Bohren, sprengen, weiterfahren: Chinas neue Tunnelmaschine
Chinas neue 400-t-Tunnelmaschine kombiniert mechanischen Vortrieb und Sprengtechnik. Was der offene Schneidkopf ermöglicht.
Die Tunnelbohrmaschine „Paulina“ nimmt in der südlichen Störungszone des zweiten Gotthard-Straßentunnels den Vortrieb wieder auf. Der monatelange Stillstand zeigt, welchen Aufwand schwierige Geologie verursachen kann – genau hier setzt Chinas neue Hybridmaschine „Xianglong“ mit ihrem kombinierten Bohr- und Sprengverfahren an.
Foto: picture alliance/KEYSTONE | URS FLUEELER
Fast elf Monate lang kam die Tunnelbohrmaschine „Paulina“ am Gotthard nicht voran. Rund 2000 m³ Fels hatten sich im Juni 2025 oberhalb ihres Bohrkopfs gelöst. Die Maschine war weder defekt noch festgefahren. Ein sicherer maschineller Vortrieb war in dem brüchigen Gebirge jedoch nicht mehr möglich.
Um den kritischen Bereich zu überwinden, stabilisierten die Bauleute das Gebirge mit Zementinjektionen. Anschließend sprengten sie einen rund 250 m langen Verbindungsstollen und arbeiteten sich von dort im Gegenvortrieb bis zur Maschine vor. Erst am 18. Mai 2026 konnte Paulina wieder starten.
Genau solche aufwendigen Wechsel zwischen maschinellem Vortrieb, Sprengungen und Sicherungsarbeiten will eine neue chinesische Tunnelmaschine vereinfachen. Die „Xianglong“ verbindet mechanischen Gesteinsabbau und Bohrsprengverfahren in einem System. In extrem hartem Fels versprechen die Entwickler eine um 30 % höhere Abbaueffizienz. Der Wert stammt allerdings aus Versuchen unter speziellen Bedingungen.
Die nach Angaben der Entwickler weltweit erste integrierte Bohr- und Sprengmaschine dieses Typs lief am 1. August 2026 in Wuhan vom Band. Entwickelt haben sie die Tsinghua-Universität und die China Railway Science & Industry Group.
Die Xianglong in Zahlen
- Länge: 70 m
- Gewicht: rund 400 t
- Ausbruchdurchmesser: 4,55 m
- Zentraler Schneidkopf: 1,2 m Durchmesser
- Rollenmeißel: 26 am zentralen Schneidkopf
- Entwickler: Tsinghua-Universität und China Railway Science & Industry Group
- Geplanter Ersteinsatz: chinesisches Pumpspeicherkraftwerk
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Inhaltsverzeichnis
Das Besondere ist der hohle Schneidkopf
Das technische Kernstück der Xianglong ist ein ringförmiger Schneidkopf mit einer Öffnung in der Mitte. Diese Öffnung lässt sich mit einem kleineren, ebenfalls mit Rollenmeißeln bestückten Schneidkopf verschließen.
Ist das Zentrum geschlossen, kann die Maschine den gesamten Tunnelquerschnitt mechanisch lösen. Sie arbeitet dann nach einem ähnlichen Prinzip wie eine konventionelle Hartgesteins-TBM. Die Abkürzung steht für „Tunnel Boring Machine“.
Wird der zentrale Schneidkopf entfernt, entsteht ein Zugang zum Gebirge vor der Maschine. Durch diesen Bereich können kleinere Geräte eingesetzt werden, um beispielsweise Sprenglöcher herzustellen, Wasser abzuleiten oder Injektionsmittel in den Fels einzubringen. Die Xianglong soll dadurch zwischen mehreren Arbeitsweisen wechseln können.
Drei Betriebsweisen in einer Maschine
| Betriebsweise | Konfiguration | Vorgehen |
| Vollflächiger Vortrieb | Zentrum geschlossen | Ringförmiger und zentraler Schneidkopf lösen den gesamten Tunnelquerschnitt mechanisch |
| Sprengen vor dem Abbau | Zentrum geöffnet | Sprengungen lockern extrem harten Fels auf, anschließend trägt der Ringschneidkopf das Material ab |
| Abbau vor dem Sprengen | Zentrum geöffnet | Der Ringschneidkopf löst den äußeren Querschnitt, der verbleibende Gesteinskern wird danach gebrochen oder gesprengt |
Die chinesischen Quellen bezeichnen diese Betriebsweisen sinngemäß als „Vollschnittvortrieb“, „Sprengen vor dem Bohren“ und „Bohren vor dem Sprengen“.
Hartgestein und Störungszonen erfordern unterschiedliche Lösungen
Die verschiedenen Betriebsweisen richten sich gegen zwei technisch unterschiedliche Probleme.
In sehr hartem und kompaktem Gestein können die Rollenmeißel nur geringe Eindringtiefen erreichen. Gleichzeitig steigen die Belastungen auf Werkzeuge, Lager und Schneidkopf. Der Vortrieb wird langsamer, während Verschleiß und Energiebedarf zunehmen können.
Eine vorausgehende Sprengung soll den Fels auflockern und Risse erzeugen. Der Ringschneidkopf muss das Gestein anschließend nicht mehr vollständig aus dem unbeschädigten Gebirgsverband lösen.
Anders sieht es in geologischen Störungszonen aus. Stark zerbrochenes Gestein, Hohlräume, weicher und verformbarer Fels sowie Wasser- oder Schlammeinbrüche können den Vortrieb unterbrechen. In diesem Fall ist nicht eine höhere Schneidleistung entscheidend, sondern die Möglichkeit, den Bereich vor der Maschine zu erkunden, abzudichten und zu stabilisieren.
Zwei Probleme, zwei Funktionen
| Geologische Situation | Problem für die TBM | Ansatz der Xianglong |
| Extrem harter, kompakter Fels | geringe Eindringtiefe, hohe Belastung der Rollenmeißel, steigender Verschleiß | Vorsprengung erzeugt Risse und erleichtert den mechanischen Abbau |
| Störungszone, Wasser oder lockeres Gebirge | Materialeintrag, Verformung oder Wasser können Schneidkopf und Schild blockieren | Zentrale Öffnung ermöglicht Bohrungen, Injektionen, Entwässerung und Sicherungsarbeiten |
Durch den Zugang in der Mitte des Schneidkopfs sollen kleinere Geräte direkt vor der Maschine eingesetzt werden können. Dort lassen sich beispielsweise Entwässerungsbohrungen herstellen oder Injektionsmittel in den Untergrund pressen.
Damit könnte das Gebirge stabilisiert oder abgedichtet werden, bevor die Maschine weiterfährt.
Paulina zeigt den Aufwand eines Verfahrenswechsels
Wie aufwendig solche Arbeiten werden können, zeigt der Bau der zweiten Röhre des Gotthard-Straßentunnels. Die rund 3000 t schwere Herrenknecht-Maschine Paulina erreichte im Juni 2025 nach 192 m Vortrieb die sogenannte Tremola-Zone auf der Südseite.
Am 25. Juni lösten sich rund 2000 m³ Gestein oberhalb des Bohrkopfs. Um Personal und Maschine zu schützen, wurde der maschinelle Vortrieb gestoppt. Über den parallel verlaufenden Service- und Infrastrukturstollen stabilisierten die Beteiligten den Bereich oberhalb der Maschine mit Zementinjektionen.
Für die weitere Arbeit reichte es nicht, die TBM einfach wieder anzufahren. Von einem bereits vorhandenen Zugangsstollen aus sprengten die Teams einen rund 250 m langen neuen Verbindungsstollen. Von dessen Ende aus brachen sie die obere Hälfte des künftigen Haupttunnels konventionell in Richtung Paulina aus und sicherten das Gebirge.
Die Maschine konnte anschließend den bereits vorbereiteten unteren Teil des Tunnelquerschnitts ausbrechen. Fast elf Monate nach dem Gesteinsniederbruch nahm sie ihren Betrieb wieder auf.
Der Gotthard-Fall zeigt, was die Xianglong leisten soll: Sie kann geologische Störungszonen nicht verhindern. Der zentrale Zugang könnte es aber erleichtern, Behandlungs- und Sprengarbeiten unmittelbar vor der Maschine auszuführen, ohne zuerst umfangreiche Umgehungs- oder Zugangsstollen herstellen zu müssen. Ob das unter realen Bedingungen tatsächlich funktioniert, ist noch nicht belegt.
Was die versprochenen 30 % wirklich bedeuten
Die Angabe von 30 % stammt nicht aus dem Baustellenbetrieb der jetzt fertiggestellten Xianglong. Grundlage sind Versuche mit einer Vorläuferanlage, über die die Tsinghua-Universität bereits 2024 berichtete.
Getestet wurden drei Zustände:
- Vortrieb allein mit dem ringförmigen Schneidkopf,
- Vortrieb nach einer vorausgehenden Sprengung,
- vollflächiger mechanischer Vortrieb mit geschlossenem Zentrum.
Nach Angaben der Universität stieg die Effizienz des ringförmigen Schneidkopfs in extrem hartem Gestein um 30 %, nachdem der Fels durch eine Sprengung aufgelockert worden war. Die Ergebnisse bezeichnete die Universität als vorläufig.
Was die 30-%-Angabe bedeutet
- Der Wert stammt aus Versuchen mit einer Vorläuferanlage aus dem Jahr 2024.
- Untersucht wurde extrem harter Fels, der zuvor durch eine Sprengung aufgelockert worden war.
- Gemessen wurde die Effizienz des ringförmigen Schneidkopfs.
- Die Tsinghua-Universität bezeichnete das Ergebnis als vorläufig.
- Der Wert bedeutet nicht, dass ein kompletter Tunnel 30 % schneller fertig wird.
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Die Veröffentlichungen nennen weder die Länge der Teststrecke noch die genaue Festigkeit des Gesteins. Auch Angaben zum Sprengstoffbedarf, Energieverbrauch und Werkzeugverschleiß fehlen.
Hinzu kommt: Eine Vorsprengung umfasst mehr als den eigentlichen Zündvorgang. Bohrlöcher müssen hergestellt und geladen werden. Nach der Sprengung folgen Sicherheitskontrollen, Lüftung, Beräumung und der Abtransport des gelösten Materials.
Ein um 30 % effizienterer Schneidkopf führt daher nicht automatisch zu einer entsprechend höheren Gesamtleistung des Tunnelvortriebs.
Wie schützt sich die Maschine vor den Sprengungen?
Die Kombination von Tunnelbohrmaschine und Sprengtechnik wirft weitere technische Fragen auf. Die Entwickler nennen zwar ein Schutzsystem, das empfindliche Komponenten gegen die Sprengwirkungen abschirmen soll. Detaillierte Angaben zu Aufbau und Belastbarkeit liegen jedoch nicht vor.
Entscheidend ist außerdem, wie schnell die Maschine ihre Betriebsart wechseln kann. Dauert der Ausbau des zentralen Schneidkopfs mehrere Schichten, könnte ein Teil des erhofften Zeitgewinns wieder verloren gehen.
Diese Fragen muss der Praxiseinsatz beantworten
- Wie gut schützt die Konstruktion Lager, Dichtungen, Hydraulik und Sensorik vor den Sprengwirkungen?
- Wie lange dauert der Wechsel zwischen den Betriebsarten?
- Wie viel Sprengstoff und zusätzliche Arbeitszeit sind erforderlich?
- Wie hoch sind Energiebedarf und Werkzeugverschleiß?
- Eignet sich der herausgelöste Gesteinskern tatsächlich als Baustoff?
- Entsteht unter realen Bedingungen ein messbarer Zeit- oder Kostenvorteil?
Die Entwickler wollen den beim ringförmigen Vortrieb entstehenden Gesteinskern direkt auf der Baustelle zerkleinern. Das Material könnte anschließend als Gesteinskörnung wiederverwendet werden.
Ob sich der Fels beispielsweise als Zuschlag für Beton eignet, hängt jedoch von seiner mineralogischen Zusammensetzung, Festigkeit und Kornform ab. Prüfergebnisse dazu wurden bislang nicht veröffentlicht.
Erster Einsatz in einem Pumpspeicherkraftwerk
Die Xianglong soll zunächst bei einem chinesischen Pumpspeicherkraftwerk zum Einsatz kommen. Welches Projekt gemeint ist, haben die beteiligten Institutionen bisher nicht eindeutig mitgeteilt.
Mit einem Ausbruchdurchmesser von 4,55 m ist die Maschine deutlich kleiner als Tunnelbohrmaschinen für zweigleisige Eisenbahn- oder mehrspurige Straßentunnel. Der Durchmesser passt dagegen zu Wasser-, Zugangs- oder Versorgungstunneln eines Wasserkraftprojekts.
Der Baustelleneinsatz muss nun zeigen, ob die Xianglong ihre Betriebsarten zuverlässig wechseln kann und ob die Kombination aus mechanischem Abbau und Sprengtechnik tatsächlich Zeit oder Kosten spart.
Quellen
- Stadt Wuhan: Vorstellung und technische Daten der Xianglong – Abmessungen, Betriebsweisen, Gesteinsaufbereitung und geplanter Ersteinsatz.
- Tsinghua-Universität: Versuche mit der Bohr- und Sprengmaschine – Versuchsanordnung, geologische Einsatzfälle und Einordnung der 30-%-Angabe.
- Xinhua: Technische Kenndaten der Xianglong – Durchmesser des zentralen Schneidkopfs sowie weitere Maschinendaten.
- Bundesamt für Strassen: Paulina nimmt den Vortrieb wieder auf – Gesteinsniederbruch, Injektionen, Sprengvortrieb und Wiederinbetriebnahme.
- ingenieur.de: Deutsche Bohrmaschine Paulina arbeitet wieder – technische Einordnung der Gotthard-TBM und des Verfahrenswechsels.
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