Verzögerungen, großen wirtschaftlichen Verlusten und sogar gefährlichen Situationen für die auf der Baustelle arbeitenden Personen. Der Einsatz des Abbruchhammers beim Tunnelaushub ermöglicht es, sich schnell und wirtschaftlich an die sich ändernden Eigenschaften des Gesteins anpassen. 

Wie funktioniert ein Abbruchhammer

Der Abbruchhammer ist eine Maschine, deren Aufgabe es ist, die Energie einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in mechanische Energie umzuwandeln, um das Material zum Brechen zu bringen. Der Aufprall zwischen der Schlagmasse und dem Werkzeug wandelt die kinetische Energie der bewegten Masse in Schlagenergie um, die über das Werkzeug selbst auf das abzutragende Material übertragen wird. 

Die hydraulischen Abbruchhämmer arbeiten in der Regel in zwei verschiedenen Modi: 

• Abbruch durch Eindringen
  Dabei werden felsige Materialien durch die Kombination von Spannungswellen und der Treibkeilwirkung, die durch die besondere Form des verwendeten Werkzeugs erzeugt wird, zerkleinert. Bei dieser Art des Abbruchs sind die Schärfe und die Form des verwendeten Werkzeugs von grundlegender Bedeutung, um eine gute Produktivität des Hammers zu erzielen. 

• Abbruch durch Schlagen
  Diese Methode zeichnet sich dadurch aus, dass der Materialbruch allein durch Spannungswellen mit Hilfe des Einsatzes flacher Werkzeuge erfolgt. Typische Anwendungen sind der Abbruch großer Blöcke und Felsbrocken.

Die Wahl des geeigneten Werkzeugs ist ein entscheidender Faktor, um die maximale Produktivität des hydraulischen Abbruchhammers zu erreichen. 

Dank seiner langjährigen Erfahrung im Bereich schwieriger Abbrucharbeiten in Tunneln hat Indeco verschiedene Arten von Werkzeugen mit dem Ziel entwickelt, unter allen Einsatzbedingungen die beste Leistung zu erzielen. 

Eine Hilfe für die Wahl des richtigen Tunnelaushubwerkzeugs

Die Wahl der Vortriebsmethode für einen natürlichen Tunnel ist ein komplexer Entscheidungsprozess, bei dem verschiedene Faktoren zusammenwirken, die sich nicht auf eine einfache Kosten-Nutzen-Analyse zurückführen lassen. Dies basiert natürlich auf geologischen Überlegungen (RMR, RQD, GSI usw.), aber auch auf den tatsächlichen Schwierigkeiten des Fortschritts (Aushub – Abbau – Konsolidierungszyklus) und auf logistischen und wirtschaftlichen Einschätzungen in Bezug auf die Anzahl der Mitarbeiter, Maschinen und Geräte, die Zugänglichkeit der Baustelle, Umweltauflagen usw. Um eine erste grobe Analyse der verwendbaren Aushubmethode durchzuführen, schlägt Indeco auf seinem FocusOn eine Bewertungsmethode mittels „Kriterienmatrix“ vor, die viele Faktoren berücksichtigt, die die Wahl des Aushubmittels unterstützen.

Die analysierten und verglichenen Aushubsysteme sind:

• Aushub unter Verwendung von hydraulischen Abbruchhämmern
• Aushub mittels TBM (Tunnel Boring Machine)
• Aushub mittels Sprengstoff

Probleme beim Einsatz der TBM 

Obwohl sie bis heute als die effizienteste Aushubmethode gilt, ist die Einsatzflexibilität der TBM gering und in Folgenden fällen wird sogar davon abgeraten: 

1. Wenn keine ausreichenden Daten zur Homogenität der Gesteinsmasse entlang der gesamten Aushubstrecke vorliegen
2. Bei hohem Bruchniveau oder besonders kritischen hydrogeologischen Bedingungen
3. In natürlichen Tunneln mit einer Länge von weniger als zwei Kilometern (aufgrund zu hoher Kosten)
4. Wenn die Strecke besonders ausgeprägte Kurvenradien erfordert
5. Wenn ein polyzentrischer Abschnitt erforderlich ist (anstelle eines perfekten Kreises)
6. Wenn die logistischen Bedingungen die Montage/Demontage nicht einfach machen

Probleme beim Einsatz von Sprengstoffen

Als traditionelle Abbaumethode sind Sprengstoffe sicherlich nicht zu unterschätzen, vorausgesetzt jedoch, dass die Gesteinsmasse Kompaktheitseigenschaften aufweist, die eine ausreichende Wirksamkeit gewährleisten. Wenn die Gesteinsmasse eine begrenzte Härte hat und vor allem rissig ist, gewährleistet Sprengstoff in der Tat keine zufriedenstellende Produktionswerte. 

In diesen Fällen können Hammer und Sprengstoff als komplementäre Aushubmethoden angesehen und gewechselt werden, wenn Massen vorhanden sind, die zwischen starker Kompaktheit und Härte und stärkerem Brechen bei geringerer Härte schwanken. 

Die Vorteile des Abbruchhammers beim Tunnelaushub

Die Wahl des des Abbruchhammers beim Tunnelaushub als Aushubmethode ist zweifellos eine ideale Lösung, wenn der Tunnel durch geomechanische Profile und Abmessungen gekennzeichnet ist, die den Einsatz anderer Methoden wie der Volltunnelbohrmaschine (TBM) oder von Sprengstoffen schwierig oder unwirtschaftlich machen. Genau aus diesen Gründen hat der Abbruchammer in Italien, einem der Länder der Welt, das über eine große Anzahl natürlicher Tunnel verfügt, in einem von Massen geprägten Gebiet, in dem Aushub und Konsolidierung besonders komplex sind, eine weit verbreitete Anwendung gefunden.