GeotechnischesSicherheitsmanagement_2001_de.pdf - iC group of ...

GeotechnischesSicherheitsmanagement_2001_de.pdf - iC group of ... GeotechnischesSicherheitsmanagement_2001_de.pdf - iC group of ...

02.02.2013 Aufrufe

VAVROVSKY ET AL.: GEOTECHNISCHES SICHERHEITSMANAGEMENT IM OBERFLÄCHENNAHEN TUNNELBAU Geotechnisches Sicherheitsmanagement im oberflächennahen Tunnelbau Von Georg-Michael Vavrovsky, Nejad Ayaydin und Peter Schubert Der statisch-konstruktive Ingenieurbau definiert die Sicherheit aus den weitgehend bekannten Lasten und den ebenso gut beschreibbaren Widerständen, die sich aus den verwendeten Baumaterialien und der klar definierten Konstruktion ableiten lassen. Lasten und Widerstände sind mit Teilsicherheiten beaufschlagt, um die statistisch bekannten Schwankungen der Eigenschaften zu berücksichtigen und die Versagenswahrscheinlichkeit auf ein Minimum zu reduzieren. Im Gegensatz dazu ist der Tunnelbau gekennzeichnet durch eine meist große Bandbreite der Baugrundverhältnisse, und damit der Lasten, des statischen Systems und der Widerstände. Auch umfangreiche Untersuchungen können in der Regel keine ausreichend genaue Definition der Randbedingungen erbringen, die in ihrer Verläßlichkeit und Eingrenzung vergleichbar mit dem übrigen Ingenieurbau wären. Die Auswirkungen von Tunnelversagen auf Kosten und Interessen Dritter sind jedoch – vor allem im oberflächennahen Bereich – häufig nicht weniger spektakulär als in anderen Bereichen des Ingenieurbaus. Es ist deshalb erforderlich, das Manko an ausreichend genau vorausbestimmbarer Versagenswahrscheinlichkeit durch ein Sicherheitsmanagementsystem zu mildern. Dieser Beitrag hat vor allem jene Verhältnisse des seichtliegenden Tunnelbaus zum Thema, bei denen die Baugrundbedingungen nicht ausreichend genau bestimmbar sind und durch ein Gesamtkonzept von Planung und Ausführung eine Optimierung in bezug auf Sicherheit und Wirtschaftlichkeit gesucht wird. Nicht Gegenstand dieser Ausführungen sind die typischen städtischen U-Bahn-Verhältnisse, bei denen in der Regel der Baugrund sehr genau bekannt ist und eine großzügige Auslegung der Stützmittel Geotechnical safety management in shallow tunnelling from the Austrian point of view Geotechnical safety management at shallow tunnels is based on a comprehensive definition of the expected system behaviour by the designer and the verification of the actual conditions during construction. The verification requires a suitable organization, established procedures and technical tools. Primarily it is the Client’s duty to form the basis for the safety management through suitable specifications and contracts. und der Bauverfahren das Baugrundrestrisiko abdecken. Das Thema Sicherheitsmanagement gliedert sich im wesentlichen in drei Bereiche: ➮ Planungskonzept zur Vorgabe von Stützung, Bauverfahren und Kenngrößen zur Beurteilung der Standsicherheit entsprechend den vor Ausführung bekannten Baugrundverhältnissen, ➮ Überwachungskonzept inklusive aller technischer und organisatorischer Vorkehrungen zum Zweck des laufenden Soll-Ist-Vergleichs, ➮ Managementkonzept für den Fall der Abweichung der Baugrundverhältnisse außerhalb der erwarteten Bandbreite sowohl in günstiger als auch in ungünstiger Tendenz. Planungskonzept Die Abgrenzung der vorgegebenen Mindestanforderungen in der Planung gegenüber den verfügbaren Maßnahmen für Entscheidungen vor Ort erfolgt in der sogenannten Rahmenplanung. Die Rahmenplanung hat grundsätzlich die Anforderungen der Nachvollziehbarkeit und der umfassenden geologischen und geomechanischen Information zu erfüllen und hat selbstverständlich die Sicherheit vor die Wirtschaftlichkeit zu setzen. Die Rahmenplanung setzt sich aus einem geomechanischen Bericht und dem eigentlichen Rahmenplan zusammen. Der geomechanische Bericht soll die Nachvollziehbarkeit der vorgesehenen Maßnahmen ermöglichen und die Modellvorstellungen für das Gebirgsverhalten aufzeigen sowie die Ergebnisse von Standsicherheitsbetrachtungen oder -berechnungen empirischer, analytischer und numerischer Art beinhalten. Geotechnisches Sicherheitsmanagement im oberflächennahen Tunnelbau beruht auf einer ausreichenden Definition des erwarteten Systemverhaltens durch den Planer und einem Soll-Ist-Vergleich mit den tatsächlich angetroffenen Verhältnissen während der Bauausführung. Für diesen Soll-Ist-Vergleich sind umfangreiche organisatorische, technische und verfahrensbezogene Voraussetzungen erforderlich. Primär ist dabei der Auftraggeber gefordert, durch entsprechende Spezifikationen und Auftragsvergaben die Grundlagen für ein wirksames Sicherheitsmanagement zu schaffen. SICHERHEITSMANAGEMENT FELSBAU 19 (2001) NR. 5 133

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

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!