Assessment of the interaction of TBM and rock mass in rock tunnelling based on geomechanical calculations / Bewertung der Interaktion von TBM und Gebirge im Felstunnelbau auf der Basis von geomechanischen Berechnungen

Kontinuierliche Vortriebe im Fels unter hohen Überlagerungsverhältnissen erfordern - insbesondere im Hinblick auf den Einsatz von Tunnelbohrmaschinen (TBM) mit Schild - eine umfassende Betrachtung der vortriebsbedingten Spannungsumlagerungsprozesse. Dabei muss für eine zielgerichtete konstruktive Auslegung der TBM eine Einschätzung der zu erwartenden Einwirkungen im Bereich des Bohrkopfs, des Schildmantels und im Bereich des Schildschwanzes erfolgen.

Bewährte analytische Berechnungsmethoden wie Gebirgskennlinienverfahren sind auch heute aufgrund deren einfachen Anwendbarkeit noch weit verbreitet und liefern zuverlässige Ergebnisse für die Belastung der Tunnelauskleidung. Das veränderliche Gleichgewicht im Vortriebsbereich wird dabei aber ungenügend betrachtet. Dies ist jedoch für die Bewertung der möglichen Belastungen auf die TBM - und damit für die Bewertung der Machbarkeit des Vortriebs - von entscheidender Bedeutung und bedarf daher einer angemessenen Berücksichtigung.

Im Beitrag werden ausgehend von analytischen und empirischen Modellansätzen deren Erweiterungsmöglichkeiten und Anwendungsgrenzen aufgezeigt. Weiter werden in der Praxis gut handhabbare rotationssymmetrische numerische Modellvorstellungen vorgestellt und deren Anwendungsmöglichkeiten veranschaulicht. Insbesondere wird auf die Simulationsmöglichkeiten von rasch wechselnden Gebirgsverhältnissen eingegangen, wie sie bei der Durchörterung von Störungszonen auftreten.