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Thermisch-hydraulische Simulationen zur Optimierung von Vereisungsmaßnahmen im Tunnelbau unter Einfluss einer Grundwasserströmung

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[Quelle: http://d-nb.info]

In der Arbeit wird durch gezielte Weiterentwicklung des Programmpakets SHEMAT (Simulator for Heat and Mass Transfer) ein praktikables, numerisches Lösungsmodell zur Beschreibung des Frostwachstums bei Vereisungsmaßnahmen unter Strömungseinfluss bereitgestellt. Das Hauptaugenmerk ist dabei darauf gerichtet, hinreichend genaue Gefrierzeitprognosen bei Vorgabe nur weniger bodenmechanischer Standardgrößen zu erzielen. Dazu wird ein vereinfachtes Phasenwechselmodell zur Beschreibung des Gefrierprozesses in vollkommen wassergesättigten Böden vorgestellt, das als einzige Zustandsgröße des Gefrierverlaufs und zur Ableitung der thermischen Kennwerte Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität den ungefrorenen Wassergehalt heranzieht. Durch Laborversuche kann gezeigt werden, dass sich dieser für nichtbindige Böden mit problemadäquater Genauigkeit über die spezifische Oberfläche aus der Körnungslinie ableiten lässt. Das numerische Lösungsmodell wird mittels eines analytischen Ansatzes zur Frostausbreitung und durch die Nachrechnung von zwei Modellversuchen verifiziert. Die Nachrechnung einer realen Vereisungsmaßnahme zeigt eine hinreichende Übereinstimmung gemessener und berechneter Temperaturwerte und macht zugleich deutlich, dass die Kenntnis der Strömungssituation essentiell für eine zuverlässige Vereisungssimulation ist. Am Beispiel einer fiktiven Querschlagvereisung unter Strömungseinfluss werden Optimierungsansätze aufgezeigt und allgemeingültige Empfehlungen für eine Gefrierzeitverkürzung angegeben. Es wird deutlich, dass die Aufgefrierzeit mit zunehmender Fließgeschwindigkeit exponentiell ansteigt und jeweils andere Entwurfsvarianten vorteilhaft sein können. Selbst ohne Installation zusätzlicher Gefrierrohre lässt sich als Folge einer strömungsangepassten Anordnung die Aufgefrierzeit im vorliegenden Beispiel um 20% reduzieren. Das Hinzufügen weniger weiterer Rohre im kritischen Luvbereich kann die Aufgefrierzeit nahezu halbieren.

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Bücher, Broschüren

Taschenbuch für den Tunnelbau 2020
Taschenbuch für den Tunnelbau
44., Aufl.
2019, 304 S., 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 2020 behandeln die Themenbereiche Geotechnische Untersuchungen, Konventioneller bergmännischer Tunnelbau, Digitalisierung im Tunnelbau, Maschinen und Geräte, Forschung und Entwicklung, Vertragswesen und betriebswirtschaftliche Aspekte sowie Praxisbeispiele.

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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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Taschenbuch für den Tunnelbau 2018
Taschenbuch für den Tunnelbau
2017, XVI, 336 S., 131 SW-Abb., 21 Tabellen. 154 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 2018 behandeln die Themenbereiche Konventioneller bergmännischer Tunnelbau, maschineller Tunnelbau, Maschinen und Geräte, Baustoffe und Bauteile, Instandsetzung und Nachrüstung, Forschung und Entwicklung sowie Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz. Ein Einkaufsführer zum Thema Tunnelbaubedarf rundet das Buch ab. Konventioneller bergmännischer Tunnelbau: I Tunnel nach Bad Cannstatt des Groß-Projekts Stuttgart-Ulm - Senkungen und Setzungen im Stadtgebiet von Stuttgart, Prognosen und Messergebnisse. Maschinen und Geräte: I Supersize TBM - Designaspekte bei sehr großen Tunnelbohrmaschinen: II Tunnelbohrmaschinen (TBM) unter hohen Wasserdrücken im Fels. Baustoffe und Bauteile: I Praxisrelevante Korrelationen der Ausgangsstoffe und der Zusammensetzung auf die Eigenschaften von einkomponentigen Ringspaltmörteln. II Berechnungsvarianten für Tübbingtunnel im Bau- und Endzustand. Instandsetzung und Nachrüstung: I Tunnel Pfaffenstein, neue Konzepte für einen alten Tunnel. II A 96 Lindau-München, Tunnel Eching und Etterschlag - Erhaltungsmaßnahmen und Konzept zur Betoninstandsetzung im Zuge der Tunnelnachrüstungen nach den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT). Forschung und Entwicklung: I BIM Einsatz am Albvorlandtunnel - Erfahrungen und Umgang mit digitalen Prozessen bei Planung und Bau Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz: I Leitfaden für die Behandlung von Zeitgebundenen Kosten (ZGK) im Tunnelbau. II Innerstädtischer Tunnelbau im hydrogeologischen und gesellschaftlichen Kontext

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Taschenbuch für den Tunnelbau 2017
2016, XVI, 352 S., 136 SW-Abb., 31 Tabellen. 153 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 2017 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, konventioneller Tunnelbau, maschineller Tunnelbau, Tunnelbetrieb und Sicherheit, Forschung und Entwicklung, Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz. Interessante Praxisbeispiele und ein Einkaufsführer zum Thema Tunnelbaubedarf runden das Buch ab.

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Martin Ziegler
Beiträge zum Forum Tunnelbau mit Ausstellung "Historische Alpendurchstiche" anlässlich der Eröffnung des Gotthard-Basist
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen, Band 20
Neuausg.
2016, 171 S., Tabellen, Diagramme, Grafiken. 21 cm, Softcover
Mainz Verlagshaus Aachen

 

 

Siebzehn Jahre nach dem ersten Spatenstich wurde am 1. Juni 2016 der Gotthard-Basistunnel feierlich eröffnet; der fahrplanmäßige Betrieb begann am 11. Dezember - Grund genug, dieses Zeugnis moderner Baukunst mit einem speziellen Tunnelbau-Forum an der RWTH Aachen University zu würdigen. Neben dem Gotthard-Basistunnel standen oder stehen mit dem Crossrail-Projekt, der Bahnstrecke Stuttgart-Ulm, dem Brenner Basistunnel, der U-Bahn in Katar und mehreren Tunneln in Skandinavien weitere beeindruckende Großprojekte zur Realisierung in Europa und dem Nahen Osten an. Bauvorhaben dieser Größenordnung sind mit erheblichen technischen, vertraglichen und finanziellen Risiken verbunden. Namhafte Fachleute berichteten, wie bei den verschiedenen Projekten in den jeweiligen Ländern mit diesen Risiken umgegangen wurde und wird und welche Lehren für die Zukunft man daraus gezogen hat bzw. noch ziehen kann. Gleichzeitig sollte mit einer Ausstellung an die nicht weniger bewundernswerten Pionierleistungen bei den historischen Alpendurchstichen vor weit über 100 Jahren erinnert werden.

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

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

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

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

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Speck, Georg
Der Fernbahntunnel Frankfurt a. M. in der Typologie der Verbindungsbahnen
ETR Eisenbahntechnische Rundschau, 2019

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