Cuttability and drillability of rock are similarly affected by geological structural features as are strength and deformability of a rock mass. The results of wedge penetration tests and disk cutting experiments on rocks With a distinctive strength anisotropy clearly show that anisotropy and discontinuities have to be fully taken into account for realistic predictions of the rate of penetration of a full-face tunnelling machine. A simplified procedure, assuming continuity and isotropy, would lead to wrong predictions. This is demonstrated on Ruhr Sandstone, a rock of only slight strength anisotropy. There the rate of advance of a full-face tunnelling machine in a direction normal to the bedding can be 1.3 times higher than in the direction parallel to it. An important mechanical parameter for the prediction of such differences is the tensile strength of the rock, particularly its degree of anisotropy.
Ähnlich wie die Standfestiqkeit und Verformbarkeit des Gebirges wird auch dessen Lösbarkeit massgebend durch die Beschaffenheit des geologi- schen Gefueges beeinflusst. Durch Ergebnisse von Keileinpressversuchen und chneidversuchen mit Diskenmeisseln in Gesteinen mit ausgepragter Festigkeitsanisotropie wird gezeigt, daβ eine vereinfachende Betrachtungsweise, die das Gebirge als homogen und isotrop annimmt, in anisotropen Gesteinen ketne realistischen Vortriebsprognosen fuer Vollschnittmaschineneinsatze ermöqlicht. Selbst in Gesteinen mit nur schwach ausgepragter Festigkeitsanisotropie, wie zum Beispiel Ruhrsandstein, kann die Nettobohrgeschwindtgkeit einer Vollschnittmaschine bei einem Tunnelvortrieb senkrecht zur Schichtung um den Faktor 1,3 grösser sein als parallel dazu. Ein wichti- ger mechanischer Parameter zur Abschatzung solcher Unterschiede ist die esteinszuqfestigkeit und deren Anisotropie.
La fragmentation ou forabilite d''un massif rocheux depend en grande partie des qualites de la structure geologique analogue à la stabilite et deformabilite de le massif rocheux. Les resultats des essais avec un coin et avec des molettes ont demontre qu''il n''est pas vrai de faire des previsions realistes concernant la progression quotidienne avec un tunnelier "pleine section" en roche anisotrope basees sur la supposition que la roche est homogène et isotrope. Même dans des roches n''ayant qu''une très faible anisotropie de la resistance comme, par exemple le "Ruhrsandstein" (le sable de la Ruhr), la vitesse de creusement nette d''un tunnelier "pleine Section" peut s''elever 1,3 lors de la progression de creusement du tunnel verticalement par rapport à un creusement parallel à la stratification. La resistance de la roche à la traction et sa anisotropie sont paramètres mechaniques tres important pour l''estimation de telles differences.
Die Leistungsfahigkeit und Wirtschaftlichkeit von Vollschnittmaschinen wird, abgesehen von Aspekten rein baubetrieblicher oder technischer Natur, hauptsachlich durch die Geologie der aufzufahrenden Tunnelstrecken bestimmt. Neben der Gesteinsart bewirken insbesondere Ausmaβ und Orientierung von Klueftung und Gesteinsanisotropie Unterschiede im Werkzeugverschleiβ und in der erreichbaren Bohrgeschwindigkeit. Auβer dem Bruchvorgang unter der Einwirkung einer Meiβelschneide wird auch die Verspannbarkeit der Maschine vom Gesteinsgefuege positiv oder negativ beeinfluβt. Obwohl diese Tatsache seit langem bekannt ist (Blindheim 1979, Wanner 1975) wird das Gebirge fuer Bohrbarkeitsprognosen haufig immer noch als homogen und isotrop betrachtet. Mit Hilfe einfacher, die Gefueqeorientierung nicht beruecksichtigender Festigkeitsparameter, wie z.B. einaxiale Druckfestigkeit oder Scherfestigkeit, werden Vorhersagen der Vortriebsleistung von Vollschnittmaschinen getroffen (Roxborough, Phillips 1975, Wang et. al, 1978). Dieses Vorgehen kann in vielen Fallen durchaus befriedigende Ergebnisse liefern, aber auch, angesichts einer Vielfalt von geologischen Parametern, deren Einfluβ auf die Bohrgeschwindigkeit einer Vollschnittmaschine heute noch nicht sicher beurteilt werden kann, zu ungenauen oder falschen Aussagen fuehren.
Um hier zu einer besseren Kenntnis der Wechselwirkung zwischen Vollschnittmaschine und Geologie zu gelangen, wird in diesem Beitrag anhand von einigen interessanten Versuchsergebnissen gezeigt, wie sich die Anisotropie der mechanischen Gesteinseigenschaften auf die Werkzeugbelastung und die Nettobohrgeschwindigkeit von Vollschnittmaschinen auswirkt. Es handelt sich hierbei um Ergebnisse von kontrollierten Schneidversuchen mit Diskenmeiβeln und Keileindringversuchen im Labor, die im Rahmen eines Forschungsvorhabens ueber den Einfluβ des geologischen Gefueges auf die Wirkungsweise von Vollschnittmaschinen im Streckenvortrieb ermittelt wurden. VERSUCHSBEDINGUNGEN
Die Auswahl der Versuchsgesteine erfolgte hauptsachlich unter dem Gesichtspunkt, daβ ein möglichst weiter Bereich verschiedener Festigkeiten und Anisotropiegrade vertreten sein sollte. Neben hauptsachlich verwendeten Sandstein- und Tonschieferproben aus dem Ruhrkarbon wurden fuer die Keileindringversuche auch verschiedene alpine Gneise sowie Kalkstein-, Marmor-, Diabas- und Granitproben benutzt.
Die im Rahmen dieses Beitrages vorgestellten Ergebnisse wurden an den drei in Tabelle 1 zusammengestellten Gesteinen ermittelt. Die beiden mit K und S gekennzeichneten Sandsteine unterscheiden sich hauptsachlich durch ihren Verwitterungsgrad. Beide weisen einen Quarzgehalt von ca 70 % auf und sind stratigraphisch dem unteren Oberkarbon zuzuordnen. Der Gneis stammt aus Sondrio (Tessin, Schweiz)und ist tertiaren Alters. Sein Quarzgehalt betragt ca 45 %.
