•   Home


•   Baustoffe | Bauphysik |
    Gebäudetechnik
•   Bauschäden | Bauerhaltung
    Denkmalpflege
•   Architektur | Innenarchitektur |
    Grünplanung
•   Gebäudeplanung |
    Baukonstruktion
•   Ingenieurbau
•   Abfall | Boden | Wasser
•   Bauwirtschaft | Baubetrieb
•   Bau und Planungsrecht |
    Bauvertragsrecht
•   Stadt und Raumplanung |
    Wohnungswesen

  FAQs   Über uns   Kontakt   Impressum   AGB   Datenschutz

Static effects and aspects of feasibility and sesign of drainages in tunnelling

PDF-Datei als Download

Inhalt

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 dem Erstellen eines Injektionskörpers. Die Stabilität von Injektionskörpern fokussiert auf zwei Drainagekonzepte: (i) die Drainage des zentralen Bereichs eines Injektionskörpers mit dem Ziel, die Beanspruchung und das Risiko der inneren Erosion infolge grosser hydraulischer Gradienten zu reduzieren; und (ii), die vorauseilende Drainage des gesamten Bereiches des zukünftigen Injektionskörpers, um die effektiven Spannungen zu erhöhen und so den Baugrund vor der Injektionsmassnahme zu konsolidieren. Untersucht wird ein kreisförmiger Tunnel im wasserführenden Baugrund, der als elasto-plastisches, poröses Medium unter Gültigkeit des Prinzips der effektiven Spannungen und der Coulomb’schen Bruchbedingung betrachtet wird. Für den theoretischen Fall der vollständigen Drainage, d.h. der Porenwasserdruckabsenkung auf atmosphärischen Druck, wird eine analytische Lösung hergeleitet. Praxisnahe Drainageanordnungen werden mittels hydraulisch-mechanisch gekoppelter FE-Modellierung untersucht und die Unterschiede zur analytischen Lösung aufgezeigt.; This PhD thesis investigates the effectiveness of drainage measures with respect to two particularly important problems associated with tunnelling through water-bearing, weak ground: the stability of the tunnel face and the stability and deformation of grouting bodies. Water is an adverse factor with respect to the stability and deformation of underground structures due to, (i), the pore water pressure and, (ii), the seepage forces associated with seepage flow towards the tunnel. Drainage boreholes reduce the pore water pressure and the seepage forces in the vicinity of the cavity. Furthermore, loss of pore water pressure increases the effective stresses and thus the shearing resistance of the ground (‘consolidation’), which is favourable in terms the deformation occurring during and after tunnelling. The goal of the PhD thesis is to elaborate a more detailed understanding of the interrelationships between drainage measures and the stability of the tunnel face and grouting bodies. The main objectives of the investigations relating to the tunnel face are: (i) analysis of face stability through limit equilibrium computations taking account of the numerically determined seepage flow conditions prevailing in the ground after the implementation of drainage measures; (ii) systematic investigation of tunnel face stability considering several different drainage layouts and working out design-nomograms; (iii) consideration of a series of aspects limiting pore pressure relief and thus the effectiveness of drainage measures and their impact on face stability. The main objectives of the investigations with regard to grouting bodies are: (i) a study of the stabilizing effect of the virtual case of ideal drainage on tunnel support and plastification in grouted fault zones in plane strain conditions; (ii) a comparison with the stabilizing effect of real drainage layouts, i.e. when considering pore pressure relief due to specific drainage borehole arrangements, (iii) application of the drainage measure both before and after the injection works. The study of face stability is organised in four chapters. The stability of grouting bodies is studied for two crucial drainage measures: (i) drainage of the inner part of the grouting body to decrease the load and the risk of inner erosion due to the action of high hydraulic gradients, (ii) advance drainage of the area of future grouting bodies to increase the effective stresses and lead to consolidation of the ground prior to injection. A cylindrical tunnel is assumed to be excavated in ground considered as a porous, elasto-plastic medium obeying the principle of effective stress and Coulomb’s failure criterion and taking the seepage forces into account. For the virtual case of ideal drainage, i.e. complete pore pressure relief, an analytical solution is derived. Several specific arrangements of drainage boreholes are studied by means of hydraulic-mechanical coupled FE-modelling and the deviations from the analytical solutions are elaborated.

Verfügbare Formate

Softcover
EUR 78.00 (* inkl. MwSt.)
✓ Lieferzeit ca. 2-8 Werktage