Tunnelbohrmaschinen und Komponenten im Brenner Basistunnel

Der künftig längste Eisenbahntunnel der Welt wird derzeit am Brenner aufgefahren: Seit 2007 bauen Italien und Österreich am Basistunnel, der 64 km lang werden soll. Mit allen Zufahrtswegen soll das geplante Tunnelsystem etwa 230 km lang sein – Weltrekord! Zur wichtigsten Ausrüstung beim Bau der Trasse gehört die Tunnelvortriebstechnik, die die Herrenknecht AG aus Schwanau am Rande des Schwarzwaldes liefert. Drei Tunnelbohrmaschinen (TBM) sind bereits auf der Baustelle im Einsatz, drei weitere werden in der nächsten Zeit geliefert.

„Die TBMs sind fahrende Fabriken im Berg“, erklärt Albert Feißt, Leiter der Fluidtechnik bei Herrenknecht. „Der Bohrkopf rotiert und durchörtert so das Gestein. Das ausbrechende Material wird über verschiedene Förderbänder nach hinten aus dem Tunnel herausbefördert.“ Gesichert wird der Fels mit einer Innenschalung aus Tübbingen: „Mit einem fernbedienten Manipulator, dem Erektor, werden vorgefertigte Segmente aus Stahlbeton gesetzt“, sagt Feißt. „Diese sogenannten Tübbinge bilden einen Ring. Der Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser des Tübbings und dem Berg wird mit Perlkies verfüllt, um diesen frisch gebauten Ring einzubetten und zu stabilisieren.“ Für die Förderung dieses Verfüllmaterials brauche man viel Druckluft, die von den im Nachläufer mitfahrenden Atlas-Copco-Kompressoren erzeugt und abgerufen wird.

Druckluft wird zur Atemluft

Dass die Druckluft nicht ausfällt, kann überlebenswichtig sein. „Beim Werkzeugwechsel am Bohrkopf werden die Techniker in Druckluftkammern ein- und ausgeschleust“, erklärt Albert Feißt von Herrenknecht. Hierzu würde die Druckluft zu Atemluft aufbereitet. Laut Feißt sei der Brenner zwar ein großes Projekt, in anderen Projekten gebe es aber weit extremere Anforderungen an die Bohrtechnik, wenn zum Beispiel am Bosporus unter dem Meer bei 12 bar Außendruck gebohrt werde. „Je nach Geologie werden andere Techniken eingesetzt“, so Feißt. In weichen Böden würden zum Beispiel Vortriebsmaschinen mit Erddruckstützung verwendet. Bei diesen Erddruckschilden diene eine Art Brei aus konditionierter Erde als Stützmedium. „Hier nutzen wir die Druckluft dazu, das Bohrgut mit Hilfe von Schaum zu konditionieren.“ Der unter Druck erzeugte, formstabile Schaum entstehe aus Wasser, einem Tensid und Luft. Er reduziere den Verschleiß und erzeuge ein gut zu transportierendes, pastöses Fördergut und behindere das Eindringen von Wasser aus dem Erdreich. „Der Schaum verhindert also, dass Erde unkontrolliert in die Maschine eindringt“, klärt der Fluidtechniker auf. In atmosphärischem Druck löse sich dieser Schaum wieder auf.

Druckluft – zu 100 Prozent verfügbar

Eine der Tunnelbohrmaschinen, die am Brenner zum Einsatz kommt, stand Ende 2017 noch in Schwanau. Etwa 100 Meter lang ist diese fahrende Fabrik, der Durchmesser des Bohrkopfs beträgt etwa 10 Meter. Neun Schraubenkompressoren liefern die von der TBM benötigte Druckluft. Sie sind am Ende der Anlage platziert und mit einer Ansaugklappenregelung ausgestattet. Herrenknecht verwendet modifizierte öleingespritzte Schraubenkompressoren aus der GA-Serie von Atlas Copco, meistens mit Wasserkühlung. Auf der „Brenner-Anlage“ sind fünf Maschinen des Typs GA 55 HE sowie vier GA 90 HE installiert. In der Regel genügt einer, um die Grundlast bereitzustellen, sprich, um Fett- und Wasserpumpen, Armaturen mit pneumatischen Antrieben oder auch Druckluftschrauber zu versorgen. Die anderen acht Kompressoren werden schlagartig aktiv, wenn Perlkies hinter die Tübbinge geblasen werden muss. „Wir nutzen im Durchschnitt nur 10 bis 15 Prozent der gesamten Druckluftkapazität“, sagt Feißt. „Aber wenn die Leistung abgerufen wird, muss sie zu hundert Prozent da sein.“ Daher müssten die Kompressoren, die ständig im Stand-by-Modus laufen, absolut zuverlässig sein.

Lösungen für Platzprobleme

Die Fettpumpen gehören zu den regelmäßig benötigten Druckluftverbrauchern an Bord.

Speziell für Herrenknecht hat Atlas Copco die Volllast-Leerlauf-Kompressoren mit einer mechanischen Volumenstromregelung über Klappen ausgestattet. Die Luft wird hierdurch in der jeweils benötigten Menge geliefert. „Wir konnten durch die Ansaugklappenregelung Windkessel einsparen und damit ein Platzproblem lösen“, erzählt Feißt. Ebenfalls aus Platzgründen sind die GA-Kompressoren für Herrenknecht kompakter gestaltet als die Standard-Serie. Wegen der rauen Umgebung und des Grubenstaubs haben die Atlas-Copco-Experten außerdem Heavy-Duty-Ansaugfilter eingebaut, die verhindern, dass Schmutz in die Kompressoren gelangt.

Außerdem verfügen sie über einen speziellen Regler für das Temperaturmanagement, da sie leistungsmäßig überdimensioniert sind. „Wir bauen bewusst in alle Komponenten unserer TBMs 20 Prozent Redundanz ein, denn im Berg müssen sich alle auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit der eingesetzten Maschinen verlassen können“, betont Feißt. Weil die Kompressoren nicht regelmäßig ihrer Leistung entsprechend gefordert werden, erreicht das Öl, das sie zur Schmierung benötigen, nicht die erforderliche Betriebstemperatur. Infolgedessen würde sich Wasser im Öl anreichern, da es nicht durch die Temperatur abgesondert würde. „Die Maschinen verfügen daher über ein spezielles Kühlwassermanagement“, sagt Feißt.

Schneller Service muss sichergestellt sein

Herrenknecht habe sich für Atlas Copco als Lieferanten unter anderem wegen der internationalen Ausrichtung entschieden, sagt Josef Gruseck, Mitglied der Geschäftsleitung Traffic Tunnelling der Herrenknecht AG. „Wir liefern unsere Maschinen in die ganze Welt und garantieren dafür, dass unsere Komponenten laufen. Das müssen unsere Lieferanten durch ihren Service sicherstellen. Bei Atlas Copco gibt es für uns sozusagen ein ‚rotes Telefon‘, das wir in Notfällen anrufen. Im Tunnelbau können wir uns keine Verzögerungen leisten, die dadurch zustande kommen, dass Komponenten ausfallen“, streicht Gruseck heraus.

Ulrike Preuß