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All main topics / Bauingenieurwesen / Tunnelbau

Untertägiger Hohlraumbau T2 (188 Cards)

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Bergbau
• Gewinnung von Rohstoffen
• Nutzung der Hohlräume
größtenteils temporär
und nur durch Fachleute
• Abbaue dürfen verbrechen
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Bauingenieurwesen
• Nutzbarmachung
der Hohlräume
für die Allgemeinheit
• Hohe Anforderungen an
die Standsicherheit

Überschneidungen mit Bergbau beispielsweise in der Endlagerung
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Tunnel
langgestreckte untertägige Hohlräume mit zwei Enden, Ausbruchsquerschnitte
20 m2 bis ca. 300 m2, Straßen-, Eisenbahntunnel
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Stollen
langgestreckte untertägige Hohlräume mit einem Ende bzw. kein
Verkehrstunnel, z.B. Druck-, Umleitungs-, Erkundungs-, Fensterstollen
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Karvernen
gedrungene, untertägige Hohlräume bis ca. 35 m Breite, z.B.
Maschinenkavernen, Kühlräume
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Schächte
vertikaler Stollen, z.B. Förder-, Wetter-, Blindschacht
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Kammern
gedrungene, untertägige Hohlräume bis ca. 10 m Breite, z.B.
Abbauhohlräume im Bergbau, Bunkeranlagen für Luftschutzwerke
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Tunnelbauwerken nach Zweck:
• Straßentunnel
• Eisenbahntunnel
• U-Bahn-, S-Bahn- und Stadtbahntunnel
• Fußgängertunnel
• Schifffahrtstunnel
• Infrastrukturtunnel z. B. Dücker
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Tunnelauskleidungen
• ohne
• Spritzbeton, bewehrt
• Stahlfaserspritzbeton
• geschalter, bewehrter Beton
• Extrudierbeton (Stahlfaserbeton)
• Tübbinge (Stahlguss / Stahlbeton)
• bei Tübbingen und Spritzbeton
• zusätzlich: bewehrte Stahlbetoninnenschale – Schalwagen
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Fels
Gestein + Trennflächen = Gebirge
E1 ≠ E2 ≠ E3
٧1 ≠ ٧2 ≠ ٧3
G1 ≠ G2 ≠ G3
φi,Gebirge = f (φGestein, φTrennflächen)
ci,Gebirge = f (cGestein, cTrennflächen)
=> orthotrop, evtl. transversal isotrop
inhomogen
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Boden
Baugrundaufbau = Schichten
je Bodenart
E, ٧
φ, c
Körner klein gegen
Bauwerksabmessungen
=> schichtweise
homogen und isotrop
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Gesteine
Sedimentgesteine
Metamorphe Gesteine
Magmatische Gesteine
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Sedimentgesteine
• Tonstein
• Sandstein
• Kalkstein
• Schluffstein
• Kreide
• Kohle
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Metamorphe Gesteine
• Gneis
• Grünschiefer
• Marmor
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Magmatische Gesteine
• Granit
• Gabbro
• Basalt
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Isotropie
Gleiche elastische Eigenschaften in jeder Richtung durch irgendeinen Punkt innerhalb eines Bodens
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Homogenität
Gleiche elastische Eigenschaften in derselben Richtung in jedem Punkt des Bodens
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Beispiele für das Gebirgsverhalten in Abhängigkeit
der Raumstellung einer Störungszone
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Dreiaxialer Druckerversuch

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Scherversuch
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Insitu – Scherversuch
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Mögliche Bewegungen von Felskeilen
Ebenes Gleiten
Kippen (Toppling)
Felssackung (Rock Slumping)
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Gebirgsklassifikation nach Bieniawski (RMR – Rock Mass Rating)
Bewertung RMR 100 bis 1
Gebirgsklassen I („sehr guter Fels“) bis V („sehr schlechter Fels“)
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Gebirgsklassifikation nach Bieniawski: Einflussgrößen
• Festigkeit des intakten Felses
• Durchtrennungsgrad (RQD – Rock Quality Designation)
• Abstand der Trennflächen
• Zustand der Trennflächen
• Wasserandrang
• Orientierung der Trennflächen
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Punktlastversuch (Point-Load-Test)
Punktlastversuch kommt zum
Einsatz in Gesteinen, in denen
keine Zylinderproben gewinnbar sind
• z.B. bei zerbrochenen
Bohrkernen
• oder in Störungs- und
Verwitterungszonen
• bei geringmächtigen Lagen

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Einaxialer Druckversuch
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Wasserdurchlässigkeitstest (WD-Test)
In einem definierten Abschnitt des Bohrlochs der durch Absperren mit
Packern festgelegt wird, wird Wasser bei unterschiedlichen Drücken
verpresst.
Der Druck sowie die Verpressmenge werden kontinuierlich gemessen.
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Lockergestein
ist ein Gemenge von Mineralen und bzw. oder Gesteinsbruchstücken und bzw. oder organischen Bestandteilen ohne mineralische Bindung.
Ein Zerlegen der mineralischen Anteile nach Korngrößen ist
möglich.
Lockergestein besteht grundsätzlich aus mehreren Phasen: fest-flüssig, fest-gasförmig oder fest-flüssig-gasförmig.
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Festgestein
ist ein Gemenge von Mineralen und bzw. oder Gesteinsbruchstücken
mit einer mineralischen Bindung, die dem Gestein eine bestimmte Festigkeit verleiht.
Charakteristisch für das Festgestein sind die überwiegende Flächenberührung und die Flächenverbindung der Bestandteile.
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Empfehlungen für Tunnel im Lockergestein



a) Stabzug mit radialer Bettung kT
b) Teilkontinuum, im Firstbereich ohne Stützwirkung für den Ausbau durch den Baugrund
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homogen – inhomogen
Ein Körper ist homogen, wenn beliebig gleichorientierte und gleichgroße Teilkörper in der Anordnung der Gefügeelement bzw. in ihren physikalischen Eigenschaften nicht unterscheidbar sind.

Andernfalls gilt ein Körper als in-homogen. Der Grad der Homogenität eine Körpers kann sich auf die Anordnung seiner Gefügeelemente (gestaltlisches Gefüge) oder auf seine physikalischen Eigenschaften beziehen. Die Kontinuumsmechanik bezieht die Homogenität i.a. auf die Dichte.
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isotrop – anisotrop
Ein Körper heißt – bezogen auf sein Gefüge – isotrop, wenn seine Gefügeelemente hinsichtlich ihrer Anordnung keine bevorzugte Orientierung zeigen; er ist anisotrop, wenn eine solche Orientierung
vorhanden ist. Die Begriffe isotrop/anisotrop werden auf physikalische Eigenschaften bezogen.

Ein Körper ist hinsichtlich einer bestimmten physikalischen Eigenschaft, wie der Druckfestigkeit isotrop,
wenn diese Eigenschaft von einem Punkt im Körper ausgehend, in allen Raumrichtungen unverändert
ist anisotrop, wenn die Kenngröße richtungsabhängig ist.
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Parameter, die das Tragverhalten des Bauwerks beeinflüssen

- Gebirgsart: Klüftung, Schichtung, Kohäsion, Gebirgskennwerte,
Wasserverhältnisse

- Tiefenlage: Lage des Tunnels im Gebirge in der Trassen- und
Gradientenführung, Überlagerungshöhe, geologische Formation

- Querschnittsabmessungen in Teilquerschnitte bis zum Vollausbruch

- Bauverfahren: TBM, Sprengvortrieb
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Hauptspannungszustand für einen Tunnel aus dem
Überlagerungsdruck im elastisch – isotropen Halbraum
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Fenner - Pacher - Kennlinien verschiedener Gebirgsarten bei
stufenweise vorgegebener Deformation
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Interaktion Gebirge - Ausbau

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Kennlinie und Deformationsablauf


-  Isotropie / Anisotropie in Steifigkeit und Festigkeit
-  σ-ε-Verhalten = f (Zeit)
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Gebirgsverhalten
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Gefährdungsbilder
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Gefährdungsbilder im Lockergestein
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Gefährdungsbilder im Festgestein
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Primärer Spannungszustand
- räumlicher Spannungszustand
-geprägt durch Gebirgsart und Gebirgsentwicklungsgeschichte
            - Tiefenlage
            - Überlagerungsgewicht
            - Locker- oder Festgestein
            - Tektonik, Lagerungsverhältnisse, Wasserverhältnisse
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Sekundärer Spannungszustand
- räumlicher Spannungszustand
- geprägt durch das Wechselspiel zwischen Gebirge, Tunnelbauwerk und Herstellverfahren
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Spannungszustände Spritzbetonbauweise
Spannungstrajektorien im isotropem Gebirge
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Vergleich der Spannungszustände
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Tragwirkung über dem Ausbruchsbereich (Schikora)
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Salzgestein
Evaporite – Verdampfungs- oder Eindunstungsgestein

- Chemisches Sediment der kontinentalen Erdkruste
- Bildet sich bei fortschreitender Wasserverdunstung in der Reihenfolge zunehmender Löslichkeiten
- Salzgesteine bestehen zu einem wesentlichen Teil aus Salzmineralen
- Monomineralisch z. B.
      - Anhydritgestein
      - Steinsalz
  - Mineralgemeinschaften z. B.
      - Carnallitit (Kalisalz)
      - Hartsalz
- Quantitative Zusammensetzung kann auch innerhalb eines Flözes erheblich variieren
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Entstehung von Salzlagerstätten
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Schichtfolge des Zechsteins
Zechstein 4 : Aller-Serie
Zechstein 3 : Leine-Serie
Zechstein 2 : Straßfurt-Serie
Zechstein 1 : Werra-Serie
Zechstein 4 : Rotliegend
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Verformung der Evaporite
Evaporite verformen sich schon bei relativ niedrigen Beanspruchungen
→ hohe Verformbarkeit, Mobilität, Fließfähigkeit

Unterschiedliche Verformbarkeit führt zu unterschiedlicher Kluftbildung
→ stärker Klüftung im Anhydrit als im Steinsalz
Mechanische Beanspruchung führt zu Parallelverschiebung der Gitterpakete
→ irreversible, plastische Verformungen
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Halokinese
- Verformungsvorgänge durch Salzaufstieg infolge von Dichteunterschieden
    - Dichte von Salzgestein geringer als die Dichte des Deckgebirges
    - instabile Lagerung → Umkehr der Schichtenfolge zur Minimierung       der Energie
    - Salz ist das so genannte aktive Medium
- Salzkissen: Beginn des Salzaufstiegs
- Salzstöcke (Salzdome): Deckschichten werden aufgebrochen
- Salzmauern: Deckschichten werden entlang einer Linie aufgebrochen
    - Voraussetzung: sehr große Salzablagerung im Untergrund
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Salztektonik
- Salz wird als passives Medium verformt
     - Auslöser Verformungen / Verschiebungen in der Erdkruste
- Flachgelagerte aber in sich wellige Evaporitserien
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Schematische Darstellung von Salzstrukturen

Fortschreitende Entwicklung der Salzstrukturen
1 Salzkissen 2 Salzstöcke 3 Salzmauern
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Temperaturen im Salzgestein
- in 5000 m Tiefe etwa 180°C
- in 1000 m Tiefe etwa 50°C
   - Maximaltemperatur in der geologischen Vergangenheit etwa 90°C
-  Wärme hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Verformungsverhalten von Salzgestein ( Verformung nimmt mit der Temperatur zu )
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Verformungsverhalten von Salzgesteinen
Salzgestein zeigt ein ausgeprägtes nichtlineares Formänderungsverhalten

Abhängig von:
- Spannung
- Temperatur
- Zeit
- Feuchtigkeit
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Verformungsverhalten von Salzgesteinen


      - :Anteil aus elastisch-reversiblen
        Verformungen
      - : Anteil aus inelastisch-irreversiblen
        Verformungen



- : plastische Verformungen
- : viskose Verfomungen
- : thermisch bedingte Volumenänderung

NB: In Kurzzeitversuchen kann festgestellt werden, dass die elastischen Verzerrungsanteile deutlich kleiner als die inelastischen Anteile sind.
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Formänderungsverhalten von Salz durch Kriechen
Kriechphasen:

- primäres oder transientes (instationäres) Kriechen, auch Übergangskriechen
      - große Verformungsraten
      - Verringerung bei zunehmender Verformung (verfestigend)
- sekundäres oder stationäres Kriechen
      - bei konstanter Spannung auch konstante Kriechrate
- tertiäres Kriechen
      - nur oberhalb eines bestimmten Spannungsniveaus
      - führt zu Volumendehnung und Kriechbruch (entfestigend)
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Schematische Darstellung des Kriechverhaltens
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Gebräuchliche Bezeichnungen für Teilbereiche des
Querschnittes und des Umrisses
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Bereich des Tunnelvortriebs
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Konstruktionsteile eines Tunnels
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Querschnittsverhältnisse für einige gebräuchliche
Querschnittsformen
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Prinzipien der Neuen Österreichische Tunnelbauweise (NÖT)
Grundvoraussetzung für die Anwendung der NÖT ist eine mindest kurzzeitige Standfestigkeit des Gebirges, die bei bindigen Böden meist gegeben ist. In rolligen Böden – die Anwendung der NÖT ist hier die Ausnahme – kann sie künstlich erzielt werden (z.B. durch Injektionen, Gefrieren) oder es muss mit einer Vorpfändung gearbeitet werden.

• Durch eine rechtzeitige Sicherung der Ausbruchfläche (Verbau) werden Auflockerung und Endfestigkeit des Gebirges weitgehend verhindert, es behält seine ursprüngliche Festigkeit und somit die Fähigkeit, mittragend als Teil einer Verbundkonstruktion zu wirken.

• Andererseits werden Gebirgsdeformationen bis zu einem solchen Ausmaß zugelassen (gezielte Entspannung), dass in der Umgebung des künstlichen Hohlraumes Formänderungswiderstände geweckt werden und ein Tragring im Gebirge geschaffen wird, welcher den Hohlraum als „Schutzzone“ umgibt.

• Zur Sicherung des Gebirges dient i. A. wegen seiner flächigen, den notwendigen Kraftschluss garantierenden Wirkung Spritzbeton, meist in Verbindung mit Anker und Bewehrungsmatte und auch mit Tunnelbögen

• Die Spritzbetonsicherung wird grundsätzlich als dünne, biegeschlaffe Schale ausgeführt. Sie dient nicht als ein das Gebirge tragendes Gewölbe, sondern im wesentlichen als
Gebirgsversiegelung im Rahmen einer Beton-Stahl-Gebirgs-Verbundkonstruktion

• Häufig genügt es einzelne Sicherungsarten, wie z.B. Spritzbeton mit Böden ohne Anker, mit Ankern, ohne Böden oder auch Spritzbeton bzw. Anker allein anzuwenden.

• Ein rechtzeitiger Ringschluss durch das Einbringen eines Sohlgewölbes ist erforderlich. Die Zeitspanne innerhalb derer dies zu geschehen hat, die Ringschlusszeit, ergibt sich aus der geologischen Situation. Sie muss durch Messung während des Baus überprüft werden. Drastische Beweise für die Notwendigkeit einer Sohlschlusswirkung haben Tunnelverbrüche geliefert, die sich als Folge eines fehlenden oder zu späten Sohlschlusses ereigneten.

• Die Querschnittsform des Tunnels sollte möglichst rund – kreisförmig oder oval – sein, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden, wie sie an Ecken und Kerben auftreten.

• Um die Zahl der Spannungsumlagerungen zu beschränken und Überkreuzungen von Schutzzonen zu vermeiden, wird ein Ausbruch in möglichst wenigen Zwischenstadien angestrebt, d.h. der Vortrieb in Vollausbruch oder zumindest ein Vollausbruch mit
voreilender Kalotte

• Die Spritzbetonschale kann als Bestandteil der bleibenden Gesamtkonstruktion betrachtet werden, falls sie keiner Zerstörung durch Korrosion ausgesetzt oder dagegen geschützt ist.

• Zur Erhöhung der Sicherheit oder zum Einlegen einer Isolierung kann eine Innenschale vorgesehen werden. Auch die wird grundsätzlich schlank gehalten; sie soll mit der Außenschale Kraftschluss, aber keinen Scherverbund haben.

• Verstärkungen sowohl der Innen- als auch der Außenschale erfolgen nicht durch Verdickung, sondern durch Bewehren der Schalen; im Spritzbeton eignen sich besonders Stahlbögen zur statischen Verstärkung.

• Die Stabilisierung des Gesamtsystems und seine Sicherheit, die Notwendigkeit von Verstärkungen sowie die Zulässigkeit von Abminderungen der Ausbaustärke werden nach Konvergenzmessungen oder Verschiebemessungen in der Tunnelumgebung beurteilt.

• Zur Dimensionierung der Außenschale werden Messungen der Betonspannungen sowie der Kontaktspannungen zwischen Schale und Gebirge vorgenommen
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Statische Grundlagen der NÖT
• Gebirge als Haupttragelement
erhalten und ertüchtigen
• Teilentspannung 'dosiert' zulassen
• Durch Messungen Zeitverhalten
von Gebirge und Ausbau bestimmen
• Ausbruch und Verbau in Art und Zeit
auf gewünschte Teilentspannung
abstimmen
• Auskleidung möglichst biegefrei als
Druckring wirken lassen
• Gebirge und Ausbau sind statisch ein
Verbundsystem
• Überwachung und Dimensionierung
durch Messungen während des Baus
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Grundsätze der NÖT
- rechtzeitige Sicherung der Ausbruchfläche
- gezielte Entspannung
- Sicherung des Gebirges mit Spritzbeton durch flächigen Kraftschluss
- Spritzbeton = dünne biegeweiche Schale + Bewehrung + Tunnelbögen
- rechtzeitiger Ringschluss (24 - 36 h)
- kreisförmiger oder ovaler Ringschluss
- Vortrieb in Vollausbruch mit wenigen Zwischenstadien
- Spritzbetonschale ist i.d.R. Bestandteil der Gesamtkonstruktion
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Bauausführung der NÖT
 Ausbruch – Regeltiefe:
 Sofortsicherung mit Spritzbetonversiegelung
 Bewehrung (Baustahlgewebe) einbauen
 Evtl. Anker (schneller) und Streckenbögen einbringen
 Endgültige Spritzbetonschale aufbringen
 Gängige Vortriebsarten:
- Kalottenvortrieb
- Ulmenstollenvortrieb
- Vollausbruch
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Kalottenvortrieb
-Kalotte: Bohren und Sprengen
-Kalotte: Schüttern des Hautwerkes
-Kalotte: Sichern mit Spritzbeton (7 bis 19 cm mit einer Lage Baustahlgitter danach SN-Anker einbauen)
-Strosse: Bohren und Sprengen. Schüttern des Hautwerkes. Sichern
-Aushub und Einbau der Sohle, halbseitig
-Betonieren des Innengewölbes mit dem Schalwagen
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Ulmenstollenvortriebs
- Ulmenstollen: Abbau mit Bagger. Aushub wird auf Dumper gefördert. Sichern mit Spritzbeton

- Kalotte: Abbau durch Bagger. Sichern mit Spritzbeton

- Strosse: Ausbruch der Umwegstollen, Abbau und Sichern

- Aushub und Herstellen der Sohlenschlusses

- Einbau der Sohle halbseitig

-Betonieren des Innengewölbes mit dem Schalwagen
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Kernbauweise beim Vortrieb einer Großhalle
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Bauweisen
• Offene Bauweise
• Einschwimm- und Absenkverfahren
• Geschlossene Bauweisen:
          • Sprengen im Festgestein
          • Spritzbetonbauweise (NÖT) im Festgestein
          • Spritzbetonbauweise (NÖT) im Lockergestein
          • Schildvortrieb im Lockergestein
          • Tunnelbohrmaschinen im Festgestein
• Wand- und Deckelbauweise
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Einflussfaktoren auf die Bohrbarkeit
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Einbrucharten
Kegeleinbruch
Keileinbruch
Fächereinbruch
Spiraleinbruch
Coromanteinbruch
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Prinzipskizze einer TSM
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Abbau mit einer TSM
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Schema eines bemannten Rohrvortriebes mit offenem Schild
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Schema der Einbaufolge und Inbetriebnahme von
Dehnerstationen
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Offene Schilde: Handschilde
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Offene Schilde: Abbau im Vollschnitt
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Druckluftschilde – Prinzip der Druckluftstützung
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Druckluftschilde - Anwendungsbereiche
 Bodenarten, bei denen eine Grundwasserabsenkung technisch, wirtschaftlich oder
ökologisch nicht zu empfehlen ist
 Bei durch Grundwasserabsenkung zu erwartenden Setzungen
 Bei der Unterfahrungen von Gewässern
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Druckluftschilde  - Grenzen des Druckluftverfahrens
 Maximal zugelassene Druckhöhe: 4 bar (3 bar Überdruck)
 Luftdurchlässigkeit des Bodens (oberer Grenzwert des Durchlässigkeitsbeiwertes für
Wasser kw = 10-4 m/s)
 Eine Mindestüberdeckung über der Tunnelfirste (ein- bis zweifacher
Tunneldurchmesser je nach Bodenart und Sicherung) zur Gewährleistung des
Ausbläsersicherheit)
 Kürzere Arbeitszeit vor Ort wegen Ein- und Ausschleusezeiten
 Verminderte Leitungsfähigkeit der Belegschaft innerhalb der Druckluft
 Erhöhte Brandgefahr
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Druckluftschilde
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Druckluftschilde: Luftbedarfsermittlung
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Ausbläser
Der hydrostatische Druck nimmt linear mit der Wassertiefe zu. Daraus folgt, dass bei einem Tunnelquerschnitt unterhalb des Grundwasserspiegels an der Firste ein geringerer Wasserdruck herrscht als im Sohlenbereich. Um eine ausreichende Dichtigkeit der Ortsbrust zu erreichen, muss an jeder Stelle des zu sichernden Bereichs der Stützdruck möglichst genauso groß sein wie der außen anstehende Wasserdruck, auf keinen Fall aber kleiner. Bei Gasen ändert sich im Gegensatz zu Wasser der Druck nicht mit der Höhe, und so ist der Luftdruck immer über die gesamte Höhe des Tunnels konstant. Bei einem ausreichend bemessenen Stützdruck an der Tunnelsohle kommt es  zwangsläufig zu einem resultierenden Innenüberdruck im Firstbereich.

Durch diesen Überdruck besteht bei zu geringer berdeckungshöhe die Gefahr eines Ausbläsers. Dabei dringt Luft aufgrund des Druckgefälles in das Erdreich ein und versetzt die Bodenteilchen in ein labiles Gleichgewicht, da die aufströmende Luft der Gewichtskraft des Bodens entgegenwirkt. Die Druckluft entweicht explosionsartig, und es kommt zu einem Wassereinbruch im  Tunnel.
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Ausbläsersicherheit
Vorbeugende Maßnahmen:
 Schließen eventueller Bohrlöcher
 Einplanung einer ausreichenden Tunnelüberdeckung

Mindestüberdeckung:
 Vereinfacht: bei einem wirksamen Raumgewicht der festen Bodenüberdeckung von 1,0 t/m3 eine Gesamtüberdeckung
 Unter offenen Gewässern: um eine feste Bodenüberdeckung von zu erhalten
=> Wahl einer Gesamtüberdeckung von
 Bei Druckluftschildvortrieben an Land: eine Mindestüberdeckung von reicht im allgemeinen aus

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Prinzip der Flüssigkeitsstützung
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Konstruktionsprinzip unterschiedlicher Flüssigkeitsschilde
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Slurry - Shield
 Entwicklung in Japan (speziell für die dortigen Untergrundverhältnisse in
Küstennähe konzipiert)
 Haupteinsatzbereich Sande und schluffige Böden
 Feste Tone können zu Verstopfungen der Einflussöffnungen führen

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Thixschild
 Abbau erfolgt über eine Teilschnittmaschine
 Vorteil: individuelle Anpassung des Abbauvorganges an wechselnde
 Bodenverhältnisse und speziell an Hindernisse wie größere Steine
 Nachteil: Geringere Vortriebsleistung im Vergleich zum Hydroschild
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Hydro- oder Bentonitschild
 Entwickelt von der Wayss & Freytag AG
 Einsatz für wechselhafte Bodenverhältnisse

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Hydrojetschild
Vorteile
 Speziell für kleine Durchmesser in geringer Tiefe (in diesem Bereich befinden
sich zumeist relativ viele Hindernisse wie z.B. Wurzeln)

Nachteile
 Auf eine spezielle Überlastsicherung für alle beweglichen Teile sowie der
Tauchwand muss geachtet werden.
 Ein kontrollierter Überschnitt ist nicht möglich, da die Hochdruckdüsen den
Boden nur im Bereich innerhalb des Schneidenringes abbauen können.


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Abbauwerkzeuge
 Unter Abbau wird das Lösen des Gebirges aus dem natürlichen Lagerverband verstanden

 Zugänglichkeit der Ortsbrust für Abbauwerkzeuge nur vor dem Schneidrad möglich

 Ein eventueller Überschnitt muss vor dem Schneidrad ausgebrochen werden
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Ortsbrust
Als Ortsbrust ist die von den Werkzeugspitzen aufgespannte, räumlich gekrümmte Fläche
der Abbaufront definiert.
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Abbauwerkzeug und –verfahren
- geometrisch unveränderlich (Vollschnitt)
- zyklisch veränderlich (programmgesteuerter Teilschnitt)
- frei veränderlich (handgesteuerter Teilschnitt)
- materialabhängig veränderlich (z.B. hydraulischer Abbau)
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Abbauwerkzeuge: Messer, Zähne

Messer- und Zahnformen für unterschiedliche Böden
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Abbauwerkzeuge: Meißel (Rundschaftmeißel mit Hartmetallkern)
 geeignet zum Angriff von harten Böden
 Einsatz als sprengendes Werkzeug in
Schlaghämmern
 Sonderform: mit Hartmetallkern
(Rundschaftmeißel)
 Die freie Drehbarkeit des Rundschaftmeißels
in seiner Halterung verlängert die Standzeit
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Abbauwerkzeuge: Stichel
Stichel sind senkrecht zur Ortsbrust eingesetzte, stumpfe Werkzeuge aus Rund- oder Vierkantmaterial. Stichel wirken gefügezerstörend und aufreißend in Schluff-, Sand- und Kiesböden. Die von einzelnen Zähnen, Meißen oder Sticheln übertragenen Kräfte sind im voraus nicht bestimmbar.
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Abbauwerkzeuge: Rollenmeißel, Disken
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Prinzip des Gesteinsabbaus mittels Disken

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glatte Diskenrollen sind von folgenden Faktoren abhängig :
- Gesteinshärte
- Spurabstand
- Keilwinkel der Schneidrolle
- Andruckkraft
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Brechertypen
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Separation: Trennverfahren
Sedimentation:
Die Sedimentation bezeichnet das Absetzen des Fördergutes in der Förderflüssigkeit.

Wesentliche Einflussparameter:
 Fließgrenze Fördermedium
 Viskosität Fördermedium
 Größe Bodenpartikel
 Dichte Bodenpartikel

Filtration:
Die beladene Suspension wird durch einen Filter mit definierter
Durchlassfeinheit gedrückt.

Trennwirkung wird bestimmt durch:
 Korngröße
 Kornform
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Separation: Trenngeräte
 Absetzbecken
 Regeneratoren:
      - Vorsieb
      - Ein- oder zweitstufige Zyklonanlagen
      - Entwässerer
 Zentrifugen
 Filter
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Separieranlage mit Vorsieb und einfacher Zyklonstufe
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Zweistufige Zyklonanlage, montiert auf einem Nachläufer
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Aufgabe der Tunnelsicherung
- Sicherung des Innenraums gegen das umgebende Gebirge

- Wasserabschluss nach außen oder auch nach innen

- Ableitung von ständigen oder beweglichen Innenlasten aus Einbauten und Verkehr, unter geringen Verformungen über die Lebenszeit des Bauwerks hin zuverlässig zu erfüllen
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Einflüsse auf die Auskleidung
- gleichmäßiger allseitiger Außendruck erzeugt überwiegend Normalkräfte
- einseitige Bebauung oder Abgrabung an der Oberfläche, tunnelnahe Pfahllasten oder
sinkender Wasserdruck führen zu einer Erhöhung der Biegemomente
- günstiger Verpressvorgang wird nicht in Berechnung erfasst
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Anker
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Schlitzanker, Spreizhülsenanker und Doppelkeilanker
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SN-Anker – Store-Norfors Anker
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Injektionsanker TITAN mit Spreizhülse
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Swellex-Anker von Atlas Copco ! sehr wichtig !!
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Spritzbeton - Trockenspritzverfahren
Trockenspritzverfahren
⇒ Trockengemisch aus Zement und Zuschlag und ggf. pulverförmiger
Erstarrungsbeschleuniger wird vom Mischer mit Druckluft zur Spritzdüse gefördert.
Über die Spritzdüse kommt das Anmachwasser hinzu und wird mit
Geschwindigkeiten von 20 bis 30 m/s aufgebracht und verdichtet.
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Spritzbeton - Nassspritzverfahren
Nassspritzverfahren
⇒ Fertiger Beton wird durch Pumpen oder Druckluft zur Spritzdüse transportiert und
verspritzt.
⇒ Vorteil: gleichmäßige Betonqualität, weniger staubträchtig
⇒ Nachteil: in der Handhabung, ist kaum anwendbar auf nassen Oberflächen
⇒ Geringe Verbreitung in Europa wegen der Nachteile
115
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0
Stahlfaserspritzbeton
Neues Tunnelbauverfahren mit Stahlfaserspritzbeton
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Rohrschirm
Herstellung eines Jetting-Gewölbes
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Tübbingauskleidung
Gußtübbing
Stahltübbing
Betontübbing
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Herstellung und Ausrüstung
Arbeitsfolge bei der Tübbingherstellung:
- Ausschalen des letzten Rohlings
- Säubern, Einölen, Schließen der Form
- Einlegen des Bewehrungskorbes und der Einbauteile
- Maßkontrolle
- Betonieren, Oberfläche glätten
- Lagern bei 20°C.
119
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Tübbingverbindungen
120
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Anforderung an der Konstruktion bei Brandeinwirkungen
Die Konstruktion ist so auszuführen, dass bei Brandeinwirkungen:
keine Schäden auftreten, die die Standsicherheit des Tunnels gefährden
keine bleibenden Verformungen der Konstruktion entstehen, die die
Gebrauchstauglichkeit des Tunnels einschränken
die Dichtigkeit weitgehend gewährleistet bleibt.
121
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Temperatur-Zeit-Verlauf der Brandbelastung
122
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Konstruktive Maßnahmen
 Erwärmung der tragenden Bewehrung über 300°C soll verhindert werden
 gegen Abplatzungen ist in der Decke zusätzlich zur tragenden Bewehrung eine
verzinkte Mattenbewehrung (N94) anzuordnen
 Übergreifende Mattenstöße sind nicht erforderlich
 Mindestmaß Betondeckung 6 cm
 Ausbildung der Decken- und Wandfugen als Raumfugen
 als Fugeneinlagen sind Baustoffe der Baustoffklasse A (nicht brennbar) nach DIN 4102 zu verwenden
123
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Rechnerischer Nachweis
Vereinfachter Nachweis Lastfall Brand:
Überlagerung der Schnittgrößen infolge eines Temperaturunterschiedes von 50 K
in Wand und Decke bei voller Steifigkeit des Betonquerschnittes im Zustand I mit den Schnittgrößen aus Gebrauchslasten
Erforderliche Sicherheit nach DIN 1045 η = 1,0
124
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0
Brandschutzmaßnahmen für den Innenausbau
 Verwendung von Baustoffen Baustoffklasse A (nicht brennbar) nach DIN 4102
 Flucht- oder Verbindungstüren müssen der Feuerwiderstandsklasse T 90 genügen
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Dimensionierung Brandfalllüftung
Lkw · km/ Tag und Röhre Brandleistung Rauchgasmenge bei 300 ° C
bis 4 000 30 MW 80 m³/s
von 4000 bis 6000 50 MW 120 m³/s
über 6 000 bis 100MW bis 200 m³/s


Brandfall – Lüftungskonzepte:
 Lüftungskonzept hängt von der Tunnellänge ab
 Tunnel unter 400 m bzw. 600 m bleiben ohne Brandfalllüftung
126
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Lüftungsarten im Brandfall bei Gegenverkehr oder Richtungsverkehr mit täglich stockendem Verkehr
Tunnellänge Lüftungsart im Brandfall
bis 400 m Natürliche Längslüftung
400 bis 600 m Mechanische Längslüftung
600 bis 1 200 m Mechanisch/über eine große Absaugöffnung/ über Zwischendecke mit steuerbaren Absaugöffnungen
ab 1 200 m Rauchabsaugung über Zwischendecke mit steuerbaren Absaugöffnungen
127
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Lüftungsarten im Brandfall bei Richtungsverkehr mit ausnahmsweise stockendem Verkehr
Tunnellänge Lüftungsart im Brandfall
Bis 600 m Natürliche Lüftung
600 bis 3 000 m Mechanische Längslüftung
Ab 3 000 m Längslüftung mit Punktabsaugung ≤ 2 000 m/ über Zwischendecke mit steuerbaren Absaugöffnungen
128
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zwei grundsätzliche Lösungen für Brandfall – Rauchabsaugung
 Punktabsaugung, d.h. Absaugung eines ganzen Lüftungsabschnittes an einer Stelle
 Absaugung über eine Zwischendecke (Deckenkanal) mit einzelnen steuerbaren Absaugklappen im Abstand von 50 bis 100 m
129
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Anforderungen an Kanal und Absaugklappen
 Der Kanal soll begehbar sein, lichte Höhe 1,9 m
 Durchströmgeschwindigkeit Absaugöffnung < 20 m/s
 Die Klappen sollen einzeln ansteuerbar sein
 Auf ausreichende Dichtigkeit ist zu achten
130
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0
Notausgänge, Flucht- und Rettungswege
Bei einer Tunnellänge von ≥ 400 m sind in regelmäßigen Abständen von ≤ 300 m Notausgänge anzuordnen. Die Notausgänge führen entweder

 ins Freie
 direkt in die andere Tunnelröhre
 über Querschläge in die andere Tunnelröhre
 zu Rettungsschächten oder
 zu Rettungsstollen

In Fluchtrichtung öffnende Tür mit Umrandung
131
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EBA - Richtlinie -  Begriffsdefinitionen
 Tunnel: Bauwerke, die länger sind als 500 m
 lange Tunnel: über 1.000 bis 15.000m
 sehr lange Tunnel: über 15.000 m
132
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EBA - Richtlinie - sichere Bereiche
Als sichere Bereiche gelten:
 Tunnelportale
 Rettungsstollen
 Rettungsschächte
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Abschätzung von Erdbebenbelastungen
Unter Tage
 Erfahrungsberichte über Erdbebenbeobachtungen in Tunnellage und Kavernen eher selten
 Maximale Bodenbewegung vmax und amax unter Tage lässt dich aus der Halbierung der Werte der Schwinggeschwindigkeit und der Bodenbeschleunigung von der Geländeobefläche abschätzen
 Sind die Bodenbewegungen abgeschätzt
      -> Bestimmung der longitudinale Dehnung bzw.
             Stauchung ε1 entlang eines Hohlraumes


 Tangentialdeformation εθ entlang der Betonauskleidung des Tunnels

 Beobachtung leichter Schäden unter Tage, wenn
         - die maximale horizontale Bodenbeschleunigung an der Geländeoberkante 2m/s² (entspricht der Intensität VIII) überschritten werden bzw.
         - Schwinggeschwindigkeiten über 0,2 m/s auftreten

> Untertagebauwerke werden nur unmittelbar im Epizentrum eines Erdbebens derart beansprucht, dass es zu Beschädigungen größeren Ausmaßes des Ausbaus kommen kann
134
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0
Schema für Entwässerungsbohrungen
135
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Entwässerung im Endzustand
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Dichtigkeitsklassen
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Abdichtungssysteme von Tunnelbauwerken
in offener Tunnelbauweise


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Abdichtungssysteme von Tunnelbauwerken
in geschlossener Tunnelbauweise
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Drainage- und Dichtungssystem für Tunnel

140
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Tübbingbauweise
Einschalige Konstruktion

Zweischalige Konstruktion
141
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Anforderungen an wasserundurchlässigen Beton
 Beschränkung des Porenvolumens auf ein Mindestmaß
 Beschränkung der Rissbreite
 Vermeidung Bildung von Betonnestern oder anderer Unregelmäßigkeiten im Betongefüge
 Sorgfältiges Gestalten der Fugenbereiche (Arbeit- und Bauwerksfugen)
142
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Anforderungen an den Beton
 Bauteildicke d ≤ 40 cm:
- w/z bzw. (w/z)eq ≤ 0,60
- Mindestdruckfestigkeitsklasse: C25/30
- Mindestzementgehalt: 280 kg/m³
- Mindestzementgehalt bei Anrechnung von Zusatzstoffen: 270 kg/m³
 Bauteildicke d> 40 cm:
- w/z bzw. (w/z)eq ≤ 0,70
143
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Fugenarten und ihre Beanspruchung
144
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Fugenkonstruktion zur Wasserabdichtung
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Schadensursachen für Wassereintritte
 Steigender Außendruck bei einem seit der Bauzeit vorhanden Schaden oder Leck
 Ungeeignete Fugenausbildung
 Schwind- oder Temperaturrisse, insbesondere bei „vor Ort“ hergestellter Auskleidung
 Bewegungen der Auskleidung, die die Rissfestigkeit oder das Arbeitsvermögen der Baustoffe übersteigen
 Materialalterung der Dichtungen, besonders im Bereich wechselnder  Wasserstände oder unter Hitzeeinwirkungen durch Brand
 Betonzerstörung unter der Einwirkung von außen zudringenden, aggressiven Wassers
 Verstopfung der vorgesehenen Drainagen mit eingeschwemmten Feinteilen mit Feinteilen, dem Aufbau eines höheren als bei der Planung vorgesehenen Außenwasserdrucks als Folge
146
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Ebene Berechnungsmodelle
- Tunnel als Gewölbe ohne Verbundwirkung zwischen Gebirge und Sicherung
- Kontinuum als gelochte Scheibe
- Balkenmodelle mit elastischer Bettung
147
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Verfahren nach Windels
- Ausbau des Verfahrens nach Schulze/Duddeck
- First im Bereich von b = -45°bis b = 45°nicht gebettet
- Biegemomente im Grundzustand werden durch Zusatzmomente aus dem Produkt Radialverschiebung und der Normalkraft vergrößert (Theorie II. Ordnung)
148
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Verfahren nach Schulze/Duddeck
- Entwickelt für Schildvortrieb
- Ebenes Modell
- Biegesteifigkeit über die Schale ist konstant
- „satter“ Kontakt zwischen Tunnelschale und Gebirge
- First im Bereich von b = -50°bis b = 50°nicht gebettet
- Wichte des Bodens um den Tunnel konstant
- Verteilung des Gebirgsdrucks entspricht der Primärspannungsverteilung  Sohldruck ist größer als Firstdruck
- Keine Entlastung der Firstauflast durch Gewölbewirkung
149
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Analytische/numerische Berechnungen
Im Unterschied zu Berechnungen mit Stabwerksmodellen erhält man durch ebene oder räumliche FE - Modelle folgende Informationen:
- Beanspruchungen des Gebirges
- Wechselwirkung von Gebirge und Tunnelausbau
- Verschiebungen im Gebirge und an der GOK
- Einflüsse auf benachbarte Bauwerke
- Einflüsse auf den Tunnel durch Baumaßnahmen an der GOK oder benachbarte Bauwerke
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Berechnungsmodelle
Ebene Berechnungsmodelle:
- Vorteil: Berechnungsdurchführung und –auswertung mit geringeren Aufwand verbunden, kürzere Berechnungsdauer
- Nachteil: Lastumlagerung muss aus Erfahrungswerten vergleichbarer Bauwerke abgeschätzt werden

Räumliche Berechnungsmodelle:
-Vorteil: räumliche Lastumlagerung kann direkt im Modell abgebildet werden
- Nachteil: Berechnungsdurchführung und –auswertung relativ aufwendig  zurzeit noch seltener Einsatz in der Praxis
151
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Abbildung von Bauzuständen
152
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Bauablauf für numerische Berechnungen
LF1 Primärlastfall

LF2/BZ1 Schildfahrt

LF6/BZ5 Schildfahrt, Einbau 1. Tübbingring im Bereich Schildschwanz

LF7/BZ6 Schildfahrt, Einbau 2. Tübbingring i. S., Ringspaltverpressung t1

LF15/BZ14 Schildfahrt, Einbau 10. Tübbingring i. S.,
Ringspaltverpressung t1 - t9

LF30/BZ29 Schildfahrt, Einbau 25. Tübbingring i. S.,
Ringspaltverpressung t1 - t14
153
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Bauzustände HDI-Schirm
154
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Bauzustände
1) Aufstellen und Lösen des Gleichungssystems für die Verschiebungen, die durch Änderung der Steifigkeiten, des Lastvektors sowie der Anfangsspannungen entstehen.

2) Berechnung der Formänderung aus den Verschiebungen

3) Bestimmung der Spannungen aus den Formänderungen über das Stoffgesetz; ggf. Erfüllung der Konsistenzbedingung

4) Summieren der inkrementellen Formänderung sowie Spannungen

5) Gleichgewichtsiterationen

6) Berechnung des nächsten Bauzustandes
155
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Abbildung von Bauzuständen im ebenen Berechnungsmodell
- Berücksichtigung der räumlichen Tragwirkung durch eine Vorentspannung, die abgeschätzt wird oder durch eine räumliche Berechnung bestimmt werden muss
- Zwei Verfahren sind gebräuchlich:
Stützlastverfahren: Stützkräfte aus dem Primärzustand werden für den Ausbruchsbereich vermindert
Stützkernverfahren: Steifigkeit des Ausbruchsbereich wird verringert

Die Abschätzung der Vorentspannung ist abhängig von:
    - Gebirgsverhältnissen
    - Abschlagslängen der Teilausbrüche
    - Geschwindigkeit der Teilvortriebe
    - Umfang der Sicherungsmaßnahmen
156
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Simulation von Konstruktionselementen
- Spritzbetonsicherung abschnittsweise entsprechend den jeweiligen Teilausbrüchen durch Balken- oder Schalenelemente

- Berücksichtigung Kriechen und Schwinden Spritzbeton durch reduzierten Elastizitätsmodul (Gebräuchlich 50% von E28)

- i.d.R. Annahme voller Verbund zwischen Spritzbeton-schale und Gebirge

- Ausbaubögen werden i.d.R. nicht gesondert in der Berechnung erfasst

- Berücksichtigung von Systemankerung durch fiktive Kohäsionserhöhung im Bereich des geankerten Gebirges

- Alternativ: Berücksichtigung Systemankerung durch Einzelstäbe zur Untersuchung von Kluftkörpern
       Nachteil: Probleme bei der Lasteinleitung an den Endpunkten der Anker durch zu große Spannungsspitzen

- Abbildung von Kunststoff-Dichtungsbahnen oder Trennschichten zwischen Außen- und Innenschale durch Interface - Elemente
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Setzungen und Hebungen 1/3
- Der Schild hat die neben der Aufgabe der Sicherung des geschaffenen Hohlraums die Aufgabe schädliche Setzungen an der Oberfläche zu vermeiden.

- Voraussetzung für minimale Setzungen ist eine dauerhafte Stützung des Hohlraums
      - an der Ortsbrust,
      -  im Schildbereich und
      - hinter dem Schild.

- Grobe Schadensgrenzen sind Neigungen der Setzungsmulde, d. h.
Setzungsunterschiede, von 1:500 für verformungsfähige Überbauten und 1:1000 für steife, empfindliche Bauwerke.
158
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Setzungen und Hebungen 2/3
Im Verlauf der Erstellung eines Tunnelbauwerkes im Schildvortrieb ergeben sich folgende Einflussfaktoren auf die Setzungen:

- Grundwasserabsenkungen in mit dem Wassergehalt volumenveränderlichen Böden
- Vortriebsstau mit Spannungsumlagerungen durch Verkeilen vor dem Schild
- Ortsbrustabbau mit überplanmäßigen Bodenentzug unzureichende Stützung der Ortsbrust
- Gefügeumlagerungen durch Kurvenfahrten
- Schildspurfüllungen mit Setzungen bei unzureichender Füllung des Ringspaltes
- Ablassen der Druckluft im Tunnel und damit Verkleinerung des Tunneldurchmessers durch die Steigerung der Normalkraft der Sicherung
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Setzungen und Hebungen 3/3
160
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Einflussparameter für die Größe und die Verteilung der Setzungen
von vortriebsbedingten Einflüsse ( bedingt prognostizierbar) wie z. B.
- Vortriebsgeschwindigkeit
- Stützdruck
- Ringspaltverpressung
- Personal

prognostizierbar  für optimalen Baubetrieb :
vom Spannungsverformungsverhalten des Untergrundes
von Einwirkungen durch bestehende Bauwerke
161
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Schildteile
162
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Schilde
Druckluftschilde
offener Schild
Handschild
Erddruckschild
Flüssigkeitsschild
Mixschild
Gripper TBM
Schild TBM
Teleskopschild-TBM
Aufweitungsschild
163
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Bodenkonditionierung
Damit der an der Ortsbrust gelöste Boden als Stützmedium verwendet werden kann, sollte dieser über folgende Eigenschaften verfügen:
• gute Verformbarkeit,
• breiige bis weiche Konsistenz,
• geringe innere Reibung ,
• geringe Wasserdurchlassigkeit

Das Konditionierungsverfahren richtet sich nach der anstehenden Bodenart und ist abhangig von den Bodenparametern:
• Kornunqslinie
• Wassergehalt w
• Flielßgrenze wl
• Plastizitatszahl Ip
• Konsistenzzahl Ie

Die Bodenparameter konnen folgendermaßen beeinflusst werden:
• durch Zugabe von Wasser
• durch Zugabe von Bentonit-, Ton-oder Polymersuspensionen
• durch Zugabe von Schaum
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Definition Tunnelbohrmaschinen
Tunnelbohrmaschinen (TBM) werden im Fels bzw. Hartgestein bei mittlerer bis hoher Standzeit eingesetzt. Unterteilt werden die TBMs in offene und geschlossene Systeme.

offene TBM (Gripper-TBM):
• Einsatz im standfesten und störungszonenfreien Gebirge
• Richtwert: 80-90% der Tunnellänge weitgehend standfest
• Gesteinsdruckfestigkeit sollte zwischen 100 und 300 MN/m2 liegen
• systematische Sicherungseinbau erfolgt ca. 15 m hinter der Maschine

TBM-S (Tunnelbohrmaschine mit Schild):
• die ganze Maschine ist durch einen Schildmantel geschützt
• Einsatz in nachbrüchigem bis gebrächem Gebirge
• die Gesteinsdruckfestigkeiten entsprechen der Gripper-TBM
• die Sicherung und der Ausbau erfolgt mittels Tubbingen im Schutze des Schildes
165
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Vorteile eines TBM-Vortriebs gegenuber einem konventionellen Vortriebs
• weit höhere Vortriebsleistungen möglich
• profilgenauer Ausbruch
• automatisierter und kontinuierlicher Arbeitsablauf
• geringer Personalaufwand
• bessere Arbeitsbedingungen und eine höhere Sicherheit
166
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Nachteile eines TBM-Vortriebs gegenüber einem konventionellen Vortriebs
• bessere geologische Aufschlüsse und Informationen als beim Sprengvortrieb notwendig

•hohe Investitionskosten. deshalb längere Tunnelstrecken erforderlich

• größere Vorlaufzeilen für Konstruktion und Bau der Maschine

• kreisförmiges Ausbruchsprofil

• Einschränkungen bei Kurvenradien und Aufweitungen

• detailliertere Planung notwendig

• Anpassungen an unterschiedliche Gebirgsarten und hohen Wasserandrang nur begrenzt moglich

• Transport der Maschine mit Nachläufern zurn Tunnelportal
167
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0
Bohrkopf einer TBM
168
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0
Gripper-TBM mit einfacher Gripperverspannung
169
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Systemgruppen einer TBM
170
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0
Belastung auf dem Schild
äußere Lasten:
- Erd- und Wasserdruck
- Stützdruck
Betriebslasten:
- Vortriebspressen
- Ringbau bzw. Einbau Sicherung
- Eigengewicht Konstruktionselemente
- Bodenabbau
171
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Belastung der Druckwand
- Der maximale Betriebsüberdruck für Stützmedien liegt i.d.R. bei 3 bar.

- Höhere Werte sind theoretisch und technisch möglich, erfordern jedoch Zusatzmaßnahmen (z.B. Baugrundbehandlung).

- Die Ermittlung des erforderlichen Stützdrucks p in der Abbaukammer erfolgt üblicherweise durch Standsicherheitsuntersuchungen möglicher Bruchkörper.

- Der Stützdruck muss auf jedem Niveau der Ortsbrust mit dem anstehenden Wasser- und Erddruck im Gleichgewicht stehen bzw. diesen übersteigen, um einen Stabilitätsverlust auszuschließen.

- Der Stützdruck sollte möglichst mit dem tatsächlich wirkenden Druck unter Berücksichtigung eines Sicherheitszuschlages übereinstimmen und darf den passiven Erddruck nicht erreichen, um Hebungen an der GOK auszuschließen.

- Bei Erddruck- und Luftdruckstützung entspricht die Lastverteilung an der Ortsbrust derjenigen an der Druckwand
172
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0
Vortriebswiderstände
a) Vortriebswiderstände durch Reibungskräfte am Schildmantel

b) Vortriebswiderstände am Schneidschuss

c) Vortriebswiderstände an der Ortsbrust durch Bühnen und Abbauwerkzeuge

d) Vortriebswiderstände bei Flüssigkeitsstützung, Erdstützung und Druckluftstützung

e) Vortriebswiderstände aus der Steuerung des Schildes

f) Zusammenstellung Vortriebswiderstände
173
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Diskretisierung
Die Untersuchung eines Kontinuums stellt immer eine Näherungslösung dar. Die Ergebnisse stimmen bei gleichen Materialkennwerten mit der exakten Lösungen um so besser überein je:
1. feiner die Diskretisierung und
2. je höher die Ansatzfunktion für die Verschiebungen bzw. Spannungen in den Elementen sind.

Mit zunehmenden Gradienten ist die Diskretisierung des Kontinuums
entsprechend zu verfeinern. Spannungsgradienten sind zu erwarten:
1. In Krafteinleitungsbereichen
2. An Stellen großer Steifigkeitssprünge
3. In der Nähe von Ausbruchrändern
174
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Plausibilitätskontrollen
Für Berechnungsergebnisse sind stets Plausibilitätskontrollen durchzuführen:
1) Besteht zwischen den lotrechten Spannungen und Überlagerungen eine plausible Relation?

2) Liegt der Größenbereich der Verformungen im Erfahrungsbereich?

3) Treten im Berechnungsausschnitt unerwartete Spannungs-, Schnittgrößen- oder Verformungsergebnisse auf?

4) Erhalten konstruktive Teile Schnittgrößen, für die sie nicht vorgesehen sind (unbewehrte Bauteile → Zug)?

5) Haben plastifizierte Zonen infolge Scherversagen – mit Ausnahme der oberflächennahen Plastifizierung infolge Aushubentlastung einen ausreichenden Abstand zu den Rändern des Netzes?
175
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Plausibilitätskontrollen: zu Überprüfen
1. Primärspannungen
2. Auflagerbedingungen
3. Berechnungsausschnitt / Randabstand
4. Erdruhedruck
5. Scherparameter
176
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0
Sensitivitätsuntersuchungen
Grundsätzlich sind Sensitivitätsstudien zu empfehlen. Durch Variation von einzelnen maßgebenden Parametern wie
 Netzgröße
 Diskretisierung
 Stoffparametern
 Stoffmodell
 Erfassung der Bauzustände
 Einfluss stark streuender Materialparameter
sollte der Einfluss auf das Berechnungsergebnis untersucht werden.
177
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0
Kalibrierung des numerischen Modells
Da bei komplexen numerischen Modellen müssen viele Annahmen getroffen werden hinsichtlich:

 Stoffparameter
 Diskretisierung
 Randbedingungen
 Bauzuständen

Daher sollte eine Kalibrierung des Modells an realen essergebnissen erfolgen.Die Qualität einzelner Parameter und des gesamten Modells ist dadurch abzuschätzen.
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warum Messtechnik
- Reaktion zwischen Bauwerk und Baugrund messtechnisch erfassen, interpretieren und reagieren.

- messtechnische Erfassung des Verformungsverhaltens bei Ergriffen bei bestehenden Tragstrukturen wichtig

- Verformungen des zu unterfangenen Bauwerk während und nach der Herstellung des Unterfangungskörper ermitteln
179
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Vorgehen bei einer Beobachtungsmethode
Messen:
Kräfte, Verformungen, Beschleunigung

Auswerten:
Spannungen Geschwindigkeiten

Darstellen:
Grafiken, Tabellen

Interpretieren:
Vergleich von Berechnung und Messung, Plausibilitätskontrolle

Reagieren :
detaillierte Berechnungen, verdichtete Messungen, Bauwerksertüchtigungen, Ändern von Verfahrensparametern
180
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0
räumliche Verteilung der Messgröße
Unterscheidung in :
- punktweise ( Veschiebung von Punkt A in x y z Richtung)
- linienweise ( Oberflächensetzungen quer zur Tunnelachse)
- flächenhafte ( Setzungsverhalten einer Sohlplatte)
VErformungen

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Unterscheidung der Datenaufnahme
in :
- kontinuierliche Erfassung ( Messwertaufzeichnungen jede Sekunde/ jede Takt)
- diskontinuierliche Erfassung ( Messwertfassung bei Fertigstellung eines bestimmten Bauabschnittes)

man erhält:
- direktes Ergebnis
- Errechnung der gesuchten Größe aus den Messwerten

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Setzungsmessungen
- Beschreibung: Messung zur Bestimmung der Höhenänderung einzeilner fest mit  dem Bauwerk verbundene Punkten relativ zu einem Festpunkt

- Ziele: Einflussnahme auf dem Bauablauf
            - um Folgeschäden abzuwenden
            - die Beweissicherung und Klärung von Bauschäden

- Kontrolle von Setzungsberechnungen : Setzungsvohersagen verbessern
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Setzungsmessgeräte
- technisches Nivellement: Nivelliergerät und Nivellierlatten

- Feinnivellement: Präzisionsnivelliergeräte und entsprechende Nivellierlatten

- Schlauchwagen

- Extensometer

- Horizontalinklinometer
184
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0
Nivellement
- diskontinuierliche Messung
- Höhenfestpunkt zwingend eun emeic der Bodenbewegung
- Messungen möglichst frah beginnen und nach jeder Anderung des
Belastungszustands
- Messungen möglichst frah beginnen und nach jeder Anderung des
Belastungszustands
- sofortige Erkenntnisse Oberdie Verschiebung eines Messpunkls
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Schlauchwaage
- Prinzip der kommunizierenden Röhren

- Boden als Maßbezugssystem nicht mehr relevant

- Ablesemarke 1 und 2 innerhalb der Verformungszone

- gleichmäßige Setzung des Gebäudes nicht zu erfassen

- Erfassung gleichmäßiger Setzungen durcn Ablesemarke als Referenzpunkt außerhalb der Setzungszone

- gut für kontinuierliche Bauverfahren

- Genauigkeiten bis zu 0,01 mm und Distanzen bis 250 m erreichbar
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Extensometer
- Überwachung von Verschiebungen in Richtung eines Bohrloches

- Festpunkt muss zwingend außerhalb des zu erwartenden Setzungsbereiches liegen (unterhalb der setzungsrelevanten Schicht)

-Messgenauigkeiten abhängig von der Länge des Gestängen
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Inklinometer
- Ermitteln der Neigungsanderung eines Hüllrohres gegenüber einer Nullmessung in der Vertikalen oder Horizontalen

- Unterscheidung in vertikale und horizonlale Inklinometer
-eignen sich zur:
       -Ermittlung des Verformungsverhalten von senkrechten Verbauarten
       -zur großflächigen Setzungsermittlung unterhalb der Geländeoberkante
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Messprogramme
• Aufschluss über das tatsachliche Verhalten des Gebirges bei der speziell angewandten Auffahr-und Sicherungsmethode

•Früherkennung von unvorhergesehenen Verformungen des Gebirges im Zusammenwirkung mit der Sicherung

• Gewinnung von Messdaten einschliesslich ihrer ort-und zeitabhangigen Veranderfichkeit zur Beurteilung der Standsicherheit

• Kontrolle der Entwurts-und Berechnungsgrundlagen

• Grundlage zur Entscheidung über einzelnen Sicherungsmaßnahmen in Bezug auf die Wirksamkeit

• Grundlage zur Entscheidung über die Auslegung der Innenschale

•Beobachtung des Langzeitverhaltens

• Alarmierung
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Author: kuateric
Main topic: Bauingenieurwesen
Topic: Tunnelbau
School / Univ.: TU Braunschweig
City: Braunschweig
Published: 13.07.2012
 
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