Forecasting penetration and wear for TBM drives in hard rock – Results from the ABROCK research project / Prognose von Penetration und Verschleiß für TBM‐Vortriebe im Festgestein – Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt ABROCK
Authors: Schneider Eckart , Thuro Kurosch , Galler Robert 
Published: October 2012

The research project ABROCK – Analysis of Penetration and Cutter‐Wear for TBM‐Tunnelling in Hard Rock – is concerned with a subject that has not yet been solved satisfyingly, although it is almost as old as mechanised tunnelling. The use of a new generation of large diameter hard rock TBMs, which started in the 1990s, was a reason to take up the subject once again. Six university institutes from Austria, Germany, Switzerland and the USA combined to form a research network in order to develop a new or better forecasting model. The university institutes are working in close touch with client organisations, tunnel contractors, consultants, TBM manufacturers and experts. As the available data mostly comes from the Alps, and as the involved university institutes are mostly based in the Alps or are closely connected with the Alps, the project has been given the working name “Alpine Model”.

After detailed investigation of the best‐known forecast models, the Gehring model was chosen as the basis for further development. Its modular structure makes it possible to correctly consider the various influences of geology, cutter geometry and manner of operation. The essential parameters like cutter pressing force and rock strength are modelled with suitable algorithms. The checking and new formulation of the remaining influential factors, which is currently underway, is being performed on a theoretical, experimental and numerical basis. All algorithms were validated against operating data recorded on current projects.

Das Forschungsprojekt ABROCK – Analysis of Penetration and Cutterwear for TBM‐Tunnelling in Hard Rock – behandelt ein Thema, das bisher nicht befriedigend gelöst wurde, obwohl es beinahe so alt ist wie der maschinelle Tunnelvortrieb. Der Einsatz einer neuen Generation von Hartgesteins‐TBM mit großem Durchmesser, der in den 1990er‐Jahren begann, war Veranlassung dieses Thema erneut aufzugreifen. Sechs Universitätsinstitute aus Österrreich, Deutschland, der Schweiz und den USA haben sich zu einem Forschungsverbund zusammengeschlossen, um ein neues, verbessertes Prognosemodell zu entwickeln. Die Universitätsinstitute stehen in engem Austausch mit Bauherrn, Tunnelbaufirmen, Ingenieurbüros, TBM‐Herstellern und TBM‐Experten. Weil das zur Verfügung stehende Datenmaterial hauptsächlich aus dem Alpenraum stammt und weil die beteiligten Universitätsinstitute überwiegend im Alpenraum angesiedelt sind oder mit diesem in enger Verbindung stehen, erhielt das Projekt den Arbeitstitel “Alpine Model”.

Nach eingehender Evaluierung der bekannten Prognosemodelle wurde das Gehring‐Modell als Basis für die Weiterentwicklung gewählt. Sein modulare Ansatz erlaubt es, die unterschiedliche Einflüssen aus Geologie, Meißelgeometrie und Betriebsweise methodisch einwandfrei zu berücksichtigen. Die maßgeblichen Parameter wie Meißelandruckkraft und Gesteinsfestigkeit werden durch geeignete Algorithmen modelliert. Die Überprüfung und Neuformulierung der übrigen Einflussfaktoren, die zurzeit im Gange ist, erfolgt auf theoretischer, experimenteller und numerischer Basis. Sämtliche Algorithmen werden anhand der bei aktuellen Projekten aufgezeichneten Betriebsdaten validiert.