Subsoil movements due to boring of shallow tunnels with shield machines - application of finite elements in connection with a universally formulated material model / Baugrundbewegungen bei der Herstellung seicht liegender Tunnel im Schildvortrieb - Einsatz Finiter Elemente in Verbindung mit einem ganzheitlich formulierten Stoffmodell

Many infrastructure projects at the moment include the planning of shallow tunnels to be bored with a shield machine. The extent of the settlement trough with the resulting settlement and inclination of buildings often represent an important problem. Calculations of these deformations are based on an empirical approximation process or finite element methods.
The reliability of a FE calculation relies significantly on the quality and calibration of the material model used. A material model with a universal approach for all soils, whose parameters can be determined very simply from standardised laboratory tests, has been developed as a contribution to this problem in the consultancy of Dr. Binnewies. The practicality of the material model has been demonstrated in a multitude of specialised civil engineering projects where no damage occurred, and where the calculations performed at the design stage were confirmed by measurements during the construction phase.
The process is illustrated through the example of construction projects in Hamburg. The geology there is characterised by Pleistocene and Holocene sands as well as mica silt, illite and till of varying consolidation resulting from preloading during ice ages.

Im Rahmen zahlreicher Infrastrukturmaßnahmen sind derzeit im Schildvortrieb aufzufahrende Tunnel in seichter Lage geplant. Regelmäßig steht dabei die Ausdehnung der Setzungsmulde und die daraus resultierenden Setzungen und Schiefstellungen von Bauwerken im Fokus. In diesem Zusammenhang durchgeführte Verformungsberechnungen beruhen auf empirischen Näherungsverfahren oder der Finite-Elemente-Methode.
Die Zuverlässigkeit einer FE-Berechnung hängt wesentlich von Qualität und Kalibrierung des verwendeten Stoffmodells ab. Im Ingenieurbüro Dr. Binnewies wurde in diesem Zusammenhang ein Stoffmodell mit ganzheitlichem Ansatz für alle Böden entwickelt, dessen Parameter sehr einfach aus standardisierten Laborversuchen bestimmbar sind. Die besondere Eignung des Stoffmodells ist durch zahlreiche schadensfreie Baumaßnahmen im Spezialtiefbau belegt, bei denen die im Entwurf durchgeführten Berechnungen durch baubegleitende Messungen bestätigt wurden.
Am Beispiel von Baumaßnahmen in Hamburg werden die vorgenannten Zusammenhänge erläutert. Dort ist die Geologie durch pleistozäne und holozäne Sande sowie Glimmerschluff, Glimmerton und Geschiebemergel unterschiedlicher Konsolidation infolge eiszeitlicher Vorbelastung geprägt.