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Entwicklung und Qualifizierung eines neuen Bohrsystems für die Tiefbohrtechnik auf der Basis des Elektro-Impuls-Verfahrens

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[Quelle: https://d-nb.info]

Die wirtschaftlich vorteilhafte Gestaltung von Geothermiesystemen ist für die Energiewende von zentraler Bedeutung. Das Elektro-Impuls-Verfahren (EIV) bietet ein großes Potential für eine signifikante Reduktion des wirtschaftlichen Risikos beim Abteufen einer Bohrung im Hartgestein für tiefe Geothermie, da es einerseits die Bohrgeschwindigkeit erhöhen sowie andererseits die Standzeit des „Meißels“ erheblich verlängern kann. Es nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen. Der Hauptvorteil ist, dass nahezu kein mechanischer Verschleiß vorliegt. Der Abbrand an den Elektrodenspitzen durch die elektrischen Impulse ist vernachlässigbar gering. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob und unter welchen Voraussetzungen das neuartige auf dem EIV basierende Bohrsystem in der Tiefbohrtechnik und im speziellen zum Abteufen tiefer Geothermiebohrung eingesetzt werden kann. Die Untersuchung des Standes der Technik erbrachte, dass es bereits F&E-Projekte für den Einsatz des EIV in der Tiefbohrtechnik gibt. Keines der entwickelten Systeme konnte bisher zur Marktreife gebracht werden. Um diesen wichtigen Schritt mit dem in der Arbeit vorgestellten System zu gewährleisten, wurden alle normativen und regulativen Randbedingungen zusammengestellt, bewertet und auf deren Einhaltung in allen Entwicklungsschritten geachtet. Die im Labor mit dem EIV-Bohrsystem durchgeführten Versuche wurden hinsichtlich spezifischer Energie und Bohrlochqualität ausgewertet und die Ergebnisse mit Werten aus der Praxis verglichen. Es zeigte sich, dass der benötigte Energiebedarf zum Lösen des Gesteins sowie die erreichte Bohrlochqualität vergleichbar mit herkömmlichen Bohrverfahren ist. Somit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in der Tiefbohrtechnik gegeben. Darüber hinaus wurde die Wirtschaftlichkeit an einer Beispielbohrung betrachtet. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass durch die Erhöhung der Standzeit und der damit einhergehenden Reduzierung der nicht-produktiven Zeit eine Kostenersparnis von bis zu 30 % möglich ist. Ein Feldversuch mit dem Laborprototyp in einer flachen Bohrung führte zu dem Ergebnis, dass es möglich ist, das EIV unter realen Bedingungen einzusetzen und einen Abtrag zu erzielen. Im Ergebnis des Praxisversuches und dessen Auswertung steht der Nachweis, dass die angestrebte Zielstellung erreicht wurde und das EIV wirtschaftlich eingesetzt werden kann.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Taschenbuch für den Tunnelbau 2022
Taschenbuch für den Tunnelbau
2022, XVIII, 350 S., 141 SW-Abb., 23 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 2022 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, maschineller Tunnelbau, Baustoffe und Bauteile, Forschung und Entwicklung, Instandsetzung und Nachrüstung sowie Praxisbeispiele.

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Peter Hoffmann
Modelle zur Kostenprognose unter Berücksichtigung von Risiken und Unsicherheiten für die Planung von Straßentunneln
Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau der Ruhr-Universität Bochum, Band 2021-06
Dissertationsschrift
2021, 248 S., 47 Farbabb. 21 cm, Softcover
Shaker

 

 

Kostenprognosen im Straßentunnelbau unterliegen aufgrund zahlreicher Risiken und ungenauer Eingangsdaten einer großen Unsicherheit. Die Komplexität der Bauvorhaben und insbesondere die geotechnischen Herausforderungen führen häufig zur Überschreitung der geschätzten Gesamtkosten. Straßentunnel zählen jedoch zu den Bauwerken der öffentlichen Hand, für welche bereits im Rahmen früher Planungsphasen Kosten im Haushalt des Bundes oder der Länder veranschlagt werden müssen. Zur Verbesserung von Kostenprognosen wurde seitens des BMVI und der BASt das Forschungsvorhaben FE15.577/2012/ERB "Verfahren für Kostenansätze bei Straßentunnel" initiiert, in dem vom Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb neue Kostenstrukturen und Kostenmodelle entwickelt wurden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden sie um ein Risikomodell ergänzt. Dafür wurden die Daten von insgesamt 17 Straßentunnelprojekten der jüngeren Vergangenheit in großer Detailtiefe analysiert.

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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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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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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.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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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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Schmid, Angelika; Gepperth, Sonja; Reinke, Hans-Georg
Die S-Bahn-Querung im neuen Stuttgarter Tiefbahnhof S21 - ein unterirdisches Verkehrsbauwerk mit ganz besonderen Anforderungen
Bautechnik, 2022

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Reiterer, Michael; Schellander, Janez
Aerodynamische Belastungen auf bahntechnische Einbauten in schnell befahrenen Eisenbahntunneln
Bautechnik, 2022

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Handke, Dieter
Überprüfung der bauaufsichtlichen Vorrausetzungen als Mittel zur Konfliktreduzierung bei Schildvortrieben. Eine frühzeitige Bestimmung der Überwachungsziele steigert die Qualität der Auskleidung von Tübbingtunneln
Der Prüfingenieur, 2022

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Mähner, Dietmar; Kostrewa, Jantje; Heithorn, Jendrik
Development of a High Early-Strength Anchor Mortar for Tunnel Construction (kostenlos)
Tunnel, 2022

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Bernhart, Christian
Gebummel vorm Tunnel
Bild der Wissenschaft, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022