Contributions to the understanding of time dependent behaviour in deep tunnels / Beiträge zum Verständnis des zeitabhängigen Verhaltens von Tunneln unter hoher Überlagerung

This paper deals with the time dependent behaviour and the excavation of deep tunnels in weak rocks. Recent contributions to the formulation of a constitutive model for representing such a behaviour, advanced laboratory testing for parameters identification, and design analysis methods for use in engineering practice are discussed. The Stress Hardening ELasto VIscous Plastic constitutive model (SHELVIP), developed with the intent to analyse the rock mass behaviour of tunnels excavated in severely squeezing conditions in a relatively simple, but complete manner, is presented. Then, an innovative servo controlled triaxial apparatus (HPTA), designed and developed for testing weak rocks, with unconventional features such as accurate measurement systems, advanced mechanical set up, and a relatively high stress working range, both in terms of confining pressure, back pressure and axial load, is presented. Finally, consideration is given to numerical modelling of a tunnel excavated in a severely squeezing rock mass (the Carboniferous Formation along the Lyon‐Turin Base Tunnel), where the excavation process has been closely simulated in axisymmetric conditions, and the SHELVIP constitutive model has been introduced. Numerical results are discussed and compared with in situ measurements, in terms of tunnel convergence and stresses in the lining. Dieser Beitrag befasst sich mit dem zeitabhängigen Verhalten und dem Bau von tiefen Tunneln im schwachen Gebirge. Ein kürzlich formuliertes Stoffgesetz, das dieses Verhalten abbildet, fortschrittliche Laborversuchsprozeduren zur Parameteridentifikation und Methoden zur Vorhersage des Systemverhaltens werden diskutiert. Zuerst wird das Stress Hardening ELasto VIscous Plastic (SHELVIP) Stoffgesetz vorgestellt, das mit der Absicht entwickelt wurde, das Gebirgsverhalten von Tunneln in extrem druckhaften Verhältnissen auf eine relativ einfache, aber vollständige Weise zu analysieren. Anschließend wird ein innovativer servo‐kontrollierter Triaxialversuchsaufbau, der für Versuche an schwachen Gesteinen entworfen und entwickelt wurde, dargestellt. Der Versuchsaufbau hat unkonventionelle Eigenschaften: Eine relativ breite Variation des Seitendrucks, des Porenwasserdrucks und der Axialspannung ist möglich. Abschließend wird ein praktisches Anwendungsbeispiel der numerischen Analyse bei extrem druckhaften Verhältnissen (Karbonformation im Saint Martin La Porte Zugangsstollen zum Basistunnel Lyon‐Turin) gezeigt. Darin wurde der Ausbruchsprozess in einem axialsymmetrischen Modell genau simuliert, unter gleichzeitigem Einsatz des SHELLVIP‐Stoffgesetzes. Die Resultate der numerischen Simulation werden diskutiert und mit den Verschiebungsmessdaten hinsichtlich auftretender Tunnelkonvergenzen und Spannungen im Ausbau verglichen.