Support aspects of tunnels in fault zones / Aspekte des Ausbaus von Tunneln in Störungszonen

Special considerations are required for the support of tunnels in fault zones. On the one hand, standard support elements are not compatible with the imposed displacements. On the other hand, local shearing can cause damage to the lining already at rather small displacements magnitudes. Cracks in the lining frequently are observed, when the geometry of the tunnel changes, or at the intersection with cross passages. As strengthening of the lining in many cases cannot prevent damage, temporarily leaving an open gap in the primary lining. Implementing yielding elements into the lining is as well feasible, as economical increasingly replaces the traditional method of leaving open gaps. This results in a better utilization of the lining's capacity and a considerable reduction of displacements. As the lining with integrated yielding elements develops considerable thrust, a transfer of the loads via the construction joints is required. Thus, careful construction of those joints is essential. Another problem can be the bond between bolt, grout, and rock mass, as the bolts are installed, when the displacement rate is highest, and the strength of the grout still low. This paper deals only with phenomena caused by discontinuities and large displacements, and does not address other hazards, like flowing ground.
Der Tunnelbau in Störungszonen stellt ganz besondere Herausforderungen an den Ausbau. Zum einen sind die üblicherweise verwendeten Ausbaumittel mit den zu erwartenden Verformungen nicht kompatibel. Andererseits kann es, bedingt durch lokalisierte Scherverschiebungen an Trennflächen auch schon bei kleineren Verformungen zu Schäden an der primären Stützung kommen. Risse in der Spritzbetonschale treten häufig auch bei Querschnittswechseln oder beim Ansatz von Querschlägen auf. Da häufig eine Verstärkung der Schale Schäden nicht verhindert, ist bei höherer Überlagerung das Belassen eines offenen Schlitzes in der Spritzbetonschale zweckmäßig und wirtschaftlich. Anstelle der früher üblichen offenen Schlitze in Störungszonen werden zunehmend Stauchelemente eingesetzt, was zu einer besseren Auslastung der Schale und damit zu einer deutlichen Reduktion der Verformungen führt. Durch die bessere Auslastung der Schale kommt auch der Ausführung von Arbeitsfugen vermehrt Bedeutung zu. Problematisch kann auch der Verbund zwischen Felsbolzen, Mörtel und Gebirge bei höheren Deformationsraten während der Aushärtung des Mörtels sein. Dieser Beitrag beschäftigt sich nur mit Phänomenen, die durch Trennflächen und große Verformungen hervorgerufen werden. Andere Mechanismen wie fließendes Gebirge werden hier nicht diskutiert.