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(Tabelle: Freiheitsgrade der Bewegung der Vortriebs-/Schildmaschine [FI-Steina])
(Bild: Freiheitsgrade der Bewegung einer Vortriebsmaschine in Anlehnung an [Schad03] [Bild: S&P GmbH])

Die 3-D-Koordinaten x,y und z beschreiben die augenblickliche Ist-Position im Raum, d.h. die Translationen der Vortriebs-/Schildmaschine.

Die Richtungsdaten - Rotationen um die einzelnen Achsen - lassen Aufschlüsse und Prognosen über die Tendenz des weiteren Richtungsverlaufes …

(Bild: Vortriebssteuerung)

Aufgaben der Vortriebssteuerung:

  • Möglichkeit der Richtungskorrektur

  • Festlegung der optimalen Größe und Dauer der Steuerbewegung zur Wiedererreichung oder Einhaltung der Soll-Lage unter Berücksichtigung der Boden- und Maschinenkennwerte bei manueller Steuerung bzw. deren Berechnung bei automatischer Steuerung

(Bild: Fehlsteuerungen in vertikaler oder/und horizontaler Ebene bei geradlinigem Vortrieb [Scher77a])

Die …

(Bild: Kontroll- und Steuerstand)

Hauptbedienungsstand:
Bedienungsstand, von dem aus der Abbauvorgang und die Vorwärtsbewegung der Tunnelbaumaschine gesteuert werden.
[EN16191:2014]

Bedienungsstand:
Jeder Ort einer Tunnelbaumaschine oder des Nachläufers, von dem eine oder mehrere Funktionen der Tunnelbaumaschine, des Nachläufers oder ihrer unabhängigen Funktionseinheiten durch das Bedienungspersonal gesteuert werden.
[EN16191:2014]

Wichtig:

Maschinenabhängig kommen unterschiedliche Varianten zur Vortriebssteuerung zum Einsatz.

Zur Vortriebssteuerung kommen in Abhängigkeit von dem Vortriebsverfahren die dargestellten Varianten zum Einsatz.

(Tabelle: Steuerungsvarianten zur Vortriebssteuerung)
(Bild: Rotation und Vorschub des Bohrgestängestranges = geradeaus)
(Bild: Verdrängungs- und Steuerungsprinzip des ACEMOLE PL 30 in Anlehnung an [Manab98] [Bild: S&P GmbH] - Verschwenken …

(Bild: Rotation und Vorschub des Bohrgestängestranges = geradeaus)
(Bild: Vorschub des Bohrgestängestranges ohne Rotation und die Steuerfläche zeigt auf 12 Uhr = Aufwärtsbewegung)
(Bild: Vorschub des Bohrgestängestranges ohne Rotation und die Steuerfläche zeigt auf 6 Uhr = Abwärtsbewegung)

(Video: Verdrängungs- und Steuerungsprinzip des ACEMOLE PL 30)

Bei der Vortriebssteuerung mit Führungszylinder ist der Steuerkopf gelenkig mit dem Rohrstrang verbunden und kann mit dem Führungszylinder, wie in der Animation dargestellt, gesteuert werden.

Animation: Verdrängungs- und Steuerungsprinzip des ACEMOLE PL 30 in Anlehnung an [Manab98] [Bild: S&P GmbH]. Dieses interaktive Objekt ist ausschließlich in der Online-Version des Moduls sichtbar.

Steuerzylinder:
Im Bohr- und Steuerkopf bzw. zwischen Schneidenschuss und Nachläufer installierte Hydraulikzylinder zur Einleitung oder Korrektur von Richtungsänderungen der Vortriebs-/ Schildmaschine (not found).

(Video: Steuerung der Schildmaschine mittels Steuerpressen)
Video: Steuerung der Schildmaschine mittels Steuerpressen [Bild: S&P GmbH]. Dieses interaktive Objekt ist ausschließlich in der Online-Version des Moduls sichtbar.


Die eigentliche Problematik bei der Steuerung stellt die Festlegung der Größe der Steuerbewegung (z.B. Hub der einzelnen Steuerzylinder bzw. Stellung der abgeschrägten Seite des Verdrängungs- bzw. Bohrkopfes bzw. des schräggestellten Lenkkopfes) bei Erkennen einer Abweichung von der vorgegebenen Trasse und Gradiente dar.

Wichtig:

Beim Mikrotunnelbau bzw. Rohrvortrieb sind abrupte Richtungswechsel und Steuerkorrekturen zu vermeiden, da sie zur Einleitung …

Bei der Steuerung selbst ist zu berücksichtigen, dass nach dem Einleiten des Steuervorganges der Bohr- bzw. Verdrängungskopf oder die Vortriebs-/Schildmaschine noch eine gewisse Strecke in der zuvor eingenommenen (falschen) Richtung weiterläuft, bevor die Richtungskorrektur wirksam wird.

Das bedeutet, dass auch die notwendige Gegensteuerung schon vor dem Erreichen der vorgegebenen Solllinie einzuleiten ist.

(Bild: Prinzip der Gelenkkette beim steuerbaren …

(Bild: Vortriebsvermessung)

Für eine planmäßige Ausführung eines Rohrvortriebes muss jederzeit genaue Kenntnis über die Position und Richtungsdaten (Neigungs- und Nickwinkel, Gierwinkel, Verrollungswinkel) der Vortriebsmaschine bestehen, so dass ein Vergleich zwischen Ist- und Solllage möglich ist und ggf. Steuerungskorrekturen vorgenommen werden können.

Bei der Lage- und Richtungsbestimmung kommen zum Einsatz:

  • optische Messgeräte (Theodolit, …

In der Ingenieurvermessung allgemein, aber auch beim grabenlosen Leitungsbau auf der Basis des Prinzips des Rohrvortriebs werden die Horizontal- oder Lagemessungen sowie die Vertikal- oder Höhenmessungen vornehmlich mit optischen Geräten durchgeführt. Folgende Messinstrumente bzw. -geräte kommen dabei zum Einsatz:

  • Theodolit
  • Richtlaser
  • Lasertheodolit

(Bild: Darstellung und Aufbau des Theodolitprinzips [Kahme97]) (Bild: Richtlaser (GEO Vortriebs-…

Der Theodolit ist ein Instrument zum Messen von Horizontal- und Vertikalwinkeln. Seine Hauptbestandteile sind der um die vertikale Stehachse drehbare Oberbau mit dem vertikalen Teilkreis, dem um eine horizontale Kippachse drehbaren Zielfernrohr, dem Unterbau mit dem Horizontalkreis sowie Einrichtungen zum Ablesen der Kreiseinteilungen, zur Horizontierung (gleich Vertikalstellen der Stehachse) und zum Zentrieren [Deuml80] [Kahme97].

(Bild: Darstellung …
(Bild: Richtlaser)

Beim grabenlosen Leitungsbau kommen im Allgemeinen Gaslaser (Helium-Neon) mit einer Leistung von 1 mW bis 5 mW zum Einsatz.

Die Erfassung des Zielpunktes des Laserstrahls auf der Zieltafel kann durch nachstehend aufgeführte Verfahren erfolgen:

  1. Beobachtung durch ein Fernrohr, i. Allg. das eines Theodoliten.
  2. Übertragung des Zielpunktes auf einer passiven Zieltafel mit Hilfe einer Videokamera auf einen Monitor im Steuerstand.
  3. Elektronische …

Die Kopplung eines Richtlasers mit einem Theodolit ergibt den Lasertheodolit [Henne93].

In diesem Fall ersetzt der Laserstrahl den optischen Strahl. Er wird durch das Fernrohr des Theodolits geleitet und projiziert den Lichtfleck auf die Zieltafel.

Mit dem Lasertheodolit können Richtungen im Raum angegeben werden, auch ist durch Drehen des Theodolits um die Stehachse die Erzeugung horizontaler und vertikaler Ebenen möglich.

(Bild: Lasertheodolit (…

Die Bilder zeigen mögliche Ursachen für das Versagen optischer Messsysteme. Ein Versagen tritt ein, wenn der Laserstrahl nicht mehr auf die Zieltafel trifft bzw. treffen kann.

(Bild: Mögliche Ursachen für das Versagen des optischen Messsystems - Geradeausfahrt bei homogenen Baugrundverhältnissen (korrekte Erfassung des Laserstrahls))
(Bild: Mögliche Ursachen für das Versagen des optischen Messsystems - Einsinken der Vortriebsmaschine in breiig-weiche …

"Als Kreisel wird allgemein jeder starre Köper bezeichnet, der eine beliebige Drehbewegung ausführt. Fundamentale Merkmale sind sein Beharrungsvermögen (die Trägheit) und seine Präzession (die Verschwenkung auf Grund eines auf seine Rotationsachse einwirkenden äußeren Moments). Nach den Bewegungsmöglichkeiten um alle drei Achsen, um zwei Achsen oder nur eine Achse unterscheidet man Kreisel mit drei oder zwei Freiheitsgraden oder einem Freiheitsgrad" […

Im grabenlosen Leitungsbau findet der Deklinationskreisel, auch Kreisel, nordsuchender Kreiselkompass, Nordsucher, Meridianweiser oder Gyroscope genannt, Anwendung [Sachs95] [Stras83] [Künze71].

Zur Messung (Nordsuche) wird die Vortriebs-/ Schildmaschine in der Regel angehalten, um den Ablauf der Richtungsmessung nicht zu stören. Die Messdauer beträgt ca. zwei bis fünf Minuten.

Der Kreisel wird im Mikrotunnelbau und Rohrvortrieb erst ab DN/ID ≥ …

Das Messprinzip beruht auf der physikalischen Eigenschaft von Flüssigkeiten, in verbundenen Gefäßen beliebigen Querschnittes stets den gleichen Flüssigkeitsstand einzunehmen (kommunizierende Röhren).

Bei der Vermessung im grabenlosen Leitungsbau werden heute ausnahmslos elektronische Schlauchwaagen eingesetzt.

Die elektronische Schlauchwaage ermittelt während des gesamten Vortriebsverlaufs die aktuelle N.N.-Höhe der Maschine.

(Bild: Funktionsprinzip …
(Bild: Schlauchleitung der Schlauchwaage (grün) innerhalb des Rohrstranges)
(Bild: Lage- und Richtungsbestimmung)
(Bild: Lagebestimmung – Referenzmodul der Schlauchwaage (Höhenniveau immer über dem Niveau der Vortriebsmaschine))

Die elektronische Schlauchwaage besteht aus drei Modulen [FI-Bodenb]:

  • Der Schlauchleitung, welche durch den gesamten Rohrstrang mitgeführt wird und den Höhensensor in der Maschine mit dem Referenzmodul im Startschacht verbindet.

Zur Bestimmung des Neigungs- und Verrollungswinkels der Vortriebs-/Schildmaschine werden i. Allg. zwei um 90° versetzte elektronische Neigungsmesser (zweiachsige Inklinometer) auf der Basis von Flüssigkeitslibellen (als Bezugsebene dient ein Flüssigkeitshorizont) oder mikromechanischen Pendeln eingesetzt. In der Sensoreinheit werden die automatisch erfassten Winkeländerungen zu digitalen oder analogen Ausgangssignalen aufbereitet und an den zentralen …

Bei Vortriebsverfahren mit beleuchteter Zieltafel und Bildübertragung durch eine Videokamera können mechanische Pendel eingesetzt werden. Die Ablesung erfolgt auf dem Fernsehbild, ein elektrisches, für eine automatische Steuerung auswertbares Signal wird nicht erhalten.

(Bild: Mechanisches Pendel zur Messung von Änderungen des Neigungswinkels [Stein87g]).