Post on 29-Jul-2020
Inhalt
Projektübersicht
Geologie
Ausgangslage
Projektentwicklung
Massnahmen
Knautschzone
Bauablauf, Ausblick
Content
Project overview
Geology
Starting situation
Project development
Range of Measures
Yielding zone
Construction progress, outlook
Tunnel Gotschna: Instandsetzung von Quellhebungen in einem bestehenden Straßentunnel
Referenten: Beat Schädler Dipl.-Ing. ETH/SIA, Aegerter & Bosshardt AG
Patrick Beeler Dipl.-Ing. ETH, Lombardi AG
Co-Autoren: Flavio Chiaverio Dipl.-Ing. ETH/SIA, Aegerter & Bosshardt AG
Reto Weishaupt MSc., Bau-Ing. ETH/SIA, Lombardi AG
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Projektübersicht Geologie Ausgangslage Projektentwicklung Massnahmen Knautschzone Bauablauf, Ausblick
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Project overview Geology Starting situation Project development Range of Measures Yielding zone Construction progress, outlook
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Bestehender Tunnel
Kenndaten Inbetriebnahme: 2005 Tunnellänge: 4’207 m Innendurchmesser: 10,2 m Gewölbestärke: 30 cm Längsgefälle: max. 4,8 % Tunnellüftung: Querlüftung mit Portalzentralen Betrieb: im Gegenverkehr, 2 x 1 Fahrspur
Characteristics Commissioning: 2005 Tunnel length: 4’207 m Bore: 10,2 m Vault thickness: 30 cm Gradient: max. 4,8 % Tunnel ventilation: Transversal ventilation with portal stations Direction: bi-directional, 2 x 1 track
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Normalprofile
3
Hufeisenprofil Sicherheitsstollen
Geologisches Längenprofil Inhalt
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Interpretation Geologie Zone I Tm 2’030 – 2’110
Mélange:
Dolomit / Kalke
Raibler mit Anhydrit / Grips
Sandstein / Quarzit
Kalkschiefer / bunte Schiefer / Phyllite Flysch: Sandkalke / Phyllite
Kakirit
Scherzonen
Quellen – Charakteristiken beim Tunnel Gotschna stark zerscherte Tektonik Anhydritvorkommen in Raiblerschichten in bis zu 5m starken Schichten Anhydrit in Lagen bis 10 cm Stärke Einflussbereich bis max. ca. 10m um Tunnel herum Wirkung primär unter der Sohle, sekundär seitlich auf Parament
Springs – characteristics of the Gotschna tunnel sharply sheared tectonics Anhydrite deposits in Raibler-Formations in stratums of up to 5m Anhydrites in layers of up to 10 cm Area of influence up to approx. 10 m around the tunnel Effect primarily under the invert, secondarily lateral to the tunnel lining
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Interpretation Geologie Zone I Tm 2’030 – 2’110
Mélange:
Dolomit / Kalke
Raibler mit Anhydrit / Grips
Sandstein / Quarzit
Kalkschiefer / bunte Schiefer / Phyllite Flysch: Sandkalke / Phyllite
Kakirit
Scherzonen
Bestehender Tunnel, Normalprofil
Hufeisenprofil Sicherheitsstollen
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Unbewehrtes Sohlgewölbe Verankerte Sohlplatte
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Bestehender Tunnel, verstärkte Ausbautypen
Bestehender Tunnel Zustand - Schäden
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Deformationen – Prognose 2034
Deformationszone I (DZ I) Deformationszone II (DZ II)
Projektzielsetzung
Massnahmenumfang anhand Kriterienkatalog spezifisch festlegen
Massnahmen an Tunnelkonstruktion oberhalb der Fahrbahn nur falls statisch erforderlich
Restnutzungsdauer: - 80 Jahre für Ertüchtigungsmassnahmen - 15 Jahre für weitere Massnahmen
Mit geeigneten Überwachungsmassnahmen - Erfolgskontrolle gewährleisten - evtl. neu auftretende Deformationen frühzeitig erkennen
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Project objectives
To specify the measures with the aid of a list of criteria
Measures concerning the construction above the carriageway are to be taken only if statically required
Residual life: - 80 years for rehabilitation measures - 15 years for further measures
With appropriate monitoring measure - Ensure the success control - Early detection of possible new deformations
Kriterien
Mass der Hebungen von Fahrbahn und Bankette Zustand und Mass der seitlichen Verschiebung der Paramente Gewölbestärken Zustand der Werkleitungen
Criteria
Degree of heave of the carriageway and the lower side walls Condition and degree of lateral dislocation of the tunnel lining Vaulting thickness Condition of the service pipes
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Festlegung Instandsetzungsbereiche
Ertüchtigungsbereich Ertüchtigungsbereiche
150 m 30 m 50 m
Grenzwert
Grenzwert
Deformationszone I (DZ I) Deformationszone II (DZ II)
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Querschnittkonzeption
Einbau eines Sohlgewölbes inklusive Kicker
Verstärkung / Ersatz der Paramente Knautschzone - als «Zeitgewinn» - zum Ausgleich lokaler Spitzenquelldrücke
Widerstandsprinzip
Ausweichprinzip
Profile conception
Construction of a new invert including kicker brace
Reinforcement / replacement of the tunnel lining Yielding zone - as a “time gain” - to compensate local swelling pressure peaks
Resistance principle
Yielding principle
Verstärkung Parament
Sohlgewölbe inkl. Kicker
Knautschzone
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Querschnittskonzeption
Interpretation Geologie mit möglicher Tunnellage
Mélange:
Dolomit / Kalke
Raibler mit Anhydrit / Grips
Sandstein / Quarzit
Kalkschiefer / bunte Schiefer / Phyllite Flysch: Sandkalke / Phyllite
Kakirit
Scherzonen
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Einwirkungen
Einwirkungen Inhalt
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Einwirkungen
Massnahmen Sohlgewölbe Inhalt
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Massnahmen Paramente
Paramentersatz Paramentverstärkung
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Seite Davos
Seite Davos
Seite Landquart
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Project overview Geology Starting situation Project development Range of Measures Yielding zone Construction progress, outlook
Eignungsversuche – wesentliche Materialanforderungen
Materialverhalten εmin = 30% σmax = 1.0 - 1.4 MPa bei ε < εmin Hohe Anfangssteifigkeit Hinreichende Dauerhaftigkeit, d.h. Sulfatbeständigkeit Einbau einer vollflächigen Knautschzone aus Fertigteilen
Suitability tests – essential material requirements
Material behavior εmin = 30% σmax = 1.0 - 1.4 MPa bei ε < εmin High initial stiffness Sufficient durability, viz. sulfate resistance Incorporation of a full-surface yielding zone of prefabricated components
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0.0
0.5
1.0
1.5
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
σ [M
Pa]
ε [%]
zulässiger Bereich optimaler Bereich
Eignungsversuche, Materialverhalten
accepted range optimal range
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Eignungsversuche – zweistufiges Vorgehen
1. Charakterisierung potentiell geeigneter Knautschmaterialien (Variantenstudium, Literatur, ausgeführte Bauwerke)
2. Durchführung von Laborversuchen für abschliessende Beurteilung der potentiell geeigneten Materialien
Material Charakterisierung Zuschlagsstoffe / -mittel
1 Zementmatrix mit porösen Zuschlägen Cement matrix with porous aggregates
Glasschaum Foam glass
2 Zementmatrix mit porösen Zuschlägen Cement matrix with porous aggregates
Polystyrolkugeln Polystyrene spheres
3 Schaummörtel Foam mortar
Luftporenbildner Air-entraining agents
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Bild: Empa Dübendorf Bild: Empa Dübendorf Bild: Empa Dübendorf
Material 1 Material 2 Material 3
Eignungsversuche, Materialien
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Eignungsversuche – Materialverhalten
Ziel: Überprüfung des Materialverhaltens unter den vorgesehenen Einbaubedingungen
Weggesteuerte Druckversuche mit kontinuierlicher Aufzeichnung des axialen Spannungs-/ Stauchungsverhaltens
Versuche an grossen (48 x 48 x 30 cm) und hinsichtlich zukünftiger Material- und Qualitätstests während der Ausführung an kleinen (20 x 20 x 20 cm) Prüfkörpern
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Bild: Empa Dübendorf Bild: Empa Dübendorf
Prüfstand gross Prüfstand klein
Eignungsversuche, Versuchseinrichtung
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Eignungsversuche – Materialverhalten
Ziel: Überprüfung des Materialverhaltens unter den vorgesehenen Einbaubedingungen
Überprüfung Einfluss der Einbautoleranzen resp. der seitlichen Bettungsverhältnisse auf Materialverhalten mittels Prüfserien mit vollständig und teilweise behinderter Seitendehnung
Überprüfung Einfluss der Wassersättigung auf Materialverhalten mittels Prüfserien an trockenen und wassergesättigten Probekörpern
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Bild: Empa Dübendorf
Vollständig behinderte Seitendehnung Teilweise behinderte Seitendehnung
Eignungsversuche, Varianten Seitendehnung Prüfstand gross
Druckplatte
Hartholzplatte
Stahlschalung
Polystyrolplatte
thrust plate
hardwood plate
steel formwork
polystyrene plate
Bild: Empa Dübendorf
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Eignungsversuche – Resultate Materialverhalten
Wesentliche Erkenntnisse: Material 1: εmin > 30% nur mit seitlicher Ausdehnung Material 2 & 3: Anforderungen bei beiden Bettungsverhältnissen erfüllt Wassersättigung: kein relevanter Einfluss Versuche an kleinen Würfeln bestätigten Resultate der grossen Platten
Suitability tests – results of material behavior
Important insights: Material 1: reaches a compressing degree > 30% with lateral expansion only Material 2 & 3: the requirements regarding bedding conditions are met The water saturation does not show a relevant effect on the material behavior Experiments on small cubes have confirmed the results of the large slabs
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0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 10 20 30 40 50
Span
nung
[MPa
]
Stauchung [%]
Grossplatten, vollständig behindert, trocken
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 10 20 30 40 50
Span
nung
[MPa
]
Stauchung [%]
Grossplatten, teilweise behindert, trocken
Material 1 Material 2 Material 3
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 10 20 30 40 50
Span
nung
[MPa
]
Stauchung [%]
Grossplatten, teilweise behindert, nass
Material 1 Material 2 Material 3
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 10 20 30 40 50
Span
nung
[MPa
]
Stauchung [%]
Grossplatten, teilweise behindert, trocken
Eignungsversuche, Resultate Materialverhalten
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Eignungsversuche – Dauerhaftigkeit, Versuche, Resultate
Ziel: Überprüfung Material in aggressivem, stark sulfathaltigem Bergwasser (SO4
2- = 3’000 – 5’000 mg/l)
Test Sulfatbeständigkeit (Norm SIA 261/1 Anhang D) mit Beurteilung der Dehnung ∆l während Zusatzlagerung: Grenzwert: ∆lmax = 1.2 ‰
Mikroskopie mittels Rasterelektronenmikroskop (Materialdegradation)
Resultate: Material 1 & 2: Anforderungen bestanden Material 3: Dauerhaftigkeit nicht erfüllt, Materialdegradation
Results: Material 1 & 2: The requirements are met Material 3: Durability does not meet the requirements, material degradation
Entscheid Eignungsversuche: Wahl Material 2 Decision suitability tests: Material 2
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0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 2 4 6 8
Δl [‰
]
Wochen
Längenänderung Δl während der Zusatzlagerung
Material 1 Material 2 Material 3 Grenzwert
Eignungsversuche, Resultate Dauerhaftigkeit
Bild: Empa Dübendorf
Übersicht Mikroskopie
Bild: Empa Dübendorf
Detailaufnahme Mikroskopie
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Bauablauf Phase 1
Linienbaustelle: Abbruch Fahrbahn, Bankette, Entwässerung Vorbereitung Kickerabbruch
Blockweise: Kickerabbruch beidseitig Paramentabbruch einseitig (wo nötig) Freilegen bestehende Gewölbeabdichtung
Phase 2
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Bauablauf
Phase 1 Phase 2
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Phase 3 Phase 4
Blockweise: Erstellung Kickerfundamente Abdichtung neuer Kicker- und Paramentbereich Neubau Kicker- und Paramentbereich Schutz Abdichtungsübergänge
Linienbaustelle: Ausbruck Sohlbereich neues Sohlgewölbe Ausbruchsicherung mit Spritzbeton Einbau Sohldrainage
Bauablauf
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Phase 3
Bauablauf
Phase 4
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Bauablauf Phase 5 Phase 6
Linienbaustelle: Einbau Knautschzone aus Fertigteilen Abdichtung neues Sohlgewölbe Einbau neues Sohlgewölbe Neubau Bankette, Innenausbu
Linienbaustelle: Einbau Fahrbahn Paramentverstärkung Vorbetonieren (wo nötig) BSA-Installationen
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Bauablauf
Phase 5 Phase 6
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Ausblick Erstellung Ausschreibungsunterlagen bis März 2018 Publikation April 2018 Vergabe Oktober 2018 Ausführung - Frühlingsbauzeitfenster 2019 April – Juni 2019 (FBZF 19) - Herbstbauzeitfenster 2019 Oktober – Dezember 2019 (HBZF 19) - Frühlingsbauzeitfenster 2020 März – Juni 2020 (FBZF 20)
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Deformationszone 1 Deformationszone 2 FB
ZF 1
9 HB
ZF 1
9 FB
ZF 2
0
Instandsetzung
Instandsetzung
Instandsetzung
Bauprogramm
Projektbeteiligte (project participants)
Bauherr: Bundesamt für Strassen ASTRA Filiale Bellinzona, Rolf Burri
Bauherrenunterstützung: ILF Beratende Ingenieure AG, Zürich Dr. Markus Schwalt
Projektverfasser Bau: INGE Gost, p. A. Aegerter & Bosshardt AG, Basel Beat Schädler, Aegerter & Bosshardt AG Patrick Beeler, Lombardi Ingenieure AG
Projektverfasser BSA: Brüniger + Co, AG, Chur Peter Wildi
Geologie: BauGrundRisk AG, Chur Ruedi Krähenbühl
Experten Quellen: Prof. Dr. Georgios Anagnostou, ETH Zürich Prof. Dr.-Ing. Dieter Kirschke, Ettlingen Walter Steiner, B+S AG, Bern
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Material 2: um 50% gestauchter Probekörper Material 2: specimen compressed by 50%