Theoriefragen

Primärer Spannungszustand: räumlicher Spannzugszustand, geprägt durch Gebirgsart und Gebirgsentwicklungsgeschichte: Tiefenlage, Überlagerungsgewicht, Locker- und Festgestein, Tektonik

Sekundärer Spannungszustand: räumlicher Spannungszustand, geprägt durch das Wechselspiel zwischen Gebirge, Tunnelbauwerk und Herstellverfahren

Stabzug mit radialer Bettung kr Teilkontinuum, im Firstbereich ohne Stützwirkung für den Ausbau durch den Baugrund

F: Ausgangsspannung nach Ausbruch

A: Keine Verformungen nach Ausbruch p=0

D: Beginn der Ausbausteifigkeit, übernimmt ein Teil von pa

C: Gleichzeitig eingestellt, keine weiteren Verformungen

G: Spannung aus dem Gebirge = Spannung die durch Ausbauwiderstand erzeugt wird

• Beanspruchungen des Gebirges

• Wechselwirkung zwischen Gebirge und Tunnelausbau

• Verschiebungen im Gebirge und an der GOK

• Einflüsse auf benachbarte Bauwerke

• Einflüsse auf den Tunnel durch Baumaßnahmen an der GOK oder benachbarte Bauwerke

Vorteil: gleichmäßige Betonqualität, weniger staubträchtig Nachteil: in der Handhabung, ist kaum anwendbar auf nassen Oberflächen

Spreizülsenanker:

Beim Spreizhülsenanker befindet sich an beiden Enden

einer Stahlstange ein Gewinde, gebirgsseitig wird ein Konus und die

Spreizhülse aufgeschraubt, so dass der Konus beim Anziehen der

Verschraubung die Spreizhülse aufspreizt und sich dadurch mit dem

Gebirge verkeilt.

Schlitzkeilanker:

Beim Schlitzkeilanker ist am Stangenende ein Schlitz

angebracht, an dessen Ende sich ein Keil befindet. Beim Eintreiben des

Ankers wird der Schlitz durch den Keil aufgeweitet, hierdurch wird der

Anker im Gestein verankert.

Doppelkeilanker:

Doppelkeilanker haben einen zweiteiligen

Spreizkörper, der von zwei schräg geschnittenen Zylinderhälften

gebildet wird. Die beiden Zylinderhälften liegen bei diesem Anker mit

ihrer Schnittfläche aneinander. In dem Spreizkörper befindet sich ein

Keilkörper. Mit der Ankerstange ist ein kleineres Keilstück verschraubt.

Beim Drehen der Ankerstange wandert der Keilkörper nach unten und

zieht sich gegen den zweiten Keil.

SN-Anker:

3 Doppelkeilanker

Der Ankerstab wird in ein mit Zementmörtel gefülltes Bohrloch eingeschoben bzw.

mittels Druckluft- oder Hydraulikhammer eingeschlagen. Die Kraftübertragung zwischen Ankerschaft

und Bohrlochwand erfolgt über den Mörtel. Trägt über Zugspannung.

Swellex-Anker: gefaltetes Stahlrohr, welches in das Bohrloch eingeschoben wird, und durch

Druckaufbau, oder durch hydraulisches Auseinanderdrücken gegen die Bohrlochwand gepresst wird.

Für die Außenschale ist in der Regel nur die Tragfähigkeit unter Eigengewicht und Gebirgsdruck nachzuweisen.

Die Innenschale ist für alle in der Lebenszeit des Bauwerks auftretenden Einwirkungen zu bemessen (i.W. Eigengewicht, Gebirgsdruck, Wasserdruck, Temperatur). Dabei sind für Verkehrstunnel die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit nachzuweisen.

• Prognoseberechnung: Verformungen, Spannungen

• Messen: Kräfte, Verformungen, Beschleunigungen

• Auswerten: Spannungen, Geschwindigkeiten

• Darstellen: Grafiken, Tabellen

• Interpretieren: Vergleich von Berechnung und Messung, Plausibilitätskontrolle

• Reagieren: detaillierte Berechnungen, verdichtete Messungen, Bauwerksertüchtigungen, Ändern von Verfahrensparametern

Extensometer

Inklinometer

Konvergenzmessungen

Schlauchwaage

Nivellement

• Isolierung der Betonoberfläche

• Brandschutz- Bewehrung

• Zugabe von Stahlfasern

• Zugabe von Kunststoff- Fasern

• Hohe Temperaturen

• Schnelle Verrauchung

• Erschwerte Bedingungen für Brandbekämpfung und Rettung

Sedimentgesteine:

• durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen und erneute Ablagerung der Verwitterungsprodukte, wobei diese zuvor transportiert werden durch Wind, Wasser oder Eis

• durch Abscheiden von in Wasser gelösten Stoffen infolge Verdampfens des Wassers

• durch Ausfällen von Stoffen infolge des Stoffwechsels von Lebewesen

  Magmatische Gesteine:

  entstehen durch das Erkalten und Auskristallisieren des geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas

  Metamorphe Gesteine:

  entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, das heißt durch Umwandlung unter hohem Druck beziehungsweise hoher Temperatur

1. Definition homogen – inhomogen

   Ein Körper ist homogen, wenn beliebig gleichorientierte und gleichgroße Teilkörper in der Anordnung der Gefügeelemente bzw. in ihren physikalischen Eigenschaften nicht unterscheidbar sind. Andernfalls gilt ein Körper als in-homogen. Der Grad der Homogenität eines Körpers kann sich auf die Anordnung seiner Gefügeelemente (gestaltliches Gefüge) oder auf seine physikalischen Eigenschaften (funktionales Gefüge) beziehen. Die Kontinuumsmechanik bezieht die Homogenität i.a. auf die Dichte.

   Definition isotrop – anisotrop

   Ein Körper heißt – bezogen auf sein Gefüge – isotrop, wenn seine Gefügeelemente hinsichtlich ihrer Anordnung keine bevorzugte Orientierung zeigen; er ist anisotrop, wenn eine solche Orientierung vorhanden ist, Die Begriffe isotrop/anisotrop werden auf physikalische Eigenschaften bezogen: Ein Körper ist hinsichtlich einer bestimmten physikalischen Eigenschaft, wie der Druckfestigkeit isotrop, wenn diese Eigenschaft von einem Punkt im Körper ausgehend, in allen Raumrichtungen unverändert ist, anisotrop, wenn die Kenngröße richtungsabhängig ist.

a) den Streichwinkel α

b) den Fallwinkel β

c) den Winkel der Einfallrichtung αF

Weicher Ausbau:

Ausbildung eines Gebirgstragrings

Steifer Ausbau:

Zieht Lasten an, Spannungen laufen in die Schale rein und müssen von der Schale getragen werden. Bei hohen Überlagerungen nicht gut

•  normal zur TA, steilstehend: nur sehr geringe Auswirkung auf die Dimensionierung auf den Tunnel (Gebirgstragringe)

• -  normal zur TA, flach einfallend: Keilbildung in Firste und Sohle im hinteren Bereich, der die Tunnelschale stärker beansprucht

• -  stumpfwinklig zur TA, flach einfallend: Keilbildung zusätzlich in Ulmen -> Beeinflussung noch größer

• -  parallel zur TA, sichtbar: eine aktive Störungszone kann abrutschen, was das Tragverhalten des

  Gebirgtragrings verschlechtert und zum Abbrechen der Anker führen kann. Ist aber noch sichtbar und

  somit berechenbar

• -  parallel zur TA, nicht sichtbar: eine aktive Störungszone kann abrutschen, was das Tragverhalten des

  Gebirgtragrings verschlechtert und zum Abbrechen der Anker führen kann. Besonders gefährlich, da es nicht sichtbar und somit nicht berechenbar ist

Annahmen:

• Betrachtung als ebenes Problem -> Belastung entlang der Tunnelachse konstant

• Schalendicke t << Tunnelradius r

• Flächiger Kontakt zwischen Tunnelschale und Gebirge

• Keine elastische Bettung im Bereich der Firste

  Informationen:

• Schnittgrößen und Verformungen

Außenschale:

• Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit ULS (= ausreichende Standsicherheit)

Innenschale:

• Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit ULS und • Nachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit SLS (= hier: Rissbreitenbeschränkung)

• Durchführung einer Nullmessung: nach Einbau des Rohrs, vor Beginn der maßgeblichen Arbeit • Messung des Winkels α: α bezieht sich immer auf die Nullmessung • Messung erfolgt als Polygonzug • Abstand der Messpunkte entspricht in der Regel der Länge der Inklinometersonde

• Umrechnung der gemessenen Winkel über Winkelbeziehungen: Ergebnis = Verformungen

• Sehr hohe Temperaturen

• starke Luftströmungen im Tunnel führen zu beschleunigter Ausbreitung von Bränden und

  Rauch

• Die räumliche Begrenzung führt zu schneller Erwärmung

• Erschwerte Rettungs- und Löschungsmöglichkeiten

1. Kunststofffaser haben einen geringen Schmelzpunkt (160°C), schmelzen im Brandfall und legen ein Kapillarsystem frei. Führt dazu, dass ein Porensystem entsteht, welches zur Dampfdruckentlastung führt

1. Überprüfung der Primärspannungen

2. Auflagerbedingungen

3. Berechnungsausschnitt/Randabstand

4. Erdruhedruck K0

5. Scherparameter

Oberbegriff für Flächen im Gebirge, die Diskontinuität des Gesteins zeigen. Diskontinuität durch: • Schichtung (bedding): Die Bildung aufeinanderfolgender paralleler Schichten durch Absetzen von Sedimentmaterial am Boden von Ozeanen, Binnenseen, Flüssen oder auf der Erdoberfläche. • Schieferung (Schieferigkeit, schistosity): Durch Druck im Gestein entstandenes, parallel ausgerichtetes, engständiges Flächengefüge. Die Schieferungsflächen sind meist durch eingeregelte, blättchenförmige oder prismatische Minerale gekennzeichnet und durch Metamorphose entstanden. • Störung (Verwerfung, fault): Ebene oder schwach gekrümmte Fläche innerhalb der Erdkruste, an der eine Bewegung und ein relativer Versatz der benachbarten Gesteinsblöcke stattgefunden hat. • Kluft (joint): Größere und relativ ebene Bruchfläche innerhalb eines Gesteins, an der keine Relativbewegung der beiden angrenzenden Blöcke gegeneinander stattgefunden hat.

Die Gesamtheit der Trennflächen im Gebirgsgefüge bezeichnet man als Trennflächengefüge.

Eine Trennflächenschar ist die Gesamtheit derjenigen Trennflächen eines Fels- bzw. Gebirgsbereichs, deren Raumstellung annähernd parallel zueinander verläuft. In den meisten Fällen wird ein Fels von mehreren Trennflächenscharen durchzogen.

Der eigentliche Baustoff ist das Gebirge, d.h. die Auskleidung unterstützt nur die Tragfähigkeit des Gebirges.

• Randbedingungen für Berechnung sind oft schwer erfassbar

• Gebirge ist nicht homogen

• Tunnelberechnung ist ein Näherungsverfahren

1. Nachweise gegen folgende Versagensarten sind erforderlich:

2. • Bruch durch Überschreiten der Druckfestigkeit der Auskleidung

   • Schubbruch Weiterhin ist die Betrachtung der Bruchbelastung (Gewölbestärke) für den Gebrauchs- und

   Bruchzustand erforderlich.

1. Durch Auflast aus Bodeneigengewicht bildet sich ein Belastungskern

2. First und Sohle bewegen sich zueinander, die Ulmen auseinander

3. Es entsteht Seitendruck durch Spannungsumlagerung bis der Kern durchplastiziert. Bei

   weiterer Gebirgsabsenkung wird der Kern bis ins Tunnelinnere gedrückt

4. Der schwächste Punkt der Schale ist der zwischen Kalotte (First) und Ulme. Hier besteht die

   Gefahr des Schubbruchs

5. Bruchschnittlänge ds

   Da der Scherbruch nur unter einem flachen Winkel gegenüber der normalen Richtung erfolgen kann, wird ein Winkel von α=30° angenommen.