Heinz Duddeck

Structural analysis for tunnels exposed to fire temperatures

Abstract Elimination of fire hazards in tunnels is becoming an increasingly important part of tunnel design. Hence, there is a need to understand the response of the tunnel structures to temperatures created by fire inside the tunnel. This paper studies the deformations and stresses of steel linings dimensioned for ground forces, which are additionally exposed to non-uniform high-temperature distributions. The ground-structure interaction and the temperature-induced loss of structural stiffness are considered. Results for a standard fire are presented in diagrams that show the main features and their dependence on important practical parameters.

Risk assessment and risk sharing in tunnelling

Abstract This paper discusses three categories of risks—functional, structural and contractual—and how they relate specifically to the design and engineering of underground openings. Because the causes of functional and structural failures are complex and often interrelated, there is an urgent need for imprived methods of risk assessment. The author proposes a number of recommendations concerning risk assessment, and includes the International Tunnelling Associations recommendations regarding contractual sharing of risks.

„Aus Schaden Wird Man Klug ...? Wie Technik Wissen Gewinnt“

Die Balkenbrucke uber den Firth of Tay hatte der Sturm in der Weihnachtsnacht 1879 mit 90 Menschen in die Tiefe gerissen. Fur die Firth of Forth Brucke, von 1882 – 1890 gebaut, entwickelten Ingenieure die „sichere“ Kragarm-Konstruktion. Die Firth of Forth Brucke mit 521m mittlerer Spannweite steht heute noch wie ein hasslicher Dinosaurier — aber stabil. Nun soll 1907 die Quebec-Brucke nach gleichem Prinzip die Weltrekord-Weite von 550m fur die mittlere Offnung uberspannen. In Bild 1 montieren am 23. August 1907 Bruckenbauer Stuck fur Stuck die Brucke uber den St. Lawrence River bei Quebec im Freivorbau. Die Quebec Bridge Company hat seit sieben Jahren Theodor Cooper mit Beratung und uberwachung beauftragt, „a proud, confident consultant, fiercely devoted to his calling“.2 Der entscheidet, weil die Bridge Company sparen will, dass der bisherige Entwurf noch geandert werden konne: 1. Die Mittelspannweite kann um 60 m auf 550 m vergrosert werden. 2. Die zulassigen Spannungen durfen hoher gewahlt werden als bisher. So wird ohne Nachberechnung des nun hoheren Eigengewichts nach „Erfahrung“ und Planen des ersten Entwurfs gebaut.

Zu den Berechnungsmodellen für die Neue Österreichische Tunnelbauweise (NÖT)

BEI DER NEUEN OESTERREICHISCHEN TUNNELBAUWEISE (NOET) SOLL DAS DURCHOERTERTE GEBIRGE DIE DURCH DEN TUNNELAUSBRUCH VERURSACHTEN KRAEFTEUMLAGERUNGEN OPTIMAL AUFNEHMEN. NEBEN IN-SITU-MESSUNGEN ZUR KONTROLLE DER STANDSICHERHEIT SIND BERECHNUNGSMODELLE ZUR VORAUSSAGE DER TRAGFAEHIGKEIT ERFORDERLICH. DIE ANFORDERUNGEN AN EIN SOLCHES BERECHNUNGSMODELL LASSEN SICH AUS EINEM RECHNERISCHEN STANDSICHERHEITSNACHWEIS, ERGAENZT DURCH ERFAHRUNGEN UND MESSUNGEN, ABLEITEN. DABEI MUSS ZWISCHEN DEM GEBRAUCHSZUSTAND (FUER DEN MESSWERTE BESTIMMT WERDEN KOENNEN) UND GRENZTRAGFAEHIGKEITSZUSTAND (DER IN-SITU NICHT GEMESSEN WERDEN KANN) UNTERSCHIEDEN WERDEN. ANHAND SPEZIELLER CHARAKTERISTIKA WIRD AUFGEZEIGT, WAS EIN BERECHNUNGSMODELL NACH DER NOET ENTHALTEN MUESSTE. DEM MODELL WERDEN DIE DERZEIT ANGEWENDETEN GEGENUEBERGESTELLT. AUF DIE NOTWENDIGKEIT DER EINBEZIEHUNG DER TEILWEISEN ENTSPANNUNG BIS ZUR VOLLEN MITWIRKUNG DER AUSKLEIDUNG, DER ZEITVERZOEGERTEN AUSWIRKUNGEN AUF DIE SPANNUNGS- UND VERFORMUNGSZUSTAENDE SOWIE EINES ANGEMESSENEN SICHERHEITSKONZEPTES, WELCHES VERSAGENSZUSTAENDE HINREICHEND GENAU VORAUSSAGT, WIRD HINGEWIESEN. ABSCHLIESSEND WERDEN DIE VERSCHIEDENEN WEGE ZU EINEM ZUTREFFENDEN ENTWURFSMODELL EINANDER GEGENUEBERGESTELLT.

Design criteria for immersed tube tunnels: Experience from the autobahn tunnel under the river Ems

Abstract The design criteria for immersed tube tunnels are illustrated in the construction of the 1453-m-long, six-lane highway-tunnel under the Ems River, near the town of Leer in northern Germany. The five tunnel tubes were immersed between November 1986 and June 1987. Floating, immersing and bedding require elaborate planning and in-situ monitoring to ensure the safety and quality of the structure because very small variations in large numbers govern the situation.

Future trends in the structural design of tunnels

Abstract A design in engineering is based on conceptual models of outer actions (loads), stress-strain behaviour, failure criteria; it tries to predict these phenomena within the projected lifetime of the structure. For underground structures, the design must take into account the actions and reactions of the ground caused by tunnelling; the strength properties of ground and structural supports; and possible failure modes during and after excavation. What are the trends foreseeable at present towards future developments of those items entering into the structural design of tunnels? This paper tries to project developments, e.g. in the fields of extracting ground parameters, computer-aided excavation and computer-aided evaluation of monitoring, defining numerical analysis, etc. A summary lists the most promising fields of work for further developments in the structural design of tunnels and caverns.

Schildvorgetriebene Tunnel Entwicklungstendenzen in Forschung und Ausführung

Schildvorgetriebene Tunnel — Entwicklungstendenzen in Forschung und Ausfuhrung. Es wird ein kritischer Uberblick uber den derzeitigen Stand und die noch zu losenden Forschungsprobleme der Bemessung von kreisformigen, schildvorgetriebenen Tunneln gegeben. Die Ansatze und Grundlagen der in der BRD zur Zeit ublichen Berechnungspraxis entsprechen etwa den Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft fur Erd- und Grundbau1. Die Tunnelauskleidung wird danach vorwiegend nach der Elastizitatstheorie berechnet (mit Bettungswiderstand als Ersatz fur die Bodenreaktionen). Die Abhangigkeit der Ergebnisse von den Berechnungsparametern ist gros. Die Grenzen einer jeden Berechnung, die speziellen Schwierigkeiten fur den rechnerischen Standsicherheitsnachweis eines Tunnelbauwerks werden aufgezeigt.