Resource‐efficient tunnel segment with butt‐jointed reinforcement in the longitudinal joint

Abstract

The optimization of constructions is becoming increasingly important in view of the growing scarcity of resources. There is considerable potential for increasing the efficiency of tunnel shells in segmental lining by making targeted adjustments to the design and dimensioning of the tunnel segments. A reinforcement concept developed at the Technical University of Vienna offers the opportunity to increase the load-bearing capacity of the segments and optimize resource consumption. This design with butt-jointed longitudinal bars was investigated using large-scale test specimens representing sections of tunnel segments. The tests were carried out in a test frame with a maximum load of 18 MN, which made it possible to test common segment thicknesses of 40 cm on a scale of 1:1. While the experimental loads for the test specimens have already been set in relation to the global warming potential of the materials used in the past, deviating results can be assumed for real segment geometries. By transferring the tests to fictitious, realistic tunnel segments, this work clearly shows that the improved resource efficiency of the reinforcement concept is particularly evident when entire segments are considered. In addition, in contrast to the purely centric test results, considerations are made regarding the handling of eccentricities. Here, the possibilities for arranging the longitudinal bars can be demonstrated using a fictitious segment.

Die Optimierung von Baukonstruktionen gewinnt angesichts wachsender Ressourcenknappheit zunehmend an Bedeutung. Erhebliches Potenzial zur Effizienzsteigerung eröffnet sich bei maschinell vorgetriebenen Tunnelschalen durch gezielte Anpassungen in der Ausführung und Bemessung der Tunnelsegmente. Hierbei bietet ein an der TU Wien entwickeltes Bewehrungskonzept die Möglichkeit, die Tragfähigkeit der Tübbinge zu erhöhen und den Ressourcenverbrauch zu optimieren. Diese Ausführungsform mit stumpf gestoßenen Längsstäben wurde anhand großformatiger Probekörper, die Ausschnitte von Tunnelsegmenten darstellen, untersucht. Die Tests erfolgten in einem Prüfrahmen mit einer Maximallast von 18 MN, wodurch gängige Tübbingdicken von 40 cm im Maßstab 1:1 getestet werden konnten. Während für die Versuchskörper in der Vergangenheit bereits die experimentellen Traglasten mit dem Treibhauspotenzial der eingesetzten Materialien in Relation gesetzt wurden, ist von abweichenden Ergebnissen für reale Tübbinggeometrien auszugehen. In dieser Arbeit wird durch Umlegen der Versuche auf fiktive, realitätsnahe Tunnelsegmente deutlich, dass sich die verbesserte Ressourceneffizienz des Bewehrungskonzepts besonders bei Betrachtung ganzer Tübbinge zeigt. Zudem gehen, abweichend von den rein zentrischen Versuchsergebnissen, Überlegungen zum Umgang mit Exzentrizitäten ein. Hierbei können anhand eines fiktiven Tübbings die Möglichkeiten zur Anordnung der Längsstäbe aufgezeigt werden.