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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Zum Tragverhalten von Rohrschirmen beim Tunnelbau im Lockergestein

Load bearing behaviour of pipe umbrellas in tunnel construction in granular soils

Zur temporaeren Sicherung des ausgebrochenen Abschlags beim Vortrieb von Tunneln im Lockergestein werden haeufig Rohrschirme als vorauseilende Sicherungen eingebaut. Trotz vielfacher Anwendung dieser Methode gibt es bisher fuer die Planung und die Bemessung von Rohrschirmen weder Normen noch Empfehlungen. Diese Luecke versucht der auf einer Dissertation aufbauende Beitrag zu schliessen. Zunaechst wird auf den Stand von Forschung und Technik zu dieser Thematik eingegangen und dazu ueber bisherige Erkenntnisse zum Tragverhalten von Rohrschirmen berichtet. Es schliesst sich die Beschreibung einer Berechnung an einem dreidimensionalen FE-Modell an. Die Rechenschritte im Modell bilden Schritt fuer Schritt die Aushub- und Sicherungsmassnahmen eines realen Tunnelvortriebs ab. Die Berechnung erfolgte fuer den Kalottenvortrieb eines Strassentunnels mit drei aufeinanderfolgenden Rohrschirmen bei Gesamtabschlagslaengen von jeweils 8 Metern. Vor Beginn der numerischen Untersuchungen wurden drei Stoffmodelle zur Beschreibung des Gebirges getestet. Die Vor- und Nachteile dieser Stoffmodelle fuer die Anwendung bei der Berechnung von Rohrschirmen werden vergleichend dargestellt. Zudem erfolgten mit den Stoffmodellen Vergleichsrechnungen am geometrischen FE-Modell. Die Vergleichsrechnungen zeigen, dass das im Rohr entstehende Biegemoment abhaengig vom Stoffmodell ist. Aus den vergleichenden Berechnungen konnte auch abgeleitet werden, dass die Belastungszustaende der Rohrschirme aus wechselnder Be- und Entlastung des umgebenden Gebirges resultieren. Fuer die Hauptuntersuchungen ausgewaehlt wurde schliesslich das Stoffmodell "Hardening Plasticity Soil", das die verschiedenen Steifigkeitseigenschaften bei Be-, Ent- und Wiederbelastungen gut erfasst. Die Hauptuntersuchungen umfassten ueber 100 Variationsrechnungen, bei denen systematisch einzelne Parameter des Modells veraendert wurden. Die variierten Parameter waren: Kalottenquerschnitt, Steifigkeit des Rohrschirms, Ueberdeckungshoehe und Gebirgsparameter. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die bemessungsrelevanten Schnittgroessen das Biegemoment und die Normalkraft der Rohre sind. Querkraefte kann man hingegen wegen ihrer geringen Groesse vernachlaessigen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Schnittkraefte waehrend des Vortriebs veraendern. Das am staerksten belastete Rohr bei normalkonsolidierten Boeden liegt bei dem untersuchten Maulprofil in der Naehe der Firste. Bei ueberkonsolidierten Boeden wandert die Stelle der maximalen Biegebeanspruchung in Richtung der Ulmen. Ausserdem werden die Auswirkungen eines Rohrschirms auf die Setzungen und Konvergenzen sowie auf die Stuetzwirkung auf das Gebirge dargestellt. Durch die Anordnung von Schirmen kommt es zu einer Entlastung des Gebirges und zu einer Reduktion der plastischen Zone. Im Bericht werden zusaetzlich zum entwickelten Verfahren einfache Ersatzmodelle auf ihre Eignung zur Abbildung des Tragverhaltens der Schirme untersucht und die Grenzen solcher Verfahren aufgezeigt. Eine Zusammenfassung der Resultate ist unter http://mediatum2.ub.tum.de/node?id=1094674 verfuegbar. ABSTRACT IN ENGLISH: Spilling support consisting of umbrellas made of long pipes or self-drilling hollow-stem injection anchors find increasing application in conventional tunnel drives. Their purpose is to temporarily support the excavation face until the shotcrete is load bearing. This pipe umbrella method has been very efficient on many construction sites. Despite of its frequent application, there are no codes, regulations or recommendations for the design of such support measures. This topic has been investigated within a doctoral thesis. For this purpose finite element method calculations were performed to provide the basis of the derivation of the principles of their load bearing behaviour and to quantify their state of stresses. The following paper provides a brief summary of some results of the above mentioned topic:http://mediatum2.ub.tum.de/node?id=1094674.

  • Authors:
    • Eckl, M
    • Vogt, N
  • Publication Date: 2014-8

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 301-6
  • Serial:
    • Bauingenieur
    • Volume: 89
    • Issue Number: 7/8
    • Publisher: Springer Verlag

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01538617
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 26 2014 11:05AM