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Materialeffiziente Tübbings mit Hybridbewehrung – Entwurf, Herstellung und Bauteilexperimente

Petraroia, Diego Nicolás / Ahrens, Mark Alexander / Mark, Peter

Lasteinleitungsstellen von Tunneln aus Tübbings sind lokal hoch beansprucht. Insbesondere betrifft dies die Ansatzpunkte der Vorschubpressen und die Längsfugen als Kontaktstellen zwischen den einzelnen Segmenten in Ringrichtung. Gewöhnlich dominiert die Teilflächenpressung der Längsfuge die Dimensionierung des ganzen Tübbings; abseits davon wird er jedoch nicht voll ausgenutzt. Im Beitrag werden zwei Lösungskonzepte vorgestellt. Eines verstärkt die Tragfähigkeit der Längsfugen im Bereich der Lasteinleitung durch hochfesten Beton und hybride Bewehrung aus Stabstahl und Stahlfasern. Übrige Tübbingteile werden weiterhin in Normalbeton ausgeführt. Darauf abgestimmt erfolgt die Betonage; stehend und hybrid. Alternativ werden Tübbings aus durchgehend hochfestem Beton mit Aussparungen entwickelt. Entsprechende Entwürfe werden im Großmaßstab im Labor umgesetzt und hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit geprüft. Sie liegt bei beiden mit ca. 75 % bzw. 86 % deutlich über derjenigen eines herkömmlichen Referenztübbings. Auch hinsichtlich der CO₂‐Äquivalente zeigen sich Einsparpotenziale von ca. 35 %. Zudem verringert die geringere notwendige Tübbingdicke den Ausbruchquerschnitt, was Kostenvorteile bringt.

Material efficient tunnel segments with hybrid reinforcement – Design, fabrication, and experiments

Load introduction zones of tunnel lining segments are subject to high local stresses. This applies in particular to the attachment locations of the jacks and the longitudinal joints as the contact points between the individual segments in ring direction. Usually, the partial area loading of the longitudinal joint dominates dimensioning of the entire segment; however, apart from this, it is not fully utilized. Two potential solutions are developed in this article. One strengthens the load‐bearing capacity of the longitudinal joints in the area of load introduction by the use of high‐strength concrete and hybrid reinforcement of steel bars and steel fibers. The rest is still made of normal strength concrete. Casting of concrete is matched to this; upright and hybrid. Alternatively, segments made of high‐strength concrete throughout but with recesses are developed. Corresponding designs are implemented on large scale in the lab and tested for their load‐bearing capacity. In both cases, it is with around 75 % and 86 %, respectively, significantly higher than that of a conventional reference segment. There are also potential savings of around 35 % in terms of CO₂ equivalents. In addition, the lower segment thickness required reduces the excavation cross‐section, which brings cost benefits.