Tunnel-spezifisches hydraulisches Felsbohrgerät: Geringes Geräuschpegel, hohe Stabilität, effizient in engen Räumen

Der Kaminiko-Straßentunnel in der Präfektur Hiroshima wurde durch Granit mit einer Druckfestigkeit von über 200 MPa geführt, wobei sich Wohngebäude 70 Meter oberhalb der Tunnelsohle befanden. Für lange Abschnitte kam Sprengung nicht infrage. Das Bau-Team benötigte einen hydraulischen Felsbohrer, der eine freie Fläche von 3,5 m² pro Stunde in hartem Gestein erzeugen konnte, und zwar in einem Tunnelquerschnitt, in dem kein Platz für große Geräte zur Manövrierung vorhanden war und bei dem keinerlei Toleranz für durch Vibrationen verursachte Bodenschäden im darüberliegenden Bereich bestand.

Dieser Satz an Randbedingungen definiert das tunnel-spezifische Bohren – nicht nur engere Raumverhältnisse, sondern ein völlig anderes ingenieurtechnisches Anforderungsprofil: Lärm, Stabilität unter begrenzten Vibrationsbedingungen, Spülleistung bei eingeschränkter Luftzufuhr sowie ein Bohrarm-Geometrie, die eine vollständige Tunnelquerschnittsabdeckung ermöglicht, ohne dass die Maschine selbst durch den Querschnitt passt, den sie bohren soll. Jede dieser Anforderungen steht in Konflikt mit den anderen, und ein Bohrer, der für Streckenbohrungen im Tagebau ausgelegt ist, würde mehrere davon verfehlen.

Die geometrische Randbedingung: Warum kompakt nicht gleich unterdimensioniert bedeutet

Tunnel-Jumbo-Bohrgeräte werden nach dem Querschnitt klassifiziert, den sie abdecken können, nicht nach den Abmessungen des Trägerfahrzeugs. Eine Anlage mit einer Nennleistung für Querschnitte von 7–35 m² erfordert eine Auslegergeometrie, die das gesamte Profil der Tunnelsohle – Gewölbe, Sohle und Seitenwände – erreicht, ohne dass das Trägerfahrzeug neu positioniert werden muss. Dies erfordert einen gelenkigen Ausleger mit paralleler Haltefähigkeit, sodass der Vorschubträger unabhängig von der Position des Auslegers stets senkrecht zur Bohranordnung steht.

Was dies für den Felsbohrer selbst bedeutet: Er muss 12–20 kW Schlagleistung in einem kompakten Drifter-Gehäuse liefern. Die Stufenkolbenbauweise, die bei einigen tunnelorientierten Drillern eingesetzt wird, verbessert die Effizienz der Schlagenergieübertragung gezielt, weil sie auf Leistungsdichte statt auf Spitzenenergie optimiert ist. Ein 15-kW-Stufenkolben-Drifter in einem 3,5 m × 1,8 m großen Tunnelquerschnitt kann bei 80–120 MPa festem Gestein eine Durchdringungsgeschwindigkeit von 2 m/min aufrechterhalten und passt gleichzeitig in ein Trägerfahrzeug, das durch einen Zugangsstollen mit 2,5 m × 1,5 m Querschnitt hindurchfährt.

Die flachbauenden Konfigurationen – wie die Klasse KJ212, die für Strecken mit Abmessungen von nur 3,5 m × 1,8 m konzipiert ist – verwenden einen klappbaren Ausleger speziell deshalb, damit die Maschine durch einen Abschnitt von 2,5 m × 1,5 m fahren und sich dann an der Arbeitsfront auf ihre volle Arbeitshöhe entfalten kann. Das ist keine nachträgliche Überlegung; vielmehr stellt dies eine grundlegende Konstruktionsanforderung für Entwicklungsstrecken in Erzgängen mit schmalem Erzgang dar.

Lärm im Tunnel: Wo die Standard-Spezifikation zu einer Konformitätsfrage wird

Offenes Gesteinsbohren erzeugt am Bedienerstandort auf einem offenen Gelände 95–115 dB. In einer Tunnelstrecke mit 5 m × 5 m ergeben dieselben Schlagenergien jedoch keine Möglichkeit zur Schallabsorption – die Reflexion des Schalls an den Beton- oder Spritzbetonwänden führt zu einer Nachhallverstärkung von 10–15 dB. Eine dauerhafte Exposition über 85 dB löst nach den meisten bergbaulichen Rechtsvorschriften die Verpflichtung zum Tragen von Gehörschutz aus; bei Werten über 100 dB in geschlossenen Räumen greifen zudem Beschränkungen der Schichtdauer.

Das geräuscharme Drifter-Design arbeitet auf zwei Ebenen: Schwingungsentkopplung zwischen dem Schlagmodul und der Tragstruktur (zur Reduzierung der Körperschallübertragung in den Bohrarm und den Rahmen) sowie gedämpfte Spül-Auspuffführung, wobei Luft als Spülmedium dient. Bei Wasserspülung wird ein Teil des Schlaggeräusches von Natur aus unterdrückt, und gleichzeitig wird Staub kontrolliert – beides wichtige Faktoren beim Einsatz in einem Tunnelvortrieb, wo sich Staub schneller ansammelt, als er durch Lüftung abgeführt werden kann.

Vorschriften bei Tunnelbauprojekten in städtischen Gebieten – also Straßen- und Schienenprojekten unter bebautem Gelände – legen häufig eine maximale Schwinggeschwindigkeit an der Oberfläche fest, nicht nur einen zulässigen Geräuschpegel an der Vortriebsfront. Freiflächenbohrverfahren mit hydraulischem Schlag statt Sprengung können bei Granit mit einer Festigkeit über 200 MPa eine Frontausbruchsleistung von 3,5 m²/h erreichen, während die Oberflächenschwingungen innerhalb zulässiger Grenzen bleiben – was bei sprengtechnischen Verfahren nicht gewährleistet ist.

Tunnelbohrmaschinen-Spezifikationen: Querschnitt, Bohrarm und Drifter-Klasse

Ein Zweimast-Jumbo, der typischerweise ein 50-Bohrloch-Gesichtsmuster bei einem Vorschub von 3,5 m pro Runde abdeckt, schließt den Bohrzyklus in tragfähigem Gestein üblicherweise innerhalb von 2,5–3 Stunden ab. Die Zykluszeit steigt deutlich in gebrochenem oder tonhaltigem Untergrund, wo Anti-Klemmfunktionen häufig aktiviert werden – hier verringert die automatisierte Parametersteuerung die menschliche Reaktionsverzögerung, die andernfalls zum Klemmen des Bohrgestänges führen würde.

Stabilität unter hochzyklischer Belastung in beengtem Raum

Ein Felsbohrgerät, das an einem Jumbo-Ausleger betrieben wird, überträgt Schwingungen über den Vorschubträger, die Lafettenhalterungen und die Hydraulikschläuche auf das Trägerchassis. In einem Tunnel befindet sich unter dem Chassis kein weicher Untergrund, der diese Schwingungen absorbieren könnte – es steht vielmehr auf Beton oder verdichtetem Gesteinsfüllmaterial, das sämtliche Schwingungen weiterleitet. Moderne Tunneljumbos sind daher standardmäßig mit nassen Mehrscheiben-Betriebsbremsen sowie federbetätigten hydraulisch gelösten Feststellbremsen ausgestattet, um zu verhindern, dass der Träger während des Schlagbohrens „wandert“, was die Bohrlochposition von der geplanten Stelle verschieben würde.

Eine Auslegerpositioniergenauigkeit von ±2 cm ist mit automatischen Parallelhaltungssystemen und Laserjustierung erreichbar – allerdings nur dann, wenn der Träger zum Zeitpunkt des Bohrlochanfangs („collar“) stabil steht. Verschiebt sich ein Träger bereits während des ersten Bohrmeters um 5 mm, so summiert sich die Bohrlochabweichung bis zu einer Tiefe von 4 Metern auf 50–80 mm – eine Abweichung, die das Sprengmuster beeinträchtigt und Überbruch verursacht, wodurch bei jeder einzelnen Sprengung zusätzliche Kosten für Spritzbeton entstehen.

Wartung der Dichtung und des Spülkreislaufs unter Tunnelbedingungen

Tunnelbohrgeräte sammeln Schlagstunden schneller als oberflächennahe Geräte, da die Maschine oft nicht zwischen den Bohrlöchern wie eine oberflächennahe Bohranlage bewegt werden kann. Weniger Fahrzeit bedeutet mehr Bohrzeit pro Schicht. Der Spülkreislauf insbesondere ist stärker belastet: Bei der Wasserspülung in einem engen Tunnelquerschnitt führt der Rückstrom feine Bohrgutpartikel kontinuierlich durch die Dichtungsfläche des Spülkastens, anstatt wie bei einem offenen Bohrloch an der Oberfläche klar abzusinken.

HOVOO liefert Dichtungssätze für Tunnelbohrgeräte, die auf wichtigen Jumbo-Plattformen im Einsatz sind – darunter Modelle, die auf die Bohrgerät-Spezifikationen von Epiroc, Sandvik und Montabert abgestimmt sind. Aufgrund der höheren Verschleißrate der Spülkästen bei Anwendungen im Untertagebau ermöglicht die Ausführung des Spülsatzes und des Schlagsatzes als separate austauschbare Komponenten – anstelle eines einzigen kombinierten Satzes – einen gezielten Austausch basierend auf dem tatsächlichen Verschleiß, statt beide Sätze in festen Intervallen gemeinsam auszutauschen. Modellspezifische Sätze sind unter hovooseal.com aufgelistet.