Raster

Fabrikant van deze boormachines is de firma Herrenknecht uit Schwanau (Baden Württemberg). Dit bedrijf heeft veel bekendheid verworven door de horizontale boormachines die inmiddels overal ter wereld zijn toegepast. Een groot voordeel van de horizontale boortechniek zoals Herrenknecht die heeft ontwikkeld, is de enorme snelheid waarmee ook in slappe bodems tunnels gebouwd kunnen worden. Elke dag 4 meter vooruit is immers niet gek voor een tunnel in aanbouw. Direct achter de boorkop worden de betonnen elementen geplaatst die helpen voorkomen dat de tunnel weer instort. Veel sneller en goedkoper dan de bekende  ‘caisson-methode’ (waarbij de ondergrond onder een constructie wordt weggespoeld). En ideaal voor de Nederlandse situatie!  

Vertical Shaft Sinking Machine

Hetzelfde voordeel van snelheid en betaalbaarheid biedt Herrenknecht, maar dan in verticale richting met de VSM; ofwel Vertical Shaft Sinking Machine. Deze machine draait haar hand niet om voor schachten met dieptes van 160 meter en diameters van 20 meter. De verticale boortechniek van Herrenknecht heeft zich inmiddels al bewezen in projecten in Israël, Moskou, Sint Petersburg, Napels en Dortmund. Om deze VSM’s te voorzien van een betrouwbare besturing heeft Herrenknecht gekozen voor samenwerking met het team van Raster. Reden voor deze keuze waren de succesvolle besturingen die de software-engineers van Raster eerder hebben geleverd aan diverse grote hijsprojecten. 

Dynamiek

“Essentieel bij het verticaal boren van schachten is de volledige controle over alle onderdelen van het boorproces. Daarbij gaat het echt niet alleen om de rechtheid van de schacht. Tijdens het boren heb je te maken met enorme krachten en massa’s. Ook de dynamiek tijdens het boren is indrukwekkend. Neem bijvoorbeeld de graaf-unit. Voor het graven gebruikt deze machine een roterende kop met hardstalen beitels. Onder in de schacht freest of knabbelt deze boorkop aarde en stenen weg. Die kop zit vast aan een telescopisch uitschuifbare, 3 meter lange arm en weegt alleen al 60 ton. Om de schacht gelijkmatig uit te boren, maakt die arm een zwenkende beweging. Tijdens het frezen wordt de boor op zijn plaats gehouden door drie telescopische poten. Deze worden vanuit het midden van de schacht tegen de wand gedrukt en zorgen voor een stabiel aangrijpingspunt voor de ronddraaiende boor. Zodra de boor niet meer dieper kan en het weggefreesde materiaal afgevoerd is, schuiven de drie poten in en laat de machineoperator de boor door middel van de kabels een paar meter zakken. De poten gaan daarna weer uit en de boor kan weer beginnen. Al deze bewegingen worden mogelijk gemaakt door hydraulische aandrijvingen waarvan wij de besturingen hebben ontwikkeld. Je begrijpt dat synchronisatie en controle van deze bewegingen enorm belangrijk zijn bij het ontwikkelen van deze besturing.” 

Afgrazen

Om het beeld compleet te maken: de VSM bestaat uit drie delen. Deze zijn een hijs- en afzinkunit, een wandbekledingunit en een graafunit. De graaf-unit is de zwenkende arm die door middel van een roterende kop de bodem ‘afgraast’. Omdat er ook veel grondwater voorkomt, is de graaf-unit volledig waterdicht uitgevoerd. Zo is de Modicon PLC van deze unit bijvoorbeeld gemonteerd in een oliegevulde besturingskast die een druk van 10 bar kan weerstaan. De door de graafunit losgefreesde aarde en stenen worden door middel van water hydraulisch omhoog gepompt en bovenin de schacht van elkaar gescheiden.  

‘Strand-jacks’

In het begin, wanneer het graven van de schacht nog maar net begonnen is, moeten de betonnen ringen, die gaan dienen als wandbekleding, in de bodem worden gedrukt. Dat gebeurt door middel van drie stellen dubbel uitgevoerde hydrauliekcilinders. Deze cilinders kunnen de eerste ringen met een druk van meer dan 20 ton en een slaglengte van 1,5 meter de grond in drukken.

De hijs- en afzinkunit staat verder borg voor een gecontroleerd verloop van het boorproces. Naarmate de schacht dieper wordt en er meer betonnen ringen op elkaar gestapeld worden, neemt de massa van deze bekleding uiteraard toe. Zonder tegenmaatregelen zou deze betonnen bekleding aan de onderzijde van de schacht zelfs ongecontroleerd kunnen wegzakken. Immers, onderin is de aarde losgewoeld en vermengd met grote hoeveelheden water. Om wegzakken te voorkomen wordt de wandbekleding aan de onderzijde door middel van drie ‘strand-jacks’ op haar plaats gehouden. ‘Strand-jacks’ zijn speciaal ontwikkelde hijsgereedschappen voor zwaar hijs- en trekwerk. ‘Strand-jacks’ bestaan uit bundels losse kabels (strands) die elk in een conisch gevormde wig zijn ingeklemd. Een hydraulische vijzel (de jack) tilt de kabels steeds een stukje op, terwijl de wiggen zorgen dat ze niet terugschieten. Een van de voordelen van strand-jacks is dat de mechanische blokkering tijdens het hijsen meer zekerheid biedt dan liertrommels met remmen.   

Ondergrondse rivier

Op dit moment wordt de VSM ingezet bij een speciaal project In Dortmund. In deze Duitse plaats wordt de rivier de Emscher verlegd. De verlegging vindt ondergronds plaats. Om dit kunstje uit te voeren boort de VSM maar liefst 30 verticale schachten. Daarna wordt er via deze schachten materiaal naar beneden getakeld om een horizontale tunnel te graven. Door deze tunnel moet dan het riviertje straks gaan stromen. De verticale tunnels zijn op zich niet zo diep, 20 meter, maar de hoeveelheid is natuurlijk gigantisch. Er staan nog projecten voor de VSM op stapel in Napels en Jeddah.  

Uitdagingen

Software-engineering is bij Raster teamwerk waarbij een leidende rol is weggelegd voor technical manager Rob Kits. Hij is de man met de meeste ervaring en weet met zijn aanpak de nodige creativiteit en durf met elkaar te combineren. Naam en faam verwierf hij bij de berging van de Russische onderzeeër Koersk in 2001. In opdracht van hijs- en bergingsbedrijf Mammoet ontwikkelden zijn de software voor met name de takelwerktuigen waarmee de onderzeeër vanaf de zeebodem boven water kon worden gebracht. Sinds het succes met dit riskante en unieke project heeft Raster veel besturingen ontwikkeld voor specialistische en complexe hijsinstallaties. De ervaring en knowhow die het team van Raster heeft opgebouwd in de afgelopen jaren komt natuurlijk weer van pas bij het maken van de machinebesturing voor Herrenknecht. 

“Het mooie van al die klussen is natuurlijk het hoge ‘Hollands Glorie-gehalte’. Het geeft een enorme kick wanneer je als Nederlands bedrijf betrokken bent bij projecten en machines die uniek zijn in de wereld. De Koersk was natuurlijk speciaal. Maar de machines van Herrenknecht zijn dat in feite ook. Qua software-engineering was de besturing voor onze mensen een behoorlijke kluif.  Weliswaar konden we terugvallen op ons pakket IRIS, een complete machinebesturing die we al vaak hebben gebruikt in hijsinstallaties. Maar elk project heeft toch weer zijn eigenaardigheden en iedere keer kom je toch weer voor bijzondere uitdagingen te staan. Een eis was bijvoorbeeld dat onze software voor elk type VSM geschikt zou zijn. Ons uitgangspunt was een VSM met vier PLC’s voor drie sets strand-jacks en een boor. Maar soms is de VSM zo groot dat er met vijf strand-jacks wordt gewerkt. Herrenknecht wou hiervoor een besturing die onverschillig het aantal strand-jacks zijn werk zou doen. Om dat te ontwikkelen hebben we de specialisten uit ons team bij elkaar gebracht die de meeste affiniteit met dit vraagstuk hadden. De uitkomst hiervan was een global database die gehost wordt op een ethernet-netwerk. De synchronisatie van meerdere PLC’s (we gaan tot maximaal 64 stuks) vindt plaats door middel van een supersnel transport van programma en database van de ene naar de volgende PLC. De netwerkprocessor  geeft programma en database als een soort ‘token’ door waarbij elke PLC de nieuwe data meteen in zijn database bijschrijft. Deze oplossing is bijzonder en eenvoudig tegelijk. Zij werkt op gewoon ethernet waardoor ze niet duur is en is zo snel dat een stabiel hijsbedrijf gegarandeerd is.”  

Teamwerk

Softwareontwikkeling is een kwestie van teamwerk. Onder leiding van Rob Kits, technical manager bij Raster, werkte een team van vijf software-engineers en ontwikkelaars aan de complete besturing van de Vertical Shaft Sinking Machine van Herrenknecht. Ook het testen en de ingebruikname op locatie hoorden bij deze bijzondere klus