Dissertation

Kurzfassung:

Nähert sich ein Tunnelvortrieb in einer Störungszone einem steifen Gesteinsblock, kann dieser unter Umständen zu einem ungünstigen Gebirgsverhalten führen. Durch seine Steifigkeit zieht der Block Spannungen an. Ein Versagen nahe der Ortsbrust kann deren Stabilität gefährden. Die Arbeit untersucht zunächst das Gebirgsverhalten mit einer quasi-zweidimensionalen Parameterstudie. Der Tunneldurchmesser ist 10 m, die Blockhöhe ist 2 m, 5 m und 10 m, und die Distanz zwischen Block und Tunnel ist 1 m, 5 m und 10 m. Ein kritischer Fall wird zudem dreidimensional betrachtet. Weiters wird ein realer Tunnelvortrieb durch einen über 25 m hohen Block simuliert. Zur Abbildung des Spritzbetonverhaltens kommt das Burgers-Mohr-Modell zur Anwendung. Dieses wird mithilfe von Dehnungen einer Spritzbetonschale kalibriert, welche mit einem verteilten faseroptischen Messsystem in einem Tunnel gemessen wurden. Alle Simulationen berücksichtigen ein Interface zwischen dem Block und dem Matrixmaterial. Vom Block ausgehend entwickeln sich Scherbänder in Richtung des Tunnels. In der Parameterstudie sind die Unterschiede in den Tunnelverschiebungen zwischen den Fällen mit Block und den zugehörigen Fällen ohne Block, auch bei sehr hohem Block-Matrix-Steifigkeitskontrast oder wenn der Block nahe dem Tunnel ist, gering. Von den untersuchten Fällen sind jene mit einem hydrostatischen Primärspannungszustand am ungünstigsten. Sind die Primärspannungen anisotrop, entscheidet insbesondere die Blockdistanz über den Einfluss des Blockes auf das Gebirgsverhalten. Der simulierte Tunnelvortrieb verdeutlicht, dass ein Block nicht zu hoch sein darf, um eine Gefahr im Falle eines Versagens darzustellen. Spannungen, die durch den Vortrieb umgelagert werden, müssen sich hierzu an der Blockober- und -unterseite konzentrieren können. Bei ausreichender Spannungshöhe zum Zeitpunkt des Blockversagens können diese ein Scherversagen des hohlraumnahen Gebirges auslösen. Ist die Position von Blöcken unbekannt, so sind die Verschiebungsmessdaten nach dem Stand der Technik auszuwerten, um die Wahrscheinlichkeit einer rechtzeitigen Blockidentifikation zu erhöhen. Von einer Änderung der Systemsteifigkeit (z.B. durch Anpassung des Zeitpunktes des Ringschlusses) ist abzusehen, da nicht gewährleistet werden kann, dass diese Maßnahme begünstigend wirkt. Vielmehr ist das Volumen des nicht geankerten Gebirges nahe der Ortsbrust zu minimieren. Dies soll ein Voranschreiten der Scherbänder bis zum Hohlraum unterbinden.