Full-face versus sequential excavation - A case study of the Chamoise Tunnel (France) / Vollausbruch versus Teilausbruch - Eine Fallstudie vom Chamoisetunnel (Frankreich)

Construction of the 3,300 m long Chamoise Tunnel in the French Jura Mountains had to overcome long sections of swelling marls beneath an overburden of 400 m. During the design phase, a reconnaissance gallery of 9 m² was driven to investigate the geological conditions over the entire length of the tunnel. The findings of the gallery led the designer to choose the NATM. The North Tube was constructed between 1981 and 1984. The South Tube was constructed about ten years later. The main revolution in methodology was the change from sequential to full-face excavation in the marl sections. Applied for the first time for the Chamoise tunnel, the economic benefits of full-face excavation even in poor ground, largely due to the reduction of works cycles and the use of bigger machines, initiated a general trend from sequential towards full-face excavation in France.
The paper presents the methodological differences between the tunnel drives of the Chamoise north and south tubes. The comparison is supported by a numerical back-analysis of the observed ground behaviour. In addition, the role of face confinement is examined. The study shows that in the case of the Chamoise Tunnel the excavation sequence has little influence on the short-term ground behaviour and that face confinement would have been of no use. From an economical point of view, the most significant difference between the two tunnel drives are the mean advance rates, which were about 20% higher for full-face excavation (without face reinforcement) than the rates achieved by sequential (three-staged) excavation.
Beim Bau des 3.300 m langen Chamoisetunnels im französischen Juramassiv waren lange Abschnitte von quellfähigen Mergeln unter einer Überlagerung von etwa 400 m zu durchörtern. Im Zuge der Planung wurde ein Erkundungsstollen mit 9 m² Querschnitt über die gesamte Tunnellänge aufgefahren. Basierend auf den Ergebnissen des Stollenvortriebs wurde die NÖT als die geeignetste Bauweise ausgewählt. Die Nordröhre wurde zwischen 1981 und 1984 errichtet. In den Mergelabschnitten erfolgte der Ausbruch mechanisch und in drei Phasen (Kalotte, Strosse, Sohle). Die Südröhre wurde etwa zehn Jahre später errichtet. Hauptunterschied im Vergleich zur Nordröhre war die Umstellung vom mechanischen Ausbruch der Mergel auf Vollausbruch im Sprengvortrieb. Damit wurde der Chamoisetunnel zum ersten französischen Autobahntunnel, der durchgehend im Vollausbruch aufgefahren worden war. Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile dieser Arbeitsweise, vor allem durch die reduzierte Zahl der Arbeitszyklen sowie den Einsatz größerer Maschinen, wurde damit in Frankeich ein genereller Trend vom Teilausbruch zum Vollausbruch eingeleitet.
Der Beitrag beschreibt die methodischen Unterschiede zwischen den Vortrieben der Nord-und Südröhren. Der Vergleich wird durch numerische Rückrechnungen ergänzt; zusätzlich wird die Rolle der Ortsbruststützung am Beispiel der Südröhre untersucht. Der Vergleich zeigt, dass die Ausbruchsequenz im Fall des Chamoisetunnels kaum Einfluss auf die kurzfristigen Gebirgsverformungen hat und dass eine Stützung der Ortsbrust wenig Sinn gemacht hätte. Aus wirtschaftlicher Sichtweise liegt der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Röhren in den erzielten Vortriebsraten, die im Vollausbruch (ohne Ortsbruststützung) etwa 20% höher als beim dreistufigen Teilausbruch waren.