Rock mass rating and optimized performance of tunnel boring machines using machine data: Fid-Bau Portal

Rock mass rating and optimized performance of tunnel boring machines using machine data

Poisel, Rainer / Tentschert, Ewald / Zettler, Alfred H.

Maschinendaten, z.B. Anpresskraft, Energieaufnahme und Vortriebsleistung, die während des Vortriebs mittels Tunnelbohrmaschinen automatisch anfallen, bergen eine Fülle an Information über das System Gebirge-Maschine in sich. Die Möglichkeiten der Ableitung des erforderlichen Ausbaus oder von Vortriebsklassen aus diesen Daten zusammen mit Grundinformationen über das Gebirge und das Bergwasser werden diskutiert. Anhand von Beispielen werden die Leistungsfähigkeit von Fuzzy Logic basierten Auswertesystemen demonstriert und die Vor- und Nachteile solcher Systeme diskutiert. Diese Vorgangsweise bietet auch die Möglichkeit der Leistungsoptimierung von Tunnelbohrmaschinen. Aus den angeführten, über Regelbasen verknüpften Maschinendaten zusammen mit Aufzeichnungen über Vibrationen, Temperatur am Bohrkopf und Förderbanddruck (Energieaufnahme des Förderbands) kann die optimale Anpresskraft abgeleitet werden. Bei ungünstigen Kombinationen einzelner Parameter kann auch ein Maschinenstopp empfohlen werden, um z.B. die Tunnelbrust zu kontrollieren. Die Wahl der optimalen Anpresskraft ermöglicht auch die Minimierung des Meißelverschleißes und der Reparaturkosten bei hohen Vortriebsgeschwindigkeiten.

The data of tunnel boring machines gathered during the excavation of a tunnel such as the thrust of the cutter, the power consumption and the boring meters per day provide increasing information about the interaction between the rock and the machine. Possibilities to use these data as well as basic informations about the rock and about the ground water to determine the required support or evaluate a rock mass class (RMC) are discussed in the paper. Examples are used to show the power of a fuzzy based evaluation system. The advantages and disadvantages of the suggested system are discussed. This system can be successfully applied to find the optimal performance of a TBM also. By continuously measuring the data mentioned above as well as additional parameters (e.g. vibrations, temperature and conveyer belt pressure), which are interconnected by means of rule bases, one gets indications for the optimal thrust of the cutter. In case of an unfavourable combination of certain input parameters the control system can even recommend the stop of the excavation for a check at the advance face. By finding the optimal thrust of the cutter the wear-out and repair costs can be minimized even in case of a high advance rate.