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Thema der Diplomarbeit:

Ermittlung von Bettungsmoduln an Tunnelwandungen im Lockergestein mit dem Hypoplastischen Stoffgesetz

Zusammenfassung

Tunnelschalen werden häufig mit Hilfe von Stabwerksprogrammen dimensioniert. Dazu wird der Tunnelschale ein Bettungsmodul vorgegeben. Der Bettungsmodul ist definiert als Quotient des Inkrements der Spannung und dem dazugehörigen Inkrement der Verschiebung an der betreffenden Stelle der Tunnelwandung. Bisher gibt es keine zuverlässige Methode zur Bettungsmodulbestimmung, weshalb dieses Verfahren sehr ungenau ist.

Häufig werden Erfahrungswerte benutzt oder Werte anhand von Näherungsformeln abgeschätzt. Für eine experimentelle Bestimmung stehen Seitendrucksonden zur Verfügung, mit denen insitu Versuche durchgeführt we rden müssen. Alle diese Verfahren gehen sowohl von einem elastischen Verhalten des Bodens als auch von einer elastischen Bettung des Tunnels aus. Da sich Böden jedoch niemals elastisch verhalten, können diese Verfahren nur als grobe Näherungen betrachtet werden. Mit dem hypoplastischen Stoffgesetz steht jetzt ein Instrument zur Verfügung, mit dem eine genauere Bestimmung des Bettungsmodulverlaufs möglich ist.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit dem FE-Programm Abaqus eine Finite-Elemente-Berechnung durchgeführt. Gegenstand der Untersuchungen war ein mit dem Schildvortriebsverfahren hergestellter Tunnel. Mit den an der Tunnelschale angreifenden Spannungen und den daraus resultierenden Tunnelverformungen wurden die radialen und tangentialen Bettungsmoduln bestimmt. Um die Abhängigkeit der Bettungsmoduln von der Tunnelschalensteifigkeit zu untersuchen, sind die Berechnungen für vier verschiedene Tunnelschalendicken durchgeführt worden. Dafür wurde die Bettungsmodulverteilung entlang der Tunnelschale und der inkrementelle Verlauf über die Belastung hinweg ermittelt und mit den Ergebnissen aus einer gebräuchlichen Näherungsformel verglichen.

Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden:
Der radiale Bettungsmodul verläuft in den drei Bereichen Sohle, Ulme und Firste jeweils konstant.
In der Sohle bewirkt eine Zunahme der Tunnelschalensteifigkeit eine Zunahme der Bettungsmoduln, in den anderen Bereichen kann kann diese Abhängigkeit vernachlässigt werden.
Der inkrementelle Verlauf der radialen Bettungsmoduln über die Belastung ist an 12 Stellen der Tunnelschale ausgewertet worden. Es zeigt sich, dass der Verlauf der Bettungsmoduln bis auf vernachlässigbar kleine Schwankungen konstant ist. Eine Mittelung über die Belastung zu einem Gesamtbettungsmodul ist somit zulässig. Der Vergleich mit dem Ergebnis der Näherungsformel zeigt, dass die Bettungsmoduln bisher zu konservativ abgeschätzt wurden.

Um umfassendere Aussagen über die Zusammenhänge zwischen Boden, Tunnelschale und Bettungsmoduln treffen zu können, müssen weitere Untersuchungen durchgeführt werden, bei denen z.B. die Tiefenlage des Tunnels oder die Bodenparameter variiert werden. Desweiteren muss der Einfluss der Bauweise noch untersucht werden.


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