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Innovatives Vertrags- und Vergütungsmodell im maschinellen Tunnelvortrieb. Ermittlung der abweichenden Bauzeit auf Basis digitaler Maschinen- und Prozessdaten

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://hdl.handle.net]

Die Abwicklung eines Tunnelbauprojektes stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Während des gesamten Abwicklungsprozesses können nicht eindeutig zu quantifizierende Größen auftreten. Eine wesentliche dieser schwer zu prognostizierenden Kenngrößen bildet im Tunnelvortrieb der Baugrund. Die geologischen sowie hydrogeologischen Verhältnisse müssen im Rahmen der Planungsphase mit Hilfe von Erkundungsmaßnahmen sowie aus Erfahrungen von bereits umgesetzten Projekten abgeschätzt werden. Fällt die Wahl vom Auftraggeber oder vom Bieter, abhängig vom gewählten Vertragsmodell, auf den maschinellen Tunnelvortrieb, erfolgt die Kalkulation der Bauzeit im SOLL auf Grundlage der zur Verfügung stehenden Planungsunterlagen. Die der Kalkulation zugrunde gelegten Dokumente können aufgrund der Vielzahl an nicht exakt zu bestimmenden Größen im Tunnelbau nie genau die realen Umständen der Leistungserbringung repräsentieren. Im Rahmen der Ausführungsarbeiten treten bei fast allen Untertagebauprojekten Abweichungen gegenüber den der SOLL-Ermittlung zugrunde gelegten Unterlagen auf. Diese Änderungen können entweder eine Veränderung des Bauablaufes bewirken und/oder zu einer abweichenden Bauzeit in Bezug zur kalkulierten Zeitdauer führen. Bei Anwendung der maschinellen Vortriebsmethode kommt neben den im Tunnelbau immer gegebenen Unsicherheiten das im Vergleich zu konventionellen Bauweisen „starre" Vortriebskonzept von Tunnelvortriebsmaschinen zum Tragen. Durch diese Randbedingung kann es bei geänderten Umständen der Leistungserbringung zu langen Stillstandszeiten im Zuge des TVM-Vortriebes kommen. Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass Tunnelvortriebsmaschinen erst ab einer gewissen Tunnellänge wirtschaftlich praktikabel einsetzbar sind. Durch diese zumeist langen maschinellen Vortriebe erstreckt sich die Bauzeit dieser Tunnelbauprojekte meist über mehrere Jahre. Auf Basis dieser Ausgangslage erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass in der Ausführungsphase des risikobehafteten Tunnelvortriebes Änderungen in Bezug zur prognostizierten bzw. kalkulierten Bauzeit auftreten. Aufgrund dieser Ausgangssituation erscheint eine Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells für den maschinellen Tunnelvortrieb im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit als sinnvoll. Der Hauptfokus der Dissertation an der TU Wien am Institut für Interdisziplinäres Bauprozessmanagement (Forschungsbereich Baubetrieb und Bauverfahrenstechnik) liegt darin, eine transparente und nachvollziehbare Methodik zu generieren, wie der vergütungswürdige Anteil im Falle einer abweichenden Bauzeit im maschinellen Tunnelvortrieb berechnet werden kann. Zur Gewährleistung der Transparenz und Nachvollziehbarkeit der zu entwickelnden Systematik werden die während der Vortriebsarbeiten digital erfassbaren Datensätze als eine fundamentale Basis für die Modellentwicklung herangezogen. Die methodische Vorgehensweise im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit ist in vier Schritte gegliedert. Zu Beginn werden die Charakteristika des maschinellen Tunnelvortriebes analysiert, wobei hier der Fokus auf der Herausarbeitung und Festlegung von baubetrieblichen Prozessen des jeweiligen Maschinentyps liegt. Der zweite Schritt umfasst eine globale Bestandserhebung der im internationalen Tunnelbau angewendeten Vertrags- und Vergütungsmodelle. Im dritten Schritt wird das digitale Datenmanagement im maschinellen Tunnelvortrieb näher untersucht. Der vierte und abschließende Schritt bildet die Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells im maschinellen Tunnelvortrieb. Dabei werden zwei Varianten generiert werden, wie der vergütungswürdige Anteil der abweichenden Bauzeit ermittelt werden kann.

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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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Escherich, Sophie
Organisation of large underground construction projects in Germany and Switzerland - A comparative analysis (kostenlos)
Tunnel, 2022

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

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Bernhart, Christian
Gebummel vorm Tunnel
Bild der Wissenschaft, 2022

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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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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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