Groundhog Alpha

Swissloop Tunneling

Swissloop Tunneling ist ein studentischer Verein der ETH Zürich und forscht an neuen Lösungen für die Tunnelbauindustrie. Im 2021 hat das Team ihre erste Tunnelbohrmaschine gebaut und nach dem heimischen tunnelbauenden Murmeltier «Groundhog Alpha» benannt.

Prototyp mit einzigartigen Steuerungsmechanismus

Wendiger als herkömmliche Maschinen

Zusätzlich erlaubt das innovative Tunnelausbausystem die Tunnelröhre im 3D Druckverfahren herzustellen. Mit diesem neuartigen Verfahren wird eine kontinuierliche Produktion angestrebt, frei von vorgefertigten Elementen.

Swissloop Tunneling wurde als eines von zwölf Teams aus 400 anfänglichen Bewerbern an Elon Musks Not-A-Boring-Competition eingeladen. Beim Finale des Wettbewerbs im Sommer 2021 in Las Vegas  gewannen die Studierenden mit «Groundhog Alpha» den Innovations- und Design Award sowie den zweiten Platz.

Groundhog Alpha

Der Prototyp

Im Laufe des letzten Jahres haben die Studierenden «Groundhog Alpha» entworfen, konstruiert und getestet. Dabei verfolgte der Verein bewusst einen sehr innovativen Ansatz. Swissloop Tunneling ist überzeugt, dass dieser neuartige Weg die Basis für künftige Lösungen im Tunnelbau sein wird.

Der Prototyp besitzt folgende Dimensionen und Subsysteme:

  • Länge: 7 m
  • Masse: 2.5 t
  • Durchmesser: 0.56 m
  • Antriebskraft: max. 200 kN
  • Rotationsgeschwindigkeit des Bohrkopfs: 27 rpm
  • Geplante Geschwindigkeit: 0.5 cm/s

Abbau und Abtransport

Zerkleinerung des Materials mit einem Eigendesign

Das Schneidrad ist an verschiede Geologien angepasst und wird genutzt, um den Untergrund von der Ortsbrust zu lösen. Mit einem Konusbrecher in der Erosionskammer werden grössere Gesteinsbrocken dann auf ca. 1-2 cm zerkleinert. Der Konusbrecher wird dabei von Wasserhochdruckdüsen unterstützt. Im letzten Schritt wird die Schlacke durch eine Venturi-Vakuumpumpe aus der Erosionskammer herausgezogen.

Steuerung

Wendigkeit durch 6 Präzisionszylinder

Für die Steuerung wurde ein massgeschneidertes hydraulisches Hexapod-System entworfen. Die sechs hydraulischen Präzisionszylindern ermöglichen dem Bohrkopf sechs Freiheitsgrade. Zusätzlich kann in Notsituationen das hydraulische System wie ein Presslufthammer verwendet werden, bei welchem der gesamte Bohrkopf in Schwingung gebracht wird, mit einer Frequenz von bis zu 20 Hz.

Tunnelausbau

Neuartige In-Situ Produktion des Tunnelausbaus

Zur Herstellung der Tunnelwand ist ein spezieller Polymer-3D-Drucker in die Maschine eingebaut. Mithilfe von robusten Glasfaserlamellen und einem Zwei-Komponenten-Polymer wird eine 15 mm dicke Tunnelwand in situ fabriziert.

Vortrieb

Kontinuierlicher Vortrieb durch einen ausgeklügelten Mechanismus

Der Vortriebsmechanismus besteht aus 16 eng aufeinander abgestimmte Hydraulikzylinder, die alternierend gegen den Polymerausbau drücken und gleichzeitig so die nötige Vorschubkraft von 200 kN für den Vortrieb aufbringen können. Der ausgeklügelte Vortriebsmechanismus erlaubt eine kontinuierliche Bewegung.

Zusammenarbeit mit Implenia

Gemeinsam näher zu einer funktionierenden Tunnelbohrmaschine

Die Zusammenarbeit zwischen Implenia und Swissloop Tunneling geht dieses Jahr in die zweite Runde.

«Wir konnten schon letztes Jahr auf die Implenia zählen und freuen uns diese Partnerschaft in der Zukunft weiter zu vertiefen. Wir haben sehr viel vom technischen Know How profitieren können. Wir sind zwar alle technikbegeistert, waren aber absolute Tunnelbauanfäger. Da war es wichtig, dass die Implenia uns half, die Randbedingungen richtig festzulegen.

Die diesjährige Unterstützung sieht vor, dass man weiterhin im Austausch steht bezüglich technischer Fragen. Zusätzlich dürfen wir nun aber auch noch auf die Infrastruktur von Implenia zugreifen. Da gehört zum Beispiel ein neun Tonnen schwerer Radbagger für unsere Testfläche dazu, der für unsere Arbeiten unerlässlich ist.

Ich will mich deshalb nochmals ganz herzlich bei allen Beteiligten für diese wertvolle Unterstützung bedanken. Es bleibt spannend!»

Miguel Nunes, Vorstandsmitglied bei Swissloop Tunneling und Trainee bei Implenia.

Vision

Next challenge: Not-a-Boring Competion 2023 in Austin, TX

Das Swissloop Tunneling  Team bereitet sich auf die neue Ausgabe von Elon Musks Not-a-Boring Competion vor, die anfangs 2023 in Austin, Texas, stattfinden wird. Dafür wird die Tunnelbohrmaschine ausgiebig getestet und weiterentwickelt. Mit dieser neuen Iteration hat man sich das Ziel gesetzt, ein weiteres Mal am Wettbewerb Erfolge zu feiern.

Swissloop Tunneling will sich langfristig jedoch nicht nur als Wettbewerbsteam verstehen, sondern auch als Forschungsplattform für motivierte Studierende. Dabei soll die Entwicklung von innovativen (Mikro-)Tunnellösungen forciert werden. Dafür ist die Implenia der richtige Partner!