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Project_M3 – Tunnelbau

Integrale Planung eines Tunnels in offener und geschlossener Bauweise im Sprengvortrieb

 
Bauingenieurwesen
Bauvorgang im Tunnel
©Judith Schuhmacher

Studiengang

Bauingenieurwesen (M.Eng.)

Projektbeschreibung

Masterprojekt Katharina Finkel, Pierre-Emmanuel Porret, Kevin Miller, Judith Schuhmacher, Dominik Stegner, WS 2020-21
Integrales Projekt mit Schwerpunkt Tunnelbau

Betreuung
Prof. Dr. Jens Gattermann
Prof. Dr. Stefan Rohr

 
Grafik eines Weg Zeit Diagramms zum Bauablauf
Weg-Zeit-Diagramm zum Bauablauf
 

Aus der Aufgabenstellung:

Im Zuge einer geplanten Umgehungsstraße ist auch ein ca. 400m langer Tunnel geplant. Dieser besteht aus einem bergmännischen Abschnitt und zwei kurzen Abschnitten in offener Bauweise.
Der bergmännische Tunnel soll im Sprengvortrieb aufgefahren werden, für die offenen Bauweise bestehen keine Vorgaben hinsichtlich des Herstellverfahrens.
Der Bauherr beabsichtigt, das Bauwerk im Rahmen einer sogenannten funktionalen Ausschreibung zu vergeben. Daher stehen Ihnen nur Unterlagen aus der Vorplanung (Lageplan, Längsschnitt, Tunnelquerschnitt, geotechnischer Bericht und ein Geländemodell) zur Verfügung.

Aufgabe des Projektteams ist es nun, die Planung zu vertiefen und dabei auch wesentliche Bauteilabmessungen festzulegen und durch statische Berechnungen zu verifizieren. Ferner obliegt Ihnen auch die gesamte Planung des Bauablaufes (u.a. inkl. Baustelleneinrichtungsplanung, Gerätekonzept, Zeitplanung). Für die offenen Bauweisen sind verschiedene Varianten zu  untersuchen und hinsichtlich der Kosten abzuschätzen. Auf Grundlage Ihrer Planungen sind die Mengen zu ermitteln und eine Grobkalkulation (Angebotskalkulation) zu erstellen.

 
Grafik
FE-Berechnung
Spritzmobil in Tunnel
Spritzmobil bei der Primärsicherung des Vortriebs
 

Projektablauf und Ergebnis:

In Rahmen dieses Projekts wurde ein Tunnelbauprojekt detailliert untersucht. Das Projektteam entwickelte nach einer intensiven Auswertung zahlreicher Projektunterlagen für die bergmännische und offene Tunnelbauweise eine Planung, die es ermöglicht, innerhalb von 22 Monaten den Tunnel zu bauen. Zu diesem Ergebnis gelangte das Team mit Hilfe nachfolgender Analysen:

  1. Mittels eines Variantenvergleichs wurde für die offene Bauweise die wirtschaftlichste Lösung für die Verbauarbeiten gewählt.
  2. Das 90m lange, dazugehörige Rahmenbauwerk wurde statisch und planerisch detailliert ausgearbeitet.
  3. Für die bergmännische Bauweise wurde auf Grundlage der geotechnischen Randbedingungen und statischen Vorbemessungen mittels Finiter Elemente ein Vortriebskonzept entwickelt inklusive einer ausführlichen Abwicklungsplanung und Berechnung der Zykluszeiten.
  4. Ebenso wurde für die Tunnelportale ein Konzept zum Bau erarbeitet und ein gestalterischer Vorschlag unterbreitet.
  5. Der baubetriebliche Aspekt mit allen zugehörigen vorbereitenden Maßnahmen, wie die Baustelleneinrichtung und die Herstellung der Baustraße, wurde vom Projektteam ausführlich untersucht.
  6. Abgeschlossen wurde das Projekt mit der Erstellung eines Leistungsverzeichnisses und der dazugehörigen Projektkalkulation. Aus dieser geht hervor, dass sich das Projekt in rund 37.300 Personalstunden realisieren lässt. Die netto Gesamtbaukosten für alle Gewerke des Vortriebs, der Erd- und Verbauarbeiten und des Rohbaus wurden berechnet.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass dieses umfangreiche und komplexe Tunnelbauprojekt mitsamt allen technischen und organisatorischen Hürden von den Studierenden aus dem planerischen und baubetrieblichen Blickwinkeln erfolgreich untersucht wurde.
Die Studierenden konnten dabei ihre umfassenden Kompetenzen aus dem Bereich des Bauens interdisziplinär und themenübergreifend gemeinsam unter Zuhilfenahme moderner digitaler Planungs- und Bemessungstools anwenden. Es zeigt sich, dass das geplante Vorhaben technisch und auch wirtschaftlich umsetzbar ist.

 
Plan einer Baustelleneinrichtungsfläche
Baustelleneinrichtungsfläche