Sonderforschungsbereich 837 „Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau“



Auftraggeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Teilprojekt B1 „Optimierte Tübbingsysteme für einen dauerhaften und robusten Tunnelausbau"

Laufzeit:
1. Phase: Juli 2010 bis Juni 2014
2. Phase: Juli 2014 bis Juni 2018


Tübbinge sind einzelne im Fertigteilwerk vorgefertigte Stahlbetonelemente, die durch den Erektor der Tunnelvortriebsmaschine zu einem Ring zusammenmontiert werden. In einschaliger Bauweise bilden sie die endgültige Auskleidung. Tübbinge sind im Bau- und Endzustand einer Vielzahl von Beanspruchungen ausgesetzt. Dabei werden sie zumindest lokal des Öfteren bis an oder sogar über die Leistungsfähigkeitsgrenze beansprucht. Dabei spielen Teilflächenbelastungen und Zwangswirkungen, z.B. aus den Vortriebspressen und lokalen Pressungen bei Kantenkontakten, sowie später aus punktueller Querkraftübertragung im Topf-Nocke-Bereich, Versätzen oder Rotationen eine wesentliche Rolle. Hieraus resultierende Rissbildungen und Abplatzungen führen in der Regel zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit und damit der langzeitigen Nutzung des Tunnelbaus.

Ziel des Teilprojektes B1 ist es, den Qualitätsstandard der Tübbinge unter dem Aspekt der Sicherheit, Robustheit und Dauerhaftigkeit, zunächst unter Einsatz von Stahlfaserbeton und in einem nächsten Schritt durch Entwicklung eines neuen Tübbingtypus hinsichtlich Langlebigkeit nachhaltig zu verbessern. Dabei werden interagierend numerische und experimentelle Methoden eingesetzt und das Tübbingsystem ganzheitlich auf Material-, Bauteil- und Prozessebene betrachtet und topologisch optimiert.





Teilprojekt B3 „Ringspaltmörtel – Entwicklungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Interaktionen mit dem Gebirge und Tübbingausbau“

Laufzeit:
1. Phase: Juli 2010 bis Juni 2014
2. Phase: Juli 2014 bis Juni 2018


Beim maschinellen Tunnelbau ist der Hohlraum zwischen der Tübbingauskleidung und dem Gebirge unmittelbar nach dem Einbau der Tübbinge mit einem Ringspaltmörtel zu verpressen, um diese dauerhaft lagegerecht einzubetten und gleichzeitig Setzungen an der Geländeoberfläche zu minimieren. Maßgebliche Anforderungen an Ringspaltmörtel sind zum einen optimale Fließeigenschaften und Sedimentationsstabilität während der Verarbeitungs- und Einpressphase und zum anderen die rasche Entwicklung der notwendigen Scherfestigkeit unmittelbar nach dem Verpressen. Letztere Eigenschaft wird meist durch Auspressen des Wassers aus dem Mörtel in den umliegenden Boden erzielt. Damit werden an den Ringspaltmörtel zwei nahezu einander entgegenstehende Anforderungen gestellt.

Wesentliches Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parametern der Zusammensetzung des Ringspaltmörtels und dessen Fließvermögen, Sedimentationsstabilität sowie seinem Entwässerungsverhalten einschließlich der Steifigkeits- und Festigkeitsentwicklung grundlegend und systematisch zu untersuchen. Gleichzeitig werden dabei die wesentlichen Interaktionen mit geologischen, verfahrens- und ausbautechnischen Gegebenheiten berücksichtigt.




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