Determination of the system behaviour based on data analysis of a hard rock shield TBM / Analyse der Maschinenparameter zur Erfassung des Systemverhaltens beim Hartgesteins‐Schildvortrieb
Authors: Radoncic Nedim , Hein Mario , Moritz Bernd 
Published: October 2014

Both the technical boundary conditions and the usual advance rates achieved during hard rock TBM shield drives severely limit the ability of the on‐site‐personnel to document the geological conditions and the system behaviour at appropriate intervals. A systematic and continuous short‐term investigation of the rock mass conditions is performed on the construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel (obtained by impact drillings and geophysical methods). The difference in scales and the fact that no continuous inspection of the ground conditions can be performed lead to a gap between the prognosis and the observed behaviour and a direct comparison is seldom possible.

Based on the daily comparison between the observed behaviour and the analysed machine data, a state‐of‐the‐art interpretation method has been developed. This method allows reliable conclusions regarding the primary aspects of the system behaviour and thus enables deductions on the geological/geotechnical conditions which have been encountered. The identification of the relevant parameters and suitable analysis methods has been performed in a “trial and error” manner: machine parameters deemed relevant in theory have been continuously compared with the observations on site and depending on the results, found usable or discarded.

Reliable knowledge about the face stability, qualitative degree of fracturing of the rock mass, occurrence of over excavation in the cutter head area, the state of the annular gap and the blockiness of the rock mass can be deduced by applying this method. The results are used on daily basis by the on‐site geologist and geotechnical engineer in order to verify the prognosis and recommend additional/auxiliary construction measures.

Sowohl die technischen Rahmenbedingungen als auch die üblichen Vortriebsgeschwindigkeiten einer Tunnelvortriebsmaschine mit Schild (TVM‐S oder TVM‐DS) im Hartgestein beschränken die Fähigkeit des verantwortlichen Personals, die geologisch‐geotechnischen Verhältnisse bzw. das Systemverhalten anhand der augenscheinlichen Inspektion und der geotechnischen Messdaten zu erfassen. Da am Baulos KAT2 des Koralmtunnels eine systematische und lückenlose Vorauserkundung betrieben wird, entsteht dadurch eine “Lücke” zwischen der Prognose (anhand der Bohrungen und/oder der geophysikalischen Methoden) und den beobachteten Verhältnissen.

Auf Grundlage bestehender Veröffentlichungen konnten für die täglichen Vergleiche zwischen dem beobachteten Systemverhalten und den analysierten Maschinendaten im Zuge des kontinuierlichen Vortriebs KAT2 ein Verfahren entwickelt werden, das zuverlässige Aussagen über die wesentlichen Aspekte des Systemverhaltens beim kontinuierlichen Vortrieb erlaubt und somit Rückschlüsse hinsichtlich der aufgefahrenen geologisch‐geotechnischen Verhältnisse ermöglicht. Die Identifikation der relevanten Parameter und der Auswerteverfahren erfolgte im “Trial‐and‐error”‐Verfahren: Alle theoretisch relevant erscheinenden Maschinenparameter wurden mit den Beobachtungen vor Ort verglichen und in den endgültigen Satz von aussagekräftigen Parametern aufgenommen bzw. als unbrauchbar verworfen.

Zuverlässige Aussagen über die Ortsbruststabilität, den qualitativen Zerlegungsgrad, die Profilmaßhaltigkeit im Bohrkopfbereich, den Zustand des Ringspalts und die Blockigkeit des Gebirges können mit diesem Verfahren getroffen werden. Die Ergebnisse werden täglich von den verantwortlichen Geologen und Geotechnikern verwendet, um die Prognosen zu verifizieren, das Prognosemodell stetig fortzuschreiben und zu verfeinern und nach Erfordernis Zusatz‐ bzw. Sondermaßnahmen zu empfehlen.