Finite Element Modell für die Bodenvereisung im Rahmen des Tunnelbaus

• Antragsteller: Professor Dr. Günther Meschke
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 46895324

Die Vereisungstechnik ist eine im Tunnelbau häufig verwendete Methode, um während des Vortriebs durch Gefrieren des im Boden enthaltenen Grundwassers temporär einen verfestigten Boden mit ge-ringer Permeabilität in der Umgebung des Tunnelquerschnitts zu erhalten. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines dreidimensionalen Simulationsmodells, das alle bei Anwendung der Vereisungs-technik wesentlichen Komponenten und Prozesse realitätsnah abbildet. Dazu gehören der Wärmeent-zug über eingebrachte Gefrierlanzen, die Vereisung des Grundwassers und die damit zusammenhän-genden Auswirkungen auf das Bodenverhalten, sowie der Tunnelvortrieb im Schutz des Frostkörpers einschließlich der vielfältigen Wechselwirkungen zwischen dem Vortriebsprozess und dem vereisten Boden. In der ersten Förderphase wurde ein Mehrphasenmodell für Böden im Rahmen der Theorie poröser Medien entwickelt, das die komplexen, in der Porenstruktur von Böden im Zuge des Phasen-wechsels und der Eislinsenbildung ablaufenden Prozesse abbildet. Darauf aufbauend liegt der Schwerpunkt der Forschungen im beantragten zweiten Projektzeitraum auf der Modellbildung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften gefrorener Böden. Mit dem entwickelten Simulati-onsmodell soll ein Prognoseinstrument für die Planung und Ausführung von vereisungs- und vortriebstechnischen Maßnahmen im Tunnelbau unter Anwendung des Gefrierverfahrens bereitgestellt werden, das Prognosen hinsichtlich der Konsequenzen der Vereisungstechnik hinsichtlich der Bodenbewegungen und der Tunnel-Boden-Wechselwirkungen ermöglichen soll und, darauf aufbauend, für die Optimierug von Vereisungsmaßnahmen eingesetzt werden kann. Das Modell wird darüber hinaus ein vertieftes Verständnis der interagierenden Prozesse beim Tunnelvortrieb im Schutze von Bodenvereisung sowie detaillierte Studien von Parametereinflüssen erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen