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15.03.2017

Tunnelbau: Navigieren unter der Erde

Forscher der Ruhr-Universität Bochum haben eine Methode entwickelt, die es auf Baustellen erlaubt, in Echtzeit zu simulieren, was an der Oberfläche passieren würde, wenn man einzelne Stellgrößen eines Tunnelbaus verändert. Moderne Tunnel werden heute von mobilen unterirdischen Fabriken gebaut. Sie bohren, stützen den Boden und kleiden letztlich die Tunnelröhre aus. Dabei legen sie bis zu 25 Meter pro Tag zurück.

Um das Risiko für Schäden zu minimieren, wird in der Planungsphase eines Tunnels die städtische Bebauung zunächst erfasst, in Kategorien eingeteilt und ihre Verletzlichkeit abgeschätzt. Abhängig von den Ergebnissen legen die Ingenieure die Trasse des Tunnels fest; die letzten Details erfahren sie aber erst vor Ort. Die Tunnelbaumaschine ist mit verschiedensten Sensoren ausgestattet, die ständig Werte übermitteln, aus denen die Ingenieure entscheiden müssen, wie der Bau weitergehen soll.

Bochumer Ingenieure haben in ihrem Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs 837 „Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau“ nun eine Software für den Tunnelbau entwickelt. Sie ermöglicht es, dem Ingenieur vor Ort an der Baustelle in Echtzeit zu simulieren, wie sich der Boden und die darauf befindlichen Bauwerke verhalten werden, wenn verschiedene Stellgrößen des Tunnelbaus verändert werden.

Solche wirklichkeitsnahen Berechnungen werden mit Finite-Elemente-Simulationsmodellen vor Baubeginn durchgeführt, dauern aber selbst auf Großrechnern mehrere Tage. Daher haben die Ingenieure spezifisch für diese Vortriebssimulationen Modellreduktionsverfahren auf Basis künstlicher neuronaler Netze und der Proper Orthogonal Decomposition entwickelt, mit denen die Simulationszeiten auf wenige Sekunden reduziert werden können.

www.fbi.ruhr-uni-bochum.de



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