Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus

Transkript

1 Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus Band II: Grundlagen und Zusatzleistungen für Planung und Ausführung Dritte, vollständig überarbeitete und ergänzte Auflage Von o. Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Bernhard Maidl Inhaber des Lehrstuhls für Bauverfahrenstechnik, Tunnelbau und Baubetrieb am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau der Ruhr-Universität Bochum Unter Mitarbeit von: Dipl.-Ing. Philipp Nellessen (Gesamtkoordination) Dr.-Ing. Frank Abel Dipl.-Ing. Heinz-Bernd Einck Dr.-Ing. Ulrich Maidl Dipl.-Ing. Götz Vollmann Dipl.-Ing. Kai Werkhäuser VGE Verlag Glückauf GmbH Essen 2004 Veriaa Glückauf Essen '

2 Inhalt Band II 1 Allgemeine Planungsgrundsätze für die Querschnittsgestaltung Allgemeines Abhängigkeit vom Verwendungszweck Straßentunnel Bauliche Anlagen für die Verkehrssicherheit bei Straßentunneln Eisenbahntunnel Bauliche Anlagen für Bahntunnel U-Bahn- und U-Straßenbahn-Tunnel Neuartige Verkehrssysteme Magnetschwebebahn, Transrapid, Metrorapid Sonstige Untertagebauwerke Einfluss des Gebirges Abhängigkeit vom Bauverfahren 36 2 Ingenieurgeologische Aspekte für Projektierung und Klassifizierung Allgemeines Entstehung, Eigenschaften und Einteilung der Gesteine * Allgemeine Grundlagen Einteilung der Festgesteine Einteilung der Lockergesteine Ingenieurgeologische und felsmechanische Untersuchungen Ingenieurgeologische Untersuchungen Felsmechanische Untersuchungen Das Gebirge und seine Klassifizierung Gebirge Klassifizierung des Gebirges Allgemeines Grundsysteme der Klassifizierung Q-System (Quality-System) RMR-System (Rock-Mass-Rating-System) Zusammenhang Q- und RMR-System Normen, Richtlinien und Empfehlungen Klassifizierung in Deutschland Klassifizierung in der Schweiz : Klassifizierung in Österreich' Beispiel einer projektbezogenen Klassifizierung nach DIN für Spritzbetonverfahren Vorgehensweise beim Tunnel Oerlinghausen Beschreibung der Vortriebsklassen für den Tunnel Oerlinghausen Besonderheiten für Vortriebsmaschinen Allgemeines Einflüsse auf den Bohrprozess Einflüsse auf die Maschinenverspannung Einflüsse auf die Ausbruchssicherung Klassifizierung für Ausbruch und Sicherung Allgemeines und Zielsetzung für den Maschinenvortrieb Klassifizierungssysteme und Untersuchung der Eignung für Vortriebsmaschinen Normen, Richtlinien und Empfehlungen Klassifizierung in Deutschland Klassifizierung in der Schweiz Klassifizierung in Österreich Neuer Klassifizierungsvorschlag 99 3 Standsicherheitsnachweise, Tunnelstatik Allgemeines Gebirgsdrucktheorien Historische Entwicklung Primärer und sekundärer Spannungszustand im Gebirge Primärer Spannungszustand Sekundärer Spannungszustand 106

3 Inhalt 3.3 Allgemeine Schritte zur Modellbildung Analytische Verfahren und ihre Modellbildung Modellbildung für oberflächennahe Tunnel im Lockergestein Modellbildung für tiefliegende Tunnel im Lockergestein Modellbildung für Tunnel im Festgestein Balkenmodelle mit Bettung Numerische Methoden Finite-Differenzen-Methode (FDM) Finite-Element-Methode (FEM) Rand-Element-Methode (REM) Koppelung Finite-Element-/Rand-Element-Methode Die Anwendung der Finite-Element-Methode im Tunnelbau Step-by-Step"-Technik Iterationsverfahren Simulation entkoppelter Teilvortriebe Spezielle Anwendungen der FEM im Tunnelbau Modellierung von Deformationsschlitzen Ermittlung der Gebirgsauflockerung infolge der Sprengung Bemessung Allgemeine Grundsätze Bemessungsansatz für Tunnelschalen aus Stahlfaserbeton Konventionell bewehrter Spritzbeton versus Stahlfaserspritzbeton Messtechnische Überwachung, Vorauserkundung und Beweissicherung Allgemeines Messprogramme Allgemeines Messungen für den Bauzustand Standardmessquerschnitte Hauptmessquerschnitte Oberflächenmessungen Grundsätze für Durchführung und Auswertung Messungen für den Endzustand Messprogramm Auswertungen Besonderheiten des Schildvortriebes Messtechnische Überwachung Erfassung und Auswertung der Maschinendaten EDV-Systeme zum Erfassen und Auswerten geotechnischer Daten Messverfahren, Messgeräte Verformungsmessungen Geodätische Messungen Konvergenzmessungen Optische Verformungsmessungen mit elektronischer Totalstation Oberflächenmessung Extensometermessungen Inklinometer- / Deflektometermessungen Gleitmikrometermessungen Trivec-Messungen Profil Vermessung Photogrammetrische Scanner Spannungs- und Dehnungsmessungen an der Sicherung Radial- und Tangentialspannungsmessungen im Beton Messungen an Stahlbögen Messungen von Beanspruchung und Wirkungsweise der Ankerung Kontrolle der Ankerkräfte bei Freispielankern Kontrolle der Beanspruchung der Anker mit mechanischen Messankern Geophysikalische Vorauserkundung Seismik Geoelektrik Gravimetrie

4 Inhalt Band II AAA Geomagnetik Geothermie Beispiele und Erfahrungen Vorauserkundung mit SSP (Sonic Softground Probing) Erkundung von Karsthohlräumen Überwachungs- und Beweissicherungsmaßnahmen für das Unterfahren von Gebäuden und Verkehrsanlagen Allgemeines Überwachungs- und Beweissicherungsmaßnahmen Schall- und Erschütterungsschutz Zulässige Verformungen bei Gebäuden Wasserhaltung, Abdichtung und Entwässerung Allgemeines Wasserhaltung während der Bauzeit Wasseranfall und Erschwernisse Wasserführung des Gebirges Erscheinungsformen des unterirdischen Wassers Abrechnung und Guantitätsmessung Verfahren zur Fassung und Ableitung des Bergwassers Maßnahmen zur Wasserfassung Maßnahmen zur Wasserableitung, offene Wasserhaltung Bohrlochdrainagen und Drainagestollen Behinderungen und Leistungsminderung Allgemeine Darstellung Einfluss des Bergwassers auf die Vortriebsleistung Einfluss des Bergwassers auf die Vortriebskosten Umwelteinflüsse und Reinigung Einflüsse auf den Grundwasserhaushalt Einflüsse auf die Grundwasserqualität Bergwassersperrung Injektionsverfahren Gefrierverfahren Tunnelabdichtungen Anforderungen Erforderlicher Grad der Dichtigkeit Anforderungen aus den geologischen und hydrologischen Bedingungen Materialanforderungen Anforderungen aus dem Bauverfahren Anforderungen an die konstruktive Auslegung Unterhalt Anforderung der Nutzer Anforderungen des Umwelt- und Gewässerschutzes Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit Abdichtungskonzepte Einteilung Vorabdichtung Hauptabdichtung Nachabdichtung Dichtungselemente und -materialien Wasserundurchlässiger Beton Sperrputz, Sperrmörtel, Kunststoffbeton Folienabdichtung Aufgespritzte Abdichtung Metallabdichtungsstoffe Prüfen von Abdichtungen Tunneldrainage Versinterungsentstehungen Materialien und ihre Eignung zur Herstellung versinterungsarmer Tunneldrainagen Auslaugarmer Spritzbeton Drainageelemente Filterschichten

5 Inhalt Flächendrainagen Einsatz der Beobachtungsmethode zur Optimierung von Tunneldrainagesystemen Grundsätzliche Vorgehensweise Untersuchungen im Vorfeld Entwicklung eines Modells mit Festlegung des Grenzbereiches Klassifizierung Entwurf Auswahl der Messgrößen Erfassen der Messgrößen Untersuchungen des Drainagesystems Soll-Ist-Vergleich Zuordnung Versinterungsklasse und Festlegung der einzubauenden Einzelkomponenten Relative Systemverbesserungen Optimierter Betrieb Eignung von Härtestabilisatoren für Tunneldrainagen Allgemeines Grundlagen zum Verfahren der Härtestabilisierung Wirkungsweise und Randbedingungen des Verfahrens Allgemeine Übertragung des Verfahrens auf den Tunnelbau Flüssige Härtestabilisatoren Feste Härtestabilisatoren Aussagen zur Eignung Neue Mess- und Steuertechniken im Tunnelbau Allgemeines Messgeräte Kreiselgeräte Lasergeräte Optische Bauelemente für Lasergeräte Optische Empfangseinrichtungen Schlauchwaagen Inklinometer Steuerung beim Sprengvortrieb Bohrwagen-Navigation Messtechnische Bohrarm-Positionserfassung Hydraulische Parallelhaltung der Lafetten Steuerung der Bohrarme über Mikroprozessoren Hydraulikbohrarme Steuerung von Teilschnittmaschinen Messtechnisch zu ermittelnde Bewegungsgrößen Teilschnittmaschinen-Steuerungssystem von Voest Alpine Teilschnittmaschinen-Steuerungssystem von Eickhoff Teilschnittmaschinen-Steuerungssystem von ZED Steuerung von Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) Allgemeines Steuerung mit Laserstrahl und aktiver Zieltafel Steuerung beim Vortrieb kleiner Durchmesser -~ Allgemeines Steuerung mit Schiffskreiselkompass Rohrvortriebssteuerung mit Laserstrahl und aktiver Zieltafel Steuerung mit mitfahrender Totalstation Besonderheiten der Terminplanung im Tunnelbau Allgemeines Geschichtlicher Überblick Generelle Planung bei Tunnelvortrieben Planungsinstrumente - ^ Kontrollmöglichkeiten Terminkontrollen Kontrolle der Kosten Beispiele für Bauzeitenpläne Bauprogramm für den City-Tunnel Leipzig

6 Inhalt Band II Terminplanung bei Bahntunneln am Beispiel des Landrücken-Tunnels und die besondere Problematik des Angriffspunkts Terminplanung bei Straßentunneln am Beispiel des Arlberg-Tunnels Terminplanung bei innerstädtischen Tunnelbaumaßnahmen am Beispiel der Stadtbahn Dortmund Terminplanung eines Schildvortriebes am Beispiel der Stadtbahn Essen Sicherheit und Sicherheitsplanung Allgemeines Internationale Richtlinien und nationale Vorschriften Richtlinie 89/391/EWG Richtlinie 92/57/EWG Richtlinie 93/15/EWG Richtlinie 98/37/EG Umsetzung in nationale Vorschriften für das Sprengwesen Integraler Sicherheitsplan Der Sicherheitsplan im Umfeld der Managementpläne Sicherheitsziele Gefährdungsbilder und Risikoanalysen Maßnahmenplan Transport, Lagerung und Handhabung von Explosivstoffen Der Transport zur Baustelle Die Lagerung auf der Baustelle Der Transport auf der Baustelle Handhabung Ausbildung des Fachpersonals Die Baustellenverordnung (BaustellV) Allgemeines Die Werkzeuge der Baustellenverordnung Der Sicherheits- und Gesundheitsschutzplan (SiGe-Plan) Arbeitsschritte zur Erstellung des SiGe-Plans Beispiel für eine Ausschreibung für den Sicherheits- und Gesundheitsschutz (SiGe) Allgemeines Sicherheits- und Gesundheitskonzept Gefährdungsanalyse Brandschutz-, Flucht- und Rettungskonzept Gesundheitsschutzkonzept Baustelleneinrichtungspläne Konzept für verkehrslenkendemaßnahmen innerhalb des Baufeldes Unterlagen mit den Angaben zu späteren Arbeiten an der Anlage Maßnahmen gegen die Gefährdung Dritter, die sich aus der Verkehrssicherungspflicht ergeben Besonderheiten bei Ausschreibung, Vergabe, Vertrag Allgemeines Beispiele der Vorgehensweise für die Vertragsgestaltung Vorgehensweise in der Schweiz Vorgehensweise in den Niederlanden Vorgehensweise in Deutschland Planerische und geotechnische Voraussetzungen in der Ausschreibung für einen Maschinenvortrieb als Nebenangebot Allgemeines Beispiele: Adlertunnel, Siebergtunnel, Flughafentunnel Stuttgart, Rennsteigtunnel, Lainzer Tunnel Zusätzliche Anforderungen an einen Maschinenvortrieb in der Ausschreibung Entscheidungskriterium Kosten Ausblick 340 Quellennachweis 341 Sachwortregister