mentelle und numerische Modellierung der Spannungsumlagerung aus Querschlagöffnungen seichtliegender Tunnel

In der Tunnelpraxis ist die Planung und Ausführung von Querschlägen für einen erfolgreichen Bauvorgangvon entscheidenderBedeutung.Der Querschlagbereicherfordert zusätzliche Stützmaßnahmen. Dabei verlassen sich Tunnelplaner auf komplexe dreidimensionalen numerischen Berechnungen, deren Validierung jedoch rar ist. Das allgemeine Ziel dieser Forschung besteht darin, das Verständnis der Spannungsumlagerung aufgrund der Querschlagöffnung zu erweitern. Aufgrund der Drainageeffekt der Streckenröhre vor dem Querschlagöffnung ist der Boden im vorzutreibenden Querschlag teilgesättigt. Diese Studie zielt darauf ab, den Effekt der Teilsättigung in die Standsicherheitsberechnungen von Querschlägen einzubeziehen. Die Spannungsumlagerung im Querschlagbereich wird sowohl experimentell in der geotechnischen Zentrifuge als auch numerisch untersucht. In der Zentrifuge werden Versuche mit Modellboden bei variierendem Verhältnis von Überlagerung zu Durchmesser durchgeführt. Für die numerischen Berechnungen wird das hypoplastische Stoffgesetz auf teilgesättigte Böden unter Berücksichtigung des Zusammenhanges zwischen Sättigungsgrad und Vorkonsolidierungsdrucks erweitert. Numerischen Berechnungen werden an Modelltunneln durchgeführt, um die Empfindlichkeit der Ergebnisse auf Änderungen der Eingangsparameter abzuschätzen. Mit dieser Sensitivitätsanalyse werden Bemessungshilfen für die Tunnelbaupraxis entwickelt.

Diese Studie konzentriert sich darauf, die Auswirkungen des Baus von Querschlägen in Tunneln zu verstehen, die für den Notzugang, die Wartung und die Lagerung von Ausrüstung unerlässlich sind. Querschläge sind kleine Tunnel, die größere Haupttunnel verbinden. Trotz ihrer Bedeutung sind die Auswirkungen ihres Baus auf die Haupttunnel nicht gut verstanden. Diese Forschung zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem untersucht wird, wie sich die Spannungen um diese Querschläge herum neu verteilen. Um dies zu untersuchen, führten die Forscher Experimente mit einem maßstabsgetreuen Modell eines Tunnels bei 50-facher normaler Gravitationskraft (50g) durch. Sie installierten Dehnungsmessstreifen in der Nähe des Scheitels (Krone) und der Seiten (Federlinien) der Querschlagöffnung, um Änderungen der Spannung zu messen. Diese experimentellen Ergebnisse wurden dann mit Computersimulationen unter Verwendung der dreidimensionalen Finite-Elemente-Analyse verglichen. Die Dehnungsmessstreifen erwiesen sich als zuverlässige Methode zur Schätzung von Spannungsänderungen sowohl in der Umfangsrichtung (kreisförmig) als auch in der Längsrichtung (längs). Die Experimente zeigten, dass die Umfangskraft in der Nähe der Querschlagöffnung signifikant zunahm-um etwa das 2,68-fache bei einem Verhältnis von Querschlagdurchmesser zu Tunneldurchmesser (C/D) von 0,5 und um das 1,72-fache bei einem C/D von 1,0. Während es einige Übereinstimmungen zwischen den experimentellen Ergebnissen und den Computersimulationen gab, gab es auch bemerkenswerte Unterschiede. Insbesondere die Biegemomente (Kräfte, die den Tunnel biegen) zeigten in den Experimenten unregelmäßige Ergebnisse, wahrscheinlich aufgrund von Interferenzen durch die Endstützen des Modells. Das Verständnis der durch den Bau von Querschlägen verursachten Spannungsänderungen kann Ingenieuren helfen, sicherere und effizientere Tunnel zu entwerfen. Dieses Wissen ist entscheidend für die Gewährleistung der strukturellen Integrität von Tunneln, was erhebliche Auswirkungen auf die öffentliche Sicherheit und die Instandhaltung der Infrastruktur hat. Die Studie identifizierte einige Einschränkungen im aktuellen experimentellen Aufbau, wie die Interferenzen durch die Endstützen. Zukünftige Forschungen werden darauf abzielen, diese Probleme zu beheben, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern. Die Ergebnisse dieser Studie können verwendet werden, um das Design und den Bau von Tunneln zu verbessern, wodurch sie sicherer für den Notzugang und die Wartung werden. Dies hat potenzielle Vorteile für verschiedene Sektoren, einschließlich Transport, Stadtentwicklung und öffentliche Sicherheit.