Since some years Bochum subway tunnels have been constructed due to the principles of the New Austrian Tunnelling Method (NATM), the final construction of which consists of a primary shotcrete shell and an additional in-situ concrete supplement and represents a compound structure. After analyzing the first results of a longterm-testing of a cross-sectional measurement and additional bench tests further effective rules of dimensioning had been developed for this economical construction.
Depuis quelques annees à Bochum les tunnels de metro sont construits selon les principes de la Nouvelle Methode Autrichienne de construction des Tunnels (NATM). Leur construction definitive a une coupe transversale composite consistant en une coque primaire en beton arme projete, suivie et completee par une coque en beton arme coule sur place. L'interpretation des resultats obtenus par un appareil de mesure dans le temps et par des analyses de laboratoire complementaires a permis de developper des regles de dimensionnement plus realistes pour cette methode de construction economique.
Seit einigen Jahren werden in Bochum U-Bahn-Tunnel nach den Prinzipien der Neuen uesterreichischen' Tunnelbaumethode (NATM) hergestellt, deren endgueltige Ausbaukonstruktion ein aus primarer Spritzbetonsicherung und folgender Ortbetonerganzung bestehender Verbundquerschnitt ist. Nach Auswertung erster Ergebnisse eines fuer Langzeitmessungen ausgelegten Meβquerschnitts und erganzender Laboruntersuchungen konnten fuer diese wirtschaftliche Bauweise wirklichkeitsnahere Bemessungsvorschriften entwickelt werden
Seit mehr als 15 Jahren werden in Bochum Tunnelanlagen der U-Bahn erstellt. Nach den Prinzipien der Neuen österreichischen Tunnelbaumethode (NATM) wurden ein- und mehrgleisige Streckenröhren sowie Weichenanlagen und Bahnhofsröhren mit den zugehörigen Schragstollen aufgefahren.
Zur Ausfuehrung gelangten Querschnitte von 6 bis 21 m Breite. Die Firstueberdeckungen betrugen zwischen 3 und 16 m, in Sonderfallen - in Verbindung mit besonderen Abf,angemaβnahmen - 0,0 m.
Der Baugrund in Bochum ist gekennzeichnet durch die typische Abfolge:
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Anschuettungen unterschiedlicher Machtigkeit,
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sandige, schluffige, tonige Schichten des Quartar (Diluvium, Alluvium): Bachablagerungen, Löβ/- Löβlehm, Geschiebemergel,
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Mergelschichten, der Kreide (Cenoman und Turon) sowie deren schluffig-tonige Verwitterungsböden,
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Karbon (Sandstein, Tonschiefer, Kohlenflöze). Die Vortriebe wurden in erster Linie in den Schichten des Quartar und der Oberkreide durchgefuehrt. Kennzeichen der NATM ist, daβ zunachst, eine vorlauflge Sicherung aus bewehrtem Spritzbeton (Tunnelaussenschale) eingepracht wird, die
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in einem grtöβeren zeitlichen Abstand folgend
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durch eine Tunnelinnenschale aus Stahlbeton erganzt wird (zweischalige Bauweise). Bei der Dimensionierung der Innenschale wird die Auβenschale ueblicherweise als nicht dauerstandfest und somit als nicht mittragend angesehen, obwahl sie wesentliche Tragfunktionen auch ueber den Auslegungszeitraum hinaus uebernimmt. Durch gezielte Qualitatsverbesserung der Auβenschale und intensive theoretische Vorarbeiten wurden die Voraussetzungen geschaf(en, dieses Bauteil in den rechnerischen Nachweis der Dauerstandsicherheit fuer die Gesamtkonstruktion einzubeziehen.
Die folgend als "einschalig" bezeichnete Verbundbauweise ist dadurch gekennzeichnet, daβ der auβere Schalenteil - die primare Hohlraumsicherung - nachfolgend durch einen inneren Ortbetonschalenteil erganzt wird, der weder durch Folien noch andere Trenn
(Figure in full paper)
schichten vom auβeren Schalenteil gelöst ist und so zusammen mit diesem zwangslaufig einen Verbundquerschnitt bildet.Die geltenden Bemessungsregeln sehen folgende Vorgehensweise fuer Standsicherheits- und Gebrauchsfahigkeitsuntersuchungen vor:
Bis zum Einbau der Innenschale erfuellt die Auβenschale -in Verbindung mit dem mittragenden Gebirgedie Funktion der Sicherung des Hohlraumes. Der Beanspruchungszustand wird durch geometrische Gegebenhei
- ten (Querschnittsgröβe und -form, Schalendicke, Überdeckung usw.) und Materialeigenschaften (Beton, Gebirge) bestimmt. Die Dauer dieses Bauzustandes ist zusatzlich zu beruecksichtigen, wenn zeitabhangige Spannungs
- Verformungsbeziehungen des Gebirges und des Betons eingerechnet werden muessen.
Wahrend und nach Einbringen und Erharten der inneren Schale wird zunachst aus zeitabhangigem Temperaturverhalten (Hydratationsprozeβ) eine Wechselwirkung zwischen beiden Schalenteilen erzeugt. Danach fuehrt das Kriechen der vorbelasteten Auβenschale zu Lastumlagerungen auf den Innenteil. Die Gröβe dieser Umlagerungen ist insbesondere abhangig von den bereits eingetretenen Kriechverformungen, d.h. von der Dauer der Vorbelastung und somit yom Alter der vorlaufenden Schale zum Zeitpunkt der Herstellung des Innenteils und yom Kriechverhalten des Gebirges.
Nahezu zeitlich parallel zum Kriechvorgang verlauft der Schwindprozeβ in der inneren Schale. Anders als bei Hochbaukonstruktionen laufen jedoch Schwind- und Kriechprozesse bei Tunnelschalen wegen der guenstigeren Randbedingungen (Luftfeuchtigkeit und Temperatur) langsamer und weniger ausgepragt ab.
Eine weitere Belastungsphase wird durch spatere Ănderung der auβeren Belastung gepragt, wie sie Z. B. der sich aufbauende Wasserdruck und veranderte Gelandebel astungen erzeugen. Diese Belastungen beanspruchen die Gesamtschale nahezu wie eine monolithisch hergestellte Konstruktion.
Als Kriterium fuer die Gebrauchsfahigkeit gilt im allgemeinen die Einhaltung von zulassigen Betondruck- und Stahlzugspannungen im Zugbereich. Bei Verbundsystemen muessen darueber hinaus die Verbundspannungen in der Arbeitsfuge nachgewiesen werden.
Die entscheidende Schwierigkeit eines realistischen Nachweises ist die Behandlung der Verbundkrafte. In Anlehnung an die deutsche Stahlbetonnorm DIN 1045 kann die Kontaktfuge zwischen beiden Schalenteilen als Arbeitsfuge betrachtet werden, in der bei strenger Anwendung der Vorschrift eine Schubbewehrung anzuordnen ist.
Neben den verfahrenstechnischen Problemen, die beiden Tunnelschalen mit Schubbewehrung zu verbinden, erhöhen vom auβeren zum inneren Schalenteil verlaufende Stabe der Schubbewehrung die Wasserwegsamkeit und stehen der Absicht, eine weitgehend wasserdichte Konstruktion herzustellen, entgegen.
