Tunnelbau 2014
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Inhalt Maschineller Tunnelbau I.
Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen .....................................................................17 Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Allgemeingültiges ....................................................................18 Überblick über übliche Tübbingsysteme .................................24 Tübbingkonstruktion ................................................................28 Abdichtung der Tübbingfugen .................................................49 Tragwerksplanung ...................................................................57 Baulicher Brandschutz ............................................................91 Dauerhaftigkeit ........................................................................96 Besonderheiten bei zweischaliger Auskleidung .....................100 Sonderkonstruktionen (Querschläge, Stahltübbings, Übergang offene Bauweise) ..................................................101 10. Regelwerke, Normen und Publikationen ...............................113 11. Anhang 1 ...............................................................................117
II.
Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein ................................................................122 Bettina Wittke-Schmitt, Patricia Wittke-Gattermann
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Einleitung ...............................................................................123 Last- und Bettungsansätze im Lockergesteinstunnelbau ......123 Sedimentgestein ....................................................................124 Modellbildung und Berechnungsverfahren ............................135 Parameterstudie ....................................................................140 Schlussfolgerungen ...............................................................143
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Inhalt
III.
Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit für TBM-Vortriebe im Festgestein ........................................147 Eckart Schneider, Markus Spiegl, Matthias Türtscher, Wolfgang Leitner
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Einleitung ...............................................................................148 Grundlagen ............................................................................149 Stand der Technik .................................................................152 Verbesserungsvorschläge .....................................................153 Berechnung der Penetration .................................................154 Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit ............................159 Neuprogrammierung Software SIMTUNNEL ........................161 Zusammenfassung ................................................................165
Baustoffe und Bauteile I.
Innovatives Fugensystem zur Tübbingkopplung ........169 Dieter Handke, Denise Schulte, Dietmar Mähner, Ansgar Korte
1. Einleitung ...............................................................................170 2. Aktueller Entwicklungs- und Erfahrungsstand bei Schildvortrieben .....................................................................172 3. Bewertung herkömmlicher Kopplungssysteme .....................174 4. Schadensbilder ......................................................................178 5. Modellstatische Vorgehensweise zur Entwicklung des innovativen Fugensystems ....................................................180 6. Versuchsreihen zur Verifizierung des innovativen Fugensystems .......................................................................190 7. Zusammenfassung und Ausblick ..........................................197
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Inhalt
II.
Erfolgreicher Einsatz von PP-Faserbeton am Tunnel Westtangente Bautzen ........................................201
Wolf-Dieter Friebel, Ingo Kaundinya, Franka Tauscher, Bernd Urbank, Frank Dehn, Marko Orgass
1. Einleitung ...............................................................................202 2. Wirksamkeit von PP-Fasern zur Verbesserung des baulichen Brandschutzes von Tunneln ..................................203 3. Pilotprojekt Tunnel Westtangente Bautzen ............................209 4. Neue Regelwerksvorgaben zum baulichen Brandschutz ......222 5. Schlussfolgerungen und Ausblick .........................................223
III.
Klebeanschluss von KDB-Abdichtungen an Tübbingröhren als Alternative zum Klemmanschluss ..............227
Hendrik Schälicke, Thomas Gerstewitz
1. Einleitung ...............................................................................229 2. Motivation für die Entwicklung und Voraussetzungen für den Klebeanschluss .........................................................230 3. Betonuntergrund und Materialien ..........................................232 4. Konstruktionsprinzip des Klebeanschlusses .........................234 5. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen ...................................237 6. Ausführung des Klebeanschlusses .......................................238 7. Versuche zur Entwicklung des Klebeanschlusses ................246 8. Verdämmung von Tübbingfugen im Anschlussbereich .........251 9. Fazit .......................................................................................259
Forschung und Entwicklung I.
Erschütterungsarmes Sprengen ....................................261 Bernd Müller, Benjamin Litschko, Uwe Pippig
1. Einführung .............................................................................262 2. Physikalische Zusammenhänge ............................................265 3. Naturgegebene Voraussetzungen .........................................276 10
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Inhalt
4. Grundsätze für die Dimensionierung erschütterungsarmer Sprengungen .........................................................................281 5. Zusammenfassung ................................................................301
II.
Kunstharzinjektionen zur Abdichtung beim Tunnelbau im quellfähigen Gebirge ...................................................304 Walter Wittke, Martin Wittke, Götz Tintelnot
1. Aufgabenstellung ...................................................................306 2. Baugrund und Quellverhalten ................................................308 3. Einfluss des Tunnelbaus auf die Durchlässigkeit und das Quellen ..................................................................................313 4. Anforderungen an Abdichtungsmaßnahmen .........................326 5. Kunstharze und Injektionstechnik ..........................................330 6. Zusammenfassung ................................................................333
Praxisbeispiele I.
Planung und Ausführung der unterirdischen Verflechtungsstrecke Bechergasse der Nord-Süd-Stadtbahn Köln ...............................................337 Thomas v. Schmettow, Siegfried Nagelsdiek
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Einleitung ...............................................................................338 Baugrund ...............................................................................341 Bauablauf ..............................................................................342 Einzelmaßnahmen ................................................................348 Kernausbruch und Innenschale .............................................366 Statische Untersuchungen ....................................................369 Messkonzept .........................................................................372 Zusammenfassung ................................................................375
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Inhalt
II.
Neue Dienstleistungsfelder bei komplexen Infrastrukturprojekten am Beispiel der Wehrhahn-Linie Düsseldorf ............................................377 Andrea Blome, Gerd Wittkötter, Heinz Stenmans, Marco van Bebber
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Einleitung ...............................................................................378 Zielsetzung ............................................................................380 Termin- und Kapazitätsplanung ............................................381 Ganzheitliches zentrales Logistikmanagement .....................383 Leistungsverzeichnis und Kostenschätzung .........................390 Visualisierung des zentralen Logistikmanagements .............390 Mehrwert für das Projekt .......................................................393
Tunnelbaubedarf Nach Warenuntergruppen gegliedertes Lieferantenverzeichnis ..........................................................397
Inserentenverzeichnis Alphabetisches Verzeichnis der Inserenten ..........................413
Autorenverzeichnis ....................................................421
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Maschineller Tunnelbau I.
Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen
Die Empfehlungen geben einen Überblick über den Stand der Technik beim Entwurf, der Herstellung und dem Einbau von Tübbingringen beim maschinellen Tunnelvortrieb. Sie wurden vom Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB) aufgestellt. Die Empfehlungen fassen die Konstruktionsgrundlagen sowie die erforderlichen Berechnungen und Nachweise bei der Bemessung eines Tübbinggringes nach dem neuesten Stand der Normung zusammen. Außerdem werden Hinweise für den Entwurf von Anschluss- und Übergangs-
Empfehlungen des Arbeitskreises „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB). Mitglieder: Prof. Dipl.-Ing. Grübl, PSP Consulting Engineers GmbH, München und Hochschule für Technik, Stuttgart (Vorsitzender), Dr.-Ing. Billig, Hochtief Consult, Essen, Dipl.-Ing. Böhme, Wayss+Freytag Ingenieurbau AG, Frankfurt, Dipl.-Ing. Diete, Bilfinger Construction GmbH, NL Tunnelbau, München, Prof. Dr.-Ing. Heimbecher, ehem. BAST, Bergisch-Gladbach, jetzt Hochschule für Technik, Münster (korrespondierendes Mitglied), Prof. Dr.-Ing. Kirschke, Beratender Ingenieur, Ettlingen, Dr.-Ing. Leucker, STUVA Köln (korrespondierendes Mitglied), Dr.-Ing. Maidl, Maidl Tunnelconsultants GmbH & Co. KG (korrespondierendes Mitglied), Prof. Dr.-Ing. Mark, Ruhr-Universität Bochum, Dr.-Ing. Mayer, Züblin AG, Stuttgart (stellv. Vorsitzender), Dipl.-Ing. Neuenschwander, Lombardi Engineering Ltd., Minusio (TI), Dipl.-Ing. Neumaier, Ing. Büro Spiekermann, Duisburg (korrespondierendes Mitglied), Dipl.-Ing. Beck, Ing. Büro Vössing (korrespondierendes Mitglied), Dipl.-Ing. Schuck, Deutsche Bahn AG TBT, München, Dr.-Ing. Tirpitz, Bilfinger Construction GmbH, Wiesbaden, Dr.-Ing. Winselmann, Ing.-Büro Prof. Duddeck und Partner GmbH, Braunschweig; außerdem haben korrespondierend mitgewirkt: Dipl.-Ing. (HTL) Lemmerer, ÖBB Infrastruktur AG, Wien, Dipl.-Ing. Babendererde, Babendererde Engineers GmbH, Bad Schwartau, Animateur ITA Workinggroup 14, Mechanized Tunnelling, Dr.-Ing. Ring, Maidl Tunnelconsultants GmbH & Co. KG, Dipl.-Ing. Putke, Ruhr-Universität Bochum
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Maschineller Tunnelbau
bauwerken gegeben. Ebenfalls behandelt werden die Bemessung für den Brandfall und der Einsatz von Stahlfasern. Recommendations for the design, the production and the assembly of segmental rings Published by the Working Group “Segmental Ring Design” of the DAUB (German Tunnelling Committee) The recommendations give an overview of the state of the art for the design, the production and the assembly of the tunnel lining made of precast segmental rings. They were elaborated by the DAUB working group “Segmental Ring Design”. The recommendations give a résumé of the construction fundamentals and the necessary calculations and verifications for the dimensioning of the precast segments according to the actual standards. Moreover they give references for the design of transverse constructions to cross passages and portal buildings. Also treated are the dimensioning for fire loads and the use of steel fibres. 1
Allgemeingültiges
1.1
Zweck der Empfehlungen
Die Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und den Einbau von Tübbingringen wurden vom Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen (DAUB) aufgestellt. Sie sollen den Stand der Technik im Bereich der Tunnelauskleidungen mittels Betonfertigteilen wiedergeben und Grundlagen für die Konstruktion und die Berechnung der Tübbingringe im Hinblick auf die Gebrauchseigenschaften, die Bauausführung und die Qualitätssicherung zusammenstellen. Die hierzu bereits vorliegenden Erkenntnisse und Erfahrungen aus der Entwurfspraxis und bereits veröffentlichte Vorschriften, wie die Richtlinie 853 der DB AG [1], die ZTV-ING Teil 5, Abschnitt 3 [3] und die entsprechende österreichische Richtlinie [48], Tübbingsysteme aus Beton, werden nachfolgend zusammengefasst und im Zusammenhang dargestellt. Damit werden Empfehlungen 18
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II.
Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein
In den letzten Jahren kommen Schildvortriebe mit nachgezogenem, einschaligen Tübbingausbau bei Tunnelbauten im Sedimentgestein immer häufiger zum Einsatz. Dabei werden die bei der Tübbingbemessung im Lockergestein über viele Jahre hinweg verwendeten Ansätze für die Belastung und Bettung sehr häufig auf die Verhältnisse im klüftigen Fels übertragen. Dies hat in der Vergangenheit zu Schäden in den Auskleidungen geführt. Zur Vermeidung derartiger Schäden ist es erforderlich, die wesentlichen Eigenschaften des Felses sowie das Zusammenwirken von Fels und Tübbingauskleidung wirklichkeitsnah im statischen Nachweis zu berücksichtigen. Es muss ein geeignetes felsmechanisches Modell unter Berücksichtigung der wesentlichen Eigenschaften des Felses (Durchlässigkeit, Verformbarkeit, Gesteinsfestigkeit, Eigenschaften Trennflächen) erarbeitet und verwendet werden. Darüber hinaus muss auch die Ringspaltverfüllung mit ihren Eigenschaften in den statischen Nachweisen berücksichtigt werden. Als Berechnungsverfahren hat sich die Methode der Finiten Elemente bewährt, wenn entsprechende Programmsysteme ausgewählt werden. Stability analyses and statical proofs for segmental linings in sedimentary rock In the last years, shielded TBMs with single segmental lining have more and more been used in sedimentary rock. In these cases, the approach for segmental lining design that has been used in
Autoren: Dr.-Ing. Bettina Wittke-Schmitt, Dr.-Ing. Patricia Wittke-Gattermann, WBI Prof. Dr.-Ing. W. Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau GmbH, Weinheim
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II. Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein
soil for many years and the corresponding assumptions for loading and bedding, have often been transferred to the conditions in jointed rock. In the past, this has lead to damages of the lining. In order to avoid such damages, it is necessary to consider the essential characteristics of the rock mass as well as the interaction between rock mass and segmental lining in a realistic way in the stability analyses. An adequate rock mechanics model needs to be elaborated and applied, under consideration of the essential characteristics of the rock mass, such as permeability, deformability, intact rock strength and the characteristics of discontinuities. Moreover, the annular gap filling and its characteristics need to be taken into account in the stability analyses. The finite element method has proven of value as method for the analyses, if adequate programs are selected. 1
Einleitung
In den letzten Jahren kommen Schildvortriebe mit nachgezogenem, einschaligen Tübbingausbau bei Tunnelbauten im Sedimentgestein immer häufiger zum Einsatz. Dabei werden die bei der Tübbingbemessung im Lockergestein über viele Jahre hinweg verwendeten Ansätze für die Belastung und Bettung sehr häufig auf die Verhältnisse im klüftigen Fels übertragen. Dies hat in der Vergangenheit zu Schäden in den Auskleidungen geführt. In dem vorliegenden Beitrag werden die für die Bemessung der einschaligen Auskleidung von schildvorgetriebenen Tunneln im Sedimentgestein relevanten Fragestellungen beleuchtet. Es werden Vorschläge zur Modellbildung und für Berechnungsverfahren unterbreitet. Anhand einer Parameterstudie mit realistischen Annahmen werden die verschiedenen Effekte beispielhaft aufgezeigt. 2
Last- und Bettungsansätze im Lockergesteinstunnelbau
Die Auskleidungen von Tunnelbauten im Lockergestein werden üblicherweise mit dem Bettungsmodulverfahren bemessen 123
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III. Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit für TBM-Vortriebe im Festgestein
Die Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit ist eine wesentliche Grundlage für die Ermittlung der Bauzeit und der Kosten von Tunnelprojekten. Für konventionelle Vortriebe gibt es mit der Berechnung über Zyklusdauern ein bewährtes Verfahren. Die Ergebnisse liegen im Allgemeinen innerhalb einer akzeptablen Bandbreite. Für TBM-Vortriebe konnte sich bisher kein Standardverfahren zur Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit etablieren. Wie bei Submissionen festgestellt werden kann, liegen die von den Planern und Bietern prognostizierten Vortriebsgeschwindigkeiten teilweise weit auseinander. Diese Situation ist für Auftraggeber wie Auftragnehmer unbefriedigend. Im Beitrag werden die Ursachen für diesen Zustand analysiert und ein Berechnungsverfahren vorgestellt, das in den meisten Fällen zu guten Ergebnissen führt. Prediction of advance rates for TBM-tunnelling in hard rock An accurate prediction of advance rates is an essential base for estimating time and cost of tunnelling works. In conventional tunnelling the method for calculating the advance rates by using cycle diagrams is generally accepted since many years. The predictions performed by this method normally lay within a narrow spread. For the prediction of advance rates in TBM-Tunnelling no generally accepted method has been established until today. DependAutoren: em. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Eckart Schneider, Dipl. Ing. Dr. techn. Markus Spiegl, Geschäftsführer SSP BauConsult GmbH, Innsbruck Dipl. Ing. Dr. techn. Matthias Türtscher, Dipl. Ing. Dr. techn. Wolfgang Leitner, G. Hinteregger & Söhne, Baugesellschaft m.b.H., Salzburg
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Maschineller Tunnelbau
ing on the method of calculation and on the experience of the design engineer or the contractor the predicted advance rates for a particular project are often varying a great deal. This situation is very inconvenient for owners and contractors. The situation is analysed in the paper and a new method is presented, which in most cases provides good results. 1
Einleitung
Leistungsprognosen sind eine wesentliche Grundlage für die Kostenermittlung und Ablaufplanung von Bauprojekten. Im Tunnelbau ist die Vortriebsleistung, die wegen ihrer physikalischen Dimension [m/d] in den österreichischen Untertagebaunormen richtigerweise als Vortriebsgeschwindigkeit bezeichnet wird, die entscheidende Leistungsgröße. Eine möglichst zutreffende Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit ist insbesondere bei langen Tunneln bereits in frühen Projektphasen von großer Bedeutung. Mit dem Näherrücken der Realisierung wird für den Auftraggeber eine genaue Planung des Bauablaufs immer wichtiger, was eine noch genauere Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit erfordert. Für die bauausführenden Firmen ist die Vortriebsgeschwindigkeit eine entscheidende Eingangsgröße für die Angebotskalkulation und für die Abschätzung des Terminrisikos. Für konventionelle Vortriebe hat sich mit der Berechnung über die Zyklusdauer ein bewährtes Verfahren zur Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit eingebürgert, dessen Ergebnisse im Allgemeinen innerhalb einer akzeptablen Bandbreite liegen. Für maschinelle Vortriebe konnte sich bisher kein Berechnungsverfahren als Standard etablieren. Wie bei Submissionen festgestellt werden kann, liegen die von den Bietern prognostizierten Vortriebsgeschwindigkeiten teilweise weit auseinander. Ähnlich verhält es sich mit den tatsächlich erzielten Vortriebsgeschwindigkeiten, die oft erheblich von den prognostizierten Werten abweichen. Diese Situation, die 148
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Baustoffe und Bauteile I.
Innovatives Fugensystem zur Tübbingkopplung
Die Kopplung der einzelnen Tübbingringe in der Ringfuge kann sich als Schwachstelle der gesamten Tunnelkonstruktion herausstellen. Ausgehend von dieser Problematik entwickelten das Ingenieurbüro IMM Maidl & Maidl Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG, Bochum, und das Institut für unterirdisches Bauen (IuB) der Fachhochschule Münster im Rahmen eines Forschungsvorhabens des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) eine neuartige Ringfugenkopplung. Anstatt der standardmäßig verwendeten Topf-Nocke- bzw. Nut-Feder-Verbindungen wird bei dem neuen System eine profilierte Ringfuge verwendet, welche ausschließlich über Reibung die Koppelkraft überträgt. Dieses System zeichnet sich durch einen leichten und schnellen Einbau der Tübbinge, die flächige Lastverteilung der Vortriebspressen und durch die Möglichkeit der Aktivierung einer großen Kopplungskraft aus. An innovative jointsystem for segmental linings Coupling of single segmental lining rings in an annular joint can turn out to be a chink in the overall tunnel construction. Therefore the consulting engineers IMM Maidl & Maidl Consulting Engineers GmbH & Co. KG Bochum/Germany and the Institute of Subterranean Engineering developed a novel annular joint linking as part
Autoren: Dr.-Ing. Dieter Handke, Geschäftsführer/Projektleiter Schildvortriebsverfahren, Dipl.-Ing. Denise Schulte, Projektingenieurin, IMM Maidl & Maidl Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG, Bochum, Prof. Dr.-Ing. Dietmar Mähner, Ansgar Korte M. Sc., Fachhochschule Münster, Institut für unterirdisches Bauen (IuB)
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Baustoffe und Bauteile
of a research project of the Central Innovation Programme SME. Instead of the standard connection with groove and spring or cam and pocket system the novel system uses a molded annular joint that transfers coupling forces only by friction. This system is characterized by an easy and fast installation of segmental linings, a laminar load distribution of thrusting jacks and by the possibility of activating high coupling forces. 1
Einleitung
Bei der Bauausführung von Tunneln mit einer einschaligen Tübbingauskleidung zeigt sich in der Praxis immer wieder, dass es bei den Ringfugenverbindungen der Tübbingringe zu Ausführungsproblemen kommt. Die dabei üblicherweise verwendete Topf-Nocke-, Nut-Feder- oder auch mit Dübeln realisierte Verbindung führt häufig zu umfangreichen Sanierungsarbeiten bzw. Beeinträchtigungen der langzeitigen Gebrauchstauglichkeit (Dichtigkeit) des gesamten Tunnelbauwerkes. Der vorliegende Beitrag stellt eine neue, auf Basis der ebenen Ringfugengeometrie entwickelte Ringfugenkopplung vor, die zu einer nachhaltigen Verbesserung der Schadenshäufigkeit und somit zu einer Minimierung von Sanierungskosten sowie Reduzierung der Zykluszeiten beim Einbau eines Tübbingrings beiträgt. Ausgehend vom aktuellen Entwicklungs- und Erfahrungsstand mit den oben genannten Problemen wird im Folgenden auf Basis theoretischer und experimenteller Untersuchungen das innovative Fugensystem zur Ringfugenkopplung hergeleitet. Die Untersuchungen wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM), gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, in Kooperation zwischen dem Ingenieurbüro IMM Maidl & Maidl Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG, Bochum, und dem Institut für unterirdisches Bauen (IuB) der Fachhochschule Münster durchgeführt. 170
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II.
Erfolgreicher Einsatz von PP-Faserbeton am Tunnel Westtangente Bautzen
Die Wirksamkeit von Beton unter Zugabe von PolypropylenFasern (PP-Fasern) als vorbeugende bauliche Brandschutzmaßnahme für Tunnelinnenschalen wurde bereits in vielen Großbrandversuchen im In- und Ausland nachgewiesen. Die spezifischen Anforderungen an den PP-Faserbeton für Straßentunnel in Deutschland bedingen eine besondere Betonzusammensetzung sowie Sorgfalt bei der Herstellung und Verarbeitung des Betons, die im Rahmen eines Forschungsvorhabens unter Laborbedingungen bereits erfolgreich umgesetzt werden konnten. Die Anwendbarkeit von PP-Faserbeton unter Praxisbedingungen wurde nachfolgend beim Tunnel Westtangente Bautzen (B96) in offener Bauweise nachgewiesen. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse dieser erfolgreichen Pilotanwendung dargestellt. Insbesondere wird auf die Erfahrungen mit der Herstellung und Verarbeitung des PP-Faserbetons sowie die durchgeführten Qualitätssicherungsmaßnahmen eingegangen. Successful application of PP-fibre modified concrete at the Tunnel Westtangente Bautzen Many national and international fire tests have shown that PPfibres could improve the structural fire protection of concrete tunnel linings considerably. The specific requirements concerning PP-fibre modified concrete for German road tunnels require a special concrete composition and accuracy during fabrication Autoren: Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Friebel, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), Bonn, Dipl.-Ing. Ingo Kaundinya, Dr.-Ing. Franka Tauscher, Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bergisch Gladbach, Dipl.Ing. Bernd Urbank, DEGES, Berlin, Prof. Dr.-Ing. Frank Dehn, Dipl.-Ing. Marko Orgass, MFPA Leipzig GmbH, Leipzig
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Baustoffe und Bauteile
and installation of the concrete which had been successfully implemented under laboratory conditions in the frame of a research project. The applicability of PP-fibre modified concrete was subsequently proven under practice conditions at the Tunnel Westtangente Bautzen (B96) which was constructed with the cut and cover method. This paper reports the results of the successful pilot application particularly with regard to the experiences with fabrication and handling of the PP-fibre modified concrete as well as the applied quality control measures. 1
Einleitung
Brände in Straßentunneln können zu hohen Personen- und Sachschäden führen und durch die erforderlichen Sperrungen für die Instandsetzung der Bauwerke weitere volkswirtschaftliche Schäden zur Folge haben. Unter dem Eindruck dieser potenziell hohen Kosten haben das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) und die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in den vergangenen Jahren verschiedene Forschungsaktivitäten für die weitere Verbesserung des baulichen Brandschutzes für deutsche Straßentunnel durchgeführt [1], [2], [3]. Der bauliche Brandschutz ist auf die Einhaltung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Bauwerkes während und nach einem Brandereignis ausgerichtet. Reale Brandereignisse in Straßentunneln haben gezeigt, dass im direkten Bereich der Brandeinwirkung große Betonabplatzungen an der Innenschale auftreten können. Aufgrund des großen Einflusses von Betonabplatzungen auf die Tragfähigkeit von Tunnelquerschnitten [2], [4] wurde in einem BMVBS/BASt-veranlassten Forschungsvorhaben Beton unter Zugabe von PolypropylenFasern (PP-Faserbeton) als vorbeugende bauliche Brandschutzmaßnahme untersucht [3]. Die Anwendbarkeit von PP-Faserbeton unter Praxisbedingungen wurde anschließend beim Tunnel Westtangente Bautzen (B96) in offener Bauweise nachgewiesen. Im vorliegenden Beitrag wird über die Ergebnisse dieser Pilotanwendung berichtet. Insbesondere wird auf die Erfahrungen mit 202
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III. Klebeanschluss von KDB-Abdichtungen an Tübbingröhren als Alternative zum Klemmanschluss Der wasserdichte Anschluss von Verbindungsstollen oder Schächten mit KDB-Abdichtung (KDB = Kunststoffdichtungsbahn) an Tübbingröhren aus WU-Beton ist bei komplizierten Bauteilgeometrien und hohen Wasserdrücken sowohl planungs- als auch ausführungstechnisch eine Herausforderung. Bisher wurden überwiegend Klemmanschlüsse ausgeführt. Beim Bau des Finnetunnels im VDE-Projekt 8.2 „Neubaustrecke Erfurt – Halle/Leipzig” wurde für den Dichtanschluss der Querstollen an die Tübbingröhren wegen der Nachteile von Klemmanschlüssen ein Klebeanschluss entwickelt und ausgeführt. Ein Kunststoffstreifen, ein sogenanntes Tape, wurde mit Epoxidharzmörtel direkt auf die Betonoberfläche geklebt. Die KDB der Querstollen wurden durch Fügenähte mit dem Tape verbunden. Dieser Beitrag beschreibt die erfolgreiche Entwicklung und Ausführung der praxisgerechten und wirtschaftlichen Klebeanschlüsse am Finnetunnel und die daraus gewonnenen Erfahrungen. The bonded connection with plastic sealing on segmental lining tubes as an effective and economic alternative to clamping constructions The water tight connection of cross passages or shafts with plastic sealing on segmental lining tubes made of impermeable concrete is a challenge in terms of planning and implementation for complex component geometries. Up till now only clamping construction was used.
Autoren: Dipl.-Ing. Hendrik Schälicke, Beratende Ingenieure Prof. Dr.-Ing. Dieter Kirschke, Ettlingen, Deutschland, Dipl.-Ing. Thomas Gerstewitz, Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG, München, Deutschland
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Baustoffe und Bauteile
With the construction of the Finnetunnel, a new way of making tight connections between cross passages and segmental lining tubes was explored. Instead of clamping the plastic sealing on the reverse side of the segment, here a plastic tape is bonded directly to the surface of the concrete by way of epoxy resin mortar. After the mortar has hardened, the plastic sealing for the cross passages is welded onto the tape. This new form of tight connection was developed step by step, in costly detailed and large-scale tests, before its execution. In the experimental design, a water pressure of 9 bar over a time period of approx. 6 weeks could be sustained. After that the pressure was raised to 12 bar within 8 hours and maintained at that for 2 weeks. In a failure test, the water pressure could even be raised up to 55 bar before the test construction broke.
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Forschung und Entwickung I.
Erschütterungsarmes Sprengen
Ziel der abgeschlossenen Forschungsarbeiten war es, die sonischen Wirkungen und das neue physikalisch gestützte, durch vielfältige Messungen belegbare Sprengmodell hinsichtlich seiner entscheidenden Effekte einer energiesparenden Zertrümmerung und erschütterungsmindernden Umsetzung statistisch gesichert für alle wichtigen Sprengverfahren im Festgebirge nachzuweisen. Durch die Gültigkeit der sonischen Wirkung in der Sprengtechnik, die gezielte Ausnutzung des wirksamen Detonationsdruckes und weitere wichtige Zusammenhänge in dem erarbeiteten physikalischen Modell zur detonativen Sprengstoffumsetzung ergeben sich neue Grundsätze für die Bemessung von Sprenganlagen. Mit der Durchsetzung der physikalisch begründbaren Vorgehensweise ist es möglich, die Zertrümmerung oder Spaltung des Gebirges zu steuern und die Erschütterungsimmissionen bewusst zu beeinflussen oder zu verringern. Zur richtigen Umsetzung der sonischen Wirkung in die Sprengpraxis ist es erforderlich, die P- und S-Wellengeschwindigkeiten der Festgesteine bzw. des Sprengmediums zu kennen. Weiterhin haben die Trennflächenhäufigkeit und die Raumstellung der Flächen einen wesentlichen Einfluss auf die Sprengbarkeit, die Lösbarkeit und die Umsetzung der sonischen Wirkung. Es wird vorgeschlagen, die vielfältigen Sprengziele im Festgebirge auf vier definierte Sprenganlagen zu reduzieren, weil sich diese Sprengungen in bestimmten Grundsätzen deutlich unterscheiden und dem neuen Sprengmodell zugeordnet werden können. Autoren: Doz. Dr.-Ing. habil., Dipl.-Geol. Bernd Müller, Dipl.-Geol. Benjamin Litschko, Dipl.-Geophys. Uwe Pippig, Geotechnisches Sachverständigenbüro Dr. B. Müller, Leipzig, Deutschland
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Forschung und Entwicklung
Low vibration blasting The aim of the completed research was to demonstrate the sonic effects and the new physically-based blasting model, verifiable by a variety of measurements, in terms of its decisive effects of energy-saving fragmentation and vibration-reduced implementation, and this should be statistically significant for all blasting methods in solid rocks. The validity of the sonic effect in blasting technology, the targeted use of the effective detonation pressure and other important relationships in the physical model developed for detonating explosives result in new principles for the design of blasting systems. The implementation of this physically justifiable procedure makes is possible to control fragmentation or splitting of the rock mass and to intentionally influence or reduce the emission of vibration. For the proper implementation of the sonic effect in blasting practice, it is necessary to know the P- and S-wave velocities of the hard rock or the blasting medium. The joint frequency and the spatial position of the joints also have a significant influence on the suitability for blasting, cuttability and exploitation of the sonic effect. It is proposed to reduce the varied intentions of blasting in rock mass to four defined blasting systems, because these blasting systems differ significantly in certain principles and can be assigned to the new blasting model. 1
Einführung
Durch Bohr- und Sprengarbeiten werden zwangsläufig insbesondere im Nahbereich von Siedlungen, lokalen Bebauungen, Denkmälern, Hochdruckleitungen, Industrie- und anderen wichtigen Anlagen teilweise beträchtliche und vielschichtige Umweltbelastungen in Form von Lärm-, Staub- und Erschütterungsimmissionen ausgelöst. Jede Möglichkeit, derartige Umweltprobleme bewusst und sicher zu verringern, war daher ein grundsätzliches Anliegen der erfolgreich abgeschlossenen Forschungsarbeiten, gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt [14], [19]. 262
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II.
Kunstharzinjektionen zur Abdichtung beim Tunnelbau im quellfähigen Gebirge
Für das Großprojekt Stuttgart 21 sind mehr als 20 km Tunnel im quellfähigen, anhydritführenden Gebirge aufzufahren. Für die Bemessung dieser Tunnel ist die Kenntnis der Auflockerungszone, die aufgrund der Spannungsumlagerung um den Tunnel herum entsteht, von entscheidender Bedeutung. Zur Ermittlung der Ausdehnung der Auflockerungszone und der Erhöhung der Durchlässigkeit in diesem Bereich steht das Programmsystem FEST03 zur Verfügung. Das Programmsystem wurde anhand von langjährigen Messreihen geeicht. Zur Abdichtung der Auflockerungszone im Übergangsbereich zwischen wasserführendem und quellfähigem Gebirge sind Abdichtungsbauwerke und Injektionen erforderlich. Darüber hinaus können Injektionen notwendig sein, wenn der Tunnel im Bereich des Anhydritspiegels verläuft. Da kein Wasser in das Gebirge eingebracht werden darf und Durchlässigkeitsbeiwerte von ≤ 10–7 m/s erzielt werden müssen, kommen für die Injektionen nur Kunstharze in Frage. Dabei ist Acrylatgelen im Hinblick auf die erzielbare Durchlässigkeit der Vorzug zu geben, wohingegen PUR-Harze aufgrund der Wasserfreiheit vorteilhafter sind. Die für den jeweiligen Fall richtige Auswahl des Injektionsgutes sollte in Abhängigkeit von den Randbedingungen des jeweiligen Projekts erfolgen. Vor Ausführung der Arbeiten sollte die Eignung des Injektionsguts und der vorgesehen Verpresstechnik und -parameter in einem Testfeld nachgewiesen werden.
Autoren: Prof. Dr.-Ing. Walter Wittke, Dr.-Ing. Martin Wittke, WBI Prof. Dr.-Ing. W. Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau GmbH, Weinheim Götz Tintelnot, TPH Bausysteme GmbH, Norderstedt
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Sanierung Tunnel Langenau und Hollrich
Intelligente Bauleistung für anspruchsvolle Tunnelbauwerke.
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Forschung und Entwicklung
Resin grout for impermeabilization around tunnels in swelling rocks More than 20 km of tunnels have to be constructed in swelling anhydritic rocks for the large-scale infrastructure project Stuttgart 21. For the design of these tunnels it is essential to know the extent of the loosened zone, which develops due to stress-redistribution around the tunnel. In order to evaluate the extent of this zone and the increase of the permeability of the rock mass in this area, the FE-program system FEST03 can be applied. The program system has been calibrated by means of long-term measurements. In order to reduce the permeability of the loosened zone in the area of the transition from the water-bearing rocks to the swelling rocks, sealing structures and grouting are required. Furthermore, grouting can become necessary, when the tunnel is located in the area of the anhydrite level. Since water is not allowed to be introduced to the rock mass and because permeability coefficients of ≤ 10–7 m/s must be achieved, grouting should be carried out with resin. Acrylate gels are preferable with regards to the achievable permeability, however PUR-resin is preferable because of the absence of water. The selection of the resin to be applied should be made considering all boundary conditions of the project in question and prior to commencement of the works, the suitability of the grout and the planned grouting scheme should be proven in a field test. 1
Aufgabenstellung
Für das Großprojekt Stuttgart 21 sind mehr als 20 km Tunnel im quellfähigen, anhydritführenden Gebirge aufzufahren. Die Tunnel liegen in sämtlichen Schichtgliedern des unausgelaugten Gipskeupers, wohingegen die meisten der in Stuttgart und Umgebung bisher in diesen Gebirgsverhältnissen gebauten Tunnel im Mittleren Gipshorizont liegen (Bild 1). Der S-Bahn-Tunnel unter dem Hasenberg liegt allerdings ebenso wie der Freudensteintunnel darüber hinaus in den Estherienschichten. Letzterer und der Schanztunnel verlaufen auch in den Dunkelroten Mergeln [1]. 306
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Praxisbeispiele I.
Planung und Ausführung der unterirdischen Verflechtungsstrecke Bechergasse der Nord-Süd-Stadtbahn Köln
Im Zuge des Baus der Nord-Süd-Stadtbahn in Köln wurde der Bauabschnitt „Verflechtungsstrecke Bechergasse“ als Aufweitungsquerschnitt zwischen zwei zuvor aufgefahrenen Schildtunneln hergestellt, um hier einen Gleiswechsel zu ermöglichen. Der archäologisch bedeutsame Baugrund ist durch eine wechselhafte Bebauungs- und damit Gründungsgeschichte gekennzeichnet. Zum Schutze der im unmittelbaren Einflussbereich des Tunnels vorhandenen Bebauung gegen zu große Senkungen und Setzungen wurden umfangreiche Sicherungsmaßnahmen geplant und ausgeführt. Weiterhin waren zur Herstellung des Kernvortriebes in Spritzbetonbauweise Maßnahmen zur Abdichtung gegen das anstehende Grundwasser erforderlich. Neben Kompensationsinjektionen wurden Niederdruck-Injektionskörper, Rohrschirme, Unterfangungen, Bodenaustauschpfähle und Vereisungskörper hergestellt. Die Maßnahme wurde durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet. Der Beitrag erläutert die Vorgehensweise bei der Planung und Ausführung der Verflechtungsstrecke Bechergasse.
Autoren: Dr.-Ing. Thomas v. Schmettow, Dipl.-Ing. (FH) Siegfried Nagelsdiek, Ed. Züblin AG, Zentrale Technik, Tunnelbau
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Praxisbeispiele
The construction section ‘Verflechtungsstrecke Bechergasse’ (i.e. crossover Bechergasse) forms part of the N/S Line in Cologne. It was constructed by enlarging and combining into one large crosssection two segmentally lined tunnels, which were excavated beforehand using shield machines. All underground construction work was performed within sedimentary ground below the ground water table, with the ground consisting partly of quaternary and tertiary deposits as well as made ground. Due to the long history of Cologne the ground contains large amounts of archaeological remains, foundations and other parts of former buildings such as cellars or wells. In order to protect all buildings within the area being influenced by the tunnelling works a comprehensive catalogue of measures was designed and put into action to mitigate settlement movements and to maintain stability. Further measures comprised ground treatment to prevent groundwater ingress during the SCL works which were necessary for the excavation of the central section. These involved compensation grouting, permeation grouting, pipe umbrellas, underpinning, soil exchange piles and ground freezing works. All construction works were accompanied by a comprehensive monitoring program. The paper describes the design and construction process of the construction section Bechergasse. 1
Einleitung
Der ca. 90 m lange Bauabschnitt „Verflechtungsbauwerk Bechergasse“ wurde von 2003 bis 2010 als Bindeglied zwischen den beiden Losen Nord und Süd der Nord-Süd-Stadtbahn in Köln gebaut. Die Grenze zwischen den beiden Losen befindet sich am Anfang des Kurt-Hackenberg-Platzes (KHP) am Ende der Bechergasse. Bauherr für die Stadt Köln war die Kölner Verkehrsbetriebe AG (KVB). Das technische Büro der Ed. Züblin AG war im Rahmen der ARGE Los Süd für die Planung der Bauwerke „Verflechtungsbau338
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II.
Neue Dienstleistungsfelder bei komplexen Infrastrukturprojekten am Beispiel der Wehrhahn-Linie Düsseldorf
Mit Projektstart der Wehrhahn-Linie im Jahr 2007 begann die Schaffung einer 3,4 km langen, neuen U-Bahn-Strecke mit sechs unterirdischen Bahnhöfen, als schnelle Verbindung quer unter der verkehrstechnisch hochsensiblen Innenstadt Düsseldorfs. Demzufolge entstand unmittelbar der Bedarf nach einer möglichst störungsarmen Realisierung der Baumaßnahme im betroffenen Bereich. Da die Stadt Düsseldorf als Auftraggeber die Vergabe der Ausbauleistungen in Einzelgewerken und nicht an einen Generalunternehmer plante, wurde die HOCHTIEF Solutions AG damit beauftragt, u. a ein ganzheitliches Logistikmanagement inkl. belastbarer Termin- und Kapazitätenplanung, als Grundlage für die spätere Ausschreibung, beizutragen. Die primäre Herausforderung des Zentralen Logistikmanagements (ZLM) lag in der Minimierung jeglicher Beeinträchtigungen des innerstädtischen Verkehrs und damit aller Arbeiten an der Oberfläche. Wesentliche Lösungsansätze dafür waren die Ausführung der Bahnhöfe in Deckelbauweise sowie die Idee, alle Transporte an den beiden Tunnelöffnungen zu bündeln und die Bahnhöfe von dort aus durch den Tunnel mit Ausbaumaterial zu beschicken. Gleichzeitig war es das Ziel, ein Höchstmaß an Unterstützung für die potenziellen Auftragnehmer anzubieten und sie als Bieter zu gewinnen, was u. a. mit Hilfe eines 4D-animierten Films mit virtuellem Einblick in die komplexe U-Bahnbaustelle gelingen sollte.
Autoren: Dipl.-Ing. Andrea Blome, Amt für Verkehrsmanagement, Düsseldorf, Dipl.-Ing. Gerd Wittkötter, Amt für Verkehrsmanagement, Düsseldorf, Dipl.-Ing. Heinz Stenmans, Hochtief Solutions AG, Essen, Dipl.-Ing. Marco van Bebber, Hochtief Solutions AG, Essen
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Praxisbeispiele
New service fields in complex infrastructure projects based on the example of the Wehrhahn-Linie Düsseldorf When the project „Wehrhahn-Linie Düsseldorf“ started in 2007, it was the beginning of a new metro line with a total length of 3.4 km and six underground metro stations, crosswise under the city centre of Düsseldorf, which is highly sensitive in terms of traffic. As a result, the need for a construction process with as low interferences as possible, came into being. The city of Düsseldorf as the principal planned to resign a main contractor but to allocate different private firms for the fit-out. Therefore the HOCHTIEF Solutions AG was instructed to contribute a complete logistics management, including scheduling and resource planning. It should be a basis for the following tendering process. The main challenge of the central logistics management existed in the minimization of any disruption to traffic. The basic approach on this issue was to realize the station structures by applying the cut-and-cover technique. Another important solution should be the bundling of all transports at the two tunnel openings, to charge the underground stations with every material that would be necessary. At the same time there was the intention to provide a maximum support for every potential contractor. For this purpose a 4D-animation has been produced to give a virtual view on the whole construction site. 1
Einleitung
Seit November 2007 laufen die Arbeiten der neuen WehrhahnLinie in Düsseldorf. Der Name Wehrhahn-Linie steht für eine 3,4 km lange, neue U-Bahn-Trasse in der Rheinmetropole. Die neue Strecke schafft schnelle Verbindungen quer unter der verkehrstechnisch hochsensiblen Innenstadt. Durch die Verbindung der S-Bahnhöfe Wehrhahn und Bilk bringt sie zukünftig mehr Mobilität und Komfort für täglich mehr als 53.000 Fahrgäste (Bild 1). Die Landeshauptstadt Düsseldorf legt als Aufraggeber allergrößten Wert auf eine möglichst störungsarme Einbindung der Bau378
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