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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
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In den 20 Teilprojekten des SFB 837 wurden eine Reihe von Entwurfskonzepten, numerischen Modellen, digitalen Planungswerkzeugen und neuen Vortriebstechnologien für den maschinellen Tunnelvortrieb entwickelt. Die Forschungsziele des SFB 837 befassten sich mit planungs- und baurelevanten Aspekten der zahlreichen Komponenten des maschinellen Tunnelvortriebs. Sie gliederten sich in vier Projektbereiche mit den Bezeichnungen A bis D. Der Projektbereich A befasst sich mit der Charakterisierung und Modellierung des anstehenden Baugrunds und des durch den Vortriebsprozess im Bereich des Schneidrads gestörten Baugrunds sowie mit Vorauserkundungsmethoden. Im Projektbereich B geht es um die Modellierung neuartiger Tübbingausbaukonstruktionen mit erhöhter Robustheit und um die Wechselwirkung zwischen dem Ringspaltmörtel und dem umgebenden Boden. Projektbereich C befasst sich mit der Simulation des Vortriebsprozesses und Echtzeitprognoseverfahren zur Unterstützung der TBM-Steuerung, sowie mit optimalen Monitoringstrategien, der Simulation von Logistikprozessen und der Modellierung des Abbauprozesses und des Materialtransports in der Abbaukammer. Projektbereich D befasst sich mit der Forschung zur Risikoanalyse im urbanen Tunnelbau und der Modellintegration. Diese Forschungsthemen werden jeweils durch Rechenmodelle unterstützt, die alle in einem SFB-übergreifenden Tunnelinformationsmodell enthalten sind, das in der ersten Phase des SFB 837 entwickelt wurde. Darüber hinaus wurden Interaktionsgruppen gebildet, um die Ergebnisse der verschiedenen Teilmodelle und Analysen zu integrieren und zu kombinieren. Diese Interaktionsgruppen entstanden anhand der Untersuchung prototypischer Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge und teilweise auch durch Anwendungen der Interaktionsmodelle auf reale Tunnelbau-Referenzprojekte. Während sich die Forschung in den ersten Projektphasen vor allem auf den Tunnelbau in Lockergestein konzentrierte, lag der Schwerpunkt in jüngerer Zeit zusätzlich auf dem Tunnelbau in schwierigen geologischen Verhältnissen, die heute die Grenzen des Anwendungsbereichs des maschinellen Tunnelbaus bestimmen. Dabei ging es unter anderem um wesentliche, bisher unerforschte Faktoren, die den Tunnelvortrieb in Lockergesteinen beeinflussen, sowie um den Entwurf neuartiger verformungstoleranter Tunnelausbauten. Durch interdisziplinäre Forschung in den Bereichen Materialwissenschaften und Geophysik wurden wesentliche Erkenntnisse über den Verschleiß von Vortriebswerkzeugen und die Effzienz des Vortriebs in solch schwierigen geologischen Verhältnissen gewonnen. Die im SFB 837 entwickelten Simulations- und Risikomodelle für die Gesteinsabbau-, Maschinenvortriebs- und Logistikprozesse ermöglichen verbesserte, umweltfreundlichere und risikoärmere Planungs- und Bauprozesse. Diese Modelle wurden erweitert, um Echtzeitprognosen zu ermöglichen und eine Plattform für die interaktive digitale Planung von städtischen Tunnelbauprojekten zu schaffen. Damit will der SFB 837 neue Perspektiven für innovative partizipative Planungsinstrumente im Tunnelbau schaffen. Darüber hinaus hat der SFB 837 mit der Entwicklung von ständig aktualisierten Echtzeitmodellen einen wichtigen Schritt zur computergestützten Steuerung des maschinellen Tunnelvortriebs getan.

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