Simplified design of excavation support and shafts for safety against hydraulic heave / Einfache Bemessung von Baugruben und Schächten im Hinblick auf die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch

Für den Tunnelbau und den Rohrvortrieb sind in der Regel Start- und Zielbaugruben sowie weitere Nebenbauwerke etwa für Haltestellen erforderlich. Für diese Baugruben und Schächte ist im Grundwasser auch immer die Problematik des hydraulischen Grundbruchs zu beachten. Gängige Näherungslösungen zur Bestimmung der für die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch erforderlichen Einbindetiefe liefern teils weit auf der unsicheren Seite liegende Ergebnisse. Andere Lösungen hingegen sind zu konservativ oder unpraktisch, da die Einbindetiefe selbst Eingangsgröße für einen iterativen Prozess ist. Daher wurden umfangreiche numerische Strömungsberechnungen für ebene und räumliche Verhältnisse, für homogen, isotropen und für geschichteten sowie anisotropen Baugrund durchgeführt, mit dem Ziel ein einfach handhabbares, sicheres und dennoch wirtschaftliches Bemessungsverfahren für die Bestimmung der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch zu entwickeln. Dazu wurden in Summe über 100 Bemessungsdiagramme [1] abgeleitet, mit denen die erforderliche Einbindetiefe für beliebige Baugrundsituationen und unter Berücksichtigung der geometrischen Randbedingungen direkt abgelesen werden kann. Auf Grundlage dieser Diagramme und der dazu durchgeführten numerischen Strömungsberechnungen wurde weiterhin eine Formel entwickelt, mit der sich alternativ zu den Diagrammen die erforderliche Einbindetiefe direkt bestimmen lässt. Hierzu wurde zunächst für ebene Verhältnisse eine relativ einfache Grundformel aufgestellt. Die daraus erweiterte Formel ermöglicht schließlich auch die Bestimmung der erforderlichen Einbindetiefe für räumliche Verhältnisse getrennt für die Ecke, die Stirn- und die Längsseite einer Baugrube. In Ergänzung dazu wurden außerdem Ansätze zur Berücksichtigung verschiedener Wichten des Baugrunds und beliebiger Sicherheitsfaktoren entwickelt. Somit steht mit der Formel ein umfassendes Bemessungsinstrument zur Verfügung, das in vielen Fällen eine aufwändige Berechnung ersetzen kann. Auch für komplizierte Baugruben- oder Baugrundverhältnisse werden realistische Anhaltswerte für die erforderliche Einbindetiefe erhalten. Die Formel kann insbesondere direkt in Rechenprogramme implementiert werden, die zur Ermittlung der statisch erforderlichen Einbindetiefe verwendet werden. Die aufwändige Iteration verbunden mit dem Wechsel von einem Statik- zu einem Strömungsprogramm entfällt dadurch.