Die Inspiration für die Schildmaschine „Untergrunddrache“ stammt tatsächlich von einer Molluske

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Liu Xin (Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas)

Hersteller: China Science Expo

Als China 1997 mit dem Bau des Qinling-Tunnels begann, waren wir aufgrund technologischer Einschränkungen gezwungen, uns an Deutschland zu wenden und zwei Tunnelbohrmaschinen im Wert von 350 Millionen Yuan zu kaufen. Auch diese beiden Maschinen waren nicht neu. Ihre häufigen Ausfälle waren wie unüberwindbare Abgründe und jedes Mal mussten sie auf ausländische Ingenieure warten, die aus der Ferne kamen und sie reparierten. Dies verzögerte nicht nur den Projektfortschritt, sondern verletzte auch jeden chinesischen Ingenieur zutiefst.

Beim Bau der Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke wurden wir erneut mit der schweren Prüfung einer technologischen Blockade konfrontiert. Die deutsche Wilt Company bot einen astronomischen Preis – eine Tunnelbohrmaschine kostete 700 Millionen Yuan! Darüber hinaus behaupteten die deutschen Experten arrogant: „Selbst wenn man den chinesischen Ingenieuren noch hundert Jahre Zeit gäbe, würden sie nicht in der Lage sein, eine Tunnelbohrmaschine zu bauen!“ Dies stellt nicht nur eine schwere wirtschaftliche Belastung dar, sondern auch eine große Beleidigung unserer nationalen Würde.

Wir sind entschlossen, uns unabhängig weiterzuentwickeln! Im Jahr 2008 wurde die erste Verbundschildmaschine meines Landes mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten geboren – China Railway No. 1!

Am 25. April 2008 lief die Schildmaschine „China Railway No. 1“ in Xinxiang, Henan, vom Band.

(Fotoquelle: Beijing Daily)

Die Schildmaschine, auch Schildtunnelbohrmaschine genannt, ist eine spezielle Ingenieurmaschine für den Tunnelvortrieb, die Spitzentechnologie integriert. Wie der Name schon sagt, arbeitet die Schildmaschine nach der „Schildmethode“. „Schild“ bedeutet „Schutz“ und bezieht sich auf die Schildhülle, und „Struktur“ bedeutet „Konstruktion“ und bezieht sich auf die Montage von Rohrsegmenten. Vereinfacht kann man es sich als zylindrisches Stahlbauteil vorstellen, das sich beim Ausheben des Bodens entlang der Tunnelachse vorwärts bewegt. Seine Hülle dient als temporäre Stütze für den ausgehobenen, unverkleideten Tunnelabschnitt, indem sie dem Druck des umgebenden Erdreichs und manchmal auch dem Grundwasserdruck standhält und ihn fernhält.

Funktionsprinzip der Schildmaschine

(Bildquelle: Baidu Encyclopedia)

Die Inspiration für die Schildmethode kann man von einem winzigen Architekten in der Natur finden – dem Schiffsbohrwurm. Schiffsbohrwürmer sind Meeresweichtiere, die sich von Holz ernähren und sich in Holzbretter eingraben und dort leben können.

Schiffsbohrwurm

(Fotoquelle: poi-australia-Website)

Die Schale des Schiffsbohrwurms hat eine scharfe Vorderseite und ist mit Zacken bedeckt, was seine Waffe ist, um Holzbretter zu durchdringen und Platz zu schaffen. Diese Struktur ähnelt stark dem riesigen Schneidkopf an der Vorderseite einer Schildmaschine, die einen riesigen Schneidkopf verwendet, um sich wie ein langer Stahldrache unter der Erde zu drehen und dabei Gestein und Erde zu „fressen“.

Die Inspiration für das Design der Schildmaschine stammte ursprünglich vom französischen Ingenieur Brunel, der im späten 18. Jahrhundert das Phänomen der Lochbohrwürmer als Schiffsbohrwürmer entdeckte. Brunauer beobachtete, dass Schiffsbohrwürmer beim Durchbohren von Holzbrettern eine Flüssigkeit absonderten, die die Wände der Löcher überzog und so eine zähe Schutzhülle bildete, die der Ausdehnung der Bretter bei Nässe entgegenwirkte und verhinderte, dass sie plattgedrückt wurden. Dieses Naturphänomen inspirierte ihn dazu, das Prinzip des Tunnelvortriebs mit Schildmaschinen vorzuschlagen. Die von ihm nach diesem Prinzip konstruierte „offene, von Hand gegrabene Schildmaschine“ erhielt ein britisches Patent.

Wenn wir unsere Aufmerksamkeit auf die mittleren und hinteren Teile der Schildmaschine richten, werden wir die Komplexität und Raffinesse ihrer Struktur erkennen. Der mittlere und hintere Teil der Schildmaschine integriert den soliden Schutz der vorderen und hinteren Schilde sowie ein entscheidendes hydraulisches Antriebssystem, bei dem die Hydraulikzylinder die Kraftquelle darstellen, genau wie die Muskelfasern in den starken Körpersegmenten des Schiffsbohrwurms. Gleichzeitig wird zur Erhöhung der Stabilität des Tunnels jedes Mal, wenn die Schildmaschine eine bestimmte Strecke vorrückt, automatisch ein Ring aus Betonsegmenten an der Innenwand des Tunnels montiert. Auch die Zwischenräume zwischen den Tübbingen und der Tunnelwand müssen mit Mörtel verfüllt werden, um die Stabilität der gesamten Tübbingschicht zu erhalten und ein Eindringen von Wasser in den Tunnel zu verhindern.

Schiffsbohrwurm (Bildnachweis: Blue Zoology)

Wenn es um die Abfallentsorgung geht, bieten Tunnelbohrmaschinen und Schiffsbohrwürmer eine überraschende Resonanz. Das integrierte, effiziente Förderbandsystem der Schildmaschine kann die während des Aushubvorgangs anfallenden großen Abfallmengen schnell beseitigen und so die Sauberkeit und Effizienz der Baustelle gewährleisten. Schiffsbohrwürmer, im Meer lebende Weichtiere, verfügen ebenfalls über einen effizienten Mechanismus zur Abfallbeseitigung. Um ihr Inneres sauber zu halten, scheiden sie Stoffwechselabfälle schnell über spezielle Röhren an der Rückseite ihres Körpers aus. Dieses geniale Design der Natur hilft nicht nur Schiffsbohrwürmern beim Überleben in rauen Umgebungen, sondern bietet auch wertvolle biologische Inspiration für den Menschen.

Familienporträt der Großschildmaschine des China Railway Tunnel Bureau

(Bildquelle: The Paper)

Heute können Chinas Schildmaschinen nicht nur Berge und Gebirgskämme überqueren, sondern auch Flüsse und Meere. Sie werden häufig bei verschiedenen Tunnelbauprojekten eingesetzt und haben sogar beim Erdgastransportprojekt zwischen China und Russland das Jangtse-Flussschildprojekt erfolgreich abgeschlossen. Diese Reihe von Erfolgen demonstriert nicht nur die herausragende Leistung der chinesischen Schildmaschinentechnologie, sondern spiegelt auch Chinas große Stärke im Infrastrukturbau wider.

Schildmaschine „Qiyue“

(Fotoquelle: Wen Wei Po)

Im Jahr 2012 ging die erste Tunnelbohrmaschine von China Railway Equipment ins Ausland und schlug damit ein neues Kapitel in der Internationalisierung chinesischer Tunnelbohrmaschinen auf. In den folgenden Jahren entwickelte sich China Railway Equipment allmählich zu einem weltweit führenden Unternehmen in der Tunnelbohrmaschinenbranche. Seine Produkte wurden in viele Länder und Regionen exportiert und fanden auf dem internationalen Markt große Anerkennung und Lob.

Die Schildmaschine meines Landes wird zum Geburtsort der Schildmaschinen und zum Produktionskraftwerk der Welt gehen, um U-Bahnen zu bauen

(Bildquelle: Science and Technology Daily)

Von nichts zu etwas, von schwach zu stark: Die Entwicklungsgeschichte der chinesischen Schildmaschinen ist eine Kampfgeschichte voller Herausforderungen und Ruhm. Dieser Prozess demonstriert nicht nur Chinas unabhängige Forschungs- und Entwicklungsfähigkeiten und seinen Innovationsgeist, sondern zeigt auch die enorme Kraft der chinesischen Weisheit und des Nationalgeistes. So wie sich Tunnelbohrmaschinen unter der Erde weiterhin stetig bewegen, schreitet auch China auf dem Weg der wissenschaftlichen und technologischen Innovation entschlossen voran und baut damit ein solides Rückgrat für das Land auf.