Ebene und räumliche nichtlineare Berechnungen im Tunnelbau am Beispiel aktueller und geplanter Baumaßnahmen

Wird durch nachträgliche Baumaßnahmen die Überdeckung eines Tunnelbauwerkes stark reduziert oder treten große zusätzliche Lasten auf, sind meist räumliche Berechnungen nicht zu vermeiden. Bei der Modellierung von Boden oder Gebirge werden in der Regel nichtlineare Materialgesetze verwendet. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten die Tunnelschalen mit linear elastischen Materialgesetzen erfasst werden. Wenn diese “linearen” räumlichen Berechnungen trotz zusätzlicher konstruktiver Maßnahmen keine ausreichende Systemsicherheit anzeigen, können nichtlineare Berechnungsverfahren der Tunnelschalen zum Ziel führen. Bei unbewehrten Tunnelinnenschalen oder extremen lokalen Abgrabungen der Überdeckung von bestehenden Tunnelbauwerken sind nichtlineare Berechnungen der Tunnelschalen erforderlich. Wie eine nichtlineare Berechnung in solchen Fällen aufzubauen ist und wie die bei einer nichtlinearen Berechnung erforderlichen Laststeigerungen im FE-Modell Boden-Tunnel berücksichtigt werden können, ohne das Tragverhalten des Bodens zu verfälschen, wird im Folgenden gezeigt.

Plane and three-dimensional analysis in tunneling using the example of current and planned construction
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 an 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 this paper 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.