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VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Geotechnisches Sicherheitsmanagement<br />
im oberflächennahen<br />
Tunnelbau<br />
Von Georg-Michael Vavrovsky, Nejad Ayaydin und Peter Schubert<br />
Der statisch-konstruktive Ingenieurbau <strong>de</strong>finiert<br />
die Sicherheit aus <strong>de</strong>n weitgehend bekannten<br />
Lasten und <strong>de</strong>n ebenso gut beschreibbaren<br />
Wi<strong>de</strong>rstän<strong>de</strong>n, die sich aus <strong>de</strong>n verwen<strong>de</strong>ten<br />
Baumaterialien und <strong>de</strong>r klar <strong>de</strong>finierten<br />
Konstruktion ableiten lassen. Lasten und Wi<strong>de</strong>rstän<strong>de</strong><br />
sind mit Teilsicherheiten beaufschlagt,<br />
um die statistisch bekannten Schwankungen <strong>de</strong>r<br />
Eigenschaften zu berücksichtigen und die Versagenswahrscheinlichkeit<br />
auf ein Minimum zu reduzieren.<br />
Im Gegensatz dazu ist <strong>de</strong>r Tunnelbau gekennzeichnet<br />
durch eine meist große Bandbreite <strong>de</strong>r<br />
Baugrundverhältnisse, und damit <strong>de</strong>r Lasten,<br />
<strong>de</strong>s statischen Systems und <strong>de</strong>r Wi<strong>de</strong>rstän<strong>de</strong>.<br />
Auch umfangreiche Untersuchungen können in<br />
<strong>de</strong>r Regel keine ausreichend genaue Definition<br />
<strong>de</strong>r Randbedingungen erbringen, die in ihrer<br />
Verläßlichkeit und Eingrenzung vergleichbar<br />
mit <strong>de</strong>m übrigen Ingenieurbau wären. Die Auswirkungen<br />
von Tunnelversagen auf Kosten und<br />
Interessen Dritter sind jedoch – vor allem im<br />
oberflächennahen Bereich – häufig nicht weniger<br />
spektakulär als in an<strong>de</strong>ren Bereichen <strong>de</strong>s Ingenieurbaus.<br />
Es ist <strong>de</strong>shalb erfor<strong>de</strong>rlich, das<br />
Manko an ausreichend genau vorausbestimmbarer<br />
Versagenswahrscheinlichkeit durch ein<br />
Sicherheitsmanagementsystem zu mil<strong>de</strong>rn.<br />
Dieser Beitrag hat vor allem jene Verhältnisse<br />
<strong>de</strong>s seichtliegen<strong>de</strong>n Tunnelbaus zum Thema, bei<br />
<strong>de</strong>nen die Baugrundbedingungen nicht ausreichend<br />
genau bestimmbar sind und durch ein<br />
Gesamtkonzept von Planung und Ausführung<br />
eine Optimierung in bezug auf Sicherheit und<br />
Wirtschaftlichkeit gesucht wird. Nicht Gegenstand<br />
dieser Ausführungen sind die typischen<br />
städtischen U-Bahn-Verhältnisse, bei <strong>de</strong>nen in<br />
<strong>de</strong>r Regel <strong>de</strong>r Baugrund sehr genau bekannt ist<br />
und eine großzügige Auslegung <strong>de</strong>r Stützmittel<br />
Geotechnical safety management in shallow<br />
tunnelling from the Austrian point <strong>of</strong> view<br />
Geotechnical safety management at shallow tunnels is<br />
based on a comprehensive <strong>de</strong>finition <strong>of</strong> the expected system<br />
behaviour by the <strong>de</strong>signer and the verification <strong>of</strong> the<br />
actual conditions during construction. The verification requires<br />
a suitable organization, established procedures and<br />
technical tools. Primarily it is the Client’s duty to form the<br />
basis for the safety management through suitable specifications<br />
and contracts.<br />
und <strong>de</strong>r Bauverfahren das Baugrundrestrisiko<br />
ab<strong>de</strong>cken.<br />
Das Thema Sicherheitsmanagement glie<strong>de</strong>rt<br />
sich im wesentlichen in drei Bereiche:<br />
➮ Planungskonzept zur Vorgabe von Stützung,<br />
Bauverfahren und Kenngrößen zur Beurteilung<br />
<strong>de</strong>r Standsicherheit entsprechend <strong>de</strong>n<br />
vor Ausführung bekannten Baugrundverhältnissen,<br />
➮ Überwachungskonzept inklusive aller technischer<br />
und organisatorischer Vorkehrungen<br />
zum Zweck <strong>de</strong>s laufen<strong>de</strong>n Soll-Ist-Vergleichs,<br />
➮ Managementkonzept für <strong>de</strong>n Fall <strong>de</strong>r Abweichung<br />
<strong>de</strong>r Baugrundverhältnisse außerhalb<br />
<strong>de</strong>r erwarteten Bandbreite sowohl in günstiger<br />
als auch in ungünstiger Ten<strong>de</strong>nz.<br />
Planungskonzept<br />
Die Abgrenzung <strong>de</strong>r vorgegebenen Min<strong>de</strong>stanfor<strong>de</strong>rungen<br />
in <strong>de</strong>r Planung gegenüber <strong>de</strong>n verfügbaren<br />
Maßnahmen für Entscheidungen vor<br />
Ort erfolgt in <strong>de</strong>r sogenannten Rahmenplanung.<br />
Die Rahmenplanung hat grundsätzlich die Anfor<strong>de</strong>rungen<br />
<strong>de</strong>r Nachvollziehbarkeit und <strong>de</strong>r<br />
umfassen<strong>de</strong>n geologischen und geomechanischen<br />
Information zu erfüllen und hat selbstverständlich<br />
die Sicherheit vor die Wirtschaftlichkeit<br />
zu setzen.<br />
Die Rahmenplanung setzt sich aus einem geomechanischen<br />
Bericht und <strong>de</strong>m eigentlichen<br />
Rahmenplan zusammen. Der geomechanische<br />
Bericht soll die Nachvollziehbarkeit <strong>de</strong>r vorgesehenen<br />
Maßnahmen ermöglichen und die Mo<strong>de</strong>llvorstellungen<br />
für das Gebirgsverhalten aufzeigen<br />
sowie die Ergebnisse von Standsicherheitsbetrachtungen<br />
o<strong>de</strong>r -berechnungen empirischer,<br />
analytischer und numerischer Art beinhalten.<br />
Geotechnisches Sicherheitsmanagement im oberflächennahen<br />
Tunnelbau beruht auf einer ausreichen<strong>de</strong>n Definition<br />
<strong>de</strong>s erwarteten Systemverhaltens durch <strong>de</strong>n Planer<br />
und einem Soll-Ist-Vergleich mit <strong>de</strong>n tatsächlich angetr<strong>of</strong>fenen<br />
Verhältnissen während <strong>de</strong>r Bauausführung. Für diesen<br />
Soll-Ist-Vergleich sind umfangreiche organisatorische,<br />
technische und verfahrensbezogene Voraussetzungen erfor<strong>de</strong>rlich.<br />
Primär ist dabei <strong>de</strong>r Auftraggeber gefor<strong>de</strong>rt,<br />
durch entsprechen<strong>de</strong> Spezifikationen und Auftragsvergaben<br />
die Grundlagen für ein wirksames Sicherheitsmanagement<br />
zu schaffen.<br />
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5 133
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
134<br />
VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Bild 1 Vorgaben <strong>de</strong>r<br />
Rahmenplanung unter<br />
unterschiedlichen<br />
Randbedingungen.<br />
Fig. 1 Minimum<br />
requirements set by<br />
the framework Design<br />
at different boundary<br />
conditions.<br />
Bild 2 Sicherheitskonzept<br />
<strong>de</strong>r Rahmenplanung<br />
in Abhängigkeit<br />
<strong>de</strong>r Baugrundverhältnisse<br />
und <strong>de</strong>r<br />
Prognosesicherheit.<br />
Fig. 2 Safety concept<br />
<strong>of</strong> the framework<br />
Design un<strong>de</strong>r consi<strong>de</strong>ration<br />
<strong>of</strong> the ground<br />
conditions and the<br />
level <strong>of</strong> investigation<br />
knowledge.<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5<br />
Der Inhalt <strong>de</strong>s Rahmenplans kann zusammengefaßt<br />
wer<strong>de</strong>n zu:<br />
➮ Geologische und hydrogeologische Prognose,<br />
➮ Abgrenzung <strong>de</strong>r geotechnischen Gebirgsbereiche,<br />
➮ Geltungsbereiche <strong>de</strong>r zugrun<strong>de</strong> gelegten geomechanischen<br />
Mo<strong>de</strong>lle,<br />
➮ Min<strong>de</strong>stanfor<strong>de</strong>rungen für Stützmaßnahmen<br />
und Vorgaben für Abbaufolgen und Abschlagslängen,<br />
➮ Umfang <strong>de</strong>r vor Ort festlegbaren Maßnahmen,<br />
➮ Erwartete Verschiebungen und Beanspruchungen,<br />
➮ Hinweise für Risikozonen und Risikobewertungen<br />
(-faktoren).<br />
Die im Rahmenplan vorgegebenen Maßnahmen<br />
wer<strong>de</strong>n bei tiefliegen<strong>de</strong>n Tunneln, bei oberflächennahen<br />
Tunneln und bei Tunneln unter<br />
Bebauung unterschiedliche Anteile <strong>de</strong>r gesamten,<br />
verfügbaren Maßnahmen umfassen (Bild 1).<br />
Bei tiefliegen<strong>de</strong>n Vortrieben sind Auflockerungen<br />
und Entfestigung mit wirtschaftlich vertretbaren<br />
Mitteln zu vermei<strong>de</strong>n o<strong>de</strong>r aber Verformungen<br />
kontrolliert zuzulassen, wenn verformungsbehin<strong>de</strong>rn<strong>de</strong><br />
o<strong>de</strong>r -min<strong>de</strong>rn<strong>de</strong> Maßnahmen<br />
zu unwirtschaftlich wer<strong>de</strong>n. Dabei wird ein<br />
größerer Teil <strong>de</strong>r verfügbaren Maßnahmen, zum<br />
Beispiel Stützmaßnahmen in <strong>de</strong>r Leibung, voreilen<strong>de</strong><br />
Maßnahmen o<strong>de</strong>r Abbaufolgen, vor Ort<br />
festlegbar sein.<br />
Eine gänzlich an<strong>de</strong>re Überlegung ist bei einem<br />
Tunnel unter Bebauung anzustellen. Hier-<br />
bei bestimmt die Vermeidung beziehungsweise<br />
Minimierung <strong>de</strong>r Oberflächensetzung die erfor<strong>de</strong>rlichen<br />
Maßnahmen. Der Umfang <strong>de</strong>r vor Ort<br />
festlegbaren Maßnahmen ist bei <strong>de</strong>n Stützmitteln<br />
an <strong>de</strong>r Leibung und bei gebirgsverbessern<strong>de</strong>n<br />
Maßnahmen (Wasserhaltung, Injektion)<br />
kaum gegeben. Lediglich bei Abbaufolgen und<br />
voreilen<strong>de</strong>n Stützmaßnahmen sind geringe Anpassungen<br />
vor Ort möglich.<br />
Bei oberflächennahen Tunneln kann es wegen<br />
geringer Verspannung und vorhan<strong>de</strong>ner<br />
Entspannungsneigung <strong>de</strong>s Gebirges zu erheblichen<br />
Belastungen <strong>de</strong>s Ausbaus durch nachdrängen<strong>de</strong><br />
Gewichtskräfte kommen. Der Ausbau ist<br />
durch geeignete Reserven in die Lage zu versetzen,<br />
unvermittelt auftreten<strong>de</strong> höhere Belastungen<br />
aufzunehmen. Daher ist <strong>de</strong>r Umfang <strong>de</strong>r vor<br />
Ort festlegbaren Maßnahmen an <strong>de</strong>r Tunnelleibung<br />
gering. Bei <strong>de</strong>n voreilen<strong>de</strong>n Stützmaßnahmen<br />
und bei <strong>de</strong>n Abbaufolgen und Abschlagslängen<br />
sind jedoch größere Anpassungen vor Ort<br />
möglich beziehungsweise erfor<strong>de</strong>rlich (vgl.<br />
Bild 1).<br />
Die Maßnahmen im Rahmenplan haben über<br />
die Tunnellänge <strong>de</strong>n Erfor<strong>de</strong>rnissen <strong>de</strong>r erwarteten<br />
geomechanischen Verhältnisse <strong>de</strong>rart zu<br />
folgen, daß stets eine ausreichen<strong>de</strong> Sicherheitsreserve<br />
vorhan<strong>de</strong>n ist und eine unvermittelte<br />
Än<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>s Gebirgsverhaltens vor Ort beherrscht<br />
wer<strong>de</strong>n kann. Für die Festlegung <strong>de</strong>r<br />
Maßnahmen und <strong>de</strong>r erfor<strong>de</strong>rlichen Sicherheitsreserven<br />
im Rahmenplan ist die Prognosesicherheit<br />
entsprechend zu berücksichtigen (Bild 2).<br />
Sicherheitsmanagement<br />
während <strong>de</strong>r Bauausführung<br />
Voraussetzungen für funktionieren<strong>de</strong>s<br />
Sicherheitsmanagement<br />
Neben ein<strong>de</strong>utigen Vorgaben durch die Rahmenplanung<br />
stützt sich das geotechnische Sicherheitsmanagement<br />
während <strong>de</strong>r Bauausführung<br />
vor allem auf folgen<strong>de</strong> Eckpfeiler:<br />
➮ Geeignete Organisation <strong>de</strong>r Baustelle,<br />
➮ Technische Voraussetzungen für eine qualitativ<br />
hochwertige Beobachtung <strong>de</strong>s Gebirgsverhaltens,<br />
➮ Effizienter Informationsfluß und geregeltes<br />
Berichtswesen.<br />
Organisatorische Voraussetzungen<br />
Das geotechnische Sicherheitsmanagement erfor<strong>de</strong>rt<br />
zumin<strong>de</strong>st drei organisatorische Voraussetzungen:<br />
➮ Auf <strong>de</strong>r Baustelle befin<strong>de</strong>t sich ein geotechnisch<br />
hinreichend versierter Ingenieur zur laufen<strong>de</strong>n<br />
Analyse und Interpretation <strong>de</strong>r Meßergebnisse<br />
sowie zur Beurteilung <strong>de</strong>s angetr<strong>of</strong>fenen<br />
Gebirgsverhaltens. Der Geotechniker stellt<br />
gemeinsam mit <strong>de</strong>m Geologen Abweichungen<br />
vom erwarteten Baugrundmo<strong>de</strong>ll fest, beurteilt<br />
die Standsicherheit <strong>de</strong>s Hohlraums und<br />
die Auswirkungen auf die Oberfläche.
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
136<br />
VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Bild 3 Position <strong>de</strong>s<br />
Geotechnikers und<br />
seine Kommunikationspartner.<br />
Fig. 3 Position <strong>of</strong> the<br />
geotechnical engineer<br />
and his team.<br />
Bild 4 Rigorose<br />
Überwachung von<br />
Oberflächensetzungen<br />
und Tunnelverschiebungen<br />
bei seichtliegen<strong>de</strong>n<br />
Tunneln.<br />
Fig. 4 Extensive<br />
monitoring <strong>of</strong> surface<br />
settlement and tunnel<br />
displacement at a<br />
shallow tunnel.<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5<br />
➮ Der Geotechniker stellt damit das abschließen<strong>de</strong><br />
Element <strong>de</strong>s Planungskonzepts dar und<br />
hat damit naturgemäß ein weitgehend gemeinsames<br />
Interesse mit <strong>de</strong>m Planer. Es ist<br />
daher auch aus Verantwortungsgrün<strong>de</strong>n<br />
zweckmäßig, einen Mitarbeiter <strong>de</strong>s planen<strong>de</strong>n<br />
Ingenieurs mit <strong>de</strong>n Aufgaben <strong>de</strong>s Geotechnikers<br />
vor Ort zu betrauen.<br />
Der Geotechniker muß kraft seiner Position<br />
unabhängig sein von <strong>de</strong>n wirtschaftlichen und<br />
zeitlichen Zwängen <strong>de</strong>s Baugeschehens und<br />
sich voll auf seine Aufgabe konzentrieren<br />
können. Seine Empfehlungen sind vorrangig<br />
<strong>de</strong>r Sicherheit <strong>de</strong>s Bauwerks verpflichtet, wobei<br />
er auch die Wirtschaftlichkeit im Auge zu<br />
behalten hat. Der Geotechniker hat jedoch<br />
keine Kompetenz zur Anordnung von Baumaßnahmen<br />
(Bild 3); diese liegt ausschließlich<br />
in <strong>de</strong>n Hän<strong>de</strong>n <strong>de</strong>r örtlichen Bauaufsicht,<br />
die möglichst das Einvernehmen mit <strong>de</strong>r Bauleitung<br />
<strong>de</strong>s ausführen<strong>de</strong>n Unternehmers herzustellen<br />
hat. Der Geotechniker analysiert<br />
und interpretiert die geotechnischen Vorgänge<br />
auf eine Weise, die das Ergreifen von entsprechen<strong>de</strong>n<br />
Maßnahmen durch die örtliche<br />
Bauaufsicht ermöglicht.<br />
➮ Weiterhin ist außerhalb <strong>de</strong>r unmittelbaren<br />
Baustellenorganisation ein entsprechend hoch<br />
qualifizierter Sachverständiger einzubin<strong>de</strong>n,<br />
<strong>de</strong>r laufend alle Informationen <strong>de</strong>s Geotechnikers<br />
erhält und in regelmäßigen Abstän<strong>de</strong>n seine<br />
eigene Interpretation <strong>de</strong>r Standsicherheit<br />
vornimmt und über diese auch mit <strong>de</strong>r Baustelle<br />
kommuniziert. Dazu gehört insbeson<strong>de</strong>re<br />
auch ein intensiver Gedanken- und Erfahrungsaustausch<br />
mit <strong>de</strong>m Geotechniker. Diese<br />
Funktion kann, je nach <strong>de</strong>n spezifischen Randbedingungen<br />
eines Projekts, durch <strong>de</strong>n sogenannten<br />
Tunnelbausachverständigen o<strong>de</strong>r<br />
auch durch einen Prüfingenieur erfolgen.<br />
Für <strong>de</strong>n Fall, daß <strong>de</strong>r Geotechniker auf <strong>de</strong>r<br />
Baustelle für seine Ergebnisse und Empfehlungen<br />
kein ausreichen<strong>de</strong>s Gehör fin<strong>de</strong>t, sollte es<br />
eine Durchgriffsmöglichkeit <strong>de</strong>s Geotechnikers
VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Tabelle 1 Auszug aus einem Tagesbericht <strong>de</strong>s Geotechnikers (Beispiel).<br />
Table 1 Extract from the daily report <strong>of</strong> the geotechnical engineer (example).<br />
Vortrieb Meßquer- Verhalten / Warnstufe Geotechn. Erfor<strong>de</strong>rliche Maßnahmen<br />
schnitt Normal Abweichend Kritisch Erläuterung<br />
(0) (1) (2/3) siehe ( )<br />
BW7 MQ237-UT ✔<br />
MQ246-UT ✔<br />
MQ255-UT ✔<br />
MQ264-UT ! (2) Verstärkte Stützung <strong>de</strong>r<br />
Ortsbrust<br />
BL7 MQ138-UT ✔<br />
MQ147-UT ! (1) Festigkeitsentwicklung<br />
MQ156-UT ! (1) Spritzbeton überprüfen<br />
MQ165-UT ! (1)<br />
MQ174-UT ✔<br />
MQ183-UT ✔<br />
MQ191-UT ✔<br />
MQ200-UT<br />
…..<br />
✔<br />
Geotechnische Erläuterungen<br />
(1) Durch <strong>de</strong>n Ausbruch von Strosse und Sohle treten bei diesen Meßquerschnitten an <strong>de</strong>n Ulmenpunkten große Horizontalverschiebungen,<br />
verbun<strong>de</strong>n mit Setzungszuwächsen auf. Diese sehr hohen Verschiebungszuwächse sind durch die<br />
aufgrund <strong>de</strong>s Ausbruchs <strong>de</strong>r Kalottensohle fehlen<strong>de</strong> horizontale Verspannung im unmittelbaren Ortsbrustbereich sowie<br />
das Unterschnei<strong>de</strong>n <strong>de</strong>r Spritzbetonschale im Zug <strong>de</strong>s Strossen- und Sohlvortriebs erklärbar. Die Festigkeitsentwicklung<br />
<strong>de</strong>s jungen Spritzbetons soll laut Geotechnikbesprechung vom 8. Mai <strong>2001</strong> an diesen Stellen laufend kontrolliert wer<strong>de</strong>n.<br />
(2) Relativ kompakte Ton-Sandstein-Abfolgen sind von einem steif-plastischen Tonstein abgelöst wor<strong>de</strong>n. Der Tonstein<br />
<strong>de</strong>ckt fast das ganze Ausbruchspr<strong>of</strong>il ab und wird nur durch einzelne harte Sandsteinschollen gestört. Dieses Gebirge<br />
wur<strong>de</strong> bereits in <strong>de</strong>n Vortrieben BL 7 und BL 9 angetr<strong>of</strong>fen, wo ähnlich große Anfangsverformungen aufgetreten sind.<br />
über <strong>de</strong>n Planer zum Baumanagement (Projektleitung)<br />
geben, die im Bedarfsfall die Möglichkeit<br />
einer Weisung hat (vgl. Bild 3).<br />
Technische Voraussetzungen<br />
Die effektive Arbeit <strong>de</strong>s Geotechnikers erfor<strong>de</strong>rt<br />
Grundlagen, die im wesentlichen von pr<strong>of</strong>essionellen<br />
geotechnischen Messungen und einer qualifizierten<br />
geologischen Dokumentation abhängen.<br />
Ebenso wichtig ist die geologische Zusammenschau,<br />
die Darstellung <strong>de</strong>r angetr<strong>of</strong>fenen<br />
Verhältnisse im Überblick sowie eine präzise<br />
Dokumentation und Aufbereitung von bautechnisch<br />
wesentlichen Elementen.<br />
Auch die besten Meßdaten wer<strong>de</strong>n <strong>de</strong>m Geotechniker<br />
jedoch nicht helfen, wenn <strong>de</strong>ren Auswertung<br />
und Darstellung nicht <strong>de</strong>m Stand <strong>de</strong>r<br />
Technik entsprechen. Dazu gehören neben <strong>de</strong>m<br />
zeitlichen Verlauf von Verschiebungen auf je<strong>de</strong>n<br />
Fall vortriebsbezogene Auswertungen (sogenannte<br />
Einflußlinien) <strong>de</strong>r Verschiebungen <strong>de</strong>s<br />
Hohlraumrands und <strong>de</strong>r Oberfläche (Bild 4). Nur<br />
damit können ein Überblick über die Ereignisse<br />
und rasches Erkennen von Unregelmäßigkeiten<br />
gewährleistet wer<strong>de</strong>n.<br />
Informationsfluß und Berichtswesen<br />
Der Geotechniker übermittelt seine Interpretationen<br />
an die örtliche Bauaufsicht, die ausführen<strong>de</strong><br />
Unternehmung und an <strong>de</strong>n externen Sachverständigen.<br />
Zu diesem Zweck wird empfohlen, einen<br />
täglichen Kurzbericht mit ausgewählten Darstellungen<br />
zu verfassen, <strong>de</strong>r die Beurteilung <strong>de</strong>s<br />
Geotechnikers darlegt. Die Formulierung <strong>de</strong>r Beurteilung<br />
auf täglicher Basis ist schwierig, ohne in<br />
banale Formulierungen zu verfallen wie „MQ xy<br />
beruhigt sich“. Es ist daher empfehlenswert, die<br />
Hauptinformation in einer Tabelle darzustellen,<br />
aus <strong>de</strong>r auf <strong>de</strong>n ersten Blick ersichtlich ist, in welchen<br />
Bereichen <strong>de</strong>s Tunnels <strong>de</strong>r Geotechniker<br />
Normalverhalten diagnostiziert, und wo Abweichungen<br />
beziehungsweise Unstetigkeiten vorliegen.<br />
Im Fall <strong>de</strong>rartiger Feststellungen muß eine<br />
geotechnische Analyse durchgeführt und ein Vorschlag<br />
für zusätzliche Maßnahmen (Tabelle 1)<br />
vorgelegt wer<strong>de</strong>n. Auf die Klassifizierung von<br />
Warnstufen sowie die Beschreibung von Warnkriterien<br />
wird noch näher eingegangen.<br />
In regelmäßigen Abstän<strong>de</strong>n fin<strong>de</strong>t eine „geotechnische<br />
Besprechung“ statt, in <strong>de</strong>r die Erkenntnisse<br />
aus <strong>de</strong>m Baugeschehen, <strong>de</strong>r Geologie<br />
und <strong>de</strong>r Geotechnik allen am Baugeschehen verantwortlich<br />
Beteiligten präsentiert und ausführlich<br />
diskutiert wer<strong>de</strong>n. Diese Besprechungen<br />
dienen einerseits <strong>de</strong>r Aufarbeitung <strong>de</strong>s Geschehens,<br />
an<strong>de</strong>rerseits aber auch <strong>de</strong>r Sensibilisierung<br />
und <strong>de</strong>r gemeinsamen Festlegung von ge-<br />
Bild 5 Warnstufen<br />
und Aktionsebenen<br />
<strong>de</strong>s geotechnischen<br />
Sicherheitsmanagements.<br />
Fig. 5 Warning and<br />
action levels <strong>of</strong> the<br />
geotechnical safety<br />
management.<br />
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5 137
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
138<br />
VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Tabelle 3 Warnkriterien, Maßnahmen und Entwarnungskriterien.<br />
Table 3 Warning criteria, measures and <strong>de</strong>-warning criteria.<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5<br />
Tabelle 2 Stufen <strong>de</strong>s geotechnischen Warnsystems.<br />
Table 2 Levels <strong>of</strong> the geotechnical warning system.<br />
Warnstufe Kennzeichen<br />
0 Systemverhalten innerhalb <strong>de</strong>r erwarteten<br />
Bandbreite Normalverhalten gemäß Vorgaben<br />
<strong>de</strong>r Rahmenplanung<br />
1 Abweichung vom Normalverhalten; Reaktionsphase<br />
2 Gefahr in Verzug; Risiko ist auf die Baustelle<br />
begrenzt; Krisensituation<br />
3 Gefahr in Verzug; Risiko geht über die Baustelle<br />
hinaus und betrifft auch die Öffentlichkeit;<br />
Krisensituation<br />
nerellen Vorgangsweisen während <strong>de</strong>s bevorstehen<strong>de</strong>n<br />
Tunnelvortriebs. Für die Besprechung<br />
wird von <strong>de</strong>n Vertretern auf <strong>de</strong>r Baustelle ein <strong>de</strong>taillierter<br />
Bericht vorbereitet.<br />
Die Aktionsebenen <strong>de</strong>s<br />
Sicherheitsmanagements<br />
Das Sicherheitsmanagement während <strong>de</strong>r Bauausführung<br />
bewegt sich auf drei Ebenen (Bild 5):<br />
➮ Systemverhalten in erwarteter Bandbreite:<br />
Laufen<strong>de</strong>r Vergleich mit Vorgaben <strong>de</strong>s Rahmenplans<br />
(Verifizierung),<br />
➮ Systemverhalten günstiger als erwartet:<br />
Wirtschaftliche Optimierung durch Anpassung<br />
<strong>de</strong>s Rahmenplans,<br />
➮ Systemverhalten ungünstiger als erwartet:<br />
Gegensteuerung im Rahmen <strong>de</strong>s Warnsystems<br />
und Durchführung <strong>de</strong>s Krisenmanagements.<br />
Systemverhalten in erwarteter Bandbreite<br />
Die relevanten Informationen aus <strong>de</strong>m Baubetrieb,<br />
<strong>de</strong>r geologischen Dokumentation und<br />
<strong>de</strong>n geotechnischen Messungen wer<strong>de</strong>n vom<br />
Geotechniker gesammelt und einer integrativen<br />
Zusammenschau unterzogen. Die Arbeit <strong>de</strong>s<br />
Geotechnikers beinhaltet folgen<strong>de</strong> Hauptbereiche:<br />
➮ Vergleich <strong>de</strong>s angetr<strong>of</strong>fenen Baugrunds inklusive<br />
<strong>de</strong>r Grundwasserverhältnisse mit <strong>de</strong>m<br />
erwarteten Mo<strong>de</strong>ll,<br />
➮ Analyse <strong>de</strong>r Oberflächensetzungen in bezug<br />
auf die prognostizierten Setzungen, Tangentenneigungen<br />
und Setzungsmul<strong>de</strong>n,<br />
➮ Räumliche Analyse <strong>de</strong>r Tunnelverschiebungen<br />
in bezug auf Ausmaß, zeitlichen und örtlichen<br />
Trend,<br />
➮ Analyse <strong>de</strong>r Tunnelverschiebungen in bezug<br />
auf Verträglichkeit mit <strong>de</strong>r Spritzbetonschale,<br />
gegebenenfalls auch die Bestimmung <strong>de</strong>s<br />
Auslastungsgrads <strong>de</strong>r Spritzbetonschale,<br />
➮ Interpretation von Deformationsvorgängen<br />
im Baugrund und Verifikation <strong>de</strong>r Sinnhaftigkeit<br />
und Wirksamkeit <strong>de</strong>r eingesetzten Stützmittel.<br />
Warnstufe Kriterien Maßnahmen Entwarnung<br />
0 ➮ Keine Warnwerte erreicht, keine beson- ➮ Geotechnischen Tagesbericht an Vertei<strong>de</strong>ren<br />
Beobachtungen, planmäßiges Ver- ler versen<strong>de</strong>n<br />
halten <strong>de</strong>s Bauwerks ➮ Planmäßige geotechnische Besprechungen<br />
abhalten<br />
1 ➮ Überschreiten eines Warnwerts gemäß ➮ Anführen <strong>de</strong>s Tunnelabschnittes, <strong>de</strong>r ➮ Standsicherheit <strong>de</strong>s Tunnels gegeben<br />
Angaben <strong>de</strong>s Planers geotechnischen Begründung und von Vor- bzw. keine Beeinträchtigung <strong>de</strong>r Oberflä-<br />
➮ Untypisches Verschiebungsverhalten schlägen im geotechnischen Tagesbericht che durch nachhaltige Beobachtung<br />
<strong>de</strong>s Tunnels o<strong>de</strong>r <strong>de</strong>r Oberfläche wie plötz- ➮ Geotechnischen Tagesbericht an Ver- nachgewiesen<br />
liche Verschiebungszuwächse, Abkippen teiler sen<strong>de</strong>n ➮ Maßnahmen ergriffen und Wirksamkeit<br />
<strong>de</strong>r Trendlinie, Verletzung von Verträg- ➮ Prüfen, ob bautechnische Maßnahmen nachgewiesen<br />
lichkeitsbedingungen in <strong>de</strong>r Tunnel- o<strong>de</strong>r Rahmenplanän<strong>de</strong>rung erfor<strong>de</strong>rlich<br />
schale ➮ Außeror<strong>de</strong>ntliche geotechnische Be-<br />
➮ Kleinere unvorhergesehene Ereignisse sprechung kann vom Geotechniker,<br />
im Tunnel wie Überbruch, größere Was- Sachverständigen o<strong>de</strong>r AN verlangt<br />
serzutritte wer<strong>de</strong>n<br />
2 ➮ Wie<strong>de</strong>rholt progressive Verschiebungs- ➮ Kontakt und Information von Anrainern ➮ Standsicherheit <strong>de</strong>s Tunnels gegeben<br />
ten<strong>de</strong>nzen im Tunnel (z.B. im Zeit-Ver- o<strong>de</strong>r Drittnutzern bzw. keine Beeinträchtigung <strong>de</strong>r Oberfläschiebungsdiagramm<br />
o<strong>de</strong>r in <strong>de</strong>r Trend- ➮ Verteiler vorinformieren che durch nachhaltige Beobachtung<br />
linie, ohne klar zuordbare Bautätigkeit) ➮ ÖBA mit AN geeignete Maßnahmen nachgewiesen<br />
➮ Nachhaltige Zweifel an <strong>de</strong>r Standsicher- ergreifen ➮ Maßnahmen ergriffen und Wirksamkeit<br />
heit <strong>de</strong>r Tunnelschale, Überbeanspru- ➮ Krisenmanagement durch das Bau- nachgewiesen<br />
chung, Risse management<br />
➮ Flutung <strong>de</strong>s Tunnels durch Hochwasser ➮ Einberufung einer außeror<strong>de</strong>ntlichen<br />
➮ Gefahr eines Verbruchs im Tunnel geotechnischen Besprechung und Festlegen<br />
<strong>de</strong>r weiteren Vorgangsweise<br />
3 ➮ Kriterien <strong>de</strong>r Warnstufe 2 ➮ Betr<strong>of</strong>fene Dritte informieren, Absiche- ➮ Standsicherheit <strong>de</strong>s Tunnels gegeben<br />
➮ Verletzung <strong>de</strong>r Grenzwerte für Gebäu- rung veranlassen bzw. keine Beeinträchtigung <strong>de</strong>r Oberflä<strong>de</strong>-<br />
o<strong>de</strong>r Infrastruktursetzungen ➮ Verteiler informieren che durch nachhaltige Beobachtung<br />
➮ Gefahr eines Verbruchs mit Auswirkun- ➮ ÖBA mit AN geeignete Maßnahmen nachgewiesen<br />
gen auf Dritte bzw. die Öffentlichkeit ergreifen ➮ Maßnahmen ergriffen und Wirksamkeit<br />
➮ Krisenmanagement durch die Projektleitung<br />
➮ Einberufung einer außeror<strong>de</strong>ntlichen<br />
geotechnischen Besprechung und Festlegen<br />
<strong>de</strong>r weiteren Vorgangsweise<br />
nachgewiesen
VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU<br />
Der Befund <strong>de</strong>s Geotechnikers wird <strong>de</strong>n Entscheidungsträgern<br />
auf <strong>de</strong>r Baustelle in einem<br />
Tagesbericht tabellarisch übermittelt, wie oben<br />
ausgeführt.<br />
Wirtschaftliche Optimierung bei günstigeren<br />
Baugrundverhältnissen<br />
Das Rahmenplankonzept sieht vor, daß die Entscheidungsträger<br />
vor Ort, <strong>de</strong>r Leiter <strong>de</strong>r örtlichen<br />
Bauaufsicht <strong>de</strong>s Auftraggebers sowie <strong>de</strong>r<br />
Bauleiter <strong>de</strong>s Auftragnehmers die Min<strong>de</strong>stanfor<strong>de</strong>rungen<br />
<strong>de</strong>s Rahmenplans nicht unterschreiten<br />
dürfen.<br />
Wenn nun über eine gewisse Zeitspanne hinweg<br />
Baugrundverhältnisse angetr<strong>of</strong>fen wer<strong>de</strong>n,<br />
die Einsparungen bei <strong>de</strong>n Stützmitteln zulässig<br />
erscheinen lassen, ist <strong>de</strong>r Geotechniker<br />
angehalten, <strong>de</strong>m Planer eine Darstellung <strong>de</strong>s<br />
angetr<strong>of</strong>fenen Baugrunds und <strong>de</strong>r Interpretation<br />
<strong>de</strong>r Messungen sowie begrün<strong>de</strong>te Vorschläge<br />
zur Vermin<strong>de</strong>rung von Stützmitteln zur<br />
Kenntnis zu bringen. Eine Än<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>s Rahmenplans<br />
kann nur durch <strong>de</strong>n Planer erfolgen<br />
und bedarf <strong>de</strong>r Planfreigabe durch die Projektleitung.<br />
Dadurch ist gewährleistet, daß die<br />
Festlegungen auf <strong>de</strong>r Baustelle je<strong>de</strong>rzeit mit<br />
<strong>de</strong>n statischen und geotechnischen Überlegungen<br />
<strong>de</strong>s Planers vereinbar sind und sich nur im<br />
Rahmen vorgegebener Freiheitsgra<strong>de</strong> bewegen<br />
können.<br />
In Fällen größerer Dringlichkeit ist für die<br />
Än<strong>de</strong>rungen eines Rahmenplans ein abgekürztes<br />
Verfahren erfor<strong>de</strong>rlich, das kurzfristig <strong>de</strong>n<br />
Genehmigungslauf absolviert und in wenigen<br />
Stun<strong>de</strong>n in Kraft treten kann.<br />
Warnsystem und Krisenmanagement bei ungünstigen<br />
Baugrundverhältnissen o<strong>de</strong>r unerwarteten<br />
Ereignissen<br />
Das Management von ungünstigen Entwicklungen<br />
o<strong>de</strong>r auch von Krisen erfor<strong>de</strong>rt Verfahrensregeln,<br />
die von Projektbeginn an in Kraft gesetzt<br />
sein müssen. Neben <strong>de</strong>r Klärung von Zuständigkeiten<br />
und Abläufen spielt darin ein klar <strong>de</strong>finiertes<br />
Warnsystem eine zentrale Rolle. Dieses<br />
Warnsystem ist auf die Randbedingungen <strong>de</strong>s<br />
Projekts abzustimmen und kann zum Beispiel<br />
die in <strong>de</strong>r Tabelle 2 aufgelisteten Stufen enthalten.<br />
Ein beispielhaftes Schema für Warnkriterien,<br />
empfohlene Maßnahmen und Entwarnungskriterien<br />
ist in <strong>de</strong>r Tabelle 3 dargestellt.<br />
Auftraggeber und Auftragnehmer haben unter<br />
Umstän<strong>de</strong>n recht unterschiedliche Prioritäten<br />
im Krisenfall. Eine vorausschauen<strong>de</strong> Abstimmung<br />
<strong>de</strong>r Vorgangsweisen mit klarem Verfahrensablauf<br />
und ein<strong>de</strong>utigen Verantwortlichkeiten<br />
ist <strong>de</strong>shalb beson<strong>de</strong>rs wichtig.<br />
Abgesehen von S<strong>of</strong>ortmaßnahmen und von<br />
Bauhilfsmaßnahmen, die selbstverständlich immer<br />
in <strong>de</strong>r Verantwortung <strong>de</strong>r örtlichen Bauaufsicht<br />
und <strong>de</strong>s Auftragnehmers liegen, ist für einen<br />
weiteren Vortrieb unter ungünstigeren Baugrundverhältnissen,<br />
als sie im Rahmenplan be-<br />
rücksichtigt wur<strong>de</strong>n, auf je<strong>de</strong>n Fall eine Än<strong>de</strong>rung<br />
<strong>de</strong>s Rahmenplans erfor<strong>de</strong>rlich.<br />
Schlußbemerkung<br />
Geotechnisches Sicherheitsmanagement im<br />
oberflächennahen Tunnelbau beruht auf einer<br />
ausreichen<strong>de</strong>n Definition <strong>de</strong>s erwarteten Systemverhaltens<br />
durch <strong>de</strong>n Planer und einem<br />
Soll-Ist-Vergleich mit <strong>de</strong>n tatsächlich angetr<strong>of</strong>fenen<br />
Verhältnissen während <strong>de</strong>r Bauausführung.<br />
Für diesen Soll-Ist-Vergleich sind umfangreiche<br />
organisatorische, technische und<br />
verfahrensbezogene Voraussetzungen erfor<strong>de</strong>rlich.<br />
Primär ist dabei <strong>de</strong>r Auftraggeber gefor<strong>de</strong>rt,<br />
durch entsprechen<strong>de</strong> Spezifikationen<br />
und Auftragsvergaben die Grundlagen für ein<br />
wirksames Sicherheitsmanagement zu schaffen.<br />
Autoren<br />
Dr.mont. Georg-Michael Vavrovsky, Eisenbahn-Hochleistungsstrecken<br />
AG, Vivenotgasse 10, A-1020 Wien, Österreich,<br />
Dipl.-Ing. Baurat h.c. Nejad Ayaydin, IGT – Ingenieurgemeinschaft<br />
für Geotechnik und Tunnelbau, Mauracherstraße<br />
9, A-5020 Salzburg, Österreich, und Dipl.-Ing. Dr. Peter<br />
Schubert, IC-Consulenten ZT GmbH, Zollhausweg 1, A-<br />
5101 Bergheim, Österreich.<br />
SICHERHEITSMANAGEMENT<br />
FELSBAU 19 (<strong>2001</strong>) NR. 5 139