Zu den geomechanischen Parametern von Nürnberger Keupersandstein für den kreuzungsfreien Ausbau des Frankenschnellwegs Nürnberg (Abschnitt Mitte)

Im Zuge des kreuzungsfreien Ausbaus des Frankenschnellwegs in Nürnberg ist im Abschnitt Mitte ein Tunnel mit tiefer Gradiente in Spritzbetonbauweise geplant. Der Tunnel wird überwiegend im Nürnberger Keupersandstein (Blasensandstein der Kategorie mürb bis mittelhart) aufgefahren. Hierbei werden mehrere kreuzende Bahnlinien mit dem geplanten Tunnel unterfahren. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit stellt die Deutsche Bahn hohe Anforderungen an die Begrenzung der Verformungen bzw. Setzungen der Eisenbahndämme durch den Tunnelvortrieb bei einer Überdeckungshöhe bis ca. 18 m. Zur realitätsnahen Prognose des Verformungs- bzw. Setzungsverhaltens durch Tunnelvortrieb wurden zahlreiche Triaxialversuche an Prüfproben der mürben, mittelharten und harten Sandsteine durchgeführt. Dabei wurden insbesondere die Einflüsse des Seitendrucks und der Ent- bzw. Wiederbelastungsschleifen auf Steifigkeiten untersucht. Der Auswertung der Versuchsergebnisse wurde das Stoffmodell Hardening Soil Model (HSM) zugrunde gelegt. Davon ausgehend wurde die Anwendbarkeit des Stoffmodells HSM für die Nürnberger Keupersandsteine je nach der Kategorie bzw. Druckfestigkeit überprüft, die entsprechenden geomechanischen Parameter ermittelt und zur Bemessung empfohlen. In diesem Aufsatz werden die wesentlichen Ergebnisse dargestellt.

Contribution to the geomechanical parameters of Nuremberg Keupersandstone for the intersection-free upgrading of the Franconian rapid road Nuremberg (middle section)
For upgrading the Franconian rapid road to an expressway, a tunnel with deeper gradient is planned in the middle section. The tunnel will be driven conventionally in the formation Blasensandstein of the Triassic Keuper, and mostly in the soft to medium-hard class of this Nuremberg Keuper sandstone. Furthermore, the tunnel will cross under some of railway embankments. For warrantying the operation safety during the tunnel construction with a cover depth up to 18 m, a high demand with regard to limiting the deformation and settlement of the railway embankment has been required by the German Railway. In order to make a realistic prediction of the deformation and settlement behavior due to the tunnel construction, a lot of triaxial tests on sandstone samples in the range of from soft, medium-hard to hard have been executed. In this process, the influence of lateral stress as well as unload- and reload-loop on the stiffness of sandstone has been particularly studied. For the evaluation of the test results, the constitutive relationship of the Hardening-Soil-Model has been applied. Arising from these results, the applicability of the Hardening-Soil-Model to the Nürnberger Keuper sandstone has been checked and assessed, in dependence of sandstone class and compression strength. Then, the relevant geomechanical parameters have been determined and recommended for design. In this contribution, the essential research results are illustrated and reported.