Hard rock TBM Tunnelling – on the way to a better prognosis? / TBM‐Hartgesteinsvortriebe: Auf dem Weg zu einer verbesserten Prognose?

Abstract Five universities from Austria, Germany and Switzerland, working intensively together with partners from the industry, client organisations, companies, consultants and TBM manufacturers, have combined to develop a new prognosis model for TBM advance rate and disc wear (the “ALPINE MODEL”). This article presents some new results from the project. Fundamentally, the new model is to be a development of the model from Gehring , which calculates the penetration from the ratio of disc load to uniaxial compression strength. Since this equation was derived from data collected from a limited number of projects in the 1980s, it is of great importance to widen the data base and to establish a standardised process for this purpose. For on‐site tests, the “Start‐stop‐penetration test” is considered the most efficient and suitable method. This test can be carried out with the TBM in the course of tunnelling and thus results in little delay. In addition to the recording of TBM data during the penetration test, detailed geological documentation of the face and the tunnel sides has to be undertaken, accompanied by geomechanical laboratory tests. A large number of such penetration tests have now been carried out on various tunnel projects in order to validate and improve the basic formula. Some of the first results are described in this article. Further themes include the rock mechanical parameters to be used, the influence of the primary stress conditions at the face and the abrasiveness of the rock. Fünf Universitäten aus Österreich, Deutschland und der Schweiz, die intensive mit Partnern aus der Wirtschaft, Bauherren, Firmen, Ingenieurbüros und TBM Herstellern zusammenarbeiten, entwickeln gemeinsam ein neues Prognosemodell für die TBM Vortriebsleistung und den Rollenmeißel‐Verschleiß (das “ALPINE MODEL”). In diesem Artikel werden einige neue Ergebnisse dazu vorgestellt. Grundsätzlich soll das neue Modell wie das zugrunde liegende Modell von Gehring aufgebaut sein, dessen Basis aus der Berechnung der Penetration durch das Verhältnis von Diskenlast und Einaxialer Druckfestigkeit besteht. Nachdem diese Beziehung aus Daten abgeleitet ist, die in 1980er‐Jahren aus einer beschränkten Anzahl von Projekten gesammelt wurden, ist es von unmittelbarer Bedeutung, diese Datenbasis auszuweiten und dafür ein Standardverfahren zu etablieren. Für Vor‐Ort‐Versuche wird der sog. “Start‐Stop‐Penetrationsversuch” als effizienteste und geeignetste Methode angesehen. Dieser Versuch kann mit der TBM während des Vortriebs durchgeführt werden und führt daher nur zu sehr geringen Vortriebsverzögerungen. Neben der Aufzeichnung der TBM Vortriebsdaten während des Penetrationsversuchs muss eine detaillierte geologische Dokumentation der Ortsbrust und der Laibung sowie felsmechanische Laboruntersuchungen der Gesteine vorgenommen werden. Eine große Anzahl von solchen Penetrationsversuchen wurde bei unterschiedlichen Tunnelprojekten durchgeführt, um die Basis‐Formel zu validieren bzw. zu verbessern. Einige erste Ergebnisse werden in diesem Artikel vorgestellt. Andere Themen umfassen die heranzuziehenden felsmechanischen Kennwerte, den Einfluss der Primärspannungsbedingungen an der Ortsbrust und die Abrasivität des Gesteins.