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Bemessungsgrundlagen und Konstruktion der Sohle des Freudensteintunnels

Abstract:

An Proben des vom Freudensteintunnel durchörterten Anhydritgesteins wurden im Laborversuch Schwelldrücke von mehr als 8 MPa gemessen. Es gibt keinen Grund zu der Annahme, daß sich derartig hohe Drücke nicht auch unter der Tunnelsohle aufbauen. Wie statische Berechnungen gezeigt haben, liegt die Bruchlast kreisrunder, stark bewehrter Tunnelauskleidungen von bautechnisch beherrschbarer Dicke in der Größenordnung von höchstens 2 MPa. Damit schied eine herkömmliche Tunnelauskleidung nach dem Widerstandsprinzip als nicht mehr machbar oder zumindest als wirtschaftlich nicht vertretbar aus. Um das Risiko auszuschließen, daß eine unterdimensionierte Tunnelauskleidung bereits nach wenigen Jahrzehnten zerstört wird, wurde eine Konstruktion nach dem ,,Verfahren mit nachgiebiger Sohlstützung“ gewählt. Hierbei wird in der Sohle zwischen Auskleidung und Gebirge eine kompressible Schicht (Knautschzone) eingebaut, die Schwellhebungen in begrenztem Umfang zuläßt und so den Aufbau von Schwelldruck verzögert. Da bei der Hebung ein Teil des Schwellpotentials abgebaut wird, kann zugleich auch mit einer Reduzierung des im Endzustand wirkenden Schwelldrucks gegenüber dem Maximalwert gerechnet werden. Als Baustoff für die Knautschzone erwies sich in einer umfangreichen Untersuchungsreihe Blähton als optimal. Er läßt sich unter einer Auflast von 1 MPa um 45 % zusammendrücken. Die dadurch ermöglichte Hebung des Gebirges unter der Sohle entspricht dem Wert, der auf Grund von Schwelldruck- und Schwellhebungsversuchen bei einer Auflast von ebenfalls 1 MPa erwartet wird. Demnach müßte sich bei diesem Druck ein Gleichgewichtszustand einstellen. Als Bemessungssohldruck wurde daher 1 MPa festgelegt. Da es sich bei Schwelldruck um keine konservative, das heißt beim Nachgeben des Tragwerks unvermindert nachschiebende Kraft handelt, sondern um eine Zwangsbeanspruchung, besteht niemals die Gefahr eines plötzlichen Versagens der Tunnelauskleidung. Der Schwelldruck sowie die Spannungen im Beton und Stahl werden in mehreren Meßquerschnitten kontinuierlich gemessen. Sollte der Sohldruck nach 50 oder 80 Jahren wider Erwarten doch den Bemessungsdruck übersteigen, so kann durch Ausräumen der Knautschzone unter der freitragenden Sohle ohne Beeinträchtigung des Bahnbetriebs eine Entlastung vorgenommen werden. Die bisherigen Messungen zeigen, daß die Knautschzone ihre Aufgabe voll erfüllt. Die Sohldrücke liegen hier im allgemeinen noch unter der Grenze, bei der die Druckmeßdosen ansprechen. Dagegen haben sich unter den direkt gegen das Gebirge betonierten seitlichen Auflagerbalken bereits Drücke von etwa 23 MPa aufgebaut. Die Beton- und Stahlspannungen entsprechen diesem Belastungsbild. Eine Biegebeanspruchung der Sohle mit Zugspannungen auf der Oberseite ist noch an keiner Stelle festzustellen. Die anfänglich sehr hohen Hebungsraten des Gebirges unter der Sohle haben seit dem Einbau der Auskleidung i. a. deutlich abgenommen. Sie liegen bei 5 bis 8 mm/Jahr. Es wird damit gerechnet, daß die Hebungsgeschwindigkeit mit wachsendem Gegendruck der Knautschzone noch geringer wird. Damit wäre eine Verzögerung des Bemessungslastfalles um 100 Jahre sichergestellt. Für eine abschließende Beurteilung ist die bisherige Beobachtungsdauer allerdings noch zu kurz.

Authors:

Kirschke, K. and Kovári, Kalman and Prommersberger, G.

Index Terms:

rock; TunnelingGroup; Kirschke, K.; Kovari, Kalman; Prommersberger, G.

Further Information:

Date published: 1991