Lastplattenversuch

mit Gripper-Tunnelvortriebsmaschine

Ziel des Projekts war es, die Verformungen des Gebirges im Zuge der Verspannvorgänge der TBM anhand der Gripperwege zu messen. Aus der Beziehung der Anpresskraft zur gemessenen Verformung sollte dabei die Materialeigenschaft des Verformungsmoduls bestimmt werden. In Tunnelstatiken, ist das Verformungsmodul der wichtigste, in die Berechnung eingehende Baugrundparameter.

Um diese Pläne umzusetzen, wurde auf einen Tunnelvortrieb mit einer Gripper TBM zurückgegriffen, bei dem es ein vorliegendes Konzept zur Gebirgsklassifizierung, eine felsmechanische Interpretation der Gebirgseigenschaften sowie eine Dokumentation der angetroffenen Ist-Geologie gibt. All diese Voraussetzungen waren beim Projekt 5th Waterline to Jerusalem gegeben.

Da die TBM in diesem Projekt aus den 1980er Jahren stammt und nicht über die nötigen Messeinrichtungen verfügt, werden die Gripperwege konventionell mit Hand aufgezeichnet. Dabei wird ein handelsüblicher digitaler Messschieber verwendet, der einen Messbereich von 0 bis 500 mm bei einer Genauigkeit von einem hundertstel Millimeter aufnehmen kann.  

Zu Beginn der rechnerischen Auswertung wird der Gripperpressendruck auf den Anpressdruck der Gripperplatte umgerechnet. Beispielsweise ergibt ein Pressendruck von P_Presse = 148 bar einen Anpressdruck der Gripperplatte auf das Gebirge von P_Gripper = 1,933 MPa.

Die Anpressdrücke können nun zusammen mit den gemessenen Gripperwegen in ein Diagramm eingetragen werden (siehe Abbildung 1). Mit Hilfe des Steigungsdreiecks lässt sich aus den zwei Werten der Verformungsmodul an dieser Stelle des Gebirges berechnen.

Insgesamt wurden 22 Gripperwegmessungen auf der Baustelle durchgeführt. Um die Plausibilität der Ergebnisse zu bestätigen, wurde parallel dazu das durchörterte Gebirge kartiert und nach der Gebirgsklassifizierung des RMR-Systems bewertet.

Idealerweise wurden die Messungen in zwei verschiedenen Gebirgsklassen durchgeführt, sodass neben der grundsätzlichen Plausibilität auch die Sensitivität der Methodik auf Änderungen der Gebirgsbeschaffenheit überprüft werden konnte.

In Abbildung 2 ist zu erkennen, dass die berechneten Werte für den Verformungsmodul gut mit der Felsklassifikation aus dem RMR-Report korrelieren.

Die mit Hilfe der Gripperwege errechneten Werte aus dem Bereich A befinden sich zu 100 % innerhalb der Spanne an Verformungsmodulwerten der Klasse II. Hier liegt also eine sehr eindeutige messtechnische Bestätigung der Gebirgsklasse vor.

Im Bereich B liegen ca. 86 % der errechneten Module innerhalb der Gebirgsklasse III.

Bereich C liegt bzgl. der Gebirgsklassifikation im Übergang zwischen den Klassen II und III:  ca. ein Drittel der Werte liegt innerhalb der Klasse III und zwei Drittel innerhalb der Klasse II.

Das Forschungsprojekt hat bewiesen, dass TBM-Maschinendaten zur Messung von Gebirgseigenschaften genutzt werden können. Dadurch kann eine kontinuierliche, belastbare Verifizierung der angetroffenen geologischen und felsmechanischen Eigenschaften während des Tunnelvortriebs gewährleistet werden. Die Ergebnisse können im Nachtragsmanagement, der Vertragsgestaltung (Abrechnung nach Gebirgsgüte) und im Druckstollenbau verwendet werden.