Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau

Zusammenfassung des Forschungsprogramms des Sonderforschungsbereichs 837




Der maschinelle Tunnelbau ist ein durch einen hohen Automatisierungsgrad gekennzeichnetes Bauverfahren, das in unterschiedlichen Baugrund- und Grundwasserverhältnissen, häufig in Innenstadtlagen mit nur geringen Überdeckungen und sensibler Bebauung, aber auch in Festgestein mit großen Überlagerungen eingesetzt wird. Vielfältige Interaktionen des Vortriebsprozesses mit der Umgebung, die oft nur unscharf erfassbaren Baugrundeigenschaften und eine geringe Flexibilität in Bezug auf Anpassungen während des Vortriebs an wechselnde oder schwierige Baugrundverhältnisse stellen besondere Anforderungen an die Planung und den Vortrieb. Im Durchschnitt erreichen Tunnelvortriebsmaschinen derzeit lediglich ca. 30% ihrer theoretischen Leistungskapazität.

Vor dem Hintergrund einer stetigen Ausweitung des Einsatzbereichs dieser Technik, der Tendenz zu größeren Durchmessern und steigenden Anforderungen an die Eingrenzung vortriebsbedingter Risiken widmen sich im SFB 837 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Bauingenieurwesen, Computational Engineering, Geowissenschaften und dem Maschinenbau der Erforschung aller wesentlichen, die Sicherheit und Effizienz des maschinellen Tunnelbaus betreffenden Prozesse und deren Wechselwirkungen. Durch eine Synthese von computerorientierter Modellierung, experimenteller Forschung und digitalen Planungsmethoden ist es bereits in den ersten beiden Forschungsperioden gelungen, bislang vereinfacht empirisch erfasste Sachverhalte wissenschaftlich fundiert zu beschreiben und dadurch Potentiale für die Optimierung von Projektplanung- und Ausführung bzw. der gesamten Verfahrenstechnik im maschinellen Tunnelbau aufzuzeigen.

Stand in den ersten zwei Projektphasen der maschinelle Tunnelbau im Lockergestein im Vordergrund, so widmet sich der SFB 837 in der dritten Förderperiode auch schwierigen geologischen Verhältnissen, die dem Einsatz von Tunnelvortriebsmaschinen bisher Grenzen setzen. So werden bislang unzureichend verstandene Wechselwirkungen zwischen Vortrieb und quellfähigem Baugrund sowie ein neuartiger verformungstoleranter Tunnelausbau erforscht. Weiterhin werden aus der engen Verbindung werkstoffwissenschaftlicher und gesteinsphysikalischer Analysen Erkenntnisse zur Leistungsfähigkeit des Vortriebs in schwierigen Gesteinsformationen erwartet. Mit der Entwicklung von numerischen Simulationsmodellen zur Abbildung des Baugrunds und aller wesentlichen technischen und logistischen Verfahrensabläufe werden verbesserte umweltschonendere und risikoärmere Planungsansätze und Vortriebsprozesse ermöglicht. Diese Modelle werden in echtzeitfähiger Form für eine interaktive digitale Trassenoptimierung von Tunnelbauprojekten in innerstädtischen Gebieten weiterentwickelt. Damit eröffnet der SFB 837 Perspektiven für neuartige partizipative, durch Methoden der Virtual Reality unterstützte Planungsinstrumente im Tunnelbau. Mit dem baubegleitenden Einsatz von Echtzeitmodellen erfolgt ein weiterer wichtiger Schritt hin zu einer computergestützten Steuerung des Vortriebsprozesses.



Projektbereiche des SFB 837

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