Design aids for the planning of TBM drives in squeezing ground

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: FGU2007/005

Key words (German)

Tunnelbau; Tunnelbohrmaschine; TBM; druckhaftes Gebirge; numerische Modellierung

Key words (English)

Tunnelling; Tunnel Boring Machine; TBM; squeezing rock; numerical modelling

Short description (German)

Um die Bauzeit neuer, unterirdisch geführter Verkehrswege zu verkürzen und in einigen Fällen eine wirtschaftlich vertretbare Realisierung überhaupt zu ermöglichen, wird oft der Einsatz einer Tunnelbohrmaschine (TBM) angestrebt. Druckhaftes Gebirge kann, wenn in häufigen Intervallen oder entlang eines langen Streckenabschnittes angetroffen wird, die Wirtschaftlichkeit oder gar die Machbarkeit eines TBM-Vortriebes in Frage stellen.

Ausgehend von grundlagenorientierten Forschungsergebnissen, die in den letzten Jahren an der ETH Zürich erhalten wurden, sollen beim vorliegenden Forschungsprojekt Entscheidungsgrundlagen erarbeitet und Hilfsmittel für die Projektierung bereitgestellt werden. Bei der Beurteilung der Machbarkeit eines maschinellen Vortriebes in einem konkreten Fall stützt sich der Projektingenieur auf Erfahrungen, Plausibilitätsüberlegungen und tunnelstatische Berechnungen. Die Arbeitspakete des Forschungsvorhabens tragen Rechnung diesen Grundlagen der Entscheidungsfindung.

In einer ersten Phase werden die Erfahrungen aus ausgeführten Projekten, die im Schrifttum dokumentiert sind, aufgearbeitet und nach einheitlichen Gesichtspunkten dargestellt. Anschliessend werden für die verschiedenen TBM-Typen die geotechnischen und verfahrenstechnischen Zusammenhänge verstanden, die spezifischen Gefährdungen und tunnelseitigen Lösungsansätze dargestellt, die relevanten Einflussfaktoren gegliedert und die zahlreichen Wechselwirkungen strukturiert und qualitativ analysiert. In einer dritten Phase, ausgehend von den bereits geleisteten Forschungsarbeiten der ETH Zürich, werden ausgewählte Fragestellungen vertieft studiert.

Short description (English)

In order to reduce the construction time and in some case to achieve an economically viability of the project, underground traffic routes are often excavated by tunnel boring maschines (TBM). Squeezing ground may slow down or even obstruct TBM operation and, if occurring over frequent tunnel intervals or persisting over longer portions of a tunnel, may be decisive for the economic viability and the feasibility of a TBM drive. The specific problems are sticking of the cutter head, jamming of the shield, extensive convergences of the bored profile or even destruction of the support in the back-up area. In several cases feedback effects between the different problems are possible.

Important basic research results – related to the issue "TBM drives in squeezing ground" – have been already obtained at the ETH Zurich. These will represent the basis for the proposed research project. In particular, the specific developed mathematical models and computational methods will be utilized. The main goals of the proposed research project are the formulation of basic principles for the decision-making and the provision of design tools for the planning of TBM drives in squeezing ground. For the assessment of the feasibility of a TBM drive the project engineer bases on experiences, on plausibility considerations and on statical calculations. The work packages of the proposed research project take this procedure of decision-making into account.

Project description (German)

Problemstellung

Die steigenden Bedürfnisse des Güter- und Personenverkehrs verlangen den Weiterausbau der bestehenden Infrastruktur. Aufgrund von raumplanerischen Aspekten sowie aus Landschaft-, Umwelt- und Lärmschutzgründen werden Verkehrswege vermehrt unterirdisch geführt. Um die Bauzeit zu verkürzen und in einigen Fällen eine wirtschaftlich vertretbare Realisierung überhaupt zu ermöglichen, wird oft der Einsatz einer Tunnelbohrmaschine (TBM) angestrebt. Die aufzufahrenden Tunnel verlaufen in der Regel durch verschiedenartige geologische Formationen, so dass die eingesetzten Tunnelbohrmaschinen unter stark unterschiedlichen geologischen Bedingungen betrieben werden müssen.

Beim Tunnelbau im sogenannten druckhaften Gebirge stellen sich ohne geeignete Gegenmassnahmen grosse und langanhaltende Verformungen des Hohlraums ein. Das Phänomen tritt vorwiegend in Gensteinsarten geringer Festigkeit und hoher Verformbarkeit auf. Typische Beispiele für solche Gesteinsarten sind Phyllit, Schiefer, Serpentinit, Siltit, Tonschiefer, Tonstein, Tuff, gewisse Flyscharten sowie zersetzte ton- und glimmerhaltige Tiefengesteine (Barla 2001, Kovári 1998, Kovári & Staus 1996). Viele von diesen Gesteinsarten sind typisch für die schweizerischen geologischen Verhältnisse. Als Beispiele für bekannte Tunnelbauprojekte mit Streckenabschnitten in druckhaftem Gebirge können die Tunnels der Alptransit sowie der Gotthard Strassentunnel erwähnt werden. Wie der Beispiel des Eyholz Tunnels der Umfahrung Visp allerdings zeigt, ist die Problematik des druckhaften Gebirges keineswegs nur auf besonders tief liegende Tunnels beschränkt.

Bei einem maschinellen Vortrieb kann druckhaftes Gebirge grosse Schwierigkeiten, wie ein Blockieren des Bohrkopfes, ein Verklemmen der Tunnelbohrmaschine, eine Verletzung des Lichtraumprofils oder gar eine Zerstörung des Ausbaus im rückwärtigen Bereich verursachen (Ramoni & Anagnostou 2006). Oft treten solche Probleme in Kombination miteinander auf, wobei auch Rückkopplungseffekte möglich sind. So zum Beispiel ist beim Vortrieb mit einer Gripper-TBM in druckhaftem Gebirge ein erhöhter Sicherungsaufwand erforderlich. Dieser mindert die Vortriebsleistung ab, was wiederum ungünstig auf die Belastung des Bohrkopfschildes auswirkt. Die Vortriebsleistung stellt also einerseits das "Resultat", andererseits aber auch einen massgebenden Einflussfaktor der Interaktion zwischen der Maschine, dem Gebirge und dem Ausbau dar.

Wenn möglich, versucht man problematische Abschnitte schon in der Planungsphase durch eine zweckmässige Linienführung zu vermeiden oder mindestens kurz zu halten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, kritische Bereiche vorzubehandeln oder konventionell aufzufahren. Um solche zeit- und kostenintensive Massnahmen zu vermeiden, wird versucht, die Einsatzgrenzen der TBM unter Ausnutzung der maschinentechnischen Möglichkeiten zu erweitern.

Druckhaftes Gebirge kann, wenn in häufigen Intervallen oder entlang eines langen Streckenabschnittes angetroffen wird, die Wirtschaftlichkeit oder gar die Machbarkeit eines TBM-Vortriebes in Frage stellen. Das Hauptziel des vorliegenden Forschungsprojektes besteht in der Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen und die Bereitstellung von Hilfsmitteln für die Projektierung. Zu diesem Zweck müssen die geotechnischen und verfahrenstechnischen Zusammenhänge verstanden, die relevanten Einflussfaktoren gegliedert, und die massgebenden Gefährdungen und bautechnischen Lösungsansätze quantitativ analysiert werden.

Expected findings/ usefulness, beneficiaries (German)

Erkenntnisse betreffend der Machbarkeit eines maschinellen Vortriebs und der Eignung der verschiedenenen Ausbau- und Maschinentypen für gegebene geotechnische Bedingungen.

Erhöhung Planungssicherheit.

Nutzniesser: Projektingenieure/Bauherren

Methods (German)

Bei der Beurteilung der Machbarkeit eines maschinellen Vortriebes und für die Entscheidung bzgl. Maschinen- und Ausbautyp in einem konkreten Fall ist durch den Projektingenieur eine Reihe von Fragestellungen zu untersuchen, welche den Gebirgsdruck auf dem Bohrkopf, dem Schild und dem Ausbau, die Gebirgsverformungen und die erforderliche Vorschubkraft und Drehmoment betreffen (Figur 3). Dabei stützt man sich auf Erfahrungen, Plausibilitätsüberlegungen und tunnelstatische Berechnungen. Die Arbeitspakete des Forschungsvorhabens tragen Rechnung diesen Grundlagen der Entscheidungsfindung

siehe unten Graphik

Figur 3: Fragenstellungen für die Beurteilung der Machbarketi eines TBM-Vortriebes in druckhaftem Gebirge am Beispiel einer Einfachschild-TBM (Ramoni & Anagnostou 2006)

In einer ersten Phase werden die Erfahrungen aus ausgeführten Projekten, die im Schrifttum dokumentiert sind, aufgearbeitet und nach einheitlichen Gesichtspunkten (Geologie, TBM-Typ und Durchmesser usw.) dargestellt.

Anschliessend werden die geotechnischen und verfahrenstechnischen Zusammenhänge für die verschiedenen TBM-Typen konzeptuell erfasst, die spezifischen Gefährdungen und bautechnischen Lösungsansätze dargestellt, die relevanten Einflussfaktoren gegliedert und die zahlreichen Wechselwirkungen strukturiert und qualitativ analysiert.

Obschon Erfahrung und Plausibilitätsüberlegungen bei der Planung unabdingbar sind, lassen sich bestimmte Aspekte nur durch quantitative Analysen beurteilen. Ausgehend von den bereits geleisteten Forschungsarbeiten der ETH-Z werden ausgewählte Fragestellungen studiert (Arbeitspakete 3 und 4).

Im Arbeitspaket 3 werden Entscheidungshilfsmittel unter der vereinfachten Annahme eines Gebirges ohne zeitabhängiges Materialverhalten bereitgestellt. Diese Annahme bedeutet, dass die Gebirgsverformungen nicht zeitverzögert relativ zum Vortrieb auftreten, und liegt daher tendenziell auf der sicheren Seite auf. Für diesen verhältnissmässig einfachen Grenzfall wird der Zusammenhang zwischen der erforderlichen Vorschubkraft und den gebirgs- und tunnelseitigen Einflussfaktoren (mechanische Eigenschaften des Gebirges, Überlagerungsdruck, Bohrdurchmesser, Schildlänge, Überschnitt, Reibungskoeffizient zwischen Gebirge und Schild) durch eine umfangreiche, parametrische Studie analysiert, welche die relevante Bandbreite der erwähnten Faktoren abdecken wird. Zur Reduktion des Rechenaufwandes muss die entwickelte Berechnungsmethode weiter optimiert werden. Die Ergebnisse werden in der Form von Nomogrammen dargestellt, welche die einfache Ermittlung der für das Vermeiden eines Verklemmens des Schildes erforderlichen Vorschubkraft bzw. die Beurteilung der Gefahr "Schildblockierung" ermöglichen und somit ein zweckmässiges Hilfsmittel für die Projektierungsarbeit in der Praxis darstellen.

Das Arbeitspaket 4 setzt sich mit den Faktoren "Maschinentyp" und "Ausbau" vertieft auseinander. Anhand vergleichender Untersuchungen sollen Erkenntnisse über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Maschinentypen und Ausbaukonzepte je nach Tunneldurchmesser und geotechnischer Situation gewonnen werden. Die vergleichenden Untersuchungen werden für typische Bohrdurchmesser (entsprechend den Querschnitten von Pilot- bzw. Sicherheitsstollen und Verkehrstunneln) und für typische "Gebirgsfälle" durchgeführt. Letztere werden sich bezüglich Druckhaftigkeit des Gebirges (Grösse der Konvergenzen) und Heftigkeit des Gebirgsverhaltens (Geschwindigkeit der Verformungen) unterscheiden und im Sinne einer groben Klassifikation anhand von Vorberechnungen definiert.

Als Beispiel für die Komplexität und praktische Relevanz der zu untersuchenden Fragestellungen kann folgender Fall genommen werden. Doppelschildmaschinen weisen - vor allem bei kleinen Durchmessern - einen erheblich längeren Schild auf, was im Fall von druckhaftem Gebirge zu einem höheren Reibungswiderstand und somit auch einer höheren erforderlichen Vorschubkraft führt, als z.B. bei einer Gripper-TBM, die mit einem kurzen Bohrkopfschild versehen ist. Auf der anderen Seite jedoch sind Gripper-TBM in der Regel mit einer niedrigeren Vorschubkraft ausgerüstet und die erreichbare Vorschubkraft kann durch Probleme mit der Verspannung zusätzlich abgemindert werden. Hinzu kommt, dass Gripper-TBM bei hohem Sicherungsaufwand in der Regel eine niedrigere Vortriebsleistung erreichen als eine Doppelschild-TBM, was in diesem Fall ungünstig ist. Dem Vorteil einer kurzen Schildlänge stehen also die Nachteile von niedrigeren Vorschubkraft und Vortriebsgeschwindigkeit auf. Es ist nicht möglich aufgrund von Plausibilitätsüberlegungen und einfachen analytischen Ansätze zu beurteilen, welcher Effekt in einer gegebenen geotechnischen Situation überwiegt.

Bezüglich "Ausbau" wird vordergründig das bis heute kaum untersuchte Thema der Interaktion zwischen Schild und Ausbau und insbesondere die mögliche Auswirkung der Steifigkeit des Ausbaus auf die Belastung des Schildes analysiert. Es ist qualitativ zu erwarten (jedoch ungewiss in welchem Ausmass), dass ein steifer, direkt hinter einem Schild installierter Ausbau die Schildbelastung abmindert, weil er Widerstand den Gebirgsverformungen bietet. Dies ist eine relevante Fragestellung nicht nur in Hinblick auf die verschiedenen Maschinentypen (z.B. steifer Tübbingausbau bei einer Schild-TBM mit sofortiger Ringspaltverpressung - leichter Ausbau bei einer Gripper-TBM) sondern auch auf die heute intensiv untersuchte Machbarkeit von nachgiebigen Ausbausystemen bei maschinellen Vortrieben.

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Overview of research activities (German)

Forschung Dritter

In der Fachliteratur findet man viele Beiträge (Bruland 1998, Büchi 1995, Gehring 1995, Nelson 1993, Ozdemir 2003, u.a.), welche die Einsatzgrenzen der Tunnelbohrmaschinen in harten und sehr harten Gesteinen betrachten. Bei diesen Arbeiten stehen Fragen des Verschleisses der Abbauwerkzeugen und der Bohrbarkeit im Vordergrund. Eine Reihe weiterer Arbeiten (Barla & Pelizza 2000, Beckmann & Krause 1982, Robbins 1993, u.a.) befasst sich mit maschinellen Vortrieben durch geologische Störzonen und insbesondere mit Fragen der Stabilität des Ortsbrustbereichs ("Kaminbildung", Wasser- oder Schlammeinbrüche usw.) Die Problematik des maschinellen Vortriebes in druckhaftem Gebirge wurde hingegen weniger umfassend analysiert. Aufgrund einiger Rückschläge (Arnold 1985, Darling 1992, Robinson et al. 1985, u.a.) wurden TBM-Vortriebe oft als nicht machbar bezeichnet und deswegen nicht weiter verfolgt. Der eingangs erwähnte, zunehmende Bedarf an unterirdische Infrastrukturen auch unter anspruchvollen geologischen Bedingungen hat die Fragenstellung wieder in Vordergrund gebracht.

In der Vergangenheit hat man versucht alternative Maschinenkonzepte für druckhaftes Gebirge zu entwickeln (Einstein & Bobet 1997, Moulton et al. 1995, Robbins 1997, u.a.). Diese haben sich aber in der Praxis nicht bewährt (Downing et al. 2007). Da die Auslegung der Tunnelbohrmaschine eine wichtige Rolle spielt, richtet sich die heutige Entwicklung nach dem Entwurf von immer flexibeler und leistungsfähiger Tunnelbohrmaschinen (Bäppler 2004, Gütter & Romualdi 2003, u.a.). Die Anwendung von nachgiebigen Ausbausystemen wird auch untersucht (Vigl 2003, u.a.).

Es liegen sehr wenige allgemein gültige, theoretische Untersuchungen vor. Die Verspannbarkeit von Gripper- und Doppelschild-TBM untersuchten Galler (1998) und Eisenstein & Rossler (1995). Die Problematik des Verklemmens der TBM wurde nur im Rahmen von vereinzelten Projekten analysiert (Einstein & Bobet 1997, Lombardi & Panciera 1997, Moulton et al. 1995, u.a.).

Eigene Forschungsergebnisse

Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben schliesst sich der langjährigen Forschungstätigkeit der ETH Zürich zu den Themenkreisen "Tunnelbau in druckhaftem Gebirge" und "Maschineller Vortrieb" an (Anagnostou & Kovári 1994, 1996, Kovári 1985, 1998, Kovári et al. 1991, Kovári & Staus 1996, Vogelhuber et al. 2004, u.a.).

In Zusammenhang mit TBM-Vortrieben in druckhaftem Gebirge wurden in den letzten drei Jahren an der ETH-Z wichtige Forschungsergebnisse erhalten, welche eine Vorleistung zum hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben darstellen. Die bisherigen Untersuchungen waren eher grundlagenorientiert und dienten

(i) dem verbesserten Verständnis der massgebenden geomechanischen Faktoren,

(ii) der modellhaften Erfassung der Interaktion zwischen Maschine und Gebirge und

(iii) der Entwicklung geeigneter mathematischer Lösungsmethoden.

Im Vordergrund von (i) stand die theoretische Erfassung der Mechanismen, die der beobachteten Zeitabhängigkeit des Gebirgsverhaltens zugrundeliegen. Kriechen und Konsolidationsvorgänge sind entscheidend für die zeitliche Entwicklung der Gebirgsverformungen bzw. des Gebirgsdrucks längs eines Tunnels und insbesondere auch für das Kräftespiel im Maschinenbereich. Beim Punkt (ii) ging es um die Entwicklung von numerischen Modellen zum Treffen quantitativer Aussagen über den Einfluss der verschiedenen gebirgs- und tunnelseitigen Einflussfaktoren (Tab. 1).

Die Gebirgsverformungen bzw. der Gebirgsdruck im ortsbrustnahen Bereich werden gleichzeitig durch die räumlichen, ausbruchbedingten Spannungsumlagerungen und durch die unter (i) erwähnten zeitabhängigen Prozesse im Gebirge beeinflusst. Bei der mathematischen Behandlung dieser sich überlagernden Effekte stossen herkömmliche numerische Simulationsmethoden auf unüberwindbare Schwierigkeiten. Daher (o.g. Punkt iii) mussten neue, leistungsfähige numerische Lösungsverfahren speziell für die Simulation des laufenden Vortriebs entwickelt werden (Anagnostou 2007). Erst durch die Anwendung dieser Verfahren ist es gelungen, Fragestellungen zu untersuchen, deren Beantwortung aufgrund der Komplexität des Problems anhand Plausibilitätsüberlegungen nicht möglich gewesen wäre.

Die entwickelten Berechnungsmodelle erlauben, einerseits bestehende Erfahrungen theoretisch nachzuvollziehen, andererseits die Wirksamkeit der in Frage kommenden Massnahmen fallweise quantitativ zu beurteilen. In der Folge wird dies - stellvertretend für bisherige Forschungsergebnisse - anhand des Problems des Verklemmens eines Schildes gezeigt.

Das Risiko eines Verklemmens des Schildes kann mit der Kombination verschiedenartiger Massnahmen reduziert werden. Um die aufgrund des Gebirgsdruckes entstehende Reibung zu überwinden, werden eine hohe Vorschubkraft und ein hohes Drehmoment des Bohrkopfes gewählt. Schildmaschinen in der Grössenordnung von 10 m Bohrdurchmesser können heutzutage mit einer Vorschubkraft von bis zu 150 MN und einem Drehmoment von circa 30 MNm ausgestattet werden (Grandori 2006, Stahn & Grimm 2006). Hier ist aber zu berücksichtigen, dass die Erhöhung der Vorschubkraft und/oder des Drehmomentes Probleme bei der Einleitung der Reaktionskräfte im Gebirge (Verspannung von Gripper-TBM) oder im Ausbau (Schild-TBM) verursachen kann.

Um die erforderliche Vorschubkraft zu reduzieren, versucht man die Länge des allfälligen Schildes so kurz wie möglich zu halten und den Schild leicht konisch – um 2-4 cm im Durchmesser (Hemphill & Tempelis 2005, Lovat 1997) – zu gestalten. Die Reibung zwischen Gebirge und Schild kann auch durch Schmierung (oft wird Bentonit eingesetzt) bis um 50 % reduziert werden (Gehring 1996). Durch das sogenannte Überbohren kann lokal ein grösserer Durchmesser – bis zu 30 cm (Wolff & Goliasch 2003) – des Tunnels ausgebrochen und somit Platz für etwaige Gebirgsdeformationen geschaffen werden. Diese Methode ist aber noch nicht genügend zuverlässig, um als systematische Massnahme für lange Strecken in druckhaftem Gebirge angesehen zu werden (ITA 2003).

Figur 1 basiert auf eine numerische Vortriebssimulation und zeigt den günstigen Einfluss einer hohen Vortriebsgeschwindigkeit v und eines Überschnittes auf die Vorschubkraft F, die zur Überwindung der Schildreibung erforderlich ist. Eine hohe Vortriebsleistung wirkt sich im allgemeinen günstig aus, weil die Entwicklung der Gebirgsverformungen bzw. des Gebirgsdrucks Zeit braucht.

s. unten Tabelle 2

Figur 1: Erforderliche Vorschubkraft F als Funktion der Vortriebsleistung v – Ergebnisse von numerischen Berechnungen nach Ramoni & Anagnostou (2007a)

Wird eine Gripper-TBM eingesetzt, so hängt die Vortriebsleistung besonders stark von den Gebirgsverhältnissen ab, da diese die Menge einzubauender Sicherungsmittel und den entsprechenden Zeitaufwand bestimmen. Schlechte Gebirgsverhältnisse verlangsamen den Vortrieb, was zu zusätzlichen Schwierigkeiten im Maschinenbereich führen kann. Der Gebirgsdruck auf den Bohrkopfschild kann zum Beispiel steigen und somit zu einer Erhöhung der erforderlichen Vorschubkraft führen und eventuell Probleme mit der Verspannung der Maschine verursachen.

Einfachschild-TBM sind mit einem längeren Schild ausgerüstet als Gripper-TBM. Aus diesem Grund sind sie einem grossen Risiko des Verklemmens des Schildes ausgesetzt. Ihre Vortriebsleistung ist aber in der Regel höher und weniger gebirgsabhängig als diejenige der Gripper-TBM. Für Doppelschild-TBM gelten ähnliche Überlegungen.

s. unten Tabelle 3

Figur 2: Erforderliche Vorschubkraft F als Funktion der Stillstanddauer t – Ergebnisse von numerischen Berechnungen nach Ramoni & Anagnostou (2007b)

Stillstände einer TBM sind generell nicht zu vermeiden: Einbau der Ausbruchsicherung, geplante Wartungsarbeiten oder unerwartete technische Probleme unterbrechen den Vortrieb. Bei einem TBM-Vortrieb in druckhaftem Gebirge sind diese als äusserst kritisch einzustufen. Je länger der Stillstand ist, desto grösser ist die für das Wiederaufnehmen des Vortriebes erforderliche Vorschubkraft. Dies ist auch theoretisch nachvollziehbar und quantifizierbar (Figur 2). Die Stillstandzeiten zu reduzieren ist also sehr wichtig. Ist eine identifizierte, kritische Zone zu durchfahren, ist es empfehlenswert, eine vorgängige, ausführliche Wartung auszuführen (um das Risiko eines technischen Ausfalls zu reduzieren) und den Vortrieb so zu organisieren, dass ein Durchlaufbetrieb möglich ist.

Die Berechungsergebnisse bestätigen, dass die Erhöhung des Überschnittes eine erhebliche Abminderung der erforderlichen Vorschubkraft bewirkt (Fig. 1 und 2). Eine andere interessante Aussage ist, dass auch die Vortriebsleistung, die vor dem Stillstand erreicht wurde, eine grosse Rolle spielt. Je niedriger die Vortriebsgeschwindigkeit, desto ungünstiger die Ausgangslage beim Beginn des Stillstandes und desto rascher wird der Schild verklemmt.

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• Tabelle 3.pdf [PDF] 614 kB

Project aims (German)

Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen und Bereitstellung von Hilfsmitteln für die Projektierung von TBM-Vortrieben in druckhaftem Gebirge:

• Aufarbeitung und einheitliche Darstellung von Erfahrungen aus ausgeführten Projekten, die im Schrifttum dokumentiert sind;
• Verstehen der geotechnischen und verfahrenstechnischen Zusammenhänge, Darstellung der spezifischen Gefährdungen und der tunnelseitigen Lösungsansätze Gliederung der relevanten Einflussfaktoren und Strukturierung der zahlreichen Wechselwirkungen;
• Herstellung von Nomogrammen, welche die einfache Ermittlung der für das Vermeiden eines Verklemmens des Schildes erforderlichen Vorschubkraft bzw. die Beurteilung der Gefahr "Schildblockierung" ermöglichen und somit eine zweckmässiges Hilfsmittel für die Projektierungsarbeit in der Praxis darstellen;
• Gewinn von Erkenntnissen über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Maschinentypen und Ausbaukonzepte je nach Tunneldurchmesser.

Project aims (English)

Formulation of basic principles for the decision-making and provision of design tools for the planning of TBM drives in squeezing ground:

• Reviewing and uniform description of case histories, which are documented in the literature;
• Improving understanding of the geotechnical and technological interrelationships, representation of the specific hazards and the technical solutions, classification of the relevant influencing factors and structuring of the numerous interactions;
• Creation of nomograms for the simple determination of the necessary thrust force and for the assessment of the shield jamming risk;
• Evaluation of the pros and cons of the different TBM types and tunnel support concepts depending on the tunnel diameter

Research agenda (German)

Die vorgesehene Projektdauer ist zwei Jahre. Das Arbeitsprogramm sowie sämtliche Meilensteine sind in der Tab. 2 zusammengestellt, dienen den erzielten Bereitstellung von Entscheidungshilfen und Grundlagen für die Projektierung und werden in der Folge erläutert.

Transfer and application (German)

Formulierung von Empfehlungen. Bereitstellung von Hilfsmitteln.
Bericht und teschnisch-wissenschaftliche Tagungen.

Publications / Results (German)

.

Berichtsnummer (German)

1341

Literature (German)

Anagnostou G. (2007): "The one-step solution of the advancing tunnel heading problem"; ECCOMAS Thematic conference on computational methods in tunnelling; EURO:TUN 2007, Vienna; 90; Vienna University of Technology.

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Anagnostou G. & Kovári K. (1996): "Face stability conditions with earth-pressure-balanced shields"; Tunnelling and Underground Space Technology 11 (1996) No. 2, 165-173; Elsevier Science Ltd Oxford.

Arnold A. (1985): "Der Vortrieb des 26 km langen Druckstollen der Wasserkraftwerke Pueblo Viejo in Guatemala - Teil 3: Spezielle Fälle beim Bohrvortrieb"; Tunnel- und Stollenbau im Fels mit Vollvortriebsmaschinen; FGU-Studientagung, Zürich; D91, 89-93; SIA Zürich.

Bäppler K. (2004): "Vortrieb einer Tunnelröhre des Guadarrama-Eisenbahntunnels"; Tunnel 8/2004, 28-33; Bauverlag BV GmbH Gütersloh.

Barla G. (2001): "Tunnelling under squeezing rock conditions"; Eurosummer-School in Tunnel Mechanics, Innsbruck; 169-268; Logos Verlag Berlin.

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Eisenstein Z. D. & Rossler K. (1995): "Geotechnical criteria for double shield tunnel boring machines"; Worldwide innovations in tunnelling; STUVA-Tagung '95, Stuttgart; Forschung+Praxis 36, 192-201; Alba Fachverlag GmbH + Co. KG Düsseldorf.

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