Teilprojekt B1 "Multimaterielle modulare Tübbingsysteme für den adaptiven, robusten Tunnelausbau"

1. Projektphase (Juli 2010 bis Juni 2014):
Tübbinge sind einzelne im Fertigteilwerk vorgefertigte Stahlbetonelemente, die durch den Erektor der Tunnelvortriebsmaschine zu einem Ring zusammenmontiert werden. In einschaliger Bauweise bilden sie die endgültige Auskleidung. Tübbinge sind im Bau- und Endzustand einer Vielzahl von Beanspruchungen ausgesetzt. Dabei werden sie zumindest lokal des Öfteren bis an oder sogar über die Leistungsfähigkeitsgrenze beansprucht. Dabei spielen Teilflächenbelastungen und Zwangswirkungen, z.B. aus den Vortriebspressen und lokalen Pressungen bei Kantenkontakten, sowie später aus punktueller Querkraftübertragung im Topf-Nocke-Bereich, Versätzen oder Rotationen eine wesentliche Rolle. Hieraus resultierende Rissbildungen und Abplatzungen führen in der Regel zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit und damit der langzeitigen Nutzung des Tunnelbaus.

Ziel des Teilprojektes B1 ist es, den Qualitätsstandard der Tübbinge unter dem Aspekt der Sicherheit, Robustheit und Dauerhaftigkeit, zunächst unter Einsatz von Stahlfaserbeton und in einem nächsten Schritt durch Entwicklung eines neuen Tübbingtypus hinsichtlich Langlebigkeit nachhaltig zu verbessern. Dabei werden interagierend numerische und experimentelle Methoden eingesetzt und das Tübbingsystem ganzheitlich auf Material-, Bauteil- und Prozessebene betrachtet und topologisch optimiert.

2. Projektphase (Juli 2014 bis Juni 2018):
Ziel des Teilprojekts in der 2. Phase ist es, hybride Tübbings in Bezug auf Materialien, Herstellung, Robustheit und dauerhafte Tragfähigkeit ganzheitlich zu optimieren. Dabei wird auf den grundsätzlichen Untersuchungen zum Fasereinsatz in Tübbings und wesentlichen Verfahrensentwicklungen zur Designoptimierung aus der 1. Förderperiode aufgebaut. Die Optimierung bezieht sich nicht nur auf Beanspruchungen aus dem Endzustand des Tunnels, sondern schließt die Verformungs- und Lastkonstellationen der Bauzustände mit ein, um Schädigungsanfälligkeiten im Bau zu reduzieren und gleichzeitig bemessungsrelevante Zulagen der Bauzustände minimal zu halten. Die in TP B1 auf optimierungsgestützten Entwurf, Robustheitsprüfung und Experimente ausgerichteten Untersuchungen geschehen eng abgestimmt mit dem TP B2, welches detaillierte numerische Simulationsrechnungen zu den einzelnen Teilschritten durchführt.

3. Projektphase (Juli 2018 bis Dezember 2022):
Ziel der 3. Förderphase ist es, die bislang erarbeiteten Methoden und Elemente hybrider Tübbingsysteme einschließlich deren spezifischer Herstellungsprozesse bis in den Realmaßstab zu modularisierten Tübbings fortzuentwickeln, konsekutiv zu multimateriellen, adaptiven Mehrschichtsystemen für den Einsatz in Störzonen mit erhöhten Gebirgsverformungen Weiterzuentwickeln und die erreichten Verbesserungen gegenüber klassischen Konzepten auf Materialebene und an prototypischen Gesamtbauteilen experimentell zu zeigen.

Forschungslinie 2 (Bausofftechnik) fokussiert sich auf die Entwicklung und Charakterisierung geeigneter Materialien für die kompressible Zusatzschicht. Essentiell ist dabei, dass diese sich unter den anfänglichen Einwirkungen (z. B. dem Ringspaltverpressdruck) nahezu elastisch erhalten, d.h. eine ausreichende Steifigkeit aufweisen. Gegenüber später einwirkendem Gebirgsdruck unter den dann triaxialen Randbedingungen verhalten sich diese nach Überschreiten eines definierten Spannungsniveaus plastisch. Primär sind dabei zementgebundene Materialen mit unterschiedlicher Porosität (z.B. durch leichte Gesteinskörnung, Schaumstoffzusätze usw.) vorgesehen, die durch entsprechende Kombinationen den jeweiligen Stauchungsanforderungen angepasst werden können. Neben den materialtechnischen Untersuchungen werden auch Ansätze für die Herstellung von Tübbings mit diesen multimateriellen, adaptiven Mehrschichtsystemen einbezogen.

Veröffentlichungen