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Entwicklung eines Prozessmodells zur Produktivitätsoptimierung des maschinellen Tunnelvortriebs unter Anwendung von Lean Methoden

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[Quelle: http://d-nb.info]

Bauprojekte sind aufgrund ihres Unikatcharakters mit relativ hohen Unsicherheiten verbunden und durch verschiedene exogene und endogene Einflüsse gekennzeichnet. Einen Spezialfall des Baugewerbes stellt der maschinelle Tunnel- bzw. Rohrvortrieb dar. Zu den bei diesem zu beachtenden Einflüssen sind neben der Heterogenität des Baugrundes (Geologie) die allgemeinen Standortbedingungen wie Raumangebot, Zugänglichkeit, Topologie oder Klima zu zählen. Die Gesamtkapazität eines Rohrvortriebs ist stark von der Kapazität einzelner Prozesse abhängig, insbesondere von der Kapazität (Geschwindigkeit und Häufigkeit) des Vortriebs (Bodenabbau). Um einen effizienten Ablauf des Vortriebs zu gewährleisten und somit die Produktivität des Gesamtprojektes zu optimieren, ist es wichtig, die zahlreichen zeit- und ressourcenintensiven Stillstandzeiten zu reduzieren. Zu den Hauptursachen für diese Stillstände zählen u.a. technische Probleme, schlechte Planung, Verschwendungen im Baubetrieb, das Fehlen von Hilfsmitteln und das Verhalten bei Planabweichungen. Insbesondere Bauablaufstörungen zählen zu den größten Verlustquellen bzgl. der Ausführung von Bauleistungen. Zur Umsetzung der Produktivitätsoptimierung wurden die auftretenden Prozesse strukturiert und verschiedene Werkzeuge des Lean Managements angewendet. Die Optimierung der Prozessproduktivität findet in drei Schritten statt. Im ersten Schritt werden die werterzeugenden Prozesse und ihre Abfolge optimiert. Im zweiten Schritt werden zusätzlich die Unterstützungsprozesse berücksichtigt und diese, sowie die Abhängigkeiten aller planbaren Prozesse untereinander, optimiert. Das aus der Automobilbranche stammende Lean Thinking, strebt mit seinen Methoden und Prinzipien eine kontinuierliche Verbesserung der Produktivität durch die Verringerung der Verschwendungen an. Verschiedene dieser Techniken wurden bereits unter dem Namen Lean Construction auf das Bauwesen adaptiert und die meisten dieser Techniken setzen bei den ersten beiden Schritten an. Der dritte Schritt, bei welchem zusätzlich die ungeplanten Störprozesse berücksichtigt werden, wird jedoch bisher kaum beachtet, obwohl das Potential der Produktivitätssteigerung an dieser Stelle groß ist. Aus diesem Grund berücksichtigt das in dieser Arbeit entwickelte Prozessmodell insbesondere diesen dritten Schritt. Hierzu werden Prozesse ermittelt, welche insbesondere während eines Stillstandes unter den aktuellen Randbedingungen des Rohrvortriebs (Dauer, Ressourcen, Platz, Lärm) parallel zum stillstandverursachenden Prozess ausführbar sind und zukünftig ebenfalls einen Stillstand verursachen werden. Ein Stillstand wird entweder durch einen notwendigen Unterstützungsprozess oder einen Störprozess verursacht. Sobald ein Stillstand und sein verursachender Prozess bekannt sind, wird ermittelt, ob die parallele Ausführung weiterer Prozesse während dieses Prozesses möglich und mit Blick auf den gesamten Rohrvortrieb sinnvoll ist. Das Ziel hierbei ist, dass sobald der Störprozess behoben ist, der geplante werterzeugende Ablauf so lange wie möglich ungestört fortgesetzt werden kann. Hierzu werden die Prozesse, deren Ausführung parallel möglich ist, anhand von Kriterien ermittelt. Falls mehrere Prozesse parallel möglich sind, werden diese bzgl. ihres zukünftigen Einflusses sinnvoll anhand von Filtern geordnet. Das verantwortliche Personal bekommt somit eine Entscheidungshilfe mit - ganzheitlich betrachtet - sinnvollen Vorschlägen für den weiteren Rohrvortriebsablauf. Die Funktionalität und Anwendbarkeit des Prozessmodells wird an einem Rohrvortriebsprojekt validiert. Dabei konnte sowohl die Flexibilität und Anpassbarkeit wie auch die intuitive Anwendung des Modells im realen Einsatz dargelegt werden.

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Bücher, Broschüren

Taschenbuch für den Tunnelbau 2021
Taschenbuch für den Tunnelbau
45., Aufl. 2020 XVIII,
2020, 328 S., 139 SW-Abb., 11 Tabellen 148 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Taschenbuch für den Tunnelbau ist seit vielen Jahren ein praxisorientierter Ratgeber für Auftraggeber, Planer und Bauausführende. Es greift aktuelle Entwicklungen und Problemstellungen auf, präsentiert innovative Lösungen und dokumentiert dabei den jeweils erreichten Stand der Technik. Die Beiträge in der Ausgabe 2021 behandeln die Themenbereiche Konventioneller bergmännischer Tunnelbau, Maschineller Tunnelbau, Maschinen und Geräte, Baustoffe und Bauteile, Forschung und Entwicklung, Digitalisierung im Tunnelbau, Vertragswesen und betriebswirtschaftliche Aspekte sowie Praxisbeispiele.

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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 diese 2. Auflage der "Empfehlungen zu Dichtungssystemen im Tunnelbau EAG-EDT" eingearbeitet. Fallbeispiele ergänzen die Ausführungen.

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Bernhard Maidl
Faszination Tunnelbau
Geschichte und Geschichten - ein Sachbuch
2018, 232 S., 177 SW-Abb., 7 Tabellen. 284 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Der Tunnelbau ist eine der interessantesten, aber auch schwierigsten Ingenieurdisziplinen. Er vereinigt Theorie und Praxis zu einer eigenen interdisziplinären Ingenieurbaukunst. Das Buch zeigt die fortlaufende Entwicklung der Vortriebsmethoden und der dazu benötigten Geräte seit Mitte des 19. Jahrhunderts auf und geht dabei auch auf die aus dem Bergbau übernommenen Erkenntnisse ein. Tunnelprojekte faszinieren die Menschheit seit jeher. Die gefahrvolle Arbeit der Mineure wird respektvoll anerkannt und die eingesetzte Maschinentechnik bewundert. Der Tunnelbau wird auch immer wieder in der darstellenden Kunst behandelt. Das Buch befasst sich daher nicht nur mit der Technik, sondern bereitet auch die Themenbereiche Religion, Kunst, Film, Literatur und Kultur im und für den Tunnelbau auf.

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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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Dietmar Placzek, Rolf Bielecki, Manfred Messing
Zielgenau bis ans Ende des Tunnels
Handbuch für die Bauvorbereitung, Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben
2016, 352 S., m. 142 Abb. u. 63 Tab. 24,5 cm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Damit der fertige Tunnel am Ende seine Funktion erfüllen kann, muss er exakt so liegen, wie er geplant wurde. Einfluss auf die Vortriebsgenauigkeit haben Trassen- und Gradientenplanung, Baugrund- und Grundwasserverhältnisse, das gewählte Vortriebsverfahren, Einwirkungen und Widerstände auf die Vortriebsmaschine sowie die begleitende Bauüberwachung und Kontrolle. Das Handbuch ist Grundlage für die Bauvorbereitung, die Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben und gilt gleichermaßen für Rohr- und Tübbingvortriebe, die mit gesteuerten Schildmaschinen durchgeführt werden. Bauherren, Planer, Prüfer und Ausführende können das Handbuch als technischen Leitfaden für einen sicheren und zielgenauen Vortrieb nutzen. Das Buch ist darüber hinaus auch als Lehrbuch im Rahmen der Aus- und Weiterbildung geeignet.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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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

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Ferrando, Davide Tommaso
Im Vorbeifahren
Bauwelt, 2020

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Mobilität trifft Architektur. Brixen, Südtirol (kostenlos)
Zement Beton, 2020

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Seitz, Peter
Von Meer zu Meer, von See zu See
Tec 21, 2020

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Seitz, Peter
Aus der Mitte gen Norden und Süden
Tec 21, 2020

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

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