Experimentelle und numerische Modellierung von Spannungsumlagerungen infolge des Bau von Querschlägen bei flachen Tunneln (STRECROPA)
In der Tunnelpraxis ist die Planung und Ausführung von Querschlägen für einen erfolgreichen Bauvorgang von entscheidender Bedeutung. Der Querschlagbereich erfordert zusätzliche Stützmaßnahmen wie Scherdübel, Stahlrahmen, Anker und Stahltübbinge. In der Praxis werden oft Messtübbinge im Querschlagbereich eingebaut, um die Betonspannungen aufgrund des Erddruckes zu beobachten. Mit Messtübbingen erfolgt jedoch das Monitoring nur nachträglich und die Interpretation der Messdaten ist nicht eindeutig. Daher verlassen sich häufig Tunnelplaner auf komplexe dreidimensionalen numerischen Berechnungen. Beweise für die Validierung solcher Berechnungen sind jedoch rar.
Das allgemeine Ziel dieser Forschung besteht darin, das Verständnis der Spannungsumlagerung entlang der Streckenröhre aufgrund der Querschlagöffnung zu erweitern. Neben den häufig bereitgestellten Stützbauwerken kann auch eine Verbesserung der Scherfestigkeit aufgrund der Drainageeffekt der Streckenröhre vor dem Querschlagöffnung berücksichtigt werden. Durch diese Auswirkung ist der Boden im vorzutreibenden Querschlag teilgesättigt. Daher zielt diese Studie darauf ab, den Effekt der Teilsättigung in die Standsicherheitsberechnungen von Querschlägen einzubeziehen.
Die Spannungsumlagerung im Querschlagbereich wird sowohl experimentell in der geotechnischen Zentrifuge als auch numerisch untersucht. In der Zentrifuge werden Versuche mit Modellboden bei variierendem Verhältnis von Überlagerung zu Durchmesser durchgeführt.
Für die numerischen Berechnungen wird das hypoplastische Stoffgesetz auf teilgesättigte Böden erweitert. Dabei wird die Entwicklung des Vorkonsolidierungsdrucks berücksichtigt, der durch Änderungen des Sättigungsgrads bedingt ist. Dieses Stoffgesetzt wird basierend auf konsolidierte dränierte dreiaxiale Kompressionsversuche mit gesättigtem und teilgesättigtem Bodenproben kalibriert.
Nachdem das numerische Modell validiert ist, werden weitere numerischen Berechnungen an Modelltunneln durchgeführt, um die Empfindlichkeit der Ergebnisse auf Änderungen der Eingangsparameter abzuschätzen. Mit dieser Sensitivitätsanalyse werden Bemessungshilfen für die Tunnelbaupraxis entwickelt.
