Finite Element Simulation of shield tunneling

• Applicant: Professor Dr. Günther Meschke
• Subject Area: Applied Mechanics, Statics and Dynamics
• Term: from 2002 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5383577

Für zuverlässige Prognosen der im Zuge maschinell aufgefahrener Tunnel zu erwartenden oberflächlichen Setzungen und für computergestützte Vortriebssteuerungen von Schildmaschinen im Rahmen eines integrierten Prozessleitsystems ist ein dreidimensionales Simulationsmodell ein unverzichtbares Hilfsmittel. Wegen der hohen Anforderungen an ein numerisches Modell für Schildvortriebe beschränken sich die publizierten Finite Elemente (FE-) Analysen mit wenigen Ausnahmen auf 2D-Analysen bzw. sind mit starken Idealisierungen verbunden. Ein hinreichend wirklichkeitsnahes Simulationsmodell für den Schildvortrieb von Tunneln muss sowohl die relativ komplizierten dreidimensionalen Wechselwirkungen zwischen der Schildmaschine und dem Boden an der Ortsbrust sowie entlang des Schildmantels erfassen als auch Aussagen über die aus den Stützkräften auf die Tübbinge wirkenden Beanspruchungen sowie die Wirkung der Ringspaltverpressung auf den Boden bzw. auf den Tübbingausbau gewährleisten. Im gegenständlichen Teilprojekt soll ein dreidimensionales Finite Elemente Modell für den Schildvortrieb im Lockergestein entwickelt werden, das die verfahrenstechnischen Grundlagen für wirklichkeitsnahe numerische Simulationen des Vortriebsprozesses liefert und Einblicke in die zahlreichen Wechselwirkungsprozesse zwischen den beteiligten Einzelkomponenten (Schild, Boden, Ringspaltverpressung, Ausbau) ermöglichen soll. Hauptaugenmerk wird dabei auf Flüssigkeits- und Erddruckschilde gelegt. Es umfasst die folgenden Teilaspekte: · FE-Modell der Schildmaschine, der Stahlbetontübbinge und des umgebenden teil- bzw. vollgesättigten Bodens einschließlich der Kontaktzone zwischen Schild und Boden, · FE-Strategie zur Modellierung des kontinuierlichen Ausbruchs an der Ortsbrust, der Ringspaltverpressung und des Ringbaus der Tübbingröhre. In der ersten Antragsphase werden ausschließlich Tunnelvortriebe in bindigen Böden berücksichtigt. Weiters wird das Modell zunächst für Flüssigkeitsschilde aufbereitet. In einer zweiten Bearbeitungsphase soll das Modell für nichtbindige Böden sowie für Erddruckschilde erweitert werden.

• DFG Programme: Research Grants