Oberflächensetzungen beim Tunnelvortrieb im Lockergestein Prognose, Messung und Beeinflussung

Transkript

1 Zentrum Geotechnik Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau der Technischen Universität München Schriftenreihe Herausgeber: N. Vogt Heft 50 Oberflächensetzungen beim Tunnelvortrieb im Lockergestein Prognose, Messung und Beeinflussung Jochen Fillibeck München 2012

2 Seite 1 Inhaltsverzeichnis Einleitung Intention 5 2 Vortriebsweisen Schildvortriebe Spritzbetonbauweise für U-Bahn-Querschnitte Große Querschnitte in Spritzbetonbauweise 13 3 Ursachen von Setzungen beim Tunnelvortrieb im Lockergestein Schildvortrieb Spritzbetonvortrieb 18 4 Neuerungen bei der Messung von Setzungen und Ortsbrustverformungen im Tunnelbau Zielsetzung Schlauchwaagenmessungen Messsystem und Anwendung im Tunnelbau Mögliche Messfehler Anwendungsbeispiel: Erweiterung des Bahnhofs U6 Marienplatz in München Das Bauvorhaben, Schlauchwaagenmessungen Technische Anmerkungen zur Durchführung der Messungen Messergebnisse und deren Beurteilung Verformungs messungen mit einer elektronischer Totalstation Messystem und Anwendung im Tunnelbau Entwicklungen bei der Auswertung der Vermessungsdaten mit Totalstationen Laserscanning Messystem und Anwendung im Tunnelbau Anwendungsbeispiel: Erfassung flächenhafter Ortsbrustdeformationen bei der Stadtbahnlinie U6 Fasanenhof in Stuttgart Motivation Messkonzept und Ergebnisse Bewertung der Messergebnisse Datenmanagementsysteme 39 5 Mathematische Beschreibung der Setzungsmulden Allgemeines Quersetzungsmulde Längssetzungsverlauf 45 6 Methodik der Auswertung Quersetzungsmulde Längssetzungsverlauf Sensibilitätsanalyse zur Auswertung von Quersetzungsmulden Allgemeines Fehler bei der Messung und deren Auswirkung auf das Messergebnis 51 7 Entwicklung des empirischen Prognoseverfahrens nach Fillibeck für Quersetzungsmulden Allgemeine Angaben zu den nachfolgenden Auswertungen Ermittlung des Volume loss VL s 56

3 Seite Literaturzusammenfassung Auswertung Münchner Spritzbetonvortriebe Geologische Verhältnisse Details zu den ausgewerteten Münchner Spritzbetonvortrieben Gegenseitige Beeinflussung der Tunnelröhren beim Parallelvortrieb Volume loss beim U-Bahn-Streckenvortrieb (A - 40 m 2 ) Volume loss von in Teilausbrüchen aufgefahrenen Großquerschnitten Übertragung der Ergebnisse auf Spritzbetonvortriebe unter anderen Randbedingungen Allgemeines Einfluss der Bodensteifigkeit auf den Volume loss Einfluss der Scherfestigkeit auf den Volume Zeitliche Einflüsse auf den Volume Volume 1055 beim Schildvortrieb Ermittlung des Wendepunktabstands i Literaturzusammenfassung Auswertung von Münchner Spritzbetonvortrieben Übertragung der Ergebnisse auf andere Untergrundverhältnisse Längssetzungsverlauf Zusammenstellung der Ergebnisse und Angaben zur Wahl von VL s und i Kriterien zur Beurteilung des Schadenspotenzials von Setzungsmulden Allgemeines Verfahren nach Burland Verfahren nach Kramer Anwendungsbeispiel Finite-Element-Berechnungen zur Ermittlung von Setzungen im Tunnelbau Problemstellung und Gliederung Neuere Entwicklungen bei der Simulation des Baugrunds mit der FE-Methode Elastoplastische Stoffmodelle mit Verfestigung Derzeitiger Entwicklungsstand Theoretische Grundlagen Versuchstechnische Ermittlung der spannungsabhängigen Steifigkeit Berücksichtigung des Seitendruckbeiwerts Zusammenhang zwischen Seitendruckbeiwert und Überkonsolidation Laborversuche zur Ermittlung der maximalen geologischen Vorbelastung Versuchstechnische Ermittlung des Seitendruckbeiwerts überkonsolidierter Böden Berücksichtigung der Steifigkeitserhöhung bei kleinen Dehnungen (small strain stiffness) Theoretische Grundlagen Literaturangaben zur Ermittlung von Gound YO, Versuchstechnische Ermittlung des Schubmoduls Go Berücksichtigung teildränierter Zustände anhand der Konsolidationstheorie Programmtechnische Umsetzung der Erkenntnisse und Zusammenstellung der Eingangsgrößen für nachfolgende Berechnungen 136

4 Seite Resumee zur versuchstechnischen Ermittlung von Eingangsgrößen für höherwertige Stoffmodelle Verfahren zur Berechnung von Setzungen im Tunnelbau mit der FE-Methode Überblick D-FE-Berechnungen Teillastverfahren (ß-Verfahren) Stützlastverfahren (u-verfahren) Volume loss-verfahren (gap-verfahren, Kontraktionsverfahren) D-FE-Berechnungen D-FE-Berechnung Zur Wahl der Netzgröße bei 20- und 3D-Berechnungen Vergleich zwischen Berechnungen und Messergebnissen Randbedingungen für die Vergleichsberechnungen Einfluss des Seitendruckbeiwerts und des Stoffmodells D-FE-Berechnungen Rückrechnung von Münchner Spritzbetonvortrieben Abhängigkeit zwischen VL s und ß bzw. VL I D-FE-Berechnung Rückrechnung von Münchner Spritzbetonvortrieben Vergleich zwischen 20- und 3D-FE-Berechnungen von Spritzbetonvortrieben Vereinfachtes Verfahren zur ModelIierung von Spritzbetonvortrieben für Setzungsberechnungen D-FE-Berechnung Allgemeines Berechnungsmodell Erste Berechnungsergebnisse Zusammenfassung zur Berechnung von Setzungen mit der FE-Methode Maßnahmen zur Reduzierung von Setzungen im Tunnelbau Gliederung Vereisungsschirm Verfahren und Anwendungsgrenzen Frosthebungen Anwendungsbeispiel: Bahnsteigerweiterung der U6 unter dem Münchner Rathaus Baumaßnahme Maßnahmen zur Reduzierung der Frosthebungen Tragwirkung des Vereisungsschirms Injektionsschirm Injektion: Verfahren und Anwendungsgrenzen Anwendungsbeispiel: U-Bahn-Los U3 Nord 1, Vortrieb 02 in München - Injektion von GOK und vom Tunnel aus Düsenstrahlschirm Verfahren und Anwendungsgrenzen Anwendungsbeispiel: U-Bahn-Los U3 Nord 1, Vortrieb W3 I W4 - Düsenstrahlverfahren vom Tunnel aus Beschreibung des Vortriebs 190

5 Seite Verformungen bei der Herstellung des Düsenstrahlschirms Setzungen beim Vortrieb des Großquerschnitts W3 I W Vergleichsberechnungen zur Tragwirkung von Düsenstrahl- und Injektionsschirmen Allgemeines Beschreibung des untersuchten Modells Tragwirkung des plattenartig ausgebildete Schirmgewölbe Tragwirkung des bogenartig ausgebildeten Schirmgewölbes Vergleich zwischen plattenartig und bogenartig ausgebildetem Schirmgewölbe Rohrschirm Verfahren und Anwendungsgrenzen Tragwirkung und Möglichkeiten zur Reduzierung von Oberftächensetzungen Anwendungsbeispiel: U-Bahn-Los U3 Nord 1, Vortrieb W1, Gebäudeunterfahrung im Schutze eines Rohrschirms Hebungsinjektion Zusammenfassung und Wertung von Verfahren zur Reduzierung von Setzungen Zusammenfassung und Ausblick Schrifttum 221