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Optimierung des mechanischen Felsausbruches für die Sanierung von bestehenden ausgemauerten Tunneln unter Verwendung einer TEM
Spohn, Oliver
| pdf-Format:
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| Dokument 1.pdf (23.259 KB)
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| Zugriffsbeschränkung: |
| nur innerhalb des Universitäts-Campus |
| BK - Klassifikation: |
| 56.22 |
| DDC-Sachgruppe: |
| Hausbau, Bauhandwerk |
| Dokumentart: |
| Monographie |
| ISBN: |
| 978-3-8428-2138-5 |
| Sprache: |
| Deutsch |
| Erstellungsjahr: |
| 2012 |
| Publikationsdatum: |
| 19.05.2015 |
| Kurzfassung auf Deutsch: |
| Einleitung : Seit Mitte des 19. Jahrhunderts sind in Deutschland sowie in anderen europäischen Ländern Eisenbahntunnel in Betrieb. Diese Tunnel, meist in der Gründerzeit des Schienenverkehrs entstanden, entsprechen in ihren Querschnitten häufig nicht mehr den Anforderungen an den heutigen Bahnbetrieb. Um den gestiegenen Sicherheitsanforderungen und den Geschwindigkeitserhöhungen gerecht werden zu können, müssen Querschnittsprofile alter bestehender Tunnel aufgeweitet werden. Herausfordernd dabei ist, die Sanierungsarbeiten möglichst unter laufendem Betrieb durchführen zu lassen. Innovative Ideen sind hierbei gefragt. Zur Zeit sind sogenannte Tunnel-Erweiterungsmaschinen (TEM) im Einsatz. Diese Maschinen erlauben das Ausbrechen des Gesteines, während in einer Tunneleinhausung der Zugverkehr weiterhin rollt. Gleichzeitiges Arbeiten am Querschnitt sowie das Aufrechterhalten des Bahnverkehrs ist dabei möglich. Das Aufweiten des Felsens erfolgte bislang im geschützten Bereich mit Hilfe von Sprengungen. In diesem Zusammenhang soll eine Weiterentwicklung stattfinden. Zukünftig ist geplant eine Tunnel-Erweiterungsmaschine zu entwickeln, die vollkommen auf den Ausbruch mittels Sprengvortrieb verzichtet. Stattdessen soll ein mechanisches Ausbruchverfahren mit Hilfe von Meißeln durchgeführt werden. Um diese komplexe Aufgabe der Weiterentwicklung einer TEM mit mechanischem Ausbruchverfahren zu verwirklichen, ist eine Vielzahl von Voruntersuchungen hinsichtlich Meißelform, Bohrabstand und Bohrwinkel notwendig. Diese Parameter sind hierbei möglichst so zu optimieren, dass bei zukünftigen Tunnelsanierungen wirtschaftlich gearbeitet werden kann. In dieser Masterthesis sollen nun die Voruntersuchungen zunächst mit Hilfe eines FEM Modells simuliert werden, um den Versagensmechanismus des Gebirges hinsichtlich oben genannter Parameter bestimmen zu können. Weiterführend werden auch in situ Versuche durchgeführt, um die Ergebnisse der FEM Berechnung zu bestätigen oder Differenzen zwischen Theorie und Praxis erklärbar machen zu können. Zur Einführung in die Thematik der Tunnelsanierung wird in dieser Ausarbeitung zunächst einmal ein Überblick über die zahlreichen Bauweisen, die beim Bau älterer Tunnel zum Einsatz kamen, gegeben.Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1Vorwort7 2Einführung8 3Klassische Bauweisen9 3.1Allgemeines9 3.2Vollausbruch10 3.3Teilausbruch11 3.3.1Die Deutsche oder Kernbauweise11 3.3.2Die Englische Bauweise13 3.3.3Die Österreichische oder Aufbruchbauweise14 3.3.4Die Italienische oder Versatzbauweise16 3.4Zusammenfassung18 4Tunnelsanierung19 5Stand der Technik21 5.1Allgemein21 5.2Bauverfahren Tunnel im Tunnel22 5.3Erfahrungen und Pilotprojekte23 5.4Technischer Aufbau einer TEM24 6Optimierung des Tunnelvortriebs durch Meißeln28 6.1Erster Einsatz der optimierten TEM30 6.2Vorbohrung der Löcher33 6.2.1Einflussfaktoren der Bohrbarkeit33 6.2.2Bohrverfahren35 6.2.3Bohrkrone36 6.2.4Bohrvorgang38 6.2.5Bohrgeschwindigkeit und Verschleiß40 6.2.6Geologische Einflussfaktoren42 6.3Multifunktionsarme44 6.4Hydraulikhammer48 6.5Vorgang der Gebirgslösung49 6.6Entwurf Meißelform49 7Theoretische Untersuchung der Spalttechnik51 7.1Theoretische Grundlagen51 7.2Annahmen und Vereinfachungen52 7.3Festlegung der Parameter53 7.4Versagensmechanismus54 7.4.1Verformungen54 8Versuchsanordnung60 8.1Versuchsstandort und Vergleich der Randbedingungen62 8.2Verwendete Meißelform für die Versuche63 9Auswertung65 9.1Maßgebende Kriterien der Auswertung65 9.2Auswertung Abschnitt 165 9.3Auswertung Abschnitt 267 9.4Auswertung Abschnitt 369 9.5Auswertung Abschnitt 470 9.6Auswertung Abschnitt 571 9.7Auswertung Abschnitt 672 10Zusammenfassung der in situ Versuche73 10.1Empfehlungen für die Langenauer/Hollricher Tunnelerweiterung73 11Ausblick77 12Anhang79 13Quellenangaben79 13.1Literatur79Textprobe:Textprobe: Kapitel 4.2, Bauverfahren Tunnel im Tunnel: Grundvoraussetzung des Bauverfahrenes Tunnel im Tunnel ist ein zweigleisiger nichtelektrifizierter Tunnel. Um ausreichend Arbeitsraum für die Arbeiten an dem zu sanierenden Tunnel zu bekommen, wird der Bahnverkehr auf einem eingleisigen Betrieb in der Tunnelmitte reduziert. Dadurch kommt es bei frühzeitiger Einplanung in den Fahrplan zu keinen Verzögerungen. Um die Arbeiten vom regulären Zugverkehr zu trennen, werden stationäre Einhausungen an den Tunnelportalen sowie eine verschiebbare Einhausung an den Bereichen des Tunnels angebracht, an denen gerade saniert wird. Dadurch werden an jeder Stelle des Tunnels die Arbeiten geschützt und dafür Sorge getragen, dass ein 24 h Betrieb im Tunnel möglich ist. Die Tunneleinhausung ist dabei so konstruiert, dass zwischen Einhausung und Tunnelwand ausreichend Platz für die anstehenden Arbeiten ist. Dazu gehören Abbrucharbeiten des bestehenden Mauerwerks, die Ausräumarbeiten der Hinterpackung und der Ausbruch des Gebirges durch baggern, meißeln oder sprengen. Die Einhausung dient dabei gleichzeitig als Arbeitsplattform für Bewehrungs- und Spritzbetonarbeiten, in dem die erforderlichen Geräte auf radial- und längsverschieblichen Führungen montiert werden und somit die Erreichbarkeit jedes Arbeitspunktes sichergestellt wird. Eine weitere Anforderung an die Konstruktion ist die ausreichende Freihaltung des Lichtraumes, damit die Züge den Arbeitsbereich ungehindert passieren können. Entstehende Nachbrüche oder der beim Sprengen entstehende Ausbruch müssen von der Tunneleinhausung abgefangen werden. Der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens ist, dass nur bei wenigen Arbeiten Geräte in den freigehaltenen Lichtraum hineinragen und damit das Betriebsgleis nicht für schienengebundene Tätigkeiten benötigt wird. Kapitel 5, Optimierung des Tunnelvortriebs durch Meißeln: Hauptgedanke für die Umsetzung des Meißelvortriebs bei Tunnelsanierungen war der, möglichst auf den Sprengvortrieb verzichten zu können. Dieser führte trotz ausreichender Vorsichtsmaßnahmen immer wieder dazu, dass Geräte und Einhausungen aufgrund der Sprengwirkung beschädigt wurden. Um den Vortrieb so effektiv und wirtschaftlich wie möglich gestalten zu können, ist es notwendig einen Vortrieb zu wählen, welcher unabhängig von Sperrpausen aufgrund Sprengungen, durchgeführt werden kann. Es war daher naheliegend eine Optimierung des Tunnelvortriebs durch eine mechanische Ausbruchsart durchzuführen. Für die notwendige Sicherheit der Ausbruchsarbeiten sowie die gleichzeitige Aufrechterhaltung des Bahnverkehrs sollte weiterhin die Schutzeinhausung der Tunnel-Erweiterungsmaschine sorgen. Der Bauablauf des Meißelvortriebs kann nun in folgenden Schritten erfolgen: Falls erforderlich Herstellung der Radialschnitte. Abbruch des Mauerwerks und Ausräumen der Hinterpackung. Bohren von Kranzlöchern mit einem Durchmesser von ca. 90 mm. Der Bohrlochabstand beträgt normalerweise ca. 30 cm. Die Abstände der Kranzlöcher können je nach Gebirgsbeschaffenheit stark variieren. Lösen des Fels mit Hilfe eines Meißels, welcher in den vorhandenen Bohrungen angesetzt wird. Durch den Meißel werden die Zugkräfte in den Fels eingetragen, welche zu einem gezielten Abspalten entlang der Vorausbohrungen führt. Schuttern. Einbau der Sicherung entsprechend der Ausbruchsklasse. |
