Development of a disc cutter force and face monitoring system for mechanized tunnelling / Ortsbrustmonitoring und Leistungsprognose bei TBM-Vortrieben

The loading on the tools of a TBM can usually only be estimated through the global thrust force, which gives a typical force of about 250 kN for 17" discs. The actual loading is however highly variable, with peak loads that can be many times the nominal load. In the present paper the development and implementation of a method is presented, which makes it possible to measure disc forces in-situ and in real time. It turns out that the measured forces are unevenly distributed over the area of the face and can be correlated with geological/geotechnical features in the face. Furthermore, a method is presented which makes it possible to document the face photographically. Single images or videos are combined to an overall image by means of digital image processing. The quality of the pictures obtained in this way can provide a significant improvement of the geological documentation of TBM drives.
Die Belastungen von TBM-Abbauwerkzeugen können in der Regel nur über die globale Vorschubkraft abgeschätzt werden, woraus sich eine durchschnittliche Anpresskraft von etwa 250 kN für 17"-Disken ergibt. Die tatsächliche Belastung ist jedoch stark ungleichmäßig mit Spitzenkräften, die ein Vielfaches der nominellen Last betragen können. Im vorliegenden Beitrag wird die Entwicklung und Implementierung einer Messmethodik vorgestellt, die es ermöglicht Diskenkräfte in situ und in Echtzeit zu messen. Es zeigt sich, dass die gemessenen Kräfte ungleich über die Ortsbrust verteilt sind und mit geologisch/geotechnischen Merkmalen der Ortsbrust korreliert werden können. Darüber hinaus wird eine Methodik präsentiert, die es ermöglicht, die Ortsbrust fotografisch zu dokumentieren. Dabei werden einzelne Bilder oder Videos mittels Methoden der digitalen Bildverarbeitung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Qualität der Bilder ist geeignet, die geologische Dokumentation bei TBM-Vortrieben wesentlich zu verbessern.