Zur Tunnelberechnung in druckhaftem Gebirge

Zusammenfassung

Zur Tunnelberechnung in druckhaftem Gebirge. Die im Tauerntunnel und insbesondere nun im Arlbergtunnel auf großen Längen auftretenden Deformationen in einer Größenordnung von einigen Dezimetern veranlaßten den Verfasser, ein Berechnungsverfahren zu suchen, welches die Ermittlung dieser Deformationen mit geringem Rechenaufwand und möglichst ohne Computer gestattete. Die Bestimmung der für die Berechnung erforderlichen felsmechanischen Kennwerte sollte ebenso einfach nur an kleinen Handstücken bzw. Bohrkernen möglich sein. Die von der Bauherrschaft (ASTAG) am Arlbergtunnel angeordneten Messungen — in erster Linie die alle 10 m ausgeführten Konvergenzmessungen — erlaubten schließlich eine Kontrolle und Eichung des Verfahrens.

Als erster Schritt wird das Spannungsfeld nach Kastner füseitigen Druck (λ=1) bestimmt, wobei die Primäpannung σ _v =σ _H =γ ·H gesetzt wird. Innerhalb der plastischen Zone wird dabei nur die Restscherfestigkeit in Rechnung gestellt. Die Tiefe der plastischen Zone gibt schon einen Hinweis auf die notwendige Länge der Felsanker. In einem zweiten Schritt wird aus dem Spannungsfeld durch (graphische) Integration das Verschiebungsfeld ermittelt. Dabei ist es möglich, bereichsweise entsprechend der Gröder Spannungen den zugehöen V-Modul einzusetzen und zwischen Be- und Entlastung zu unterscheiden. Ebenso kann närungs weise auch die Anisotropie berühtigt werden.

Schlie?ßlich werden mit den verschiedenen möchen felsmechanischen Kenn-werten und Ausbauwiderstäen die Kennlinien des Gebirges gezeichnet, womit der Zusammenhang zwischen Verschiebung und Ausbauwiderstand gegeben ist.

Zuletzt kann mit Hilfe der Kennlinien und der Konvergenzmessung auch noch diejenige Belastung abgeschät werden, welche auf den Innenring kommt, wenn dieser vor dem Abklingen der Verschiebungen einbetoniert werden mußoder wenn sich im Laufe der Zeit der Reibungswinkel oder der Ausbauwiderstand äert.

Summary

Design of Tunnels in Yielding Rock. The deformations (in the order of some decimeters) occurred in the Tauern tunnel and particularly now, over greater tunnel sections, in the Arlberg tunnel induced the author to search for an analytical method which allowed to determine these deformations with a little extent of calculation and, as far as possible, with a small computer. Likewise the determination of the rock-mechanical characteristic values, required for calculation should be possible on the basis only of small rock pieces or drill cores.

The measurements in the Arlberg tunnel — first of all the measurement of the decrease in tunnel diametre — ordered by the owner (ASTAG) finally allowed to check and to calibrate the method.

Its first step consists in determining the stress field according to Kastner for all-round pressure (λ=1) whereby the primary stress of the undisturbed rock is set equal to σ _v = σ _H =σ·H. Inside the plastic zone, only the residual shear strength is considered for calculation. The depth of the plastic zone already gives some hint to the required length of the rock bolts. The second step of the method consists in determining the displacement field by graphical integration with the help of the stress field. Thereby the value of the respective displacement modulus according to the individual stress level range can be introduced, whereby increase and release of load as well as anisotropy can be considered.

Finally the rock characteristic lines are drawn on the basis of the different possible rock-mechanical characteristic values and supporting action, and these characteristic lines relate the displacements to the supporting action.

Finally the characteristic lines and the measurement of the decrease in tunnel diametre also allow to assess the load absorbed by the inner ring for the case that the latter must be cast before the displacements have died out or if after sometime friction angle or supporting action changes.