Ebene und raeumliche nichtlineare Berechnungen im Tunnelbau am Beispiel aktueller und geplanter Baumassnahmen / Plane and three-dimensional analysis in tunneling using the example of current and planned construction

Bei Berechnungen im Tunnelbau sollte in der Regel aus wirtschaftlichen Gruenden der zweidimensionalen Berechnung der Vorzug gegeben werden, da diese selbst bei komplizierten Teilvortrieben brauchbare Ergebnisse liefert. Laesst sich mit zweidimensionalen Berechnungen keine Systemsicherheit nachweisen, sollte man zu raeumlichen Berechnungen greifen. Dies kann in einfachen Faellen unter Verwendung linear elastischer Materialgesetze erfolgen. In vielen Faellen muss man jedoch nichtlineare Materialgesetze anwenden und auch geometrisch nichtlineare Berechnungen durchfuehren. Anhand von Beispielen werden sowohl lineare raeumliche Berechnungen als auch nichtlineare Berechnungen im Tunnelbau vorgestellt. So konnten zum Beispiel die Auswirkungen der Abriss- und Baumassnahmen beim Pschorr Haus in Muenchen auf den bestehenden S-Bahntunnel mit einem linear raeumlichen Verfahren ermittelt werden. Wenn mit solchen Berechnungen keine ausreichende Systemsicherheit nachweisbar ist, koennen nichtlineare Berechnungsverfahren vorhandene Tragreserven von Tunnelschalen ausschoepfen. Bei den Abriss- und Neubaumassnahmen am Deutschen Theater in Muenchen untersuchte man die Auswirkungen auf die bestehenden Tunnelroehren mit einem zweidimensionalen nichtlinearen Berechnungsverfahren. Die Besonderheit bei dieser Baumassnahme bestand darin, dass zunaechst erhebliche Entlastungen von bis zu 205 kN/m2 eintraten und nachfolgend Wiederbelastungen von bis zu 230 kN/m2. Dies ergab Beanspruchungen der Tunnelschale, die dieser aus Sicherheitsgruenden nicht zugemutet werden konnten. Nach kraftschluessigem Verpressen der vorhandenen Risse in den Ulmen der Tunnelschale konnten die zusaetzlichen Beanspruchungen durch Abriss und Neubau jedoch rechnerisch aufgenommen werden. Sind die Belastungen in Tunnellaengsrichtung erheblich und variieren ueber die Laenge stark, sind nichtlineare raeumliche Berechnungen angezeigt. Dies trifft auch zu, wenn Tunnelschalen unbewehrt ausgefuehrt werden sollen. Mit solchen Verfahren laesst sich das gesamte Tragsystem aus Boden und Tunnelschale beschreiben. Ausfuehrlich wird auf diese Nachweise im Kontext mit den gueltigen Regelwerken eingegangen. Die nichtlineare Berechnung wird sodann auf zwei geplante Baumassnahmen angewendet. Es handelt sich zum einen um die Neuanlage von vier Querschlaegen beim Tunnel Farchant im Zuge der baulichen Nachruestung zur Erhoehung der Sicherheit fuer die Tunnelnutzer und zum anderen um die Auswirkungen der Erneuerung der bestehenden Eisenbahnueberfuehrung Lindwurmstrasse in Muenchen auf die darunter liegenden U-Bahnroehren. Beim Tunnel Farchant konnte nur durch die raeumliche nichtlineare FE-Berechnung die durch den Bau der Querschlaege eintretenden Spannungsumlagerungen erfasst werden. Da bei unbewehrten Innenschalen mit linearen Berechnungsverfahren kein Nachweis der Standsicherheit erbracht werden kann, wendet man in solchen Faellen nichtlineare Schnittkraftermittlungen an. Die dabei zu beachtenden Einzelheiten und Randbedingungen werden ausfuehrlich dargestellt. Eine unbewehrte Innenschale unter Beruecksichtigung der beschriebenen Vorgehensweise wurde beim Deschlbergtunnel in Cham-Furth im Walde ausgefuehrt. ABSTRACT IN ENGLISH: If the soil cover above an existing tunnel is significantly reduced due to additional construction measures or if additional large loads are introduced it is often necessary to perform a three dimensional analysis. While modeling soil or rock non linear material laws are typically employed. For economic reasons linear elastic material laws should be applied for the tunnel lining. If a linear analysis in combination with modifications to the existing structure does not provide a sufficient level of safety of the overall system a non-linear analysis approach may be a useful alternative for the design of tunnel linings. Non-linear analysis of tunnel linings is required for unreinforced inner tunnel linings or in cases of significant local removal of the soil cover of existing tunnel structures. For such cases the article outlines how a non-linear analysis can be structured and how the necessary load increments should be considered in the soil-tunnel FE model to correctly reflect the bearing behavior of the soil. (A)