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2016 | Buch | 1. Auflage

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Projektierung und Bau von Tunneln

Analysegestützte Gebirgsbeherrschung nach der Tunnelbaumethode ADECO-RS

verfasst von: Pietro Lunardi

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Das Buch beschreibt die ADECO-RS-Methode zur erfolgreichen Projektierung und Durchführung des Tunnelbaus. Mit diesem Konzept der „beherrschten Gebirgsverformung“ können Tunnelbauten auch unter schwierigen Spannungs-Dehnungs-Bedingungen in industriellem Maßstab erfolgreich umgesetzt werden.Der Autor erläutert ausführlich die einzelnen Phasen der Projektierung und Bauausführung nach der ADECO-RS-Methode. Ergänzt wird das Werk durch die Beschreibung der bedeutendsten Tunnelbauvorhaben der letzten Jahre sowie durch ein Glossar. Es enthält zahlreiche Abbildungen und Fotografien.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

I Von der Forschung zur Tunnelbaumethode ADECO-RS

Frontmatter

1. Die dynamischen Einflussfaktoren des Tunnelbaus

Zusammenfassung

Ein Untertagebau (bergmännisch „Grubenbau“ genannt) stellt eine besonders komplexe Herausforderung der Bautechnik dar, weil die essentiellen Projektierungsdaten wesentlich unbestimmbarer sind als bei einem Übertagebauwerk.

Dabei geht es nämlich nicht wie beim Übertagebau darum, eine Struktur aus Werkstoffen bekannter Festigkeits- und Verformungseigenschaften (Stahl, Spannbeton etc.) zusammenzufügen, die dann in der gewünschten Endkonfiguration ihr Gleichgewicht findet. Ganz im Gegensatz dazu muss beim Untertagebau in ein vorher vorhandenes Gleichgewicht eingegriffen werden, um eine „geplante Störung“ durchzuführen, deren Bedingungen nur zum Teil erfassbar sind.

Pietro Lunardi

2. Die Verformungsreaktion des Gebirges auf den Ausbruch

Zusammenfassung

Im vorigen Kapitel hat die Detailanalyse der Statik und Dynamik des Tunnelvortriebs zu zwei wichtigen Erkenntnissen geführt:

die Stabilität eines untertägigen Hohlraums hängt kurz- wie langfristig vom Bilden einer Druckgewölbewirkung ab, der folglich der Tunnelbauer sein Hauptaugenmerk zuwenden muss,

das Bilden des Druckgewölbes und seine Lage zum Hohlraum hängen von der Art und Größe der Verformungsreaktion des Gebirges ab.

Von diesen zwei wichtigen Feststellungen ausgehend spürten wir vor ca. dreißig Jahren (um das Jahr 1975) die Notwendigkeit, die Zusammenhänge zwischen den vom Vortrieb verursachten Gebirgsdruckveränderungen und den Gebirgsverformungen (Gegenwirkung) zu ergründen. Diese theoretischen und experimentellen Untersuchungen sind zwar noch im Gange, sie haben jedoch bereits einige wichtige und sehr nützliche Hinweise geliefert.

Pietro Lunardi

3. Die Analyse der Verformungsreaktion nach der Tunnelbaumethode ADECO-RS

Zusammenfassung

Um die im Kapitel 2 beschriebenen Erkenntnisse zu vervollständigen und daraus ein Projektierungs- und Bauausführungsverfahren abzuleiten, das einen größeren Realitätsbezug habe, als die bis dahin gebräuchlichen Verfahren, war es unabdingbar, ein zusätzliches Programm theoretischer und experimenteller Untersuchungen aufzulegen, um die Erkenntnisse zu vertiefen, die hinsichtlich des Spannungs-Verformungs-Verhaltens des Vortriebskerns und seines Zusammenhangs mit dem des Tunnelhohlraums gewonnen worden waren.

Pietro Lunardi

4. Die Beherrschung der Verformungsreaktion nach der Tunnelbaumethode ADECO-RS

Zusammenfassung

Die experimentelle und rechnerische Untersuchung der Verformungsreaktion des Gebirges hat die Verformbarkeit des Vortriebskerns als den wahren Grund der spannungsbedingten Verformungsvorgänge (Extrusion, Vorkonvergenz und Konvergenz) ausgewiesen, die durch den Ausbruch des Tunnelhohlraums ausgelöst werden. Daraus folgt, dass es zur Beherrschung jedweder Spannungs-Verformungs-Situation, vor allem der kritischen, erforderlich ist, vornehmlich auf den Vortriebskern einzuwirken, indem man seine Steifigkeit entsprechend verändert. Dies bedeutet, dass man sich nicht auf die Sicherung des Hohlraums beschränken darf, sondern dass man auch zu Maßnahmen vorauseilender Hohlraumsicherung greifen muss, womit jegliche Maßnahme gemeint ist, die die Druckgewölbebildung im Gebirge jenseits der Ortsbrust fördert.

Pietro Lunardi

5. Die Analyse der beherrschten Gebirgsverformungen in Fest- und Lockergesteinen

Zusammenfassung

Aus dem in den vorigen Seiten dargelegten ergibt sich, dass der Tunnelbauer heutzu tage beim Angehen eines neuen Bauvorhabens nicht mehr in erster Linie an Stützungen oder an Auskleidungen denken sollte, sondern von Anfang an die gesamte Lösung des statischen Problems dem Gebirge zuweisen, das ja sein eigentlicher Bauwerkstoff ist; falls erforderlich sollte er das Gebirge bei seiner Funktion durch vorsorgliche Konsolidierungsmaßnahmen unterstützen, und zwar durch Schutz und/oder Verstärkung des Vortriebskerns, mit dem Ziel in einem Gebirgsbereich die Ausbildung der Druckgewölbewirkung (Spannungsumlagerung) zu fördern, um einen Widerstand gegenüber Bereichen mit abgeleiteten Überbeanspruchungen möglichst nahe am Ausbruchsprofil zu ermöglichen. Nur auf diese Weise kann der Prozess der Projektierung und Bauausführung von Anbeginn an im Sinne der Beherrschung der komplexen Mechanismen ablaufen, die das Verhalten eines Untertagebauwerks beeinflussen, und zwar unabhängig von den Randbedingungen der Geomechanik, des Umweltschutzes oder der vorhandenen Bebauung und unabhängig vom Ungewissheitsgrad der Ausgangslage.

Pietro Lunardi

II Das Stadium der Projektierung

Frontmatter

6. Die Erkundungsphase

Zusammenfassung

Beim Ausbruch eines untertägigen Hohlraums werden im durchörterten Gebirge die anstehenden natürlichen Gleichgewichte gestört. Eine Projektierung des Hohlraums unter Schonung der natürlichen Gleichgewichte, um die Spannungsstörungen (d.h. die Verformungsreaktion des Gebirges) auf einem Mindestmaß zu halten, ist nur möglich, wenn man im Vornhinein über eine möglichst vollständige Kenntnis der vor dem Eingriff im Gebirge bestehenden Gleichgewichte verfügt. Daraus folgt die Notwendigkeit, der Projektierung und der Bauausführung jeglichen Untertagebauwerks eine Phase der Erkundung voranzustellen, in der alle Informationen über die morphologischen, lithologischen, tektonisch-strukturellen, stratigrafischen, hydrogeologischen, geotechnischen, geomechanischen und tensionalen Eigenschaften des zu durchörternden Gebirges erfasst werden.

Pietro Lunardi

7. Die Diagnosephase

Zusammenfassung

In der Diagnosephase formuliert der Tunnelbauer, auf der Grundlage der in der Erkundungsphase gesammelten Elemente, Prognosen zum Verformungsverhalten des durch keinerlei Stabilisierungsmaßnahmen (Extrusion, Vorkonvergenz und Konvergenz) geschützten Tunnels, um damit die untertägige Linienführung in Abschnitte homogenen Verformungsverhaltens einzuteilen, was dann anhand von drei fundamentalen Verhaltenskategorien erfolgt:

Kategorie A: Verhalten mit stabilem Vortriebskern bzw. felsartiges Verhalten,
Kategorie B: Verhalten mit kurzfristig stabilem Vortriebskern bzw. kohäsives Verhalten,
Kategorie C: Verhalten mit instabilem Vortriebskern bzw. lockeres Verhalten.

Pietro Lunardi

8. Die Therapiephase

Zusammenfassung

In der Therapiephase trifft der Tunnelbauer, auf der Grundlage der Prognosen, die in der Diagnosephase zur Qualität, Lokalisierung und Ausmaß der vom Tunnelvortrieb auslösbaren Verformungsvorgänge gemacht worden sind, die bautechnischen Entscheidungen und zwar hinsichtlich der Vortriebsverfahren, Vortriebskadenzen, Ausbruchphasen aber vor allem der Stabilisierungsmittel und deren Abstimmung zwischen Vortriebskern und Hohlraumlaibung.

Pietro Lunardi

III Das Stadium der Bauausführung

Frontmatter

9. Die Ausführungsphase

Zusammenfassung

Die Ausführungsphase ist jener Zeitpunkt der Bauausführung des Tunnels, in der im durchörterten Gebirge die Umlenkung des Spannungsflusses stattfindet. Diese Phase verläuft im Gleichschritt mit der Verifizierungsphase, in der die Überprüfung und Feinabstimmung der Projektierung und aller bautechnischen Entscheidungen stattfindet. Letztere wird im nächsten Kapitel erläutert. In der Ausführungsphase leiten die vom Tunnelbauer vorbereiteten Regelquerschnitte die Baufirma und die Bauaufsicht hinsichtlich der Art der durchzuführenden Maßnahmen, um die Spannungsumlagerung in der Ausbruchsumgebung zu erzielen, das umgebende Gebirge so wenig wie möglich zu stören und um folglich die kurzzeitige und langzeitige Stabilisierung des Tunnelhohlraums zu erzielen. Von den besagten Maßnahmen werden in der Folge vor allem die der vorauseilenden Hohlraumsicherung / Hohlraumsicherung betrachtet, die der Verfasser in jüngster Vergangenheit ausgearbeitet hat und es werden, wo bautechnisch erforderlich, die zu befolgenden Kriterien dargelegt, um sie strukturell wirksam zu machen, damit sie als unersetzlicher struktureller Teil der Tunnelauskleidung auch zu deren langfristigen Haltbarkeit beitragen.

Pietro Lunardi

10. Die Überprüfungs- und Überwachungsphase

Zusammenfassung

Nach dem Abschluss des Stadiums der Projektierung setzt mit dem Beginn der Bauarbeiten (Stadium der Bauausführung) für den Tunnelbauer auch das Stadium der Überprüfung der Vertrauenswürdigkeit der erstellten Prognosen hinsichtlich Verformungsreaktion des Gebirges auf den Ausbruch ein, und zwar mit einer Diagnosephase und dann einer Therapiephase.

Pietro Lunardi

11. Schlussbetrachtungen

Zusammenfassung

Wenn man die in einem Tunnel normalerweise beobachteten Verformungen im Lichte einer Ursache-Wirkung-Kette interpretiert, liegt es nahe, als Ursache die Einwirkung auf das Gebirge zu betrachten, und die Verformungsreaktion des Gebirges als die Auswirkung.

Pietro Lunardi

12. NATM/ADECO-RS: Ein Vergleich im Felde

Zusammenfassung

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung der deutschen Ausgabe dieses Buches ist die Methode ADECO-RS bereits für den Bau von über 1.000 km Tunneln des Straßen-, Autobahn-, Eisenbahn- und Stadtverkehrs in Italien und weltweit eingesetzt worden. Allerorts ist sie erfolgreich gewesen, vielfach hat sie sogar Erstaunen und Verwunderung bei jenen ausgelöst, die aus Scheinsicherheit des NATM-Verfahrens heraus zum ersten Mal mit diesem neuen Konzept konfrontiert worden sind, das - wie im vorliegenden Werk dargestellt wird - auf einer langen und sorgfältigen Forschung gründet und durch eine eingehende Felderprobung bestätigt worden ist, und zwar im Verlauf des Baus einer großen Anzahl von Tunneln, unter den unterschiedlichsten Gebirgseigenschaften und Überlagerungen.

Pietro Lunardi

13. Muir Wood Lecture – WTC2015 – Dubrovnik, 25th May 2015

Extrusion control of the ground core at the tunnel excavation face as a stabilisation instrument for the cavity

Abstract

I am truly honoured for this invitation to hold an important lecture in memory of Mr. Alain Muir Wood, one of the most eminent English engineers specialised in tunnelling, who was at the forefront in some of the most important tunnel projects of the previous century. It is known how he always insisted (one of the few of his time) „on the need to modernise the field of underground construction and to free it from false beliefs, by applying inflexibly scientific principles during the design stage“.

Pietro Lunardi

Backmatter

Titel: Projektierung und Bau von Tunneln
verfasst von: Pietro Lunardi
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-48939-0
Print ISBN: 978-3-662-48938-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-48939-0