In Anbetracht der stetig wachsenden Weltbevölkerung und der erhöhten Wohndichte in den Städten werden die Anforderungen an leistungsfähige unter- und überirdische Infrastrukturen immer anspruchsvoller. Für die Realisierung von Tunnelsystemen für Metro-, Straßen- und Schienenverkehr zum Zwecke der Personenbeförderung sowie für die Ver- und Entsorgung von Abwasser kommen Tunnelbohrmaschinen (TBM) zum Einsatz. Durch die unterschiedlichen geologischen Bedingungen und die damit einhergehende Härte des Bodens in Abhängigkeit des vorhanden Quarzgehaltes entstehen Verschleiß und Verklebungen an den Schneidwerkzeugen einer TBM wodurch kostenintensive Stillstandzeiten verursacht werden. Um dies zu vermeiden, muss eine zielgerichtete Konditionierung des abgetragenen Bodens durch eine entsprechende Zugabe von Schaum (bestehend aus Wasser und Tensiden) erfolgen, um den Boden aufzulockern.

 
Das Ziel der Durchführbarkeitsstudie zur Vorbereitung eines anschließenden Verbundprojektes liegt darin, anhand mehrerer Messkampagnen an realitätsgetreuen Referenzproben die erfolgreiche Klassifizierung der Bodenart (z.B. sandig oder tonig) des Abraummaterials einer TBM durch den Einsatz von PGNAA zu demonstrieren sowie den Wassergehalt des abgetragenen Bodens zum Zwecke einer zielgerichteten Konditionierung zu bestimmen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird anschließend eine kompakte Messanlage auf Basis der PGNAA für ein Förderband entwickelt, welche diese zwei Aufgaben realisiert und online überwacht. In einem nachfolgendem Verbundvorhaben wird das Messverfahren anwendungsspezifisch weiterentwickelt, um die genannten Aufgabenstellungen zu lösen.

Im Technikum von AiNT werden experimentelle Messdaten von realistischen Proben aus dem Abraummaterial einer TBM mit einer bereits bestehenden Messanlage erhoben. AiNT entwickelt Messanlagen auf Basis der Prompt-Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (PGNAA) wodurch eine zerstörungsfreie Elementanalyse unterschiedlichster Materialien ohne vorherige Probenaufbereitung ermöglicht wird. Im Rahmen der Durchführbarkeitsstudie zum TBM-Analyzer wird durch die Anwendung spezieller KI-Verfahren aus den Messdaten der Anteil der jeweiligen Bodenart rekonstruiert (z.B. Quarz, Calcit, Gips, Ton). Über die Quantifizierung des enthaltenden Wasserstoffes kann die Bestimmung des Wassergehaltes erfolgen. In Abhängigkeit dieser Ergebnisse können Parameter wie z.B. die Drehzahl der Schneidwerkzeuge, die Vortriebsgeschwindigkeit der TBM sowie die Menge der Schaumzugabe bei der Konditionierung bestimmt werden, um den Werkzeugverschleiß an der TBM weitgehend zu reduzieren.