Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Zeitabhängige Stützdruckübertragung an der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust unter zyklischem Bodenabbau
Beim Vortrieb mit Flüssigkeitsstützung ist die Ortsbruststabilität durch zwei grundlegende Anforderungen während des Bodenabbaus zu sichern: (1) der Stützdruck in der Abbaukammer ist ausreichend groß und wirkt dem anstehenden Erddruck und Grundwasserdruck entgegen; (2) der Anteil des Stützdrucks, der den Betrag des Grundwasserdrucks übersteigt (Suspensionsüberdruck), wird in Form von effektiven Spannungen auf das Korngerüst übertragen. Letzteres setzt die Bildung eines Übertragungsmechanismus in einer definierten Bodenzone an der Ortsbrust voraus, innerhalb derer der Stützdruck zuverlässig übertragen wird.
Der Beitrag untersucht die erforderliche Zeitspanne zum Aufbau eines Übertragungsmechanismus und überlagert diese mit der Frequenz des zyklischen Bodenabbaus durch das rotierende Schneidrad an einem lokalen Punkt an der Ortsbrust. Im ersten Fall (A) ist die Tiefe des Mechanismus zur Stützdruckübertragung geringer als die Schneidtiefe der Abbauwerkzeuge, so dass der Bereich des Übertragungsmechanismus mit jedem Werkzeugdurchgang vollständig entfernt wird und anschließend neu aufgebaut werden muss. Die Stützdruckübertragung ist dann für eine definierte Dauer lokal stark eingeschränkt. Im zweiten Fall (B) übersteigt die Tiefe des Übertragungsmechanismus die Schneidtiefe, so dass der Stützdruck in reduzierter Form weiterhin übertragen wird, während sich der Übertragungsmechanismus erneut formiert.
Im Beitrag werden die aktuellen Theorien zur Stützdruckübertragung erfasst und die Auswirkungen der unterschiedlichen Zeitskalen der Fälle (A) und (B) analytisch, experimentell und numerisch untersucht. Die Analyse der Ergebnisse erlaubt eine Bewertung der globalen Stützdruckübertragung an der Ortsbrust zu jedem Zeitpunkt, so dass abschließend Empfehlungen für die Baupraxis zusammengefasst werden.
In fluid‐supported tunnelling, face stability must be ensured by two basic requirements during soil excavation: (1) the support pressure in the excavation chamber is sufficiently large and counteracts the acting earth pressure and groundwater pressure; (2) the portion of the support pressure that exceeds the amount of groundwater pressure (suspension excess pressure) is transferred onto the grain structure in form of effective stresses. The latter requires the formation of a transfer mechanism in a defined soil zone at the tunnel face within which the supporting pressure is reliably transferred.
The paper examines the time period required to establish a transfer mechanism and superimposes it on the frequency of cyclic soil excavation by the rotating cutting wheel at a local point on the tunnel face. In the first Case (A), the depth of the support pressure transfer mechanism is less than the cutting depth of the excavation tools, so that the area of the transfer mechanism is completely removed with each tool passing and must then be rebuilt. Support pressure transfer is severely restricted locally for a defined duration. In the second Case (B), the depth of the transfer mechanism exceeds the cutting depth, so that the support pressure continues to be transferred in a reduced form while the transfer mechanism re‐builds.
In the paper, the current theories of the support pressure transfer are surveyed and the effects of the different time scales of Cases (A) and (B) are investigated analytically, experimentally and numerically. The analysis of the results allows an evaluation of the global support pressure transfer at the tunnel face at each time point, so that recommendations for construction practice are summarized in conclusion.
Zeitabhängige Stützdruckübertragung an der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust unter zyklischem Bodenabbau
Beim Vortrieb mit Flüssigkeitsstützung ist die Ortsbruststabilität durch zwei grundlegende Anforderungen während des Bodenabbaus zu sichern: (1) der Stützdruck in der Abbaukammer ist ausreichend groß und wirkt dem anstehenden Erddruck und Grundwasserdruck entgegen; (2) der Anteil des Stützdrucks, der den Betrag des Grundwasserdrucks übersteigt (Suspensionsüberdruck), wird in Form von effektiven Spannungen auf das Korngerüst übertragen. Letzteres setzt die Bildung eines Übertragungsmechanismus in einer definierten Bodenzone an der Ortsbrust voraus, innerhalb derer der Stützdruck zuverlässig übertragen wird.
Der Beitrag untersucht die erforderliche Zeitspanne zum Aufbau eines Übertragungsmechanismus und überlagert diese mit der Frequenz des zyklischen Bodenabbaus durch das rotierende Schneidrad an einem lokalen Punkt an der Ortsbrust. Im ersten Fall (A) ist die Tiefe des Mechanismus zur Stützdruckübertragung geringer als die Schneidtiefe der Abbauwerkzeuge, so dass der Bereich des Übertragungsmechanismus mit jedem Werkzeugdurchgang vollständig entfernt wird und anschließend neu aufgebaut werden muss. Die Stützdruckübertragung ist dann für eine definierte Dauer lokal stark eingeschränkt. Im zweiten Fall (B) übersteigt die Tiefe des Übertragungsmechanismus die Schneidtiefe, so dass der Stützdruck in reduzierter Form weiterhin übertragen wird, während sich der Übertragungsmechanismus erneut formiert.
Im Beitrag werden die aktuellen Theorien zur Stützdruckübertragung erfasst und die Auswirkungen der unterschiedlichen Zeitskalen der Fälle (A) und (B) analytisch, experimentell und numerisch untersucht. Die Analyse der Ergebnisse erlaubt eine Bewertung der globalen Stützdruckübertragung an der Ortsbrust zu jedem Zeitpunkt, so dass abschließend Empfehlungen für die Baupraxis zusammengefasst werden.
In fluid‐supported tunnelling, face stability must be ensured by two basic requirements during soil excavation: (1) the support pressure in the excavation chamber is sufficiently large and counteracts the acting earth pressure and groundwater pressure; (2) the portion of the support pressure that exceeds the amount of groundwater pressure (suspension excess pressure) is transferred onto the grain structure in form of effective stresses. The latter requires the formation of a transfer mechanism in a defined soil zone at the tunnel face within which the supporting pressure is reliably transferred.
The paper examines the time period required to establish a transfer mechanism and superimposes it on the frequency of cyclic soil excavation by the rotating cutting wheel at a local point on the tunnel face. In the first Case (A), the depth of the support pressure transfer mechanism is less than the cutting depth of the excavation tools, so that the area of the transfer mechanism is completely removed with each tool passing and must then be rebuilt. Support pressure transfer is severely restricted locally for a defined duration. In the second Case (B), the depth of the transfer mechanism exceeds the cutting depth, so that the support pressure continues to be transferred in a reduced form while the transfer mechanism re‐builds.
In the paper, the current theories of the support pressure transfer are surveyed and the effects of the different time scales of Cases (A) and (B) are investigated analytically, experimentally and numerically. The analysis of the results allows an evaluation of the global support pressure transfer at the tunnel face at each time point, so that recommendations for construction practice are summarized in conclusion.
Zeitabhängige Stützdruckübertragung an der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust unter zyklischem Bodenabbau
Laackmann, K. (Autor:in) / Balthaus, H. (Autor:in) / Breidenstein, M. (Autor:in) / Camós‐Andreu, C. (Autor:in) / Franz, S. (Autor:in) / Hettler, A. (Autor:in) / Hillebrenner, A. (Autor:in) / Kruschinski‐Wüst, K. (Autor:in) / Mähner, D. (Autor:in) / Maidl, B. (Autor:in)
Tunnelbau 2024 ; 323-368
18.10.2023
46 pages
Aufsatz/Kapitel (Buch)
Elektronische Ressource
Englisch
Schildvortrieb bei flüssigkeitsgestützter Ortsbrust
| UB Braunschweig | 1984
Tunnelvortriebsanlagen mit fluessigkeitsgestuetzter Ortsbrust
| Tema Archiv | 1987
Schildvortrieb mit flüssigkeits- und erdgestützter Ortsbrust
| UB Braunschweig | 1987
Schildvortrieb mit flüssigkeits- und erdgestützter Ortsbrust
| TIBKAT | 1987