Neuartige Tunnelmodellversuche-Ergebnisse und Folgerungen

Zusammenfassung — Summary — Résumé

Neuartige Tunnelmodellversuche — Ergebnisse und Folgerungen. Es wird über ein neues Tunnelbelastungsgerät berichtet, mit dem weitgehend die natürlichen Verhältnisse beim Tunneleinbau im nachgiebigen Gebirge, wie Schiefer, Ton, Mergel, Sand, Schotter usw.. nachgeahmt werden können.

Besondere Meßeinrichtungen erlauben die Messung der Gebirgsdrücke und Verformungen.

Es wird über eine Reihe von Versuchen berichtet, bei denen folgende maßgebliche Parameter untersucht wurden:

• a) verschiedene Gebirgsarten, wie Ton, Sand und Schotter;

• b) primärer und sekundärer Gebirgsdruck;

• c) satt anliegendes Gebirge und Hohlraum zwischen Tunnelauskleidung und Gebirge;

• d) verdichtetes und unverdichtetes Gebirge;

• e) unbewehrte Betonauskleidung mit und ohne Gelenke;

• f) erforderliche Stärke der Betonauskleidung;

• g) Stahlauskleidung;

• h) elastische und starre Auskleidung;

• i) Auswirkung ungleichmäßiger Lastverteilung;

• j) Bruchursache und Sicherheit;

• k) Auswirkung eines örtlichen Versagens der Auskleidung;

• l) erstmalige und Langzeitverformungen.

Beim Einbau mit unbewehrten Betonringen wurde folgendes festgestellt: Trotz ungleicher Radialpressungen mit Werten bis zu 6 kg/cm2 sind bei sattem Anliegen des Gebirges nirgends irgendwelche praktischen Schäden aufgetreten. Dies ist durch ein völlig elastisches Anpassen des Betonringes an die Drucklinie begründet.

Durchmesserverkürzungen in der einen Richtung bewirken Verlängerungen in der dazu senkrechten Richtung.

Bei Hohlräumen hinter dem Ausbau treten bereits bei minimalen Gebirgsdrücken jeweils am Beginn des Hohlraumes Biegebrüche auf.

Diese müssen nicht zum sofortigen Zusammenbruch des Einbaues führen. Bei einem elastischen Einbau ist es gleichgültig, ob ein Vollring oder ein Gelenkring verwendet wird.

Bei sattem Anliegen des Gebirges an den Tunneleinbau besteht die einzige Möglichkeit eines Bruches in der des Schubbruches, wie an Hand von verschiedenen Beispielen gezeigt wurde.

Beim Einbau mit Wellblechstahlringen wurde folgendes festgestellt: Selbst bei Radialdrücken bis 12 kg/cm2 und unter ungünstigsten Verhältnissen und selbst bei vorhandenen kleinen Hohlräumen hinter dem Ausbau wurden keinerlei Schäden, weder in den Stahlringen noch in den Verbindungen, festgestellt. Der sehr elastische Einbau hat den Vorzug, sich ganz an die Drucklinie anzupassen.

Die Versuche wurden gemeinsam mit Herrn Prof. Dr. techn. Dr. h.c. Veder und unter Beratung von Herrn Prof. Dr. techn. Dr. h.c. Rabcewicz an der Technischen Hochschule in Graz durchgeführt.

Summary

New Experiments on Tunnel Construction, their Results and Implications. The report deals with a new apparatus for loading models of tunnels by which the natural conditions of tunnel-constructions in a relaxing rock mass such as sand, slate, marl, gravel etc. can be imitated to a high degree.

Special instruments enable pressures and deformations to be measured. The report deals with series of experiments where the following essential parameters have been examined:

• a) various rock masses such as clay, sand and gravel;

• b) primary and secondary rock pressure;

• c) rock masses closely connected with the linings and also seperated by gaps;

• d) compressed and uncompressed rock masses;

• e) lining of concrete without reinforcement, with and without hinges;

• f) the necessary thickness of concrete linings;

• g) steel linings;

• h) elastic and rigid linings;

• i) the effect of irregular load distribution;

• j) the cause of rupture and safety of construction;

• k) the effect of local rupture of the lining;

• l) primary deformations and long time deformations.

At the lining of non-reinforced concrete the following statement could be made: In spite of an irregular load distribution with values up to 6 kg/cm2 no damage was noticed, since the rock mass was intimately connected with the lining. This fact results from the complete elastic adaption of the lining to the rock mass.

Elongations of diameter in one direction result from a shortening of diameter in the perpendicular direction. As there are gaps behind the lining, ruptures due to flexure appear even with a minimum rock pressure applied directly at the edge of the gap. This fact does not lead to a sudden rupture of the whole lining.

At an elastic lining it is of no importance whether hinges are used or not. In case of complete contact between the lining and the rock mass the tests prove that rupture can only occur by shearing.

For linings which consist of materials such as metal sheets, the following facts were noticed: Even in the case of radial pressure up to 12 kg/cm2 and under the most unfavourable conditions and also in the case of hollows behind the lining, no damage was observed neither in the metal sheet or in the joints. The highly elastic lining has the advantage of complete adaption to the line of pressure.

The tests were made in teamwork with Prof. Dr. Dr. h.c. Veder and in consultation with Prof. Dr. Dr. h.c. Rabcewicz at the Technical University at Graz.

Résumé

Nouveaux essais sur modèles de revêtements de tunnels Résultats et conséquences. Le rapport traite d’un nouvel appareil de mise en charge des revêtements de tunnels. Avec cet appareil il est possible d’imiter le mieux possible les conditions réelles du revêtement des tunnels dans des formations géologiques comme les ardoises, les argiles, les marnes le sable, les cailloutis, etc.

Des instruments spéciaux permettent de mesurer les pressions et les déformations du massif rocheux.

Le rapport traite d’une série d’essais avec les nombreux paramètres essentiels suivants:

• a) différentes formations géologiques, argile, sable et cailloutis;

• b) pression du massif primaire et secondaire;

• c) massif rocheux en contact étroit avec le revêtement ou laissant un espace libre.

• d) massif compact ou non compact;

• e) Revêtement en béton (non armé) avec et sans articulations;

• f) épaisseur nécessaire du revêtement en béton;

• g) blindage en acier;

• h) revêtements élastiques et non élastiques;

• i) effet d’une distribution non uniforme de la pression du massif;

• j) causes de rupture et sécurité;

• k) apparition d’une rupture locale du revêtement;

• l) déformations instantanées et déformations de longue durée.

Pour le revêtement en béton, malgré des pressions distribuées non uniformément avec des valeurs jusqu’à 6 kg/cm2 on n’a pas constaté de dommages notables si le massif rocheux était directement contigue au revêtement, grâce à l’adaptation élastique du revêtement à la ligne de pression. Les déformations dans une direction (allongements) entraînent des déformations dans la direction perpendiculaire (raccourcissement).

S’ily a des cavités derrière le revêtement, des fissures de flexion se produisent dès les pressions minimales aux extrémités des cavités. Mais ces fissures n’entraînent pas une rupture soudaine du revêtement.

Le revêtement élastique peut être exécuté avec ou sans articulations.

L’unique possibilité de rupture du revêtement est par cisaillement. On en donne plusieurs exemples.

Pour le blindage en tôle d’acier, même avec des pressions radiales jusqu’à 12 kg/cm2 et sous des conditions défavorables, on n’a pas constaté de dommages, même s’il y a de petites cavités derrière le blindage, ni dans l’anneau ni aux joints.

Le revêtement élastique a l’avantage d’une adaptation complète à la ligne de pression.

Les essais ont été exécutés en collaboration avec M. le Prof. Dr. Dr. h. e. Veder à l’université technique de Graz.

L’auteur remercie M. le Prof. Dr. Dr. h. c. Rabcewicz pour ses très utiles conseils.