Extreem dik staal op maat voor gigantische ‘boorwormen’

Platen met een dikte van 220 mm en een breedte van 4 meter? Voor Dillinger is het geen probleem om die te produceren. De Duitse staalproducent is dan ook al meer dan 15 jaar een belangrijke leverancier van Herrenknecht, ’s werelds grootste producent van tunnelboormachines. Bij de bouw van deze giganten is het high-performance dikke plaatstaal van Dillinger onontbeerlijk.

De tunnelboormachines van Herrenknecht worden over de hele wereld ingezet, met diameters van 0,10 tot 19 meter in verschillende ondergronden. Daaronder zijn giganten zoals Sissi, die de Gotthard Basistunnel doorboorde met een draaimoment van meer dan 8000 kNm. Per jaar produceert Herrenknecht ongeveer 60 grote tunnelboormachines. Zo’n TBM bestaat uit ongeveer 80.000 onderdelen, waarvan ruim 30 procent op complexe voorgeproduceerde en voorgemonteerde eenheden komt. Eigenlijk is geen TBM hetzelfde. De specificaties zijn afhankelijk de geologie, hydrologie, de omstandigheden op de bouwplaats en de wensen van de klant. Elke tunnelboormachine levert maatwerk op het hoogste niveau.

Boorkop
Het belangrijkste en voorste gedeelte van de TBM is de boorkop, in sommige gevallen ook wel snijwiel genoemd. De gereedschappen daarop verwijderen het materiaal en transporteren dit naar achteren. Zo zorgen bijvoorbeeld de dubbelschild boorkoppen in de rond 20 kilometer lange dubbele buizen van de Noorweegse Follo-Line tunnel met meerdere duizenden tonnen stuwkracht voor een efficiënte afgraving. Om deze enorme krachten te weerstaan worden ze vrijwel volledig gemaakt uit tot maximaal 280 mm dikke groot formaat platen van Dillinger. Ook de vier volwandig aan het monoblock gelaste segmenten van het 7.9 meter grote snijwiel dat werd gebruikt bij de Brenner Basistunnel zou zonder de extra dikte en breedte van het plaatmateriaal uit Dillingen niet maakbaar zijn. “De verhouding van breedte en dikte van Dillinger is heel goed”, zegt Stephan Göggel, productieleider bij Herrenknecht in Schwanau. “We gebruiken vrijwel uitsluitend de kwaliteit S355 in een dikte van 200 mm en met een bijzondere breedte om zo veel mogelijk lasnaden te besparen.”

Rond 80 procent van de platen zijn stalen van de klasse S355J2+N, volgens de normen van Herrenknecht met een verlaagd koolstofgehalte voor goede laseigenschappen.

De buitengewone breedte van de platen is ook gewenst bij de bouw van het schild, dat vrijwel dezelfde diameter heeft als de boorkop. Het beschermt de hoofdaandrijving en steunt het uitgeboorde gat totdat het helemaal is bekleed. Uit negen, tot maximaal 4,2 brede en 10 meter lange platen wordt een schild met een doorsnee van 15 meter gebouwd en gelast. “We waarderen Dillinger omdat zij ondanks de noodzakelijke korte levertijden ons de afmetingen kunnen leveren die we nodig hebben en die het materiaalverlies reduceren”, aldus Göggel.

Aandrijving en versnelling
Ook voor de versnellingsbak waarvan de maten worden bepaald door het draaimoment en de gewenste stuwkracht, zijn de extreem dikke platen van Dillinger in grote formaten voor Herrenknecht onmisbaar. Want de aandrijving en de versnellingsbak vormen als voorgemonteerde eenheid het grootste en tevens zwaarste deel van elke tunnelboormachine. Karakteristiek van de TBM’s van Herrenknecht zijn monoblock versnellingsbakken Zij garanderen maximale stabiliteit voor de eveneens bijzondere constructie van het aandrijvingsblok daarmee betrouwbaarheid voor de klanten. Want bij Herrenknecht realiseren vele individuele motoren die in een hoofdhoofdaandrijving worden gebundeld, het draaimoment voor de boorkoop. Het record wordt momenteel gevormd door maar liefst 49 gebundelde motoren in een boor voor een verkeerstunnel in Madrid. Daar werd de boorkop aangedreven met een draaimoment van 96.000 kNm.

100 procent Dillinger staal: de extreem dikke platen zijn onmisbaar voor de behuizing van de versnellingsbak. De dimensies daarvan zijn afhankelijk van het gewenste draaimoment en de stuwkracht.

Optimaal gesneden
Voor de constructie van deze zware monoblock versnellingsbakken levert Dillinger eveneens de dikste platen die er überhaupt op de markt zijn. Het tot maximaal 240 mm dikke plaatstaal wordt in optimale lengte en breedte gesneden, zodat ze met een gewicht van 25 ton nog handelbaar zijn voor Herrenknecht. Ook de afstands-, draag- en adapterringen, lagers en seals bouwt Herrenknecht zelf, slechts de hydraulische componenten worden ingekocht. Tot maximaal tien ringen worden per aandrijving verbouwd met diameters van 3 tot 8 meter en een stukgewicht tot 15 ton. Dillinger maakt de platen voor de ringen, Herrenknecht walst deze tot een dikte van 120 mm en een breedte van 400 mm. Bij grotere formaten zoals voor de Santa Lucia tunnel in Noord-Italië, grijpt de tunnelboormachineproducent terug op de competentie van Dillinger. Zo walst de Heavy Fabrication divisie van Dillinger de 200 mm dikke platen die daarvoor al door Herrenknecht op maat zijn gesneden.

Snelle levering
Zodra bij Herrenknecht de constructie van een TBM met de exacte maten voor de platen vaststaat, kan de levering van de grote platen voor productieleider Göggel en zijn medewerkers niet snel genoeg gaan. De reden: de hele machine wordt gebouwd rondom de versnellingsbak zodat de voorgang van het project vooral afhangt van de leverbetrouwbaarheid van Dillinger. Juist daarom werken beide bedrijven al zo lang samen. Dillinger kan de projectspecifieke groot formaat platen binnen acht tot tien weken leveren. “Dat is heel snel”, aldus Göggel.

Goede laseigenschappen
Rond 80 procent van de platen zijn stalen van de klasse S355J2+N, volgens de normen van Herrenknecht met een verlaagd koolstofgehalte voor goede laseigenschappen. De grote platen van Dillinger garanderen hogere kerfslagwaarden dan de norm vereist en dragen daarmee bij aan het vereiste veiligheidsniveau van de constructie. Aanvullend op de gebruikelijke ultrasound inspecties verzekeren bij speciale toepassingen bovendien Klasse S3E3 inspecties dat de platen vrij zijn van insluitingen, verontreinigingen en grote ontmengingen in de kern van de plaat. Ook voor speciale producten in de Z-klasse (Z15, Z25 Z35) voor belasting in de plaatdikterichting bij grote plaat- en lasnaaddikten vertrouwt Herrenknecht op de high-performance platen van Dillinger.

Om stabiliteit te verzekeren bevestigt Herrenknecht I-balken op de achterplaat van de versnellingsbak behuizing, die bestaat uit vier segmenten Dillinger staal.

In de componentenfabriek van Herrenknecht in Schwanau worden alle noodzakelijke vormen gesneden de individuele elementen aansluitend geassembleerd, gewalst, mechanisch bewerkt en tot een complete versnellingsbak voorgemonteerd. Van boorkop tot einde van het schild is een tunnelboormachine 6 tot 10 meter lang. Daarachter komt ook nog van alles, zodat de uiteindelijke ‘boorworm’ vaak wel honderden meters lang is. Voor de afname door de klanten worden de machines bij Herenknecht opgebouwd, gevuld met alle noodzakelijke operationele en hulpmiddelen, en op laagspanning getest. Daarna worden de giganten tijdig op de afgesproken locatie geleverd en in bedrijf gesteld. “Daarom is tijdige levering onze belangrijkste eis aan Dillinger, zodat wij onze deadlines halen”, zegt Göggel. “Daar moeten we op kunnen vertrouwen. Naast ervaring biedt Dillinger bovendien het breedste productspectrum aan plaatdikten, lengtes, breedtes en klassen. We hebben heel veel platen met specificaties en hoge stukgewichten zoals 220 mm dik staal met een breedte van 4 meter. Daarmee is Dillinger echt van topniveau.”