The transparent face – development work to solve problems in mechanized hard rock tunnelling / Die gläserne Ortsbrust – Entwicklungsarbeiten zur Lösung von Fragestellungen rund um maschinelle Vortriebe im Festgestein
Authors: Schuller Erik , Galler Robert , Barwart Stefan , Wenighofer Robert 
Published: June 2015

While image‐based face documentation is well established in conventional tunnelling, even photogrammetric 3D reconstruction, this technical aid is not available in mechanized tunnelling. In a research project of the Chair of Subsurface Engineering with Geodata GmbH, work is underway to develop an imaging device, which is mounted in the cutterhead of a TBM and takes pictures during the maintenance shift that can be used for a photogrammetric reconstruction of the face. In the present article, the results of the first test images are presented. These were undertaken on a tunnel boring machine on the ÖBB project Koralm Tunnel KAT2 in agreement with the research initiative of the ÖBB‐Infrastruktur AG.

Beside the optical imaging of the face, the determination of the load acting on disc cutters is another focus of research at the Chair. The Disc Cutter Load Monitoring (DCLM) system can be used to provide detailed information about the face and its properties affecting excavation with discs, and further forecasts about penetration and tool wear can also be made. The development of the disc cutter load monitoring system is part of the DRAGON project, which is supported by the European Commission under the FP7 Programme. Finally, the small scaled cutting test of the Chair of Subsurface Engineering is presented. This test rig is designed as an addition to conventional hydraulic testing presses and offers the capability of setting penetration and cutting track spacing. The samples used are half cylinders made from drill cores. The first comparison of the test results with those from large‐scale cutting tests have shown that the model cutting test delivers results that are well suitable for the forecasting of TBM performance.

Während die bildbasierte Ortsbrustdokumentation bis zur photogrammetrischen 3D‐Rekonstruktion in konventionellen Vortrieben gut etabliert ist, fehlt es im maschinellen Tunnelbau an diesen Hilfsmitteln. In einem Forschungsprojekt des Lehrstuhls für Subsurface Engineering mit der Geodata GmbH wird an der Entwicklung einer Aufnahmeeinheit gearbeitet, die im Bohrkopf einer TBM montiert wird und in der Wartungsschicht Bilder von der Ortsbrust aufnimmt, die Grundlage einer photogrammetrischen 3D‐Rekonstruktion der Ortsbrust bilden. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse erster Testaufnahmen präsentiert, die auf einer Tunnelvortriebsmaschine des ÖBB‐Projekts Koralmtunnel KAT2 in Übereinstimmung mit der Forschungsinitiative der ÖBB‐Infrastruktur AG vorgenommen wurden.

Neben der optischen Aufnahme der Ortsbrust ist die Schneidkraftermittlung von Diskenmeißeln ein weiterer Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls. Durch den Einsatz eines Disc Cutter Load Monitoring (DCLM) Systems können detaillierte Aussagen über die Ortsbrust und deren Abbaueigenschaften mit Disken als auch weiterführend Prognosen über die Penetration und den Werkzeugverschleiß getätigt werden. Die Entwicklung des Diskenkraftmesssystems erfolgt im Rahmen des DRAGON‐Projekts, das von der Europäischen Kommission im Rahmen des FP7 Programms unterstützt wird. Abschließend wird der Modellschneidversuch des Lehrstuhls für Subsurface Engineering präsentiert. Die Versuchseinrichtung ist als Ergänzung für herkömmliche hydraulische Prüfpressen konzipiert und verfügt über die Möglichkeit zur Einstellung von Penetration und Schneidspurabstand. Als Probekörper dienen Halbzylinder, die aus Bohrkernen hergestellt werden. Erste Vergleiche der Versuchsergebnisse mit jenen von großmaßstäblichen Schneidversuchen haben gezeigt, dass der Modellschneidversuch Ergebnisse liefert, die gut für die TBM Leistungsprognose geeignet sind.