Zur Variabilität des Gebirgsverhaltens beim Tunnelbau im druckhaften Gebirge

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: AGT2014/003
• Projekttitel Englisch: On the variability of squeezing behaviour in tunnelling

Schlüsselwörter (Deutsch)

Tunnelbau, Druckhaftigkeit, Anisotropie, Heterogenität, numerische Modellierung

Schlüsselwörter (Englisch)

tunnelling; squeezing; anisotropy; heterogeneity; numerical modelling

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Intensität der Gebirgsverformung in einer druckhaften Strecke ist in der Regel stark veränderlich. Trotz gleichbleibender Ausbruchsicherung, gleicher Überlagerungshöhe und derselben lithologischen Einheit lassen sich häufig auf kurzer Distanz grosse Änderungen der Konvergenzen um ein Vielfaches feststellen. So lange die Gründe für diese Variabilität nicht bekannt sind, sind zuverlässige Voraussagen des Gebirgsverhaltens nach dem Tunnelausbruch schwierig. Zuverlässige Voraussagen sind aber wichtig, um die Sicherungsmittel und den Ausbruchsquerschnitt zu bestimmen und damit kostspielige und aufwändige Nachprofilierungsarbeiten zu vermeiden. Die Variabilität der Druckhaftigkeit ist eine der Hauptursachen für Rückschläge, die trotz ausreichender Erfahrung und Sachkenntnis der verantwortlichen Ingenieure in gewissen Fällen vorkommen können.
Zwar sind einige mögliche Ursachen für die Variabilität der Druckhaftigkeit bereits in den Grundzügen bekannt: die variierende Orientierung der Trennflächen (Schieferung, Schichtung) und die Heterogenität des Gebirges in verschiedenen Massstäben bezüglich der mechanischen sowie – in wasserführendem Gebirge – auch der hydraulischen Eigenschaften. Trotz der intensiv betriebenen Forschung der letzten Jahre über den Tunnelbau in druckhaftem Gebirge sind die Gründe für die Variabilität der Druckhaftigkeit nach wie vor zu wenig verstanden und es fehlen weiterhin systematische, quantitative Untersuchungen über den Einfluss der einzelnen Faktoren, die es dem projektierenden Ingenieur ermöglichen, die Druckhaftigkeit bei bestimmten Tunnelbauprojekten zu beurteilen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The magnitude of squeezing deformations in tunnelling often varies over short distances even where there is no obvious change in the construction method, in the depth of cover, in the lithology or rock structure. As long as the reasons for the variability are not known, the tunnelling-induced convergences cannot be predicted with sufficient reliability. Reliable predictions, however, are important for determining the temporary support or the excavation diameter, in order to avoid delays and additional costs due to remedial actions. The variability of squeezing intensity is one main cause of setbacks that even highly qualified engineers may experience in some cases.
Several potentially important factors for the squeezing variability are already known, at least in principle: the variation of the orientation of anisotropy planes (bedding or schistosity) and the heterogeneity of the ground with respect to its mechanical and to its hydraulic characteristics at different scales. In spite of the intensive research of the last years on the problem of squeezing ground, the reasons for the variability are only insufficiently identified and understood and systematic quantitative analyses on the effect of these factors are missing, which should help the project engineer to estimate the squeezing intensity in different tunnelling projects.

Projektziele (Deutsch)

Trotz der intensiv betriebenen Forschung über den Tunnelbau im druckhaften Gebirge sind die Gründe für die Variabilität der Druckhaftigkeit noch ungenügend erfasst und verstanden. Mit diesem Projekt sollen die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit beim Tunnelbau in druckhaftem Gebirge gesteigert, wichtige Wissenslücken der Variabilität der Druckhaftigkeit geschlossen und die damit verbundenen Erfahrungen beim Bau des AlpTransit-Projektes für die Ingenieurgemeinschaft zugänglich gemacht werden. Insbesondere sollen Daten aus dem Gotthard, dem Lötschberg und dem Ceneri Basistunnel ausgewertet und numerische Berechnungen durchgeführt werden, die den Einfluss der empirisch festgestellten massgebenden Faktoren quantitativ erfassen, um daraus Entscheidungshilfen für die Planung und Projektierung beim Tunnelbau in druckhaftem Gebirge zu  schaffen.

Projektziele (Englisch)

In spite of the intensive research on the problem of squeezing ground, the factors affecting the squeezing intensity are only insufficiently identified and understood. This project should improve safety and economy of tunnel construction in squeezing ground, improve the understanding of squeezing variability and make the related experiences from the AlpTransit project available to the engineering community. Particularly, the data from the Gotthard, the Lötschberg and Ceneri Base Tunnels will be analysed qualitatively – empirically, numerical calculations will be performed to investigate quantitatively the influence of the factors and decision aids for the planning, design and construction of tunnels will be developed.

Berichtsnummer (Deutsch)

1664