SFB 837:
Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau
Fachliche Zuordnung
Bauwesen und Architektur
Geowissenschaften
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Förderung
Förderung von 2010 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 77309832
Der maschinelle Tunnelbau ist ein durch einen hohen Automatisierungsgrad gekennzeichnetes Bauver-fahren, das in unterschiedlichen Baugrund- und Grundwasserverhältnissen, häufig in Innenstadtlagen mit nur geringen Überdeckungen und sensibler Bebauung, aber auch in Festgestein mit großen Überlagerungen eingesetzt wird. Vielfältige Interaktionen des Vortriebsprozesses mit der Umgebung, die oft nur unscharf erfassbaren Baugrundeigenschaften und eine geringe Flexibilität in Bezug auf Anpassungen während des Vortriebs an wechselnde oder schwierige Baugrundverhältnisse stellen besondere Anforderungen an die Planung und den Vortrieb. Im Durchschnitt erreichen Tunnelvortriebsmaschi-nen derzeit lediglich ca. 30% ihrer theoretischen Leistungskapazität. Vor dem Hintergrund einer stetigen Ausweitung des Einsatzbereichs dieser Technik, der Tendenz zu größeren Durchmessern und steigenden Anforderungen an die Eingrenzung vortriebsbedingter Risiken widmen sich im SFB 837 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Bauin-genieurwesen, Computational Engineering, Geowissenschaften und dem Maschinenbau der Erfor-schung aller wesentlichen, die Sicherheit und Effizienz des maschinellen Tunnelbaus betreffenden Prozesse und deren Wechselwirkungen. Durch eine Synthese von computerorientierter Modellierung, experimenteller Forschung und digitalen Planungsmethoden ist es bereits in den ersten beiden Forschungsperioden gelungen, bislang vereinfacht empirisch erfasste Sachverhalte wissenschaftlich fundiert zu beschreiben und dadurch Potentiale für die Optimierung von Projektplanung- und Ausführung bzw. der gesamten Verfahrenstechnik im maschinellen Tunnelbau aufzuzeigen. Stand in den ersten zwei Projektphasen der maschinelle Tunnelbau im Lockergestein im Vorder-grund, so widmet sich der SFB 837 in der dritten Förderperiode auch schwierigen geologischen Ver-hältnissen, die dem Einsatz von Tunnelvortriebsmaschinen bisher Grenzen setzen. So werden bislang unzureichend verstandene Wechselwirkungen zwischen Vortrieb und quellfähigem Baugrund sowie ein neuartiger verformungstoleranter Tunnelausbau erforscht. Weiterhin werden aus der engen Verbindung werkstoffwissenschaftlicher und gesteinsphysikalischer Analysen Erkenntnisse zur Leistungsfähigkeit des Vortriebs in schwierigen Gesteinsformationen erwartet. Mit der Entwicklung von numerischen S-mulationsmodellen zur Abbildung des Baugrunds und aller wesentlichen technischen und logistischen Verfahrensabläufe werden verbesserte umweltschonendere und risikoärmere Planungsansätze und Vortriebsprozesse ermöglicht. Diese Modelle werden in echtzeitfähiger Form für eine interaktive digitale Trassenoptimierung von Tunnelbauprojekten in innerstädtischen Gebieten weiterentwickelt. Damit eröffnet der SFB 837 Perspektiven für neuartige partizipative, durch Methoden der Virtual Reality unterstützte Planungsinstrumente im Tunnelbau. Mit dem baubegleitenden Einsatz von Echtzeitmodellen erfolgt ein weiterer wichtiger Schr
DFG-Verfahren
Sonderforschungsbereiche
Laufende Projekte
Abgeschlossene Projekte
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A01 - Baugrunderkennung durch Analyse von Maschinendaten bei Schildvortrieben w¨ahrend des Vortriebs
(Teilprojektleiter
Alber, Michael
;
Thewes, Markus
)
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A02 - Entwicklung effektiver Konzepte der Vorauserkundung im Tunnelbau mittels akustischer Verfahren
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Friederich, Wolfgang
;
Nestorovic, Tamara
)
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A04 - Konditionierung des Stützmediums und Ortsbruststützung beim Schildvortrieb mit Erddruck-schilden
(Teilprojektleiter
Thewes, Markus
)
-
A05 - Hydraulisch-mechanische Prozesse beim maschinellen Tunnelvortrieb im weichen Tonstein
(Teilprojektleiter
Lavasan, Ph.D., Arash
)
-
A06 - Lokal instationäre Suspensionsstützung bei Flüssigkeitsschilden
(Teilprojektleiterinnen
Baille, Wiebke
;
Schößer, Britta
)
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B01 - Multimaterielle modulare Tübbingsysteme für einen adaptiven, robusten Tunnelausbau
(Teilprojektleiter
Breitenbücher, Rolf
;
Mark, Peter
)
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B02 - Schädigungsanalysen und Konzepte für einen schädigungstoleranten Tunnelausbau
(Teilprojektleiter
Meschke, Günther
;
Timothy, Jithender J.
)
-
B03 - Verformungsfähige Ringspaltmörtel für druckhafte Gebirge
(Teilprojektleiter
Breitenbücher, Rolf
)
-
B04 - Ringspaltmörtel: Hydro-chemo-mechanische Modellbildung und ortsaufgelöste experimentelle Untersuchungen
(Teilprojektleiter
Steeb, Holger
)
-
C01 - Prozessorientierte Simulationsmodelle für den maschinellen Tunnelvortrieb
(Teilprojektleiter
Freitag, Steffen
;
Meschke, Günther
)
-
C02 - Adaption numerischer Simulationsmodelle für den maschinellen Tunnelbau mittels Systemidentifikation
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
König, Markus
;
Mahmoudi, Elham
)
-
C03 - Prozesssimulation von maschinellen Tunnelvortrieben: Von der Prognose zur Echtzeit-Steuerung durch kontinuierliche Modellupdates mit Prozessdaten
(Teilprojektleiter
König, Markus
;
Thewes, Markus
)
-
C04 - Simulationsmodelle für Prozesse am Schneidrad und in der Abbaukammer
(Teilprojektleiter
Meschke, Günther
;
Vogel, Andreas
)
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C05 - Metallkundliche und gesteinsphysikalische Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Abbauwerkzeugen von Tunnelbohrmaschinen und der anstehenden Ortsbrust
(Teilprojektleiter
Renner, Jörg
;
Röttger, Arne
)
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C06 - Mehrskalige Modellierung, Simulation und Optimierung von Abbauwerkzeugen hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens
(Teilprojektleiter
Balzani, Daniel
;
Hackl, Klaus
)
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C07 - Monitoring des Vibrationsverhaltens der Interaktionen am Schneidrad – Einfluss des Verschleißzustandes
(Teilprojektleiterin
Mueller, Inka
)
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D01 - Interaktive Exploration und Bewertung der Linienführung von Tunneln
(Teilprojektleiter
König, Markus
;
Thewes, Markus
)
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D03 - Simulation des Vortriebsrisikos am Beispiel heterogener, oberirdischer Bestandsbebauung
(Teilprojektleiter
Mark, Peter
)
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MGK - Integriertes Graduiertenkolleg
(Teilprojektleiter
Freitag, Steffen
;
Meschke, Günther
)
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Z - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereich
(Teilprojektleiter
Meschke, Günther
)