Verschleißkostenprognose für Schneidrollen bei maschinellen Tunnelvortrieben in Festgesteinen

Bei der Planung von maschinellen Tunnelvortrieben im Festgestein ist eine der Aufgaben, eine möglichst genaue Prognose der zu erwartenden Kosten für Abbauwerkzeuge vorzunehmen. Die bisherigen Veröffentlichungen haben sich auf den Primärverschleiß und die daraus resultierenden Standzeiten konzentriert. Neben Primärverschleiß treten weitere Verschleiß- und Schadensbilder an Schneidrollen auf, die einen Einfluss auf die Standzeit und die Reparaturkosten haben. Außerdem werden die Schneidringe in der Praxis häufig nicht auf das maximale Verschleißmaß abgenutzt, so dass die tatsächliche Standzeit im Allgemeinen nur bei 62 % der theoretisch möglichen Standzeit liegt. Mit steigender Standzeit der Schneidrolle steigt der Anteil der Schneidrollen, die bei Wiederaufbereitung komplett demontiert werden müssen, weil dann zunehmend der Verschleiß an Dichtungen und Lagern in den Vordergrund tritt. Dementsprechend nehmen auch die durchschnittlichen Materialkosten für die Wiederaufbereitung mit steigender Standzeit zu. Diese Auswertungen sind als Verschleiß-Prognosemodell zusammengefasst und erlauben neben der Materialkostenprognose auch eine Prognose der Standzeiten bzw. der einzuplanenden Stillstandszeiten der Tunnelbohrmaschine (TBM) für Werkzeugwechsel und des Personalaufwands bei der Wiederaufbereitung der Schneidrollen. Es zeigt sich, dass eine große Streubreite beim funktionalen Zusammenhang zwischen beobachtetem Verschleiß im Vergleich zum CERCHAR-Abrasivitätsindex auftritt. Ursachen hierfür sind nicht modellierte bzw. quantifizierte Einflüsse und die natürliche Varianz der geotechnischen Parameter. Durch die stochastische Modellierung der Eingangsparameter des Prognosemodells und Anwendung der Monte-Carlo-Simulation lassen sich Aussagen zur Prognosegenauigkeit machen. Wegen der nicht-linearen funktionalen Zusammenhänge im Prognosemodell und den häufig schiefen Wahrscheinlichkeitsverteilungen der geotechnischen Parameter folgen auch die prognostizierten Penetrationen und Standzeiten schiefen Verteilungsfunktionen. Dies ist von Bedeutung, weil dadurch eine reine Betrachtung von arithmetischen Mittelwerten nicht die beste Schätzung für den Erwartungswert der Werkzeugkosten ergibt. Um trotz der erheblichen zu erwartenden Streuung der tatsächlichen Standzeiten und Werkzeugkosten das damit einhergehende Risiko zu minimieren, ist ein Risikomanagement sinnvoll, das Eingang in die Vertragsgestaltung findet, eine baubegleitende Dokumentation umfasst und versucht, durch Vortriebsoptimierung den Werkzeugverschleiß so niedrig wie möglich zu halten.