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Zielgenau bis ans Ende des Tunnels: Handbuch für die Bauvorbereitung, Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben

Zielgenau bis ans Ende des Tunnels: Handbuch für die Bauvorbereitung, Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben

Dietmar Placzek, Rolf Bielecki, Manfred Messing, Frank Schwarzer

ISBN: 978-3-433-60573-8

Jun 2016

352 pages

1 Einführung  1

2 Planungsgrundlagen  5

2.1 Anforderungen aus der Nutzung der Tunnel 5

2.2 Anforderungen aus Genehmigungen 6

2.3 Anforderungen aus dem Baugrund und dem Grundwasser  6

2.3.1 Vorbemerkungen 6

2.3.2 Lockergesteine  7

2.3.3 Steine, Findlinge  10

2.3.4 Festgestein  10

2.3.5 Künstliche Bauhindernisse 12

2.3.6 Baugrundeinflüsse auf den Vortrieb 13

2.3.7 Anforderungen an den Vortrieb  24

2.4 Anforderungen aus den maschinellen Vortriebsverfahren  26

2.4.1 Übersicht über die verschiedenen Vortriebsverfahren  26

2.4.2 Unbemannte steuerbare Vortriebsverfahren 26

2.4.3 Bemannte steuerbare Vortriebsverfahren 28

2.4.4 Erfahrungswerte für den Einsatz der Verfahren 31

2.5 Anforderungen an die Qualität unterirdischer Infrastrukturbauwerke  33

2.6 Anforderungen aus der Vermessung 33

2.6.1 Realisierbarkeit  33

2.6.2 Erhebung notwendiger Unterlagen  35

2.6.3 Bestandsvergleich (Ortsbegehungen) und Bestandsaufnahme 35

2.7 Anforderungen an die Standsicherheit  36

2.7.1 Stützung der Ortsbrust 36

2.7.2 Mindestüberdeckung  38

2.7.3 Setzungen/Hebungen 39

2.8 Anforderungen aus dem Umweltschutz 39

3 Planung 41

3.1 Vorbemerkungen 41

3.2 Ergänzende Bestandsaufnahme zur Vervollständigung der Planunterlagen 42

3.3 Planung des Grundlagennetzes 42

3.3.1 Grundlagennetz (GLN)  42

3.3.2 Baustellennetz 43

3.3.3 Portalnetz  44

3.3.4 Überprüfung und Neubestimmung von Festpunkten  45

3.3.5 Grundsätzliche Umstände zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses 45

3.3.6 Vorgaben für die Ausführung der Vermessungsarbeiten  46

3.4 Trassen- und Gradientenplanung – Parameter der Achsplanung 47

3.4.1 Design und Begriffsdefinition  47

3.4.2 Trasse 48

3.4.3 Gradiente  49

3.5 Feststellung der Baugrund- und Grundwasserverhältnisse  50

3.6 Ermittlung der äußeren Einwirkungen auf den Tunnel  53

3.7 Berechnung der Bewegungen an der Geländeoberfläche  54

3.8 Beweissicherung  57

3.8.1 Anforderungen an die Beweissicherung  57

3.8.2 Festlegung des Einflussbereichs der Baumaßnahme  57

3.8.3 Zustandserfassung vorhandener Anlagen, der Geländeoberfläche und des Baugrunds  58

3.8.4 Dokumentation der Ergebnisse der Beweissicherung 62

3.9 Tunnelbautechnische Planung  62

3.10 Tunnelbautechnische Prüfung 63

3.11 Auswahl des Vortriebsverfahrens 64

3.12 Festlegung der Ausbauqualität  86

3.13 Risikobewertung „EG-Tunnelrichtlinie“  86

4 Maschinen- und Verfahrenstechnik  87

4.1 Hinweise für die Baugruben und deren Einrichtungen beim Rohrvortrieb 87

4.1.1 Startbaugruben  96

4.1.2 Zwischenbaugruben 98

4.1.3 Zielbaugruben 99

4.2 An-, Aus-, Durch- und Einfahren der TBM  100

4.2.1 Überprüfung der Einsatzfähigkeit der TBM  100

4.2.2 Presseinrichtung und Widerlager bei Rohrvortrieben 101

4.2.3 Aus- und Einfahrdichtungen 102

4.2.4 Positionieren und Anfahren der TBM 103

4.2.5 Steuerbarkeit 104

4.3 Hinweise für den Tunnelausbau 105

4.3.1 Vortriebsrohre 105

4.3.2 Tübbingausbau  106

4.4 Vortriebsarbeiten 107

4.4.1 Personaleinsatz während des Vortriebs 107

4.4.2 Überschnitt/Ringspalt 109

4.4.3 Vortriebskräfte 112

4.4.4 Rohrschmierung  113

4.4.5 Haltungslängen  115

4.4.6 Zwischenpressstationen  115

4.4.7 Kurvenradien 118

4.4.8 Verrollungssicherung 119

4.4.9 Sicherheitstechnik  120

4.4.10 Vortriebsbegleitende Baugrunderkundung 121

4.5 Navigationstechnik  123

4.5.1 Einführung  123

4.5.2 Navigationssysteme für Microtunnelling/Rohrvortrieb 127

4.5.3 Navigationssysteme für Vortriebe mit Tübbingausbau 137

4.6 Spezifikation des Datenerfassungssystems für den Rohrvortrieb  149

4.6.1 Aufzuzeichnende Parameter in Abhängigkeit der verwendeten Geräte und Verfahren 150

4.6.2 Anforderungen an Erfassung, Anzeige, Sicherung usw. der relevanten Vortriebsparameter  159

4.6.3 Definition von Minimal-, Mittel- und Maximalwerten 160

4.6.4 Datenerfassung beim Einsatz von Zwischenpressstationen 160

4.6.5 Bereitstellung der Daten zur Auswertung, Ausgabe, Dokumentation, Weiterverarbeitung  160

4.6.6 Schnittstellen 161

4.7 Steuerungstechnik  161

4.7.1 Aufgaben der Steuerungstechnik/Steuerungssysteme für den Rohrvortrieb (Trassierung, Maschinentechnik, Rohrdimension, Automatisierungsgrad, Notprogramme) 161

4.7.2 Anordnung der Steuereinrichtung 162

4.7.3 Kurskorrekturen 163

4.7.4 Kontrollmöglichkeiten  174

4.7.5 Automatische Steuersysteme  175

4.7.6 Verrollungskompensierte Steuerung  176

4.8 Separations- und Aufbereitungstechnik bei Schildvortrieben mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust 177

4.8.1 Vorbemerkungen 177

4.8.2 Art und Umfang des Separationskonzepts 179

4.8.3 Zusammenspiel der Komponenten  186

4.8.4 Zusammenfassung 187

5 Vermessung  189

5.1 Bezugssysteme – geodätisches Datum  190

5.1.1 Geodätisches Datum bei kleinräumigen Projekten 190

5.1.2 Geodätisches Datum bei großräumigen Projekten  191

5.1.3 Definition des Bezugssystems  192

5.1.4 Projektion  193

5.1.5 Streckenreduktionen 193

5.2 Vorhandenes Lage- und Höhennetz  194

5.2.1 Lagereferenznetz  194

5.2.2 Höhenreferenznetz  195

5.2.3 Referenznetzkonfiguration  195

5.3 Vorgaben für die Ausführung der Vermessungsarbeiten  197

5.3.1 Einzusetzendes Personal des Auftragnehmers 198

5.3.2 Feldbuch 198

5.4 Oberirdische Vermessungsarbeiten (Kombinierte Lage- und Höhenvermessung)  199

5.4.1 GNSS-Messungen  199

5.4.2 Tachymetrie  206

5.5 Oberirdische Vermessungsarbeiten (Höhenvermessung)  214

5.5.1 Trigonometrische Höhenübertragung  214

5.5.2 Geometrisches Nivellement  215

5.5.3 Hydrostatisches Nivellement  218

5.6 Unterirdische Vermessungsarbeiten  218

5.6.1 Grundsätzliches 218

5.6.2 Refraktion 219

5.6.3 Untertägige Lagevermessung  221

5.6.4 Auswertung von Vermessungsergebnissen  227

5.6.5 Durchschlagsprognose 228

5.6.6 Unabhängige durchgreifende Kontrolle der horizontalen Punktbestimmung mithilfe geodätischer Kreiselmessung 228

5.6.7 Untertägige Höhenbestimmung  233

5.7 Messungen in Start- und Zielbaugrube 235

5.7.1 Punkt- und Richtungsübertragung 236

5.7.2 Teufenmessung  241

5.8 Festpunkte 242

5.8.1 Design  242

5.8.2 Genauigkeit der Festpunkte  246

5.8.3 Nummerierungsprinzipien der Festpunkte 246

5.9 Übergabe der Trasse vom Auftraggeber an den Auftragnehmer  247

5.9.1 Trassierungspunkte und ‑elemente  247

5.9.2 Festlegung der Vorgehensweise bei Änderung der Trasse  250

6 Qualitätsmanagement  251

6.1 Vermessungs- und Navigationsgeräte 251

6.1.1 Regelmäßige Prüfung der Geräte und Prüfberichte  251

6.1.2 Prüfung der Geräte vor Beginn der Messung  251

6.2 Vermessungsverfahren 252

6.2.1 Dokumentation des Vermessungsverfahrens  252

6.2.2 Dokumentation von Kontrollsystemen  253

6.3 Maschinen- und Verfahrenstechnik 254

6.3.1 Prüfung der verwendeten Maschinen und Verfahren 254

6.3.2 Maschinenunabhängige Kontrollverfahren  254

6.3.3 Verifikationen der verwendeten Verfahren  254

6.3.4 „Worst case“-Szenario, Informationskette und Entscheidungsstationen 254

6.3.5 Erfassung, Aufbereitung, Darstellung, Dokumentation usw. der relevanten Parameter gemäß den definierten Kriterien 255

6.3.6 Überprüfung auf Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte 255

6.4 Prozess-Controlling und Datenmanagement  255

6.4.1 Entwicklungsschritte  256

6.4.2 Datenerfassung und Anforderungen im Baubetrieb 256

6.4.3 Virtuelle Sensorik  262

6.4.4 Aktuelle Entwicklungen  262

6.4.5 Auswertung und Analyse im Rahmen von Soll-Ist-Vergleichen  263

6.4.6 Aushubmassentransport/Logistik  263

6.4.7 Eingliederung von Informationssytemen in die Bauabläufe  266

6.5 Schulung und Weiterbildung des Personals 267

6.5.1 Vermessungsfachkräfte  267

6.5.2 Maschinenfahrer  268

7 Risikomanagement 269

7.1 Tunnelbauhandbuch (THB)  269

7.2 Risikofolgen – Abschätzung und Sicherheitsbewertung  270

7.3 Risikoverteilung bei Bauverträgen  271

7.4 Zielgrößen einer risikominimierten Bauwerkserstellung  271

8 Empfehlungen für die Ausschreibung  273

8.1 Allgemeine Hinweise  273

8.2 Baugrundrisiko  277

8.3 Störfallanalyse mit Risikobewertung und -verteilung 278

8.4 Qualitätssicherung 284

8.5 Pflichtenheft der Tunnelbohrmaschine (TBM)  286

8.6 Versicherungen  286

9 Schlusswort – Ausblick  289

Anhang 1  291

Anhang 2  295

Anhang 3  303

Anhang 4  311

Literatur  315

Normen und Regelwerke  319

Stichwortverzeichnis 325