The measures required for driving a tunnel below the groundwater table depend on the permeability of the soil. In coarse-grained, highly permeable soils additional measures, for example compressed-air support combined with a reduction of the permeability of the soil, e.g. induced by grouting, are necessary. Compared to this, it is possible to do without such measures in fine-grained, cohesive soils because of the increased short-term stability of the tunnel face under undrained conditions. In this publication the results of 3-dimensional finite-element calculations are presented to show the influence of the permeability of the soil and also the rate of the tunnel driving on the deformations around the tunnel as well as on the ground surface. The calculated deformations can furthermore be considered as an indicator for the time dependent stability of the tunnel face due to a higher redistribution of stresses and by that an enlargement of the plasticized zone. Usually the stability of the tunnel face is reduced by the presence of water because of the flow of water towards the tunnel. In low permeable soils undrained conditions prevail immediately after an excavation step. In this case relatively high stability-ratios may occur. The stability of the tunnel face will be reduced with increasing time until reaching the lower boundary of possible values, possibly leading to failure. If calculations are done under the assumption of drained conditions, the real stability of the tunnel face during construction may substantially exceed that of the calculated one. On the other hand, if calculations are done for undrained conditions, the effective stability may lie on the unsafe side [10]. There is therefore a big demand to optimize the method of investigating deformations around the tunnel, so as to ensure a safe tunnel excavation on the one hand and to guarantee a cost-effective process on the other. In this paper the tunnelling process is modelled by a step-by-step excavation under atmospheric conditions. The soil is described by a material model which distinguishes between primary and unload-reload stress paths and also accounts for stressdependent stiffness parameters. The failure criterion is described by the Mohr-Coulomb criterion that considers cohesion, friction angle and angle of dilatancy.

No abstract

In tunnel drives with slurry‐supported face in semi‐solid to solid clay and claystone, hydraulic and mechanical actions can lead to the slaking of the excavated soil aggregates. Heavy slaking can lead to laborious separation associated with high cost. For investigations as preparation for a project, two test rigs were developed at the Zentrum Geotechnik of the TU München. These can be used to investigate slaking both phenomenologically in series tests and also on a large scale. Investigations on solid clays and claystones showed that varied soil properties influence the slaking. High plasticity indices and high lime contents tend to reduce slaking. Bentonite suspensions can approximately halve slaking compared to water and suitable polymer suspensions can largely prevent slaking.Beim Tunnelvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust in halbfesten bis festen Tonen und Tonsteinen führt die hydraulische und mechanische Beanspruchung zum Zerfall der gelösten Bodenaggregate. Starker Zerfall kann zu einem sehr hohen Aufwand und hohen Kosten bei der Separierung führen. Für Untersuchungen im Vorfeld eines Projekts wurden am Zentrum Geotechnik der TU München zwei Versuchstechniken konzipiert. Mit ihnen kann der Zerfall sowohl phänomenologisch in Reihenuntersuchungen als auch großmaßstäblich untersucht werden. Untersuchungen an festen Tonen und Tonsteinen zeigten, dass variierende Bodeneigenschaften den Zerfall beeinflussen. Tendenziell vermindern hohe Plastizitätszahlen und hohe Kalkanteile den Zerfall. Bentonitsuspensionen können den Zerfall im Vergleich zu Wasser etwa halbieren und geeignete Polymersuspensionen einen Zerfall auch weitgehend verhindern.

Die 2. S-Bahn-Stammstrecke München ist ein Projekt mit besonderen geotechnischen Herausforderungen. Die Grenzen bisheriger Erfahrungen in München werden mit den geplanten Baumaßnahmen – insbesondere den über 40 m tiefen Baugruben oder den circa 340 m² großen Spritzbetonvortrieben an den Haltepunkten Hauptbahnhof und Marienhof – überschritten. Derartige Baumaßnahmen führen zu außergewöhnlichen Fragestellungen, zu deren Klärung für die 2. S-Bahn-Stammstrecke München verschiedene geotechnische Sonderuntersuchungen ausgeführt wurden. Im Rahmen der Veröffentlichung werden zum einen Sonderuntersuchungen zum geplanten Hydroschildvortrieb vorgestellt. Es wird auf den Zerfall feinkörniger Böden und den damit verbunden Aufwand bei der Separierung sowie auf die Beurteilung der Abrasivität im Lockergestein eingegangen. Zum anderen wird die Vorgehensweise zur Ermittlung tunnelbauinduzierter Setzungen sowie die Ausführung von Hebungsinjektionen zur Anhebung einer bestehenden U-Bahntunnelröhre erläutert.

Die Prognose von Setzungen bzw. Sackungen oberhalb eines Tunnelvortriebs kann durch die Auswertung von Erfahrungen und Messungen aus vorangegangenen Tunnelbauprojekten – der empirischen Prognose – oder aber durch numerische Berechnungen erfolgen. Im Teil 1 der Veröffentlichung wurde das vom Autor vorgeschlagene empirische Prognoseverfahren vorgestellt, welches auf über 350 sorgfältig ausgewerteten Messquerschnitten basiert und mit dem sich unter vereinfachten Randbedingungen die sich über dem Tunnelvortrieb einstellenden Setzungen leicht berechnen lassen. Im nachfolgenden Teil 2 der Veröffentlichung wird auf numerische Berechnungsmethoden eingegangen, wobei zwischen 2D‐, 3D‐ und 4D‐FE‐Berechnungen unterschieden wird. Anhand von FE‐Berechnungen im Vergleich mit den Ergebnissen oben genannter Messquerschnitte werden Eignung, Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Berechnungsverfahren dargestellt. Weiterhin wird durch Gegenüberstellung der Ergebnisse das im Teil 1 beschriebene empirische Prognoseverfahren bewertet, und schließlich werden Vorschläge unterbreitet, wann welches Verfahren vorteilhaft anwendbar ist.Possibilities to predict the surface settlement during tunnelling in soil – Part II: application spectrum and limitations of the finite element calculation. The prediction of settlements over a tunnel excavation can be detected by the evaluation of measurement data available from previous tunnel project sites – the empirical prediction – or by numerical calculations. In part 1 of the publication, the empirical prediction method proposed by the author was introduced, which was derived by more than 350 carefully analyzed measuring sections. By this prediction method and under simplified boundary conditions, the tunnel induced settlement can be estimated easily. The following part 2 of the publication deals with numerical calculation methods. It is distinguished between 2D‐, 3D‐ and 4D‐FE‐Calculations. By comparing FE‐calculations with the results of the above mentioned measuring sections, the application spectrum and limitations of different calculation methods are shown. Further more, by comparison, the proposed empirical prediction method is evaluated. Finally the suitability of both methods according to the existing boundary conditions is discussed.