Tunnelbau2014

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Inhalt

Maschineller Tunnelbau

I. Empfehlungen für den Entwurf,die Herstellung und den Einbau vonTübbingringen .....................................................................17Arbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschussesfür unterirdisches Bauen (DAUB)

1. Allgemeingültiges ....................................................................182. Überblick über übliche Tübbingsysteme .................................243. Tübbingkonstruktion ................................................................284. Abdichtung der Tübbingfugen .................................................495. Tragwerksplanung ...................................................................576. Baulicher Brandschutz ............................................................917. Dauerhaftigkeit ........................................................................968. Besonderheiten bei zweischaliger Auskleidung .....................1009. Sonderkonstruktionen (Querschläge, Stahltübbings,

Übergang offene Bauweise) ..................................................10110. Regelwerke, Normen und Publikationen ...............................11311. Anhang 1 ...............................................................................117

II. Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen imSedimentgestein ................................................................122Bettina Wittke-Schmitt, Patricia Wittke-Gattermann

1. Einleitung ...............................................................................1232. Last- und Bettungsansätze im Lockergesteinstunnelbau ......1233. Sedimentgestein ....................................................................1244. Modellbildung und Berechnungsverfahren ............................1355. Parameterstudie ....................................................................1406. Schlussfolgerungen ...............................................................143

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Inhalt

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III. Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit fürTBM-Vortriebe im Festgestein ........................................147Eckart Schneider, Markus Spiegl, Matthias Türtscher,Wolfgang Leitner

1. Einleitung ...............................................................................1482. Grundlagen ............................................................................1493. Stand der Technik .................................................................1524. Verbesserungsvorschläge .....................................................1535. Berechnung der Penetration .................................................1546. Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit ............................1597. Neuprogrammierung Software SIMTUNNEL ........................1618. Zusammenfassung ................................................................165

Baustoffe und Bauteile

I. Innovatives Fugensystem zur Tübbingkopplung ........169Dieter Handke, Denise Schulte, Dietmar Mähner,Ansgar Korte

1. Einleitung ...............................................................................1702. Aktueller Entwicklungs- und Erfahrungsstand bei

Schildvortrieben .....................................................................1723. Bewertung herkömmlicher Kopplungssysteme .....................1744. Schadensbilder ......................................................................1785. Modellstatische Vorgehensweise zur Entwicklung des

innovativen Fugensystems ....................................................1806. Versuchsreihen zur Verifizierung des innovativen

Fugensystems .......................................................................1907. Zusammenfassung und Ausblick ..........................................197

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Inhalt

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II. Erfolgreicher Einsatz von PP-Faserbeton amTunnel Westtangente Bautzen ........................................201Wolf-Dieter Friebel, Ingo Kaundinya, Franka Tauscher,Bernd Urbank, Frank Dehn, Marko Orgass

1. Einleitung ...............................................................................2022. Wirksamkeit von PP-Fasern zur Verbesserung des

baulichen Brandschutzes von Tunneln ..................................2033. Pilotprojekt Tunnel Westtangente Bautzen ............................2094. Neue Regelwerksvorgaben zum baulichen Brandschutz ......2225. Schlussfolgerungen und Ausblick .........................................223

III. Klebeanschluss von KDB-Abdichtungen an Tübbing-röhren als Alternative zum Klemmanschluss ..............227Hendrik Schälicke, Thomas Gerstewitz

1. Einleitung ...............................................................................2292. Motivation für die Entwicklung und Voraussetzungen

für den Klebeanschluss .........................................................2303. Betonuntergrund und Materialien ..........................................2324. Konstruktionsprinzip des Klebeanschlusses .........................2345. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen ...................................2376. Ausführung des Klebeanschlusses .......................................2387. Versuche zur Entwicklung des Klebeanschlusses ................2468. Verdämmung von Tübbingfugen im Anschlussbereich .........2519. Fazit .......................................................................................259

Forschung und Entwicklung

I. Erschütterungsarmes Sprengen ....................................261Bernd Müller, Benjamin Litschko, Uwe Pippig

1. Einführung .............................................................................2622. Physikalische Zusammenhänge ............................................2653. Naturgegebene Voraussetzungen .........................................276

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Inhalt

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4. Grundsätze für die Dimensionierung erschütterungsarmerSprengungen .........................................................................281

5. Zusammenfassung ................................................................301

II. Kunstharzinjektionen zur Abdichtung beim Tunnelbauim quellfähigen Gebirge ...................................................304Walter Wittke, Martin Wittke, Götz Tintelnot

1. Aufgabenstellung ...................................................................3062. Baugrund und Quellverhalten ................................................3083. Einfluss des Tunnelbaus auf die Durchlässigkeit und das

Quellen ..................................................................................3134. Anforderungen an Abdichtungsmaßnahmen .........................3265. Kunstharze und Injektionstechnik ..........................................3306. Zusammenfassung ................................................................333

Praxisbeispiele

I. Planung und Ausführung der unterirdischenVerflechtungsstrecke Bechergasse derNord-Süd-Stadtbahn Köln ...............................................337Thomas v. Schmettow, Siegfried Nagelsdiek

1. Einleitung ...............................................................................3382. Baugrund ...............................................................................3413. Bauablauf ..............................................................................3424. Einzelmaßnahmen ................................................................3485. Kernausbruch und Innenschale .............................................3666. Statische Untersuchungen ....................................................3697. Messkonzept .........................................................................3728. Zusammenfassung ................................................................375

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Inhalt

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II. Neue Dienstleistungsfelder bei komplexenInfrastrukturprojekten am Beispiel derWehrhahn-Linie Düsseldorf ............................................377Andrea Blome, Gerd Wittkötter, Heinz Stenmans,Marco van Bebber

1. Einleitung ...............................................................................3782. Zielsetzung ............................................................................3803. Termin- und Kapazitätsplanung ............................................3814. Ganzheitliches zentrales Logistikmanagement .....................3835. Leistungsverzeichnis und Kostenschätzung .........................3906. Visualisierung des zentralen Logistikmanagements .............3907. Mehrwert für das Projekt .......................................................393

Tunnelbaubedarf

Nach Warenuntergruppen gegliedertesLieferantenverzeichnis ..........................................................397

Inserentenverzeichnis

Alphabetisches Verzeichnis der Inserenten ..........................413

Autorenverzeichnis ....................................................421

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Empfehlungen des Arbeitskreises „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschussesfür unterirdisches Bauen (DAUB). Mitglieder: Prof. Dipl.-Ing. Grübl, PSP Consul-ting Engineers GmbH, München und Hochschule für Technik, Stuttgart (Vorsitzen-der), Dr.-Ing. Billig, Hochtief Consult, Essen, Dipl.-Ing. Böhme, Wayss+FreytagIngenieurbau AG, Frankfurt, Dipl.-Ing. Diete, Bilfinger Construction GmbH, NLTunnelbau, München, Prof. Dr.-Ing. Heimbecher, ehem. BAST, Bergisch-Glad-bach, jetzt Hochschule für Technik, Münster (korrespondierendes Mitglied), Prof.Dr.-Ing. Kirschke, Beratender Ingenieur, Ettlingen, Dr.-Ing. Leucker, STUVA Köln(korrespondierendes Mitglied), Dr.-Ing. Maidl, Maidl Tunnelconsultants GmbH &Co. KG (korrespondierendes Mitglied), Prof. Dr.-Ing. Mark, Ruhr-Universität Bo-chum, Dr.-Ing. Mayer, Züblin AG, Stuttgart (stellv. Vorsitzender), Dipl.-Ing. Neuen-schwander, Lombardi Engineering Ltd., Minusio (TI), Dipl.-Ing. Neumaier, Ing.Büro Spiekermann, Duisburg (korrespondierendes Mitglied), Dipl.-Ing. Beck, Ing.Büro Vössing (korrespondierendes Mitglied), Dipl.-Ing. Schuck, Deutsche BahnAG TBT, München, Dr.-Ing. Tirpitz, Bilfinger Construction GmbH, Wiesbaden,Dr.-Ing. Winselmann, Ing.-Büro Prof. Duddeck und Partner GmbH, Braunschweig;außerdem haben korrespondierend mitgewirkt: Dipl.-Ing. (HTL) Lemmerer, ÖBBInfrastruktur AG, Wien, Dipl.-Ing. Babendererde, Babendererde Engineers GmbH,Bad Schwartau, Animateur ITA Workinggroup 14, Mechanized Tunnelling, Dr.-Ing.Ring, Maidl Tunnelconsultants GmbH & Co. KG, Dipl.-Ing. Putke, Ruhr-UniversitätBochum

Maschineller Tunnelbau

I. Empfehlungen für den Entwurf,die Herstellung und den Einbau vonTübbingringen

Die Empfehlungen geben einen Überblick über den Stand derTechnik beim Entwurf, der Herstellung und dem Einbau von Tüb-bingringen beim maschinellen Tunnelvortrieb. Sie wurden vomArbeitskreis „Tübbingdesign“ des Deutschen Ausschusses für un-terirdisches Bauen (DAUB) aufgestellt. Die Empfehlungen fassendie Konstruktionsgrundlagen sowie die erforderlichen Berechnun-gen und Nachweise bei der Bemessung eines Tübbinggringesnach dem neuesten Stand der Normung zusammen. Außerdemwerden Hinweise für den Entwurf von Anschluss- und Übergangs-

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Maschineller Tunnelbau

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bauwerken gegeben. Ebenfalls behandelt werden die Bemes-sung für den Brandfall und der Einsatz von Stahlfasern.

Recommendations for the design, the production and theassembly of segmental rings

Published by the Working Group “Segmental Ring Design” of theDAUB (German Tunnelling Committee)

The recommendations give an overview of the state of the art forthe design, the production and the assembly of the tunnel liningmade of precast segmental rings. They were elaborated by theDAUB working group “Segmental Ring Design”. The recommen-dations give a résumé of the construction fundamentals and thenecessary calculations and verifications for the dimensioning ofthe precast segments according to the actual standards. More-over they give references for the design of transverse construc-tions to cross passages and portal buildings. Also treated are thedimensioning for fire loads and the use of steel fibres.

1 Allgemeingültiges

1.1 Zweck der Empfehlungen

Die Empfehlungen für den Entwurf, die Herstellung und denEinbau von Tübbingringen wurden vom Arbeitskreis „Tübbing-design“ des Deutschen Ausschusses für unterirdisches Bauen(DAUB) aufgestellt. Sie sollen den Stand der Technik im Bereichder Tunnelauskleidungen mittels Betonfertigteilen wiedergebenund Grundlagen für die Konstruktion und die Berechnung derTübbingringe im Hinblick auf die Gebrauchseigenschaften, dieBauausführung und die Qualitätssicherung zusammenstellen.

Die hierzu bereits vorliegenden Erkenntnisse und Erfahrungen ausder Entwurfspraxis und bereits veröffentlichte Vorschriften, wiedie Richtlinie 853 der DB AG [1], die ZTV-ING Teil 5, Abschnitt 3[3] und die entsprechende österreichische Richtlinie [48], Tüb-bingsysteme aus Beton, werden nachfolgend zusammengefasstund im Zusammenhang dargestellt. Damit werden Empfehlungen

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Autoren: Dr.-Ing. Bettina Wittke-Schmitt, Dr.-Ing. Patricia Wittke-Gattermann,WBI Prof. Dr.-Ing. W. Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und FelsbauGmbH, Weinheim

II. Statische Nachweise fürTübbingauskleidungen imSedimentgestein

In den letzten Jahren kommen Schildvortriebe mit nachgezo-genem, einschaligen Tübbingausbau bei Tunnelbauten im Se-dimentgestein immer häufiger zum Einsatz. Dabei werden diebei der Tübbingbemessung im Lockergestein über viele Jah-re hinweg verwendeten Ansätze für die Belastung und Bettungsehr häufig auf die Verhältnisse im klüftigen Fels übertragen.Dies hat in der Vergangenheit zu Schäden in den Auskleidungengeführt. Zur Vermeidung derartiger Schäden ist es erforderlich,die wesentlichen Eigenschaften des Felses sowie das Zusam-menwirken von Fels und Tübbingauskleidung wirklichkeitsnah imstatischen Nachweis zu berücksichtigen. Es muss ein geeignetesfelsmechanisches Modell unter Berücksichtigung der wesentli-chen Eigenschaften des Felses (Durchlässigkeit, Verformbarkeit,Gesteinsfestigkeit, Eigenschaften Trennflächen) erarbeitet undverwendet werden. Darüber hinaus muss auch die Ringspaltver-füllung mit ihren Eigenschaften in den statischen Nachweisenberücksichtigt werden. Als Berechnungsverfahren hat sich dieMethode der Finiten Elemente bewährt, wenn entsprechendeProgrammsysteme ausgewählt werden.

Stability analyses and statical proofs for segmental liningsin sedimentary rock

In the last years, shielded TBMs with single segmental lining havemore and more been used in sedimentary rock. In these cases,the approach for segmental lining design that has been used in

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II. Statische Nachweise für Tübbingauskleidungen im Sedimentgestein

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soil for many years and the corresponding assumptions for load-ing and bedding, have often been transferred to the conditions injointed rock. In the past, this has lead to damages of the lining. Inorder to avoid such damages, it is necessary to consider the es-sential characteristics of the rock mass as well as the interactionbetween rock mass and segmental lining in a realistic way in thestability analyses. An adequate rock mechanics model needs tobe elaborated and applied, under consideration of the essentialcharacteristics of the rock mass, such as permeability, deformabil-ity, intact rock strength and the characteristics of discontinuities.Moreover, the annular gap filling and its characteristics need tobe taken into account in the stability analyses. The finite elementmethod has proven of value as method for the analyses, if ad-equate programs are selected.

1 Einleitung

In den letzten Jahren kommen Schildvortriebe mit nachgezoge-nem, einschaligen Tübbingausbau bei Tunnelbauten im Sedi-mentgestein immer häufiger zum Einsatz. Dabei werden die beider Tübbingbemessung im Lockergestein über viele Jahre hinwegverwendeten Ansätze für die Belastung und Bettung sehr häufigauf die Verhältnisse im klüftigen Fels übertragen. Dies hat in derVergangenheit zu Schäden in den Auskleidungen geführt.

In dem vorliegenden Beitrag werden die für die Bemessung dereinschaligen Auskleidung von schildvorgetriebenen Tunneln imSedimentgestein relevanten Fragestellungen beleuchtet. Es wer-den Vorschläge zur Modellbildung und für Berechnungsverfahrenunterbreitet. Anhand einer Parameterstudie mit realistischen An-nahmen werden die verschiedenen Effekte beispielhaft aufgezeigt.

2 Last- und Bettungsansätze im Lockergesteins-tunnelbau

Die Auskleidungen von Tunnelbauten im Lockergestein wer-den üblicherweise mit dem Bettungsmodulverfahren bemessen

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Autoren: em. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Eckart Schneider, Dipl. Ing. Dr. techn. MarkusSpiegl, Geschäftsführer SSP BauConsult GmbH, InnsbruckDipl. Ing. Dr. techn. Matthias Türtscher, Dipl. Ing. Dr. techn. Wolfgang Leitner,G. Hinteregger & Söhne, Baugesellschaft m.b.H., Salzburg

III. Prognose der Vortriebsgeschwindig-keit für TBM-Vortriebe im Festgestein

Die Prognose der Vortriebsgeschwindigkeit ist eine wesentlicheGrundlage für die Ermittlung der Bauzeit und der Kosten vonTunnelprojekten. Für konventionelle Vortriebe gibt es mit derBerechnung über Zyklusdauern ein bewährtes Verfahren. DieErgebnisse liegen im Allgemeinen innerhalb einer akzeptablenBandbreite.

Für TBM-Vortriebe konnte sich bisher kein Standardverfahrenzur Berechnung der Vortriebsgeschwindigkeit etablieren. Wiebei Submissionen festgestellt werden kann, liegen die von denPlanern und Bietern prognostizierten Vortriebsgeschwindigkeitenteilweise weit auseinander. Diese Situation ist für Auftraggeberwie Auftragnehmer unbefriedigend. Im Beitrag werden die Ursa-chen für diesen Zustand analysiert und ein Berechnungsverfah-ren vorgestellt, das in den meisten Fällen zu guten Ergebnissenführt.

Prediction of advance rates for TBM-tunnelling in hard rock

An accurate prediction of advance rates is an essential basefor estimating time and cost of tunnelling works. In conventionaltunnelling the method for calculating the advance rates by usingcycle diagrams is generally accepted since many years. Thepredictions performed by this method normally lay within a nar-row spread.

For the prediction of advance rates in TBM-Tunnelling no gener-ally accepted method has been established until today. Depend-

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Maschineller Tunnelbau

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ing on the method of calculation and on the experience of thedesign engineer or the contractor the predicted advance rates fora particular project are often varying a great deal. This situationis very inconvenient for owners and contractors. The situation isanalysed in the paper and a new method is presented, which inmost cases provides good results.

1 Einleitung

Leistungsprognosen sind eine wesentliche Grundlage für dieKostenermittlung und Ablaufplanung von Bauprojekten. Im Tun-nelbau ist die Vortriebsleistung, die wegen ihrer physikalischenDimension [m/d] in den österreichischen Untertagebaunormenrichtigerweise als Vortriebsgeschwindigkeit bezeichnet wird, dieentscheidende Leistungsgröße.

Eine möglichst zutreffende Prognose der Vortriebsgeschwindig-keit ist insbesondere bei langen Tunneln bereits in frühen Pro-jektphasen von großer Bedeutung. Mit dem Näherrücken derRealisierung wird für den Auftraggeber eine genaue Planung desBauablaufs immer wichtiger, was eine noch genauere Prognoseder Vortriebsgeschwindigkeit erfordert.Für die bauausführenden Firmen ist die Vortriebsgeschwindigkeiteine entscheidende Eingangsgröße für die Angebotskalkulationund für die Abschätzung des Terminrisikos.

Für konventionelle Vortriebe hat sich mit der Berechnung überdie Zyklusdauer ein bewährtes Verfahren zur Berechnung derVortriebsgeschwindigkeit eingebürgert, dessen Ergebnisse imAllgemeinen innerhalb einer akzeptablen Bandbreite liegen. Fürmaschinelle Vortriebe konnte sich bisher kein Berechnungsver-fahren als Standard etablieren.

Wie bei Submissionen festgestellt werden kann, liegen die vonden Bietern prognostizierten Vortriebsgeschwindigkeiten teilwei-se weit auseinander. Ähnlich verhält es sich mit den tatsäch-lich erzielten Vortriebsgeschwindigkeiten, die oft erheblich vonden prognostizierten Werten abweichen. Diese Situation, die

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Autoren: Dr.-Ing. Dieter Handke, Geschäftsführer/Projektleiter Schildvortriebs-verfahren, Dipl.-Ing. Denise Schulte, Projektingenieurin, IMM Maidl & Maidl Bera-tende Ingenieure GmbH & Co. KG, Bochum, Prof. Dr.-Ing. Dietmar Mähner, Ans-gar Korte M. Sc., Fachhochschule Münster, Institut für unterirdisches Bauen (IuB)

Baustoffe und Bauteile

I. Innovatives Fugensystem zurTübbingkopplung

Die Kopplung der einzelnen Tübbingringe in der Ringfuge kannsich als Schwachstelle der gesamten Tunnelkonstruktion her-ausstellen. Ausgehend von dieser Problematik entwickelten dasIngenieurbüro IMM Maidl & Maidl Beratende Ingenieure GmbH &Co. KG, Bochum, und das Institut für unterirdisches Bauen (IuB)der Fachhochschule Münster im Rahmen eines Forschungsvor-habens des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM)eine neuartige Ringfugenkopplung. Anstatt der standardmäßigverwendeten Topf-Nocke- bzw. Nut-Feder-Verbindungen wird beidem neuen System eine profilierte Ringfuge verwendet, welcheausschließlich über Reibung die Koppelkraft überträgt. DiesesSystem zeichnet sich durch einen leichten und schnellen Einbauder Tübbinge, die flächige Lastverteilung der Vortriebspressenund durch die Möglichkeit der Aktivierung einer großen Kopp-lungskraft aus.

An innovative jointsystem for segmental linings

Coupling of single segmental lining rings in an annular joint canturn out to be a chink in the overall tunnel construction. Thereforethe consulting engineers IMMMaidl & Maidl Consulting EngineersGmbH & Co. KG Bochum/Germany and the Institute of Subterra-nean Engineering developed a novel annular joint linking as part

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Baustoffe und Bauteile

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of a research project of the Central Innovation Programme SME.Instead of the standard connection with groove and spring or camand pocket system the novel system uses a molded annular jointthat transfers coupling forces only by friction. This system is char-acterized by an easy and fast installation of segmental linings, alaminar load distribution of thrusting jacks and by the possibility ofactivating high coupling forces.

1 Einleitung

Bei der Bauausführung von Tunneln mit einer einschaligen Tüb-bingauskleidung zeigt sich in der Praxis immer wieder, dass esbei den Ringfugenverbindungen der Tübbingringe zu Ausfüh-rungsproblemen kommt. Die dabei üblicherweise verwendeteTopf-Nocke-, Nut-Feder- oder auch mit Dübeln realisierte Verbin-dung führt häufig zu umfangreichen Sanierungsarbeiten bzw. Be-einträchtigungen der langzeitigen Gebrauchstauglichkeit (Dichtig-keit) des gesamten Tunnelbauwerkes.

Der vorliegende Beitrag stellt eine neue, auf Basis der ebenenRingfugengeometrie entwickelte Ringfugenkopplung vor, die zueiner nachhaltigen Verbesserung der Schadenshäufigkeit und so-mit zu einer Minimierung von Sanierungskosten sowie Reduzie-rung der Zykluszeiten beim Einbau eines Tübbingrings beiträgt.Ausgehend vom aktuellen Entwicklungs- und Erfahrungsstandmit den oben genannten Problemen wird im Folgenden auf Basistheoretischer und experimenteller Untersuchungen das innovati-ve Fugensystem zur Ringfugenkopplung hergeleitet.

Die Untersuchungen wurden im Rahmen eines Forschungspro-jektes des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM),gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Tech-nologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundesta-ges, in Kooperation zwischen dem Ingenieurbüro IMM Maidl &Maidl Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG, Bochum, und demInstitut für unterirdisches Bauen (IuB) der Fachhochschule Müns-ter durchgeführt.

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Autoren: Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Friebel, Bundesministerium für Verkehr, Bau undStadtentwicklung (BMVBS), Bonn, Dipl.-Ing. Ingo Kaundinya, Dr.-Ing. FrankaTauscher, Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bergisch Gladbach, Dipl.-Ing. Bernd Urbank, DEGES, Berlin, Prof. Dr.-Ing. Frank Dehn, Dipl.-Ing. MarkoOrgass, MFPA Leipzig GmbH, Leipzig

II. Erfolgreicher Einsatz vonPP-Faserbeton am TunnelWesttangente Bautzen

Die Wirksamkeit von Beton unter Zugabe von Polypropylen-Fasern (PP-Fasern) als vorbeugende bauliche Brandschutz-maßnahme für Tunnelinnenschalen wurde bereits in vielenGroßbrandversuchen im In- und Ausland nachgewiesen. Diespezifischen Anforderungen an den PP-Faserbeton für Straßen-tunnel in Deutschland bedingen eine besondere Betonzusam-mensetzung sowie Sorgfalt bei der Herstellung und Verarbeitungdes Betons, die im Rahmen eines Forschungsvorhabens unterLaborbedingungen bereits erfolgreich umgesetzt werden konnten.Die Anwendbarkeit von PP-Faserbeton unter Praxisbedingungenwurde nachfolgend beim Tunnel Westtangente Bautzen (B96) inoffener Bauweise nachgewiesen. Im vorliegenden Beitrag werdendie Ergebnisse dieser erfolgreichen Pilotanwendung dargestellt.Insbesondere wird auf die Erfahrungen mit der Herstellung undVerarbeitung des PP-Faserbetons sowie die durchgeführtenQualitätssicherungsmaßnahmen eingegangen.

Successful application of PP-fibre modified concrete at theTunnel Westtangente Bautzen

Many national and international fire tests have shown that PP-fibres could improve the structural fire protection of concretetunnel linings considerably. The specific requirements concern-ing PP-fibre modified concrete for German road tunnels requirea special concrete composition and accuracy during fabrication

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Baustoffe und Bauteile

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and installation of the concrete which had been successfully im-plemented under laboratory conditions in the frame of a researchproject. The applicability of PP-fibre modified concrete was sub-sequently proven under practice conditions at the Tunnel West-tangente Bautzen (B96) which was constructed with the cut andcover method. This paper reports the results of the successfulpilot application particularly with regard to the experiences withfabrication and handling of the PP-fibre modified concrete as wellas the applied quality control measures.

1 Einleitung

Brände in Straßentunneln können zu hohen Personen- undSachschäden führen und durch die erforderlichen Sperrungenfür die Instandsetzung der Bauwerke weitere volkswirtschaftlicheSchäden zur Folge haben. Unter dem Eindruck dieser potenziellhohen Kosten haben das Bundesministerium für Verkehr, Bauund Stadtentwicklung (BMVBS) und die Bundesanstalt für Stra-ßenwesen (BASt) in den vergangenen Jahren verschiedene For-schungsaktivitäten für die weitere Verbesserung des baulichenBrandschutzes für deutsche Straßentunnel durchgeführt [1], [2],[3]. Der bauliche Brandschutz ist auf die Einhaltung der Trag-fähigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Bauwerkes während undnach einem Brandereignis ausgerichtet.

Reale Brandereignisse in Straßentunneln haben gezeigt, dass imdirekten Bereich der Brandeinwirkung große Betonabplatzungenan der Innenschale auftreten können. Aufgrund des großen Ein-flusses von Betonabplatzungen auf die Tragfähigkeit von Tunnel-querschnitten [2], [4] wurde in einem BMVBS/BASt-veranlasstenForschungsvorhaben Beton unter Zugabe von Polypropylen-Fasern (PP-Faserbeton) als vorbeugende bauliche Brandschutz-maßnahme untersucht [3]. Die Anwendbarkeit von PP-Faserbe-ton unter Praxisbedingungen wurde anschließend beim TunnelWesttangente Bautzen (B96) in offener Bauweise nachgewiesen.Im vorliegenden Beitrag wird über die Ergebnisse dieser Pilot-anwendung berichtet. Insbesondere wird auf die Erfahrungen mit

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227

Autoren: Dipl.-Ing. Hendrik Schälicke, Beratende Ingenieure Prof. Dr.-Ing. DieterKirschke, Ettlingen, Deutschland, Dipl.-Ing. Thomas Gerstewitz, Max Bögl Bau-unternehmung GmbH & Co. KG, München, Deutschland

III. Klebeanschluss von KDB-Abdichtungenan Tübbingröhren als Alternative zumKlemmanschluss

Der wasserdichte Anschluss von Verbindungsstollen oderSchächtenmitKDB-Abdichtung (KDB = Kunststoffdichtungsbahn)an Tübbingröhren aus WU-Beton ist bei komplizierten Bauteil-geometrien und hohen Wasserdrücken sowohl planungs- alsauch ausführungstechnisch eine Herausforderung. Bisher wur-den überwiegend Klemmanschlüsse ausgeführt.Beim Bau des Finnetunnels im VDE-Projekt 8.2 „NeubaustreckeErfurt – Halle/Leipzig” wurde für den Dichtanschluss der Querstol-len an die Tübbingröhren wegen der Nachteile von Klemman-schlüssen ein Klebeanschluss entwickelt und ausgeführt. EinKunststoffstreifen, ein sogenanntes Tape, wurde mit Epoxidharz-mörtel direkt auf die Betonoberfläche geklebt. Die KDB der Quer-stollen wurden durch Fügenähte mit dem Tape verbunden.Dieser Beitrag beschreibt die erfolgreiche Entwicklung und Aus-führung der praxisgerechten und wirtschaftlichen Klebeanschlüs-se am Finnetunnel und die daraus gewonnenen Erfahrungen.

The bonded connection with plastic sealing on segmentallining tubes as an effective and economic alternative toclamping constructions

The water tight connection of cross passages or shafts withplastic sealing on segmental lining tubes made of impermeableconcrete is a challenge in terms of planning and implementationfor complex component geometries. Up till now only clampingconstruction was used.

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Baustoffe und Bauteile

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With the construction of the Finnetunnel, a new way of makingtight connections between cross passages and segmental liningtubes was explored. Instead of clamping the plastic sealing on thereverse side of the segment, here a plastic tape is bonded directlyto the surface of the concrete by way of epoxy resin mortar. Afterthe mortar has hardened, the plastic sealing for the cross pas-sages is welded onto the tape.This new form of tight connection was developed step by step, incostly detailed and large-scale tests, before its execution. In theexperimental design, a water pressure of 9 bar over a time periodof approx. 6 weeks could be sustained. After that the pressurewas raised to 12 bar within 8 hours and maintained at that for 2weeks. In a failure test, the water pressure could even be raisedup to 55 bar before the test construction broke.

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Autoren: Doz. Dr.-Ing. habil., Dipl.-Geol. Bernd Müller, Dipl.-Geol. BenjaminLitschko, Dipl.-Geophys. Uwe Pippig, Geotechnisches SachverständigenbüroDr. B. Müller, Leipzig, Deutschland

Forschung und Entwickung

I. Erschütterungsarmes Sprengen

Ziel der abgeschlossenen Forschungsarbeiten war es, die so-nischen Wirkungen und das neue physikalisch gestützte, durchvielfältige Messungen belegbare Sprengmodell hinsichtlich seinerentscheidenden Effekte einer energiesparenden Zertrümmerungund erschütterungsmindernden Umsetzung statistisch gesichertfür alle wichtigen Sprengverfahren im Festgebirge nachzuweisen.

Durch die Gültigkeit der sonischen Wirkung in der Sprengtechnik,die gezielte Ausnutzung des wirksamen Detonationsdruckes undweitere wichtige Zusammenhänge in dem erarbeiteten physika-lischen Modell zur detonativen Sprengstoffumsetzung ergebensich neue Grundsätze für die Bemessung von Sprenganlagen.Mit der Durchsetzung der physikalisch begründbaren Vorgehens-weise ist es möglich, die Zertrümmerung oder Spaltung des Ge-birges zu steuern und die Erschütterungsimmissionen bewusstzu beeinflussen oder zu verringern. Zur richtigen Umsetzung dersonischen Wirkung in die Sprengpraxis ist es erforderlich, dieP- und S-Wellengeschwindigkeiten der Festgesteine bzw. desSprengmediums zu kennen. Weiterhin haben die Trennflächen-häufigkeit und die Raumstellung der Flächen einen wesentlichenEinfluss auf die Sprengbarkeit, die Lösbarkeit und die Umsetzungder sonischen Wirkung. Es wird vorgeschlagen, die vielfältigenSprengziele im Festgebirge auf vier definierte Sprenganlagen zureduzieren, weil sich diese Sprengungen in bestimmten Grund-sätzen deutlich unterscheiden und dem neuen Sprengmodell zu-geordnet werden können.

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Forschung und Entwicklung

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Low vibration blasting

The aim of the completed research was to demonstrate the soniceffects and the new physically-based blasting model, verifiableby a variety of measurements, in terms of its decisive effects ofenergy-saving fragmentation and vibration-reduced implementa-tion, and this should be statistically significant for all blastingmethods in solid rocks. The validity of the sonic effect in blastingtechnology, the targeted use of the effective detonation pressureand other important relationships in the physical model developedfor detonating explosives result in new principles for the design ofblasting systems.

The implementation of this physically justifiable procedure makesis possible to control fragmentation or splitting of the rock massand to intentionally influence or reduce the emission of vibra-tion. For the proper implementation of the sonic effect in blastingpractice, it is necessary to know the P- and S-wave velocities ofthe hard rock or the blasting medium. The joint frequency and thespatial position of the joints also have a significant influence onthe suitability for blasting, cuttability and exploitation of the soniceffect. It is proposed to reduce the varied intentions of blasting inrock mass to four defined blasting systems, because these blast-ing systems differ significantly in certain principles and can beassigned to the new blasting model.

1 Einführung

Durch Bohr- und Sprengarbeiten werden zwangsläufig insbeson-dere im Nahbereich von Siedlungen, lokalen Bebauungen, Denk-mälern, Hochdruckleitungen, Industrie- und anderen wichtigenAnlagen teilweise beträchtliche und vielschichtige Umweltbelas-tungen in Form von Lärm-, Staub- und Erschütterungsimmis-sionen ausgelöst. Jede Möglichkeit, derartige Umweltproblemebewusst und sicher zu verringern, war daher ein grundsätzlichesAnliegen der erfolgreich abgeschlossenen Forschungsarbeiten,gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt [14], [19].

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Autoren: Prof. Dr.-Ing. Walter Wittke, Dr.-Ing. Martin Wittke, WBI Prof. Dr.-Ing.W. Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau GmbH, WeinheimGötz Tintelnot, TPH Bausysteme GmbH, Norderstedt

II. Kunstharzinjektionen zur Abdichtungbeim Tunnelbau im quellfähigenGebirge

Für das Großprojekt Stuttgart 21 sind mehr als 20 km Tunnelim quellfähigen, anhydritführenden Gebirge aufzufahren. Für dieBemessung dieser Tunnel ist die Kenntnis der Auflockerungs-zone, die aufgrund der Spannungsumlagerung um den Tunnelherum entsteht, von entscheidender Bedeutung. Zur Ermittlungder Ausdehnung der Auflockerungszone und der Erhöhung derDurchlässigkeit in diesem Bereich steht das ProgrammsystemFEST03 zur Verfügung. Das Programmsystem wurde anhand vonlangjährigen Messreihen geeicht. Zur Abdichtung der Auflocke-rungszone im Übergangsbereich zwischen wasserführendem undquellfähigem Gebirge sind Abdichtungsbauwerke und Injektionenerforderlich. Darüber hinaus können Injektionen notwendig sein,wenn der Tunnel im Bereich des Anhydritspiegels verläuft. Da keinWasser in das Gebirge eingebracht werden darf und Durchlässig-keitsbeiwerte von ≤ 10–7 m/s erzielt werden müssen, kommen fürdie Injektionen nur Kunstharze in Frage. Dabei ist Acrylatgelen imHinblick auf die erzielbare Durchlässigkeit der Vorzug zu geben,wohingegen PUR-Harze aufgrund der Wasserfreiheit vorteilhaftersind. Die für den jeweiligen Fall richtige Auswahl des Injektions-gutes sollte in Abhängigkeit von den Randbedingungen des je-weiligen Projekts erfolgen. Vor Ausführung der Arbeiten sollte dieEignung des Injektionsguts und der vorgesehen Verpresstechnikund -parameter in einem Testfeld nachgewiesen werden.

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Sanierung Tunnel Langenau und Hollrich

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Forschung und Entwicklung

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Resin grout for impermeabilization around tunnels inswelling rocks

More than 20 km of tunnels have to be constructed in swelling an-hydritic rocks for the large-scale infrastructure project Stuttgart 21.For the design of these tunnels it is essential to know the extentof the loosened zone, which develops due to stress-redistributionaround the tunnel. In order to evaluate the extent of this zone andthe increase of the permeability of the rock mass in this area, theFE-program system FEST03 can be applied. The program sys-tem has been calibrated by means of long-term measurements.In order to reduce the permeability of the loosened zone in thearea of the transition from the water-bearing rocks to the swellingrocks, sealing structures and grouting are required. Furthermore,grouting can become necessary, when the tunnel is located in thearea of the anhydrite level. Since water is not allowed to be intro-duced to the rock mass and because permeability coefficients of≤ 10–7m/s must be achieved, grouting should be carried out withresin. Acrylate gels are preferable with regards to the achievablepermeability, however PUR-resin is preferable because of theabsence of water. The selection of the resin to be applied shouldbe made considering all boundary conditions of the project inquestion and prior to commencement of the works, the suitabilityof the grout and the planned grouting scheme should be provenin a field test.

1 Aufgabenstellung

Für das Großprojekt Stuttgart 21 sind mehr als 20 km Tunnel imquellfähigen, anhydritführenden Gebirge aufzufahren. Die Tunnelliegen in sämtlichen Schichtgliedern des unausgelaugten Gips-keupers, wohingegen die meisten der in Stuttgart und Umge-bung bisher in diesen Gebirgsverhältnissen gebauten Tunnel imMittleren Gipshorizont liegen (Bild 1). Der S-Bahn-Tunnel unterdem Hasenberg liegt allerdings ebenso wie der Freudenstein-tunnel darüber hinaus in den Estherienschichten. Letzterer undder Schanztunnel verlaufen auch in den Dunkelroten Mergeln [1].

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Autoren: Dr.-Ing. Thomas v. Schmettow, Dipl.-Ing. (FH) Siegfried Nagelsdiek, Ed.Züblin AG, Zentrale Technik, Tunnelbau

Praxisbeispiele

I. Planung und Ausführung der unter-irdischen VerflechtungsstreckeBechergasse der Nord-Süd-StadtbahnKöln

Im Zuge des Baus der Nord-Süd-Stadtbahn in Köln wurde derBauabschnitt „Verflechtungsstrecke Bechergasse“ als Aufwei-tungsquerschnitt zwischen zwei zuvor aufgefahrenen Schildtun-neln hergestellt, um hier einen Gleiswechsel zu ermöglichen. Derarchäologisch bedeutsame Baugrund ist durch eine wechselhafteBebauungs- und damit Gründungsgeschichte gekennzeichnet.Zum Schutze der im unmittelbaren Einflussbereich des Tunnelsvorhandenen Bebauung gegen zu große Senkungen und Setzun-gen wurden umfangreiche Sicherungsmaßnahmen geplant undausgeführt. Weiterhin waren zur Herstellung des Kernvortriebesin Spritzbetonbauweise Maßnahmen zur Abdichtung gegen dasanstehende Grundwasser erforderlich. Neben Kompensations-injektionen wurden Niederdruck-Injektionskörper, Rohrschirme,Unterfangungen, Bodenaustauschpfähle und Vereisungskörperhergestellt. Die Maßnahme wurde durch ein umfangreiches Mess-programm begleitet.Der Beitrag erläutert die Vorgehensweise bei der Planung undAusführung der Verflechtungsstrecke Bechergasse.

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Praxisbeispiele

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The construction section ‘VerflechtungsstreckeBechergasse’ (i.e. crossover Bechergasse) forms partof the N/S Line in Cologne.

It was constructed by enlarging and combining into one large cross-section two segmentally lined tunnels, which were excavated be-forehand using shield machines. All underground construction workwas performed within sedimentary ground below the ground watertable, with the ground consisting partly of quaternary and tertiarydeposits as well as made ground. Due to the long history of Colognethe ground contains large amounts of archaeological remains, foun-dations and other parts of former buildings such as cellars or wells.

In order to protect all buildings within the area being influenced bythe tunnelling works a comprehensive catalogue of measures wasdesigned and put into action to mitigate settlement movementsand to maintain stability. Further measures comprised groundtreatment to prevent groundwater ingress during the SCL workswhich were necessary for the excavation of the central section.These involved compensation grouting, permeation grouting, pipeumbrellas, underpinning, soil exchange piles and ground freezingworks. All construction works were accompanied by a compre-hensive monitoring program.

The paper describes the design and construction process of theconstruction section Bechergasse.

1 Einleitung

Der ca. 90 m lange Bauabschnitt „Verflechtungsbauwerk Becher-gasse“ wurde von 2003 bis 2010 als Bindeglied zwischen den bei-den Losen Nord und Süd der Nord-Süd-Stadtbahn in Köln gebaut.Die Grenze zwischen den beiden Losen befindet sich am Anfangdes Kurt-Hackenberg-Platzes (KHP) am Ende der Bechergasse.Bauherr für die Stadt Köln war die Kölner Verkehrsbetriebe AG(KVB).

Das technische Büro der Ed. Züblin AG war im Rahmen derARGE Los Süd für die Planung der Bauwerke „Verflechtungsbau-

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Autoren: Dipl.-Ing. Andrea Blome, Amt für Verkehrsmanagement, Düsseldorf,Dipl.-Ing. Gerd Wittkötter, Amt für Verkehrsmanagement, Düsseldorf, Dipl.-Ing.Heinz Stenmans, Hochtief Solutions AG, Essen, Dipl.-Ing. Marco van Bebber,Hochtief Solutions AG, Essen

II. Neue Dienstleistungsfelder beikomplexen Infrastrukturprojektenam Beispiel der Wehrhahn-LinieDüsseldorf

Mit Projektstart der Wehrhahn-Linie im Jahr 2007 begann dieSchaffung einer 3,4 km langen, neuen U-Bahn-Strecke mit sechsunterirdischen Bahnhöfen, als schnelle Verbindung quer unter derverkehrstechnisch hochsensiblen Innenstadt Düsseldorfs. Dem-zufolge entstand unmittelbar der Bedarf nach einer möglichststörungsarmen Realisierung der Baumaßnahme im betroffenenBereich. Da die Stadt Düsseldorf als Auftraggeber die Vergabeder Ausbauleistungen in Einzelgewerken und nicht an einen Ge-neralunternehmer plante, wurde die HOCHTIEF Solutions AGdamit beauftragt, u. a ein ganzheitliches Logistikmanagementinkl. belastbarer Termin- und Kapazitätenplanung, als Grundlagefür die spätere Ausschreibung, beizutragen. Die primäre Heraus-forderung des Zentralen Logistikmanagements (ZLM) lag in derMinimierung jeglicher Beeinträchtigungen des innerstädtischenVerkehrs und damit aller Arbeiten an der Oberfläche. WesentlicheLösungsansätze dafür waren die Ausführung der Bahnhöfe in De-ckelbauweise sowie die Idee, alle Transporte an den beiden Tun-nelöffnungen zu bündeln und die Bahnhöfe von dort aus durchden Tunnel mit Ausbaumaterial zu beschicken. Gleichzeitig wares das Ziel, ein Höchstmaß an Unterstützung für die potenziellenAuftragnehmer anzubieten und sie als Bieter zu gewinnen, wasu. a. mit Hilfe eines 4D-animierten Films mit virtuellem Einblick indie komplexe U-Bahnbaustelle gelingen sollte.

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Praxisbeispiele

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New service fields in complex infrastructure projects basedon the example of the Wehrhahn-Linie Düsseldorf

When the project „Wehrhahn-Linie Düsseldorf“ started in 2007,it was the beginning of a new metro line with a total length of3.4 km and six underground metro stations, crosswise under thecity centre of Düsseldorf, which is highly sensitive in terms oftraffic. As a result, the need for a construction process with aslow interferences as possible, came into being. The city of Düs-seldorf as the principal planned to resign a main contractor butto allocate different private firms for the fit-out. Therefore theHOCHTIEF Solutions AG was instructed to contribute a completelogistics management, including scheduling and resource plan-ning. It should be a basis for the following tendering process. Themain challenge of the central logistics management existed inthe minimization of any disruption to traffic. The basic approachon this issue was to realize the station structures by applyingthe cut-and-cover technique. Another important solution shouldbe the bundling of all transports at the two tunnel openings, tocharge the underground stations with every material that would benecessary. At the same time there was the intention to provide amaximum support for every potential contractor. For this purposea 4D-animation has been produced to give a virtual view on thewhole construction site.

1 Einleitung

Seit November 2007 laufen die Arbeiten der neuen Wehrhahn-Linie in Düsseldorf. Der Name Wehrhahn-Linie steht für eine3,4 km lange, neue U-Bahn-Trasse in der Rheinmetropole. Dieneue Strecke schafft schnelle Verbindungen quer unter derverkehrstechnisch hochsensiblen Innenstadt. Durch die Verbin-dung der S-Bahnhöfe Wehrhahn und Bilk bringt sie zukünftigmehr Mobilität und Komfort für täglich mehr als 53.000 Fahrgäste(Bild 1).

Die Landeshauptstadt Düsseldorf legt als Aufraggeber allergröß-ten Wert auf eine möglichst störungsarme Einbindung der Bau-

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978-3-433-03055-4 DGGT (Hrsg.): Taschenbuch für den Tunnelbau 2014

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