TY - THES

T1 - Entwicklung eines Modellversuchs zur Schneidbarkeitsermittlung von Hartgestein

AU - Lorenz, Stefan

N1 - gesperrt bis null

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die Ermittlung der Penetration bildet eine wichtige Grundlage für die Leistungsermittlung von Tunnelbohrmaschinen (TBM). Die heute in der Praxis gebräuchlichen Modelle zur Penetrationsprognose bauen überwiegend auf Ergebnissen aus geotechnischen Standardversuchen auf und führen zu stark abweichenden Leistungsprognosen. Versuche wie die einachsiale Druckfestigkeit oder die indirekte Zugfestigkeit, können den Versagensmechanismus beim Werkzeugeingriff an der Ortsbrust von TBMs aber nur unzureichend nachbilden und eigenen sich daher nur begrenzt für die Verwendung in Prognosemodellen. Ergebnisse aus Schneidversuchen im Maßstab 1 zu 1 können den Lösevorgang besser nachbilden, für diese Versuche sind aber eigene Versuchsaufbauten erforderlich und benötigen große Probenkubaturen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Versuchsapparatur entwickelt, um den Schneidprozess einer TBM im Modellmaßstab nachzubilden. Das Ziel ist es mit einer einfach handhabbaren Vorrichtung die beim Schneidvorgang von Gesteinen auftretenden Kräfte zu ermitteln. Für diesen Modellschneidversuch wurde eine Vorrichtung konstruiert, die für den Einbau in hydraulische Prüfpressen, wie sie in Felsmechaniklaboratorien verfügbar sind, geeignet ist. In einer ersten Entwurfsphase wurden unterschiedliche Anforderungen an den Versuchsaufbau, wie die Verwendung eines skalierten Rollenmeißels, die Möglichkeit zur Variation der Penetration und die des Schneidspurabständes berücksichtigt. In den weiteren Phasen wurden die Maschinenelemente auf die auftretenden Kräfte bemessen, ein dreidimensionales Modell erstellt und die Apparatur gefertigt. Um die Qualität der Ergebnisse des Versuchsaufbaus zu beurteilen, wurden Resultate des Modellschneidversuches mit Ergebnissen von großmaßstäblichen Schneidversuchen der Colorado School of Mines (CSM) verglichen. Die Auswertung zeigt ein ähnliches Verhalten in Bezug auf die auftretenden Kräfte. Das lässt den Schluss zu, dass Modellschneidversuche als Eingangsparameter für Penetrationsprognosemodelle sehr gut geeignet sind.

AB - Die Ermittlung der Penetration bildet eine wichtige Grundlage für die Leistungsermittlung von Tunnelbohrmaschinen (TBM). Die heute in der Praxis gebräuchlichen Modelle zur Penetrationsprognose bauen überwiegend auf Ergebnissen aus geotechnischen Standardversuchen auf und führen zu stark abweichenden Leistungsprognosen. Versuche wie die einachsiale Druckfestigkeit oder die indirekte Zugfestigkeit, können den Versagensmechanismus beim Werkzeugeingriff an der Ortsbrust von TBMs aber nur unzureichend nachbilden und eigenen sich daher nur begrenzt für die Verwendung in Prognosemodellen. Ergebnisse aus Schneidversuchen im Maßstab 1 zu 1 können den Lösevorgang besser nachbilden, für diese Versuche sind aber eigene Versuchsaufbauten erforderlich und benötigen große Probenkubaturen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Versuchsapparatur entwickelt, um den Schneidprozess einer TBM im Modellmaßstab nachzubilden. Das Ziel ist es mit einer einfach handhabbaren Vorrichtung die beim Schneidvorgang von Gesteinen auftretenden Kräfte zu ermitteln. Für diesen Modellschneidversuch wurde eine Vorrichtung konstruiert, die für den Einbau in hydraulische Prüfpressen, wie sie in Felsmechaniklaboratorien verfügbar sind, geeignet ist. In einer ersten Entwurfsphase wurden unterschiedliche Anforderungen an den Versuchsaufbau, wie die Verwendung eines skalierten Rollenmeißels, die Möglichkeit zur Variation der Penetration und die des Schneidspurabständes berücksichtigt. In den weiteren Phasen wurden die Maschinenelemente auf die auftretenden Kräfte bemessen, ein dreidimensionales Modell erstellt und die Apparatur gefertigt. Um die Qualität der Ergebnisse des Versuchsaufbaus zu beurteilen, wurden Resultate des Modellschneidversuches mit Ergebnissen von großmaßstäblichen Schneidversuchen der Colorado School of Mines (CSM) verglichen. Die Auswertung zeigt ein ähnliches Verhalten in Bezug auf die auftretenden Kräfte. Das lässt den Schluss zu, dass Modellschneidversuche als Eingangsparameter für Penetrationsprognosemodelle sehr gut geeignet sind.

KW - scaled cutting test

KW - penetration prediction

KW - cuttability

KW - hard rock

KW - Modellschneidversuch

KW - Penetrationsprognose

KW - Schneidbarkeit

KW - Hartgestein

M3 - Masterarbeit

ER -