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Buch (Monographie) zugänglich unter
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Einsatzbereiche endgültiger Spritzbetonkonstruktionen im Tunnelbau

Ranges of application of final shotcrete constructions in road tunnelling

Heimbecher, Frank ; Decker, Wilhelm ; Faust, Hans-Günter

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Tunnel , Schale [Flächentragwerk] , Abdichtung , Torkretbeton , Tunnelauskleidung , Forschungsbericht , Deutschland
Freie Schlagwörter (Englisch): Tunnel , Shell [struct] , Waterproofing , Shotcrete , Tunnel lining , Research report , Germany, Federal Republic of
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 54 Tunnelbau
Institut: Abteilung Brücken- und Ingenieurbau
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Buch (Monographie)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 46
ISBN: 3-86509-089-3
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 18.06.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Beim Einsatz endgültiger Spritzbetonkonstruktionen im Straßentunnelbau kommen prinzipiell zwei Anwendungsfälle in Betracht: 1.) Einsatz als einschalige Konstruktionen, d.h. die Spritzbeton-Außenschale (1. Lage) stellt im Verbund mit einer zweiten Spritzbetonlage die endgültige Konstruktion dar. Die Außenschale muss dabei dauerhaft Tragfunktionen übernehmen. 2.) Einsatz als zweischalige Spritzbetonkonstruktionen, bei der anstelle des Schalbetongewölbes der Regelbauweise eine Spritzbetonschale als Innenschale aufgebracht wird. Außen- und Innenschale wirken getrennt voneinander, die Außenschale übernimmt im Endzustand keine Funktionen. Die Einsatzbereiche, aber auch -grenzen beider Anwendungsfälle sind für den Straßentunnelbau in Deutschland bislang weitestgehend unklar. Abgesicherte Erfahrungen liegen nur wenige vor. Erste Einsätze zeigen jedoch, dass für beide Fälle wirtschaftliche Anwendungsmöglichkeiten existieren. Entscheidend ist dabei allerdings die Frage, welche dauerhafte Ausführungsqualität mit diesen Konstruktionen im Vergleich zur zweischaligen Regelbauweise überhaupt erreicht werden kann. Um diese und andere Fragen beantworten zu können, wurden im Zuge der Ausführung des Rennsteigtunnels (BAB A71) beide Anwendungsfälle näher untersucht. Der erste Fall anhand einer von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) konzipierten Versuchsstrecke, der zweite Fall anhand von Ausführungen, die auf Initiative der am Rennsteigtunnel ausführenden Arbeitsgemeinschaft zurückgehen. Im vorliegenden Bericht werden die Untersuchungen, die im Rahmen der Ausführungen zur Beurteilung der Einsatzbereiche durchgeführt wurden sowie deren Ergebnisse dargestellt. Grundlage der Untersuchungen bildet dabei der Kenntnisstand, der in beiden Anwendungsfällen derzeit vorliegt. Eine Analyse ausgeführter Bauwerke zeigt, dass sich die meisten Einsätze einschaliger Konstruktionen auf den U-Bahn- und Stadtbahnbau konzentrieren. Hier liegen zwar Erfahrungen vor, diese sind allerdings, insbesondere wegen der größeren Ausbruchsquerschnitte, nur zum Teil auf den Straßentunnelbau übertragbar. Dagegen sind erste Anwendungsfälle zweischaliger Spritzbetonkonstruktionen bereits im Bahn- und Straßentunnelbau zu finden. Zur Untersuchung der Einsatzbereiche einschaliger Spritzbetonkonstruktionen wurden im Rahmen der Versuchsstrecke am Rennsteigtunnel die Ausführbarkeit, das Tragverhalten und das Dichtheitsverhalten verschiedener einschaliger Varianten untersucht. Dazu war es erforderlich, die straßentunnelspezifischen und hydrogeologischen Randbedingungen zu formulieren, die in die Konzeptionierung der Versuchsstrecke einfließen mussten. Anhand der Ergebnisse ließen sich Empfehlungen ableiten, die bei einer zukünftigen Anwendung einschaliger Spritzbetonkonstruktionen berücksichtigt werden sollten. Neben reinen Spritzbetonkonstruktionen wurden dazu vergleichend auch geschalte Konstruktionen in die Untersuchungen einbezogen. Die zweischaligen Spritzbetonkonstruktionen kamen in den Kalottenbereichen der beiden Lüfterkavernen sowie in einem der beiden Zuluftstollen des Rennsteigtunnels zum Einsatz. Durch die Begleitung der Planungen und Ausführungen konnte aufgezeigt werden, welche wesentlichen Zusatzmaßnahmen bei diesen Ausführungsvarianten zu beachten sind, um eine vergleichbare Qualität zur Regelbauweise zu erhalten. Insgesamt konnte durch die Untersuchungen gezeigt werden, dass beide Anwendungsfälle ihre Einsatzbereiche, aber auch –grenzen aufweisen. So lässt sich eine Anwendung einschaliger Spritzbetonkonstruktionen nur in den Tunnelbereichen empfehlen, die nicht unter ständigem Straßenverkehr stehen, d.h. primär in Zuluft- oder in Fluchtstollen. Die Begründungen dazu und die geeigneten Konstruktionen werden im Bericht dargelegt. Die zweischaligen Spritzbetonkonstruktionen können unter Beachtung der aufgeführten Zusatzmaßnahmen und einer hohen Ausführungsqualität gerade im Bereich von Aufweitungsbereichen oder anderen schalungsaufwendigen Bereichen eine technische Alternative zur zweischaligen Regelbauweise darstellen. Die Frage der wirtschaftlichen Vorteile zweischaliger Spritzbetonkonstruktionen gegenüber der Regelbauweise lässt sich dabei allerdings nur objektspezifisch beantworten.
Kurzfassung auf Englisch: With the use of final shotcrete constructions in road tunnelling there are principally considered two cases of use: 1.) Use as one-shell constructions, that means the shotcrete outer lining (first layer) represents the final construction in connection with a second shotcrete layer. Here, the outer lining has to take on load-bearing functions permanently. 2.) Use as double-shell shotcrete constructions, where a shotcrete shell as inner lining is used instead of the cast arch of the usual construction method. Outer and inner lining work separately, the outer lining does not have any functions in the final state. Until now the ranges of application, but also the limits of both cases of use are almost unclarified for the road tunnelling in Germany. There are only few covered experiences. First uses show however that for both cases economic possibilities of use exist. Here, it is important to know which permanent carrying-out quality can be reached with these constructions in comparison with the double-shell standard construction method anyway. For answering these and other questions both cases of use were examined more closely in the course of the construction phase of the Rennsteigtunnel (BAB A71). The first case with a test area drafted by the Federal Highway Research Institute (BASt), the second case with constructions which go back on the initiative of the consortium at the Rennsteigtunnel. In the present report the examinations, made in the scale of the construction for judging the ranges of application are shown as well as their results. The basis of the examinations is the state of knowledge which is present in both cases of use at the moment. An analysis of carried-out buildings shows that the most uses of one-shell constructions concentrates on the underground and on the suburban railway. Here, experiences are present but these are only partly transferable to the road tunnel construction, especially because of the bigger excavated cross-sections. In contrast to this, first cases of use of double-shell shotcrete constructions can already be found in railway and road tunnelling. For examining the ranges of application of oneshell shotcrete constructions the practicability, the structural behaviour and the sealing behavior of different one-shell variants were examined at the test area at the Rennsteigtunnel. Therefore it was necessary to formulate the road tunnel specific and hydro-geological marginal conditions which had to be integrated into the conception of the test area. With these results it was possible to derive recommendations which should be taken into consideration for a future use of one-shell shotcrete constructions. Apart from pure shotcrete constructions also cast constructions were comparatively integrated into the examinations. The double-shell shotcrete constructions were used in the top headings of the two fan caverns as well as in one of the two air supply galleries of the Rennsteigtunnel. By accompanying the plannings and the carrying outs it could be demonstrated which essential additional measures are to be taken into consideration in these carrying out variants for getting a comparable quality to the standard construction method. All in all, with the examinations it could be shown that both ways of use show their ranges but also the limits of their application. Thus, a use of one-shell shotcrete constructions could only be recommended in tunnels which are not frequently under traffic that means primarily in supply air galleries or in escape galleries. The reasons for this and the suitable constructions are explained in the report. The double-shell shotcrete constructions can be a technical alternative to the double-shell standard construction method considering the listed additional measures and the high carrying out quality especially in the field of enlargement areas or other areas with elaborate formworks. The question of economic advantages of double-shell shotcrete constructions in contrast to the standard construction method could only be answered objectspecifically.