Deformation measurements of tunnel segments at a newly developed test rig Deformationsmessungen an Tübbingen mit einem neu entwickelten PrüfstandWith the use of tunnel boring machines under different geological and geotechnical conditions, the support with precast elements has been state of the art for decades. For the verification of the load-bearing and deformation behaviour of these high-strength reinforced concrete elements under exact known loading conditions, a test rig has been developed and implemented in a cooperation between experts of Austrian Federal Railways (ÖBB-Infrastruktur AG, SAE Fachbereich Bautechnik/Tunnelbau) and the Montanuniverität Leoben (Chair of Subsurface Engineering). The newly developed segment test rig allows biaxial tests on real segments. Due to the modular construction it is feasible to test segments with different geometries and dimensions. The obtained findings should be included in the optimization of these elements. Furthermore, the optimisation of the reinforcement design and replacement of steel bar reinforcement with fibre reinforcement is being investigated. With this test rig, an important step has been taken towards new technologies and materials in the field of segment linings. Currently, tests with distributed fibre optic sensing systems are carried out in cooperation with the Graz University of Technology (Institute of Engineering Geodesy and Measurement Systems -IGMS). A fibre optic sensing cable can be embedded in the segment during production and used for lifelong in-situ deformation measurements of the segment.
The usage of numerical simulation tools in rock engineering has been the undisputed state of the art for decades. Not only for rock engineering applications in the field of underground and surface stability analysis, but also for the simulation of the rock-cutting process. With increasing computing capacity and as a consequence thereof, increased capabilities of available constitutive laws, the determination of reliable input parameters is critical. The detailed characterization and implementation of stress-strain relations, including the hardening and softening regime, is a major task. While efficient guidelines and established procedures exist for compressive loading, the current state of the art for tensile loading in the majority of the cases is inadequate. Samples often fail invalidly, either due to poor preparation or due to the impact of undesired bending and torsional loading. For that reason, an innovative purely mechanical test setup is proposed in this article, which eliminates the identified confounding effects. Furthermore, an alternative procedure for the investigation of rock dilatancy under unconfined conditions is presented. Although dilatancy is normally associated with multiaxial stress states and determined by triaxial compression tests, the behaviour of unconfined rock under far field compression represents an essential load case in rock cutting, but also in the surroundings of underground openings. The proposed procedure is based on torsion tests because of their capability to generate stress states of pure shear without exhibiting axial splitting and related negative effects. With the help of numerical simulations, a reasonable range for the dilatancy can be estimated and compared to common methods of determination via unconfined compression tests.
Zusammenfassung: Bei internationalen Tunnelprojekten mit maschinellen Vortrieben wird für die Produktion der Tübbinge immer häufiger (Stahl-)Faserbeton für den Ersatz der konventionellen Bewehrungskörbe eingesetzt. Aufgrund des aktuellen Stands der Regelwerke und Richtlinien ist der Einsatz von Stahlfaserbetontübbingen im Tunnelbau in Österreich nicht zulässig und nur Stahlbetontübbinge mit konventionellem Bewehrungskorb dürfen eingesetzt werden. Zur Verifizierung des Trag-und Verformungsverhaltens dieser Faserbetonsegmente wurden Labor-sowie Großversuche am Lehrstuhl für Subsurface Engineering durchgeführt. Wie im BHM 12/2015 berichtet, wurde in Kooperation der ÖBB Infrastruktur AG und der Montanuniversität Leoben-Lehrstuhl für Subsurface Engineering ein Tübbingprüfstand zur Untersuchung dieser Betonfertigteile unter Laborbedingungen errichtet. Auf deren Basis wurden die Anwendung gängiger Dimensionierungsregelwerke überprüft und auftretende Unzulänglichkeiten und deren Gründe aufgezeigt.
For the driving of cross passages in mechanized tunnelling, different systems can be used for load transfer at the cross passage opening. With thin segmental linings, achieving high load‐bearing capacity of the precast lining and the load transfer elements used pose a great challenge. For the selection of a system, not only the required support measures but also practical construction aspects such as the integration of the load transfer elements into the precast element and the installation of the elements play an important role. The use of shear dowels as a connection and load transfer element between segment rings in the cross passageoffers new possibilities in mechanized tunnelling. Particularly in connection with thin segmental linings, flexible systems of plastic with integrated steel core make it possible to resist loads with large deformations, both in the radial and longitudinal directions. In order to investigate the system behaviour of the overall system of segmental lining with thin construction and plastic shear dowels, shear tests were performed at the Chair for Subsurface Engineering of the Montanuniversität Leoben with a dowel system as the connecting element between segments. The objective of the research project initiated by the ÖBB‐Infrastruktur AG is to determine the effects of different reinforcement concepts on the load‐bearing capacity of the connection system. Ways of determining the failure of the construction element based on crack detection are also described. Für das Anfahren von Querschlägen im maschinellen Tunnelbau kommen unterschiedliche Systeme für die Lastabtragung im Bereich der Querschlagsöffnung zum Einsatz. Bei schlanken Tübbingauskleidungen stellt das Erzielen einer hohen Lastkapazität der Fertigteilauskleidung sowie der eingesetzten Lastabtragungselemente eine hohe Herausforderung dar. Bei der Auswahl der Systeme spielen neben den erforderlichen Sicherungsmaßnahmen die baupraktischen Aspekte wie das Integrieren der Lastabtragungselemente in das Fertigteilsegment und die Installation der Elemente eine wesentliche Rolle. Durch Verwendung von Scherdübeln als Verbindung‐ und Lastübertragungselement zwischen Tübbingringen im Querschlagsbereich ergeben sich neue Möglichkeiten im maschinellen Tunnelvortrieb. Insbesondere im Zusammenhang mit schlanken Tübbingauskleidungen bieten flexible Systeme aus Kunststoff mit integriertem Stahlkern die Möglichkeit, Lasten mit großen Verformungen sowohl in Radial‐ als auch in Längsrichtung zu übertragen. Um das Systemverhalten des Gesamtsystems zwischen Tübbingauskleidung mit schlanker Bauteildicke und Kunststoffscherdübel zu untersuchen, wurden am Lehrstuhl für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben Scherversuche mit einem Dübelsystem als Verbindungselement von Tübbingen durchgeführt. Ziel des von der ÖBB‐Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Bewehrungskonzepte auf die Tragfähigkeit des Verbindungssystems zu bestimmen. Ergänzend werden Möglichkeiten zur Bestimmung des Ba...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.