Technology Innovation in Underground Construction

Das Ziel des Projektes TUNCONSTRUCT ist die Umwandlung des unterirdischen Bauens in Europa in einen hochtechnisierten Wirtschaftssektor, der hohen Zusatznutzen bietet und in der Lage ist, kostengünstige nachhaltige und neuartige Lösungen zur Umsetzung gesellschaftspolitischer Zielvorstellungen bezüglich der Infrastruktur anzubieten. Das Projekt erstreckt sich mit einer Vielzahl von Ansatzpunkten auf den gesamten Bereich des unterirdischen Bauens. Dadurch wird es einen Beitrag zur Verbesserung der Lebensverhältnisse, z.B. durch Verringerung von Verkehrsproblemen und der zugehörigen Umwelt- und Lärmproblematik, leisten. Durch das Verlegen von Verkehrswegen in den unterirdischen Bereich entstehen z.B. neue Perspektiven für die Nutzung oberirdischer Flächen insbesondere in den Städten. Zu den Entwicklungen des Projektes TUNCONSTRUCT gehören Methoden, mit denen eine realitätsnahe Einschätzung des Baurisikos möglich wird:

• Innovative Baustoffe und Technologien für das unterirdische Bauen,
• Neuartige qualitätsorientierte Bauprozesse jenseits der heute üblichen Techniken,
• Verbesserungen für die Arbeitssicherheit beim unterirdischen Bauen sowie
• Neue automatisierte Techniken zur Überwachung, zur Inspektion und zur Instandsetzung von unterirdischen Bauwerken in der Betriebsphase.

Das übergreifende Ziel der zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Projekt TUNCONSTRUCT ist die Errichtung einer "Underground Construction Integrated Platform (UCIP)". Dadurch werden alle Aspekte hinsichtlich der Nutzungsdauer von unterirdischen Bauwerken von der Planung über den Bau bis hin zu Betrieb und Wartung und schließlich Rückbau erfasst werden.

Das Konsortium von TUNCONSTRUCT besteht aus einer Gruppe von 36 Partnern und schließt einen großen Teil der führenden europäischen Forschungsträger für das unterirdische Bauen in Europa aus den Bereichen Industrie, Planung sowie Wissenschaft und Forschung ein. TUNCONSTRUCT besteht aus 4 Subprojekten, die in folgende Teilbereiche gegliedert sind:

• Design,
• Innovative Technologien,
• Innovative Prozesse,
• Wartung und Instandsetzung.

Das wesentliche Ziel des Subprojekts 1, Design, ist die Entwicklung eines Expertensystems für den optimierten Entwurf von unterirdischen Bauwerken. In diesem System werden geologische Daten, Expertenwissen, Normen und numerische Simulationen vollständig in einen "Fuzzy Logic Engine (FLE)" integriert. Dabei werden die Möglichkeiten moderner Technologien für künstliche Intelligenz, Datenauswertung, Visualisierung, räumliche Interpolationen, Optimierung und numerische Simulation ausgeschöpft. Der empirische Charakter der Eingangsdaten, wie z.B. bei der Erfassung der Baugrundeigenschaften, werden bei der Entwicklung des Modells berücksichtigt. Das wissens- und simulationsbasierte Expertensystem für das unterirdische Bauen beinhaltet eine virtuelle Berücksichtigung aller designrelevanten (wirtschaftlich, technisch, geologisch und risikobezogen) Aspekte eines zu planenden unterirdischen Bauvorhabens. Dadurch wird die Grundlage für eine iterative Entwurfsprozedur gebildet, die durch eine "Integrated Optimisation Platform for Underground Construction (IOPT)" kontrolliert wird. IOPT wird Entwurfsparameter für alle Stufen des Entwurfsprozesses bereitstellen, die im Hinblick auf Kosten über die Nutzungsdauer, Bauzeit und Risikoempfindlichkeit optimiert sind.

Im Subprojekt 2, Innovative Technologien, werden verschiedene Ziele zur Verbesserung der Methoden für Tunnelvortrieb und -ausbau verfolgt, die sich auf die drei Bereiche Ausrüstung, Materialien und Verfahrenstechnik erstrecken und Umwelt- sowie Sicherheitsfragen einschließen. Hinsichtlich der maschinellen Ausrüstung für den Tunnelvortrieb soll eine neue Generation von Tunnelvortriebsmaschinen entwickelt werden, die mit einem Durchmesser von 16 m neue Dimensionen eröffnen. Weitere Verbesserungen und Entwicklungen werden sich auf den Schneidvorgang und den Verschleiß beim Abbau von Lockergestein und Fels richten. Ergänzende Ziele sind die verstärkte Automatisierung beim Einsatz von Teilschnittmaschinen sowie bei der Anwendung von Spritzbeton. Neue Materialien für den Tunnelausbau und die Baugrundinjektionen werden aus innovativen Rezepturverbesserungen hervorgehen. Das Baustoffrecycling auf der Baustelle wird neue Impulse erhalten. Zu den Entwicklungen werden "Ultrahigh Performance", Beton-Tübbinge für den maschinellen Vortrieb gehören, ökologisch verträgliche Baustoffe für die Baugrundinjektion sowie Sprengstoffe mit einer verbesserten Umweltverträglichkeit. Andere Aspekte, die in diesem Subprojekt behandelt werden, schließen die Abwasserbehandlung bei Erddruckschilden und die Entwicklung von Sicherheitscontainern für die Arbeitnehmer im Tunnel ein.

Im Subprojekt 3, Innovative Prozesse, wird das Ziel verfolgt, den Prozess des unterirdischen Bauens transparenter und sicherer zu machen. Neue Erkundungsmethoden für den Baugrund einschließlich neuer Werkzeuge für die kontinuierliche Überwachung des umgebenden Gebirges während des Tunnelvortriebs und ein deutlich erhöhter Automatisierungsgrad für die Steuerung von Tunnelvortriebsmaschinen werden entwickelt. Während des Tunnelvortriebs werden die geologischen Daten kontinuierlich übertragen und visualisiert. In Echtzeit wird ein Bild von der vorhandenen Baugrundsituation unter Verwendung neuer Software für die Dateninterpretation erzeugt werden. Damit soll die frühzeitige Anpassung der Vortriebstechnik beim Auftreten von Veränderungen der Geologie möglich werden. Es werden Methoden entwickelt, um neue günstige 3D-Laserscanner für das Messen von Profilen und Deformationen sowohl unterirdisch als auch überirdisch einzusetzen. Besondere Aufmerksamkeit wird die Entwicklung einer Steuerungssoftware für Tunnelvortriebsmaschinen erhalten. Darin wird ein Expertensystem eingesetzt, das auf dem verbesserten Verständnis der Interaktion der Vortriebsmaschine mit dem Baugrund beruht und kontinuierliche Entscheidungshilfen für die Steuerung der Maschine, für die Erhöhung der Vortriebsleistung und für die Minimierung von Oberflächensetzungen liefern wird. Damit soll die Sicherheit und die Kostenstabilität von Vortriebsprozessen verbessert werden.

Im Subprojekt 4, Betrieb, Wartung und Instandsetzung, wird das Ziel verfolgt, ein gesamtheitliches Konzept für die Kernbestandteile und Schlüsselelemente eines Tunnels in der Bau- und Betriebsphase zu entwickeln. Dies soll im einzelnen durch das Einführen neuer Baustoffe, die Verwendung intelligenter Sensoren und Überwachungstechnologien sowie die Entwicklung von neuartigen Werkzeugen für das Management unterirdischer Bauwerke realisiert werden. Es werden neue Anwendungen für die Ausrüstung von unterirdischen Bauwerken mit Sensoren zur verbesserten Langzeitüberwachung entwickelt. Ein neues Inspektionssystem, das auf zerstörungsfreien Prüfungen des Tunnelausbaus basiert und eine mobile und schnelle Auswertung der Untersuchungsergebnisse erlaubt, gehört zu den wesentlichen Entwicklungen. Mit Hilfe des zu entwickelnden integrierten robotischen Inspektions- und Servicesystems (IRIS) werden Inspektions- und Reparaturarbeiten bei einer minimalen Einschränkung der Bauwerksnutzung im laufenden Betrieb durchgeführt werden können. Die verschiedenen Stufen bei Bau und Betrieb eines Tunnels werden einer übergreifenden "Life Cycle-Analyse" unterzogen. Mit Hilfe von vereinheitlichten Datenbanken wird es erstmals möglich sein, die Umgebungsbedingungen, die gewählten Entwurfsdetails, die zur Ausführung gelangten Baumethoden sowie das Verhalten des Bauwerks im Betrieb europaweit im Hinblick auf die bestmöglichen Lösungen für eine optimale Lebensdauer zu vergleichen.