Modellierung von Stützmitteln im Tunnelbau mit der BEM

Stützmittel spielen im Tunnelbau eine wichtige Rolle. Die Neue Österreichische Tunnelbauweise (NATM) basiert auf der Interaktion zwischen der Gewölbewirkung der Felsmasse infolge des Aushubs und dem unterstützenden Tragsystem. Der Zeitpunkt des Einbaus und die exakte numerische Modellierung von Stützmitteln sind daher ein äußerst wichtiger Aspekt. Während die numerische Simulation von Stützmassnahmen wie Spritzbeton und der Einbau von Stahlrahmen und Tübbingen bereits in hinreichend untersucht wurde, behandelt das vorgelegte Projekt die effiziente Simulation von Felsankern und Rohrschirmen. Im Projekt wird ein neuer, auf der Methode der Randelemente basierender macro-scale Ansatz für die numerische Erfassung von Stützmitteln im Tunnelbau entwickelt und in ein existierendes Randelementprogramm integriert. Die neue Methode hat gegenüber bekannten Ansätzen zwei wesentliche Vorteile. Da die Randelementmethode für die Darstellung des unendlichen Halbraums (Boden oder Fels) verwendet wird, wird der numerische Aufwand verglichen mit einer Gebietsdiskretisierung (FEM) erheblich reduziert. Die zweite Verbesserung beruht auf einem innovativen Ansatz, mit dessen Hilfe die Stützmittel nicht als eigenes Gebiet sondern lediglich durch Zellen dargestellt werden müssen. Stützmittel im Grund erfordern somit keine zusätzlichen Unbekannten. Zur Lösung des numerischen Problems wird ein iteratives Verfahren eingesetzt. Weil dieses Verfahren in gleicher Weise wie der Plastizitätsalgorithmus abläuft, entstehen kaum zusätzliche numerische Kosten. Ein Hauptziel des Projekts ist die Effizienz der Berechnung, die durch die semi-analytische Lösung der Volumenintegrale in der Randintegralgleichung erreicht wird.