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Inhaltsverzeichnis

1 Einführung 1
2 Grundlagen 3
2.1 Einsalzbereiche von Stahlfaserbeton im Tunnelbau 3
2.2 Vorgehensweise bei der Bemessung von Tunneln aus Stahlfaserbeton 6
2.3 Grundsätze zur Berechnung des Tragverhaltens 8
2.4 Druckseite der Spannungs-Dehnungs-Beziehung 10
2.5 Zugseite der Spannungs-Dehnungs-Beziehung 13
2.5.1 Allgemeines 13
2.5.2 Phasen des Tragverhaltens 13
2.5.3 Ermittlung des Tragverhaltens in der Phase 1 16
2.5.4 Ermittlung des Tragverhaltens in der Phase 11 18
2.5.5 Ermittlung des Tragverhaltens in der Phase III 19
2.6 Berechnung und Darstellung des Tragverhaltens 23
2.7 Tragwirkung im Tunnel 28
27.1 Beeinflussung des Systemtragverhaltens 28
27.2 Größenordnung der Beanspruchung 30
3 Experimentelle Untersuchungen 37
3.1 Darstellung der durchgeführten Versuche 37
3.1.1 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 37
3.1.2 Gemessene Größen 40
3.1.3 Betontechnologische Parameter 45
3.1.4 Parametervariation 47
3.2 Trag- und Verformungsverhalten unter zentrischer Druckbeanspruchung 48
3.3 Trag- und Verformungsverhalten unter kombinierter Biege- und Normalkraftbeanspruchung 54
3.3.1 Überblick über das Trag- und Verformungsverhalten 54
13.2 Phase 1: Ungerissen-linear-elastisch 57
3.3.3 Phase ii: Mikrorisse 64
3.3.4 Phase III: Makrorisse 70
3.4 Zusammenfassung der Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen 80
4 Verfahren zur Abbildung des Tragverhaltens 82
4.1 Allgemeines 82
4.2 Simulation der Versuchsergebnisse mit dem DBV-Verfahren 82
4.2.1 Darstellung der Ergebnisse aus Versuch und Rechnung 82
4.2.2 Simulation für e/d = ∞ 83
4.2.3 Simulation der M/N- Versuche 86
4.2.4 Zusammenfassung der Ergebnisse für das Verfahren nach dem DBV-Merkblatt 89
4.3 Entwicklung eines modifizierten Verfahrens 89
4.3.1 Anforderungen 89
4.3.2 Prüfungen 90
4.3.3 Form der Spannungsdehnungslinie 90
4.3.4 Parameterbestimmung im Druckbereich 91
4.3.5 Parameterbestimmung für die Phase 1 91
4.3.6 Parameterbestimmung für die Phase II 93
4.3.7 Parameterbestimmung für die Phase III 94
4.4 Simulation der Versuchsergebnisse mit dem modifizierten Verfahren 98
4.4.1 Allgemeines 98
4.4.2 Simulation für e/d = ∞ 98
4.4.3 Simulation für MIN-Versuche 101
5 Überführung der Ergebnisse in ein Bemessungskonzept 104
5.1 Vorgehensweise 104
5.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit 104
5.3 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 105
5.4 Materialkennwerte für die Bemessung 106
5.5 Nachweis der Tragfähigkeit 106
5.6 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 107
5.7 Dauerhaftigkeit 108
5.8 Bemessungsbeispiel 109
5.8.1 Ausgangssituation 109
5.8.2 Einwirkende Größen 109
5.8.3 Materialparameter 109
5.8.4 Nachweis der Tragfähigkeit 110
5.8.5 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 111
6 Zusammenfassung 113
7 Literatur 116
Anhang

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Bücher, Broschüren

Alexander Grass
Durchschlag am Gotthard
Der Bau des Strassentunnels 1970-1980
2021, 275 S., 50 sw und farbige Abbildungen. 24 cm, Hardcover
hier + jetzt

 

 

Der Gotthard-Straßentunnel war ein Kind der Autobahneuphorie. Eröffnet wurde er allerdings zu einer Zeit, als man die ungebremste Zunahme des Straßenverkehrs bereits kritisch sah. 1994 nahm die Schweizer Stimmbevölkerung die Alpeninitiative an, die den Schwerverkehr am Gotthard begrenzen sollte. Im Gegensatz zu den zwei Eisenbahntunnels sind die Entstehung und der Bau des Straßentunnels nie umfassend gewürdigt worden. Alexander Grass holt dies vierzig Jahre nach der Eröffnung nach. Er recherchierte dafür in Archiven von Bund, Kantonen und Unternehmen, aber auch in jenen der SUVA, der SBB und der Gewerkschaften. Themen sind etwa der 45 Jahre dauernde Planungsprozess voller Utopien und Kontroversen, die Technik, die Kostenkrisen während des Baus, die Arbeitsbedingungen der Mineure sowie die SBB, die ihre Cashcow am Gotthard verloren hat. Zuletzt beschreibt das Buch die kulturelle Debatte, die den Tunnelbau begleitete und den politischen Prozess zur zweiten Röhre, deren Bau 2021 in Angriff genommen wird.

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Empfehlungen zu Dichtungssystemen im Tunnelbau EAG-EDT
2., Aufl.
2018, 236 S., 40 SW-Abb., 12 Farbabb., 33 Tabellen. 210 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Die Empfehlungen dokumentieren den Stand der Technik in der Bemessung, Auswahl, Anwendung und Prüfung von Geokunststoffen im Tunnelbau und sind vom Arbeitskreis AK 5.1 "Kunststoffe in der Geotechnik und im Wasserbau" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT) erstellt worden. Das Buch behandelt Dichtungssysteme mit Kunststoffdichtungsbahnen für Tunnel in geschlossener und offener Bauweise sowie für sonstige unterirdische Bauwerke und dient als Leitfaden für Bauherren, Planer und Ausführende. Entwicklungen in relevanten Regelwerken und Normen, Projekterfahrungen sowie Weiterentwicklungen und anwendungsbezogene Forschungserkenntnisse seit Erscheinen der ersten Auflage im Jahr 2005 wurden in die 2. Auflage der "Empfehlungen zu Dichtungssystemen im Tunnelbau EAG-EDT" eingearbeitet. Fallbeispiele ergänzen die Ausführungen.

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Sara Zingg
Static effects and aspects of feasibility and sesign of drainages in tunnelling
Veröffentlichungen des Instituts für Geotechnik (IGT) der ETH Zürich, Band 249
2017, XVI, 212 S., zahlr. Abb., farbig. 29.7 cm, Softcover
vdf Hochschulverlag AG

 

 

In dieser Arbeit wird die Auswirkung von Drainagemassnahmen auf zwei typische Problemstellungen im Tunnelbau durch wasserführendes, gebräches Gebirge untersucht: einerseits auf die Stabilität der Ortsbrust, andererseits auf Stabilität und Verformung eines Injektionskörpers. Die ungünstige Wirkung von Wasser auf Stabilität und Verformung von Tunnelbauten hat ihre Ursache zum einen im Porenwasserdruck und zum andern in den Strömungskräften, die infolge zum Tunnel hin gerichteter Sickerströmung entstehen. Drainagebohrungen reduzieren sowohl den Porenwasser-druck, als auch die Strömungskräfte rund um den Hohlraum. Zudem erhöht der Porenwasser-druckabbau die effektiven Spannungen und somit die Scherfestigkeit des Baugrundes (?Konsolidation?), was sich günstig auf die Verformungen während und nach dem Tunnelbau auswirkt. Die Zielsetzung der Arbeit ist es, ein umfassendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Drainagemassnahmen und der Ortsbruststabilität sowie der Stabilität von Injektionskörpern zu erarbeiten. Die Hauptziele der Untersuchung rund um die Ortsbrust sind: (i) die Beurteilung der Ortsbruststabilität mittels Grenzgleichgewichtsmodell, welches die sich infolge Drainage einstellende, numerisch ermittelte Sickerströmung berücksichtigt; (ii) die systematische Untersuchung der Ortbruststabilität für verschiedene, praxisnahe Drainageanordnungen inklusive der Ausarbeitung von Dimensionierungs-Nomogrammen; (iii) die Berücksichtigung einer Reihe von Aspekten, die den Porenwasserdruckabbau somit die Wirksamkeit von Drainagemassnahmen limitieren. Die Hauptziele der Untersuchung rund um den Injektionskörper sind: (i) das Studium der stabilisierenden Wirkung der theoretischen, vollständigen Drainage auf Ausbauwiderstand und Plastifizierung eines Injektionskörpers im ebenen Verformungszustand; (ii) der Vergleich mit dem stabilisierenden Effekt von praxisnahen Drainageanordnungen, d.h. unter Berücksichtigung des Porenwasserdruckabbaus infolge ausgewählter Bohrschemata; jeweils, (iii), für Drainagebohrungen vor und nach

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Brandeinsätze in Strassentunneln. Taktik - Technik - Hintergrund
Interventionen in unterirdischen Verkehrsanlagen, Band 1
2014, 144 S., 28 graph. Darst., 94 Farbfotos. 12.2 x 16 cm, Softcover
Kehsler

 

 

Der Band liefert eine umfassende Darstellung der Einsatzlehre für Brände in Straßentunneln, wie sie von der International Fire Academy in Zusammenarbeit mit Feuerwehren aus Europa seit 2001 entwickelt wurde und seit 2009 gelehrt wird. Er gliedert sich in die Kapitel Baukunde, Gefahrenlehre, Einsatztaktik, Einsatztechnik und Einsatzvorbereitung. Alle relevanten Unterschiede zu Brandeinsätzen in Gebäuden werden herausgearbeitet und durch einsatzrelevantes Hintergrundwissen ergänzt. Die dargestellte Tunnel-Einsatzlehre ist in der Schweiz verbindliche Ausbildungsgrundlage, wurde 2014 im Kern vom Land Baden-Württemberg übernommen und wird von vielen Feuerwehren im deutschsprachigen Raum sowie in Europa für die Tunnel-Einsatzvorbereitung genutzt.

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Damit die Züge fahren können
Mensch und Technik am Gotthard-Basistunnel. Mit Textbeiträgen von: Dres Balmer, Alexander Grass, Marco Guetg, Erwin Koch, Margrit Sprecher, Helmut Stalder. Mit Bildern von Georg Aerni, Ralph Feiner, Oliv
2013, 188 S., farbige Abb. / ausklappbarer Querschnitt durch den Tunnel. 25 cm, Buchleinen
NZZ Libro

 

 

Mit 57 Kilometern wird in der Schweiz der längste Eisenbahntunnel der Welt gebaut. Ab 2016 werden Züge mit bis zu 250 Kilometer pro Stunde den Tunnel befahren. Der Band handelt von jenen Männern und Frauen, die dem längsten Eisenbahntunnel der Welt den letzten Schliff geben: Sie ziehen die Schienen ein, sorgen für die Stromversorgung, sind verantwortlich für die Sicherungstechnik und führen Testfahrten durch. Die verschiedenen Persönlichkeiten, die vielseitigen Berufstätigkeiten, vom Arbeiter bis zur Ingenieurin, das Leben vor, während und nach der Schicht werden gezeigt. Die "Arbeitsreportagen" schreiben Schriftsteller und Journalisten direkt vor Ort, und Fotografen dokumentieren den Ausbau des längsten Eisenbahntunnels der Welt.

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Forschungsberichte

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M. L. Ruiz Ripoll, A. Stolz
Verbundprojekt "Schutz kritischer Brücken und Tunnel" (SKRIBT Plus) - Teilvorhaben: Bewertung terroristischer Bedrohungen. Abschlussbericht
Bauforschung Fraunhofer EMI, Band 4
2015, 51 S., Abb., Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Projekts SKRIBTPlus wurden Brücken und Tunnel im Zuge von Straßen mit einem "all-hazard"-Ansatz bewertet. Aufgabe des Fraunhofer EMI war es, terroristische Bedrohungen zu bewerten. Im Rahmen der Untersuchungen konnte vom Fraunhofer EMI der Einfluss der statischen Vorlast auf die Schädigung infolge einer Explosion für Nah- und Fernfeldereignisse ausgearbeitet werden. Zudem wurde für Tunnel ein Bewertungsmodell hergeleitet, welches es erlaubt, die Auswirkungen auf die Tunnelstruktur unter Berücksichtigung der Bodenbettung zu erfassen. Diese Information stellen essentielle Eingangsparameter zur Durchführung einer weitergehenden Risikoanalyse dar.

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Oliver Millon, Frank Schäfer, Alexander Stolz, Caroline Kranzer, Christian Brenneis, W. Riedel
Automatisierte Informationsgewinnung und Schutz kritischer Infrastruktur im Katastrophenfall (AISIS). Abschlussbericht
Bauforschung Fraunhofer EMI, Band 2
2013, 71 S., 50 Abb., 5 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Sicherheit unserer Verkehrswege ist für unsere Gesellschaft von existenzieller Bedeutung. Deshalb beschäftigt sich die noch junge Disziplin der "Sicherheitsforschung" mit unserer Verkehrsinfrastruktur. Bereits in der Planungsphase identifiziert sie potenzielle Gefährdungen und entwickelt Konzepte, wie Bauwerke von kritischen Infrastrukturen bestmöglich geschützt werden können. Im Forschungsprojekt "Automatisiere Informationsgewinnung und Schutz kritischer Infrastrukturen im Katastrophenfall" geht es um die Entwicklung solcher Schutzkonzepte. Das Projekt wurde vom BMBF gefördert und ist Teil der Initiative "Forschung für die zivile Sicherheit" der Bundesregierung. Am Beispiel innerstädtischer Tunnelbauwerke wird ein Lösungsansatz beschrieben, wie der Schutz vor Gefahren durch Naturkatastrophen, Unfälle, Sabotage oder terroristische Anschläge mit Sprengstoffen verbessert werden kann: Ein in die Tunnelelemente integriertes, energieautarkes Funksensornetzwerk meldet bei einem Ereignis sofort an ein Sicherheitsleitsystem, wie stark und an welcher Stelle im Tunnel eine Schädigung eingetreten ist. Die Information über die Intensität der Belastung lässt Rückschlüsse auf das Schadensausmaß zu. Rettungskräfte wissen so, wo im Tunnel sie sichere Rettungsmaßnahmen durchführen können. Eine weitere Schutzmöglichkeit ist die Verbesserung des Baumaterials: Ein faserbewehrter Ultra-Hochleistungsbeton mit hoher Duktilität und verbessertem Hochtemperaturverhalten wurde entwickelt, der auch bei großen Belastungsereignissen mehr Sicherheit bietet. Darüber hinaus ist ein neuartiges Kopplungssystem für Tunnelelemente entwickelt und unter hoher dynamischer Druckeinwirkung getestet worden. Dieses verbindet die Tunnelelemente und verhindert bei Druckstoßbeanspruchungen im Tunnel ein radiales Auseinanderdriften der Elemente. Die Untersuchungen im Rahmen des Projekts gingen bis zur Betrachtung der Wechselwirkung zwischen der Bauwerksstruktur und dem umgebenden Erdreich. Hier wird untersucht, wie sich die Bettung unter dynamischer Belas

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B. Maidl, A. Nitschke, M. Ortu
Bemessung von Stahlfaserbeton im Tunnelbau. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 2885
1999, 172 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es wurde das Tragverhalten von Stahlfaserbeton anhand eines umfangreichen Versuchsprogrammes untersucht. Dieses Versuchsprogramm umfaßte Prüfungen unter zentrischem Druck, Kombinationen aus Biegung und Druck sowie reiner Biegung. Den Schwerpunkt bildeten hierbei die Versuche mit einer kombinierten Momenten- und Normalkraftbeanspruchung. Insgesamt wurden drei unterschiedliche Fasertypen mit jeweils zwei Fasergehalten und sonst identischer Betonrezeptur untersucht. Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wird ein geschlossenes Konzept zur Bemessung von Stahlfaserbeton im Tunnelbau vorgestellt. Diese Konzept umfaßt die Auswertung von Versuchen, die eindeutige Festlegung des Berechnungsmodells, die Definition von rechnerischen Grenzzuständen und die Bereitstellung einfacher Bemessungsdiagramme. Das modifizierte Konzept stellt gegenüber dem Konzept des Merkblatts des Deutschen Betonvereins eine Verbesserung hinsichtlich einer wirklichkeitsnäheren Erfassung und Abbildung des Tragverhaltens von Stahlfaserbeton und einer einfacheren Handhabung dar. Nach Meinung der Verfasser ist das modifizierte Konzept als Grundlage und Bestandteil für eine weitgehende Normung von Stahlfaserbeton geeignet.

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Stefan Kielbassa
Spannungsumlagerungen an der Ortsbrust und Beanspruchung des Tunnelbaus
1989, 214 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Arbeit untersucht die Spannungs- und Verformungszustände von Ortsbrust und Tunnelausbau während des Auffahrens beim bergmännischen Tunnelvortrieb. Zur rechnerischen Erfassung der Spannungsumlagerungen im Gebirge wurde ein Berechnungsmodell auf der Grundlage der Methode der Finiten Elemente entwickelt, das das komplexe dreidimensionale Geschehen im Bereich der Ortsbrust bei beliebiger Geometrie des Vortriebs erfassen kann. Das Ausmaß der Gebirgsentspannung läßt sich durch eine Aufteilung primären Gebirgbsdrucks in einen vorentspannenden, d.h. den Gebirgstragring in Anspruch nehmenden, und einen wirksamen, d.h. den Tunnelausbau beanspruchenden Anteil beschreiben. Für die Anwendung in der Praxis werden Diagramme zur Verfügung gestellt, die die Zusammenhänge derart aufbereitet darstellen, daß die Vorentspannung des Gebirges in einem ebenen Berechnungsmodell berücksichtigt werden kann. Die Handhabung der Diagramme wird an einem Beispiel aufgezeigt. Spannungen und Verformungen beim bergmännischen Tunnelvortrieb lassen sich damit realitätsnäher als mit herkömmlichen Scheibenmodellen berechnen. Die Beanspruchungen des Ausbaus werden bei gleichzeitigem Anwachsen der Verformungen erheblich kleiner, was durch dreidimensionale Berechnungsmodelle und Bauwerksmessungen bestätigt wird. (-y-)

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R. Springenschmid, R. Breitenbuecher
Forschungsvorhaben Tunnelbeton
Bauforschung, Band T 2000
1986, 36 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die in verformungsbehinderten Bauteilen im jungen Alter zur Rissbildung fuehrenden Zwangsspannungen koennen durch betontechnologische Massnahmen wesentlich beeinflusst werden. In umfangreichen Untersuchungen wurden am Baustoffinstitut der TU Muenchen die hydratationswaermebedingten Zwangsspannungen und die Reissneigung verschiedener Betone fuer rd. 40 cm dicke Bauteile ermittelt. Als Beurteilungskriterium fuer die Reissneigung wurde die Risstemperatur verwendet. Die Risstemperatur gibt jedoch nur die Tendenz der Reissneigung an. Eine Uebertragung der absoluten Risstemperatur in die Praxis ist nicht moeglich, u.a. weil dort meist mehrere Einfluesse auftreten (z.B. Abfliessen der Hydratationswaerme, Rueckgang der Lufttemperaturen, Schwinden, anderer Abmessungen des Bauteils). Durch die Auswahl entsprechend guenstiger Ausgangsstoffe und durch eine Optimierung der Betonzusammensetzung kann die Gefahr der Rissbildung in Betonbauteilen mittlerer Dicke deutlich vermindert werden. Dies hat sich auch in der Praxis bei Tunnelinnenschalen im Suedabschnitt der DB-Neubaustrecke Hannover-Wuerzburg bestaetigt. Stehen guenstige Ausgangsstoffe (z.B. Zuschlaege) aus wirtschaftlichen Gruenden nicht zur Verfuegung, ist beim Betoneinbau besonders auf eine niedrige Frischebetontemperatur zu achten. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Rieche, Gregor; Schaad, Roger
BIM für den Bergünersteintunnel (kostenlos)
Tec 21, 2020

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Bartelt, Justus
Errichtung eines Tunnelrohbaus kann auch feuerwehrtechnische Leistungen umfassen!
IMR Immobilien- und Mietrecht, 2017

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Stuttgart 21: Transport von 8 Millionen Tonnen Abraum
Tunnel, 2017

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Carrera, Eric; Grossauer, Karl
Bözbergtunnel in 3-D. Neubau Bözbergtunnel (kostenlos)
Tec 21, 2017

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Herzstück Tunnel. Der Koralmtunnel
Österreichische Bauzeitung, 2016

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