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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

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