Prediction of stress‐induced tunnel collapses based on displacement monitoring

Spröde Störungszonen in den Alpen sind typischerweise durch eine ausgeprägte Heterogenität gekennzeichnet. Diese führt zu stark variierenden Spannungsverteilungen und Verschiebungen im umgebenden Gebirge sowie im unterirdisch zu errichtenden Bauwerk. Solche Bedingungen verursachen häufig Ortsbrustinstabilitäten, Überbrüche und Verbrüche während des Tunnelvortriebs. Die systematische Analyse mehrerer alpiner Tunnelprojekte zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten solcher Vorfälle und dem Annähern des Vortriebs an Bereiche mit relativ steifem Gebirge. Solche Übergänge zu Bereichen erhöhter Gebirgssteifigkeit können durch die Beobachtung der Längsverschiebungen und/oder der Vektororientierung prognostiziert werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass diese Trendlinien als potenzielle Indikatoren für einen bevorstehenden, spannungsbedingten Verbruch des Tunnels dienen und somit eine vorausschauende, proaktive Anpassung der Vortriebs‐ und Sicherungsmaßnahmen ermöglichen. Numerische Simulationen haben die Beobachtungen bestätigt. Dieser Ansatz trägt wesentlich dazu bei, gefährliche, kostenintensive und zeitaufwendige Sanierungsarbeiten zu vermeiden und erhöht zugleich die Sicherheit des Vortriebspersonals.

Brittle fault zones in Alpine regions are typically characterised by pronounced heterogeneity, resulting in highly variable stress distributions and displacement patterns within the surrounding rock mass and the underground structure. These conditions frequently lead to significant face instabilities, overbreaks and collapses during tunnelling. A systematic analysis of several Alpine tunnel projects has revealed a correlation between the occurrence of such incidents when the excavation approaches a relatively stiff rock mass section. Notably, the transition towards zones of increased rock mass stiffness can be predicted by observing the longitudinal displacements and/or displacement vector orientation. Findings of this research highlight that these displacement trends serve as potential early indicators of an impending stress‐induced tunnel collapse and thus enable the proactive adjustment of excavation and support measures. Numerical simulations confirmed these findings. This approach helps to avoid dangerous, costly and time‐consuming rehabilitation works and increases the safety of the crew.