Untertagbau
ETHZ
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Cartes-fiches
Kriterien zur Wahl der Linienführung
-Zwangspunkte
-Funkirion (Streckenkonzept)
-Umweltschutz
-Topographie
-Lage der Portale
-Geologie, Hydrologie
-Mögliche Zwischenangriffe
-Bau- u Betriebslüftung
-Wirschaftlichkeit
-Gefährdung benachbarter Objekte
-Baumethoden
-Vorschriften
Längsgefälle Grenzwerte
min. 5%
max. 2% (Bahn), 15%(Strasse)
Normalprofil
Typischer QS mit Angaben über Ausbau, Abdichtung, Entwässerung, Innenausbau, Nutzräume und Betriebsausrüstung
Ausbruchsicherung
Massnahmen zur gewährung der Arbeits-, Standsicherheit und Begrenzung der Verformungen
min R (Ausbruchradius)
Rmin(Nutzraum) + dT(Toleranz+Verformungen) +dV(Verkleidung)+dA(Ausbruchsicherung) (+ Raum für spätere Massnahmen in Rmin)
Längslüftung max. Länge
700-1000m (Richtungsverkehr)
500-800m (Gegenverkehr)
Typischer Aufbau zweischaliger Ausbau
1. Aussenschale aus Spritzbeton
2. Abdichtung
3. Innenschale aus Ortbeton
Abdichtung und Entässerungssystem
-Ableitkonzept: ohne Aufstau des Grundwassers, drainiert, getrennt vom Betriebswasser -> Beeinflussung des GWS (Setzungen)
-Verdrängungskonzept: Rundumabdichtung, Aufbau Wasserdruck
Ablauf Tunnelvorhaben (Phasen)
Projektietungsarbeiten
Genehmigungsverfahren
Ausschreibung - Angebot - Vergabe
Bauausführung
Ausrüsungen
Projektierungsphasen
Planungsstudie
Vorprojekt
Auflageprojekt
Genehmigungsprojekt
Bauprojekt
Vorbeireitung der Ausschreibungsunterlagen
Ausschreibung
Vergabe
Detailpläne erstellen
Bauarbeiten Ausführen
Ausrüstungen installieren
ggf. Probefahrten
Zyklus Vortrieb
Lösen
Ausbruchsicherung
Nachziehen Versorgung
Wasserhaltung
Abdichtung und Verkleidung
Ausrüstungen
Tragwerk
Bauteile die für Stabilität und Formerhaltung notwendig sind
Kern
Gebirge innerhalb des zukünftigen Tunnels
Einwirkung / Auswirkung Tunnelbau
Einwirkung = Wegfallen der stützenden Wirkung des Kerns
Auswirkung = Verformung oder Instabilität
Mögliche Gefährdungsbilder
Niederbruch / Instabilität der Ortsbrust
Steinfall
Tagbruch
Querschnittsverengungen
Oberflächensetzungen
Auflockerungsdruck
Echter Gebirgsdruck
Quelldruck
Wassereinbruch
Tragwerksgestaltende Massnahmen
Geometrische Massnahmen: Linienführung, Systemwahl,... (Einwirkungen)
Stützende Massnahmen: Anker, Verzug, Spiesse,... (Stützwirkung des Kerns kompensieren)
Baugrundverbessernde Massnahmen: Drainage, Injektion,... (Versteifen, verfestigen,...)
Tunnelstatik
Grundlage der Tragwerksanalyse (=Ermittlung von Auswirkungen)
-> Beuhrteilen des Gebirgsverhalten und Gefärdungsbilder, sowie Wirksamkeit der Massnahmen prüfen
initiale Spannungen
Sigma(y0) = gamma*T
Sigma(x0) = K*Sigma(y0)
K Seitendruckkoeffizient
K = 1-sin(phi) (normalkonsolidert)
K = 0,7 ...1,0 oder höher (überkonsolidiert)
lin.-el. Spannungs- und Verschiebungsverlauf
Sigma(r) = Sigma(0) - (Sigma(0) - Sigma(a)) * (a/r)^2
Sigma(t) = Sigma(0) + (Sigma(0) - Sigma(a)) * (a/r)^2
Verformungen (el. Gebirgskennlinie)
u(r) = (1+v)/E*[sigma(0) -sigma(a)] * a^2/r
Gebirgskennlinie
Zusammenhang zwischen Ausbauwiderstand und der Radialverschiebung am Ausbruchsrand
Bruchbedingung
sigma(t) < m * sigma(a) + sigma(d)
-> System bleibt elastisch
m
[ 1 + sin(phi) ] / [ 1 - sin(phi) ]
Spannung am Rand der pl. Zone
sigma(roh) = [2 * sigma(0) -sigma(d) ] / (m+1)
Coulomb (T= )
N*tan(phi) + c*B*H/cos(omega)
Bruchmechanismen
Ablösen
Gleiten
Kippen
stat. Wirkungsweise von Spritzbeton
Schale (30cm)
Versiegelung (5cm)
Spritzbeton (Vor- und Nachteile)
+sattes Anliegen am Gebirge
rel.schnell wirksame Sicherung
anpassungsfähig
-Staubbildung
Erfahrung nötig
keine Gewölbewirkung
sprödes Versagen
Kontrolle schwirig (var. QS)
Stahlbögen ( Vor- und Nachteile)
+sofortiges Tragvermögen
duktil
- Kraftübertragung schwierig
Hinterfüllung
hohe Materialkosten und Zeitaufwand
Ankertypen
Expansionsanker
Mörtelanker
Kunstharzklebeanker
Spreizhülsenrohranker
Swellex-Anker
schwere Anker
Versagensmechanismen Anker
Bruch des Ankerstabs
Versagen der Verankerung ausserhalb des Bruchkörpers
Versagen der Verankerung im Bruchkörper
Anker (Vor- und Nachteile)
+Anpassungsfähig und Kombinierbar
-Gebirge mit kleiner Scherfestigkeit nicht möglich
-Korrosionsanfällig
Bauweise / Betriebsweise
Bauweise = Art der Wuerschnittsunterteilung
Betriebsweise = Vorgehensweise in der Längsrichtung
Systemabgrenzung Tunnel
tiefliegend: 2-3 D rund um Tunnel
oberflächennah: bis OKT
Auflockerungsfaktor kappa
1 < kappa < m
kappa = [1+sin(dilatanzwinkel)] / [1-sin(dilatanzwinkel)] = epsilon(r,pl) / epsilon(t,pl)
kappa (mittel) = 1 / [1-sin(phi)]
Druckfestigkeit sigma(d)
2 * c * cos(phi) / [1-sin(phi)]
