Schildvorgetriebene Tunnel Entwicklungstendenzen in Forschung und Ausführung

Zusammenfassung

Schildvorgetriebene Tunnel — Entwicklungstendenzen in Forschung und Ausführung. Es wird ein kritischer Überblick über den derzeitigen Stand und die noch zu lösenden Forschungsprobleme der Bemessung von kreisförmigen, schildvorgetriebenen Tunneln gegeben. Die Ansätze und Grundlagen der in der BRD zur Zeit üblichen Berechnungspraxis entsprechen etwa den Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau¹. Die Tunnelauskleidung wird danach vorwiegend nach der Elastizitätstheorie berechnet (mit Bettungswiderstand als Ersatz für die Bodenreaktionen). Die Abhängigkeit der Ergebnisse von den Berechnungsparametern ist groß. Die Grenzen einer jeden Berechnung, die speziellen Schwierigkeiten für den rechnerischen Standsicherheitsnachweis eines Tunnelbauwerks werden aufgezeigt.

Nach einer Zusammenstellung der Entwicklungstendenzen in der Ausführungspraxis werden die Forschungsaufgaben auf dem Gebiet der Berechnungstheorie eingehender diskutiert. Die elastizitätstheoretischen Untersuchungen sind mit der Berücksichtigung von Verformungen (geometrische Nichtlinearität) in den vorhandenen Ansätzen praktisch erschöpft. Realistischere Ansätze müssen die Grenztragfähigkeit (den Bruchzustand) untersuchen. Daher ist das Verhalten im plastischen Beanspruchungsbereich zu erforschen. Die bisher erreichten Ergebnisse mit sowohl geometrisch als auch physikalisch nichtlinearem Ansatz zeigen, daß die Elastizitätstheorie das Tragvermögen der Tunnel im allgemeinen unterschätzt. Der Aufsatz nennt weiterhin die Forschungsaufgaben, die im Tunnelbau für eine bessere und praktisch brauchbare Theorie noch erforderlich sind, u. a.: Bemessung nach Bruchzuständen, plastisches und rheologisches Verhalten von Tunnelmantel und Boden, Erfassung von Bauzuständen, Tunnelbeanspruchungen in Bergsenkungsgebieten, eine tunnelbaugerechte Fassung des Sicherheitsbegriffs, die Notwendigkeit verstärkter in-situ-Messungen. Die gegenseitige Abhängigkeit von Praxis und Theorie wird betont.

Summary

Shield Tunnelling — Development Trends in Research and Construction. A critical survey is made of the current position and of the research problems still to be solved regarding the design of circular Shield Tunnelling. The assumptions and foundations of the calculation practice which is customary at the moment in the Federal Republic of Germany, constitute approximately the recommendations of Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau¹. The tunnel lining is calculated principally in accordance with the theory of elasticity using Winkler’s bedding soil coefficient as a substitute for soil reactions. The results are highly dependent on the calculation parameters. The limits of any calculation and the special difficulties pertaining to the theoretical proof of the stability of a tunnel are indicated.

Following a summary of the development trends in practical design, the research problems in the field of design theory are discussed more thoroughly. The research based on the theory of elasticity is practically exhausted with a detailed treatment of the effect of the deformations (geometric non-linearity). The limit load must be examined with the use of more realistic assumptions. Consequently, research should be carried out with respect to the plastic behavior of the material. The results achieved thus far with geometric and physical non-linear assumption show that the carrying capacity of the tunnel due to the theory of elasticity is generally underestimated. The article indicates the research problems which are still necessary for a more consistent and for practically applicable theory in the design of tunnel linings: i. e. a theory of ultimate load design, of the plastic and rheological behavior of the tunnel lining and of the soil, the influence of building conditions, the stresses in the tunnel in regions where mining displacements affect the tunnel, and the correct concept of safety required for tunnels. The necessity for more accurate on-site-measurements is demonstrated. The mutual dependence of practice and theory upon each other is emphasized.

Résumé

Construction de tunnels à l’aide de boucliers — Tendances d’evolution dans la recherche et l’application. L’article donne un aperçu critique de la situation actuelle et des problèmes de recherche encore à résoudre en ce qui concerne le dimensionnement de tunnels circulaires construits à l’aide de boucliers. Les dispositions et les bases de la pratique de calcul actuellement courante en RFA correspondent à peu près aux recommandations de l’Institut Allemand pour travaux de terrassement et de fondation (Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau)¹. Selon les recommandations de cet institut, le revêtement de tunnel est généralement calculé sur la base de la théorie d’élasticité (avec résistance latérale du sol au lieu des réactions du sol). Les résultats obtenus dépendent dans une très large mesure des paramètres. L’article fait de plus mention des limites de chaque calcul et des difficultés spéciales de la vérification par voie de calcul de la stabilité d’un ouvrage souterrain.

Après l’exposé des tendances d’évolution dans la pratique, les problèmes de recherche sur le plan de la théorie de calcul sont examinés de façon plus approfondie. Les études en matière de la théorie d’élasticité sont pratiquement épuisées par la discussion détaillée concernant la prise en considération de déformations (non-linéarité géométrique). La limite de charge (résistance à la rupture) doit être examinée avec plus de réalisme. C’est pourquoi le comportement du tunnel dans la zone de charge plastique est à déterminer. Les résultats avec dispositions non-linéaires du point de vue géométrique et physique que l’on a obtenus jusqu’à présent démontrent que la théorie d’élasticité sous-estime en règle générale la force portante du tunnel. L’article expose ensuite les travaux de recherche qui doivent encore être exécutés en vue d’obtenir une meilleure théorie applicable dans la pratique de construction de tunnels, à savoir entre autres: calcul à la rupture, étude du comportement plastique et rhéologique du tunnel et du sol, prise en considération des conditions constructives et des forces auxquelles les tunnels sont soumis dans des régions d’affaissement de terrain, définition de la notion de sécurité correspondant mieux aux exigences posées par la construction de tunnels, réalisation intensive de mesures in situ. L’interdépendance de la pratique et de la théorie est soulignée.