SBB Zürich Stadelhofen – Einfluss Tunnelbau auf Bestand mit Finite-Elemente-Modellen

Für den Ausbau des Bahnhofs Stadelhofen im Rahmen von STEP AS 2030/35 müssen verschiedene umliegende Tunnelbauwerke baulich ergänzt werden. Hierzu gehören u.a. der Hirschengrabentunnel, der Zürichbergtunnel und der Riesbachtunnel. Bei der Planung von solchen unterirdischen Bauwerken im innerstädtischen Bereich ist frühzeitig aufzuzeigen, dass die so erzeugten Deformationen für die Bestandsbauten (bestehende unterirdische Bauwerke und oberirdische Gebäude) verträglich sind. Für diese Deformationsprognosen wurden Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode ausgeführt. 

 Übersichtsdarstellung STEP AS 2030/35 Zürich Stadelhofen

Hirschengrabentunnel – relative Verschiebungen ("phase displacements") im letzten Bauzustand

2. Röhre Riesbachtunnel, Unterquerung Zürichbergtunnel: relative Verschiebungen ("phase displacements") in ausgewählten Bauzuständen

Anbindungsbauwerk Zürichbergtunnel – inkrementelle Verschiebungen ("incremental displacements") im letzten Berechnungsschritt einer Factor-of-Safety-Berechnung

Angepasst auf die frühe Projektphase (Vorprojekt) wurden für ausgewählte Querschnitte zweidimensionale Finite-Elemente Simulationen erstellt und ausgewertet. Diese Simulationen bilden mit sinnvoller Abstraktion die Geologie, den Bestand und die zeitliche Abfolge der geplanten Bauzustände bis hin zum Endzustand ab.

Konzept eines Bauzustandes für den Anschluss eines Verzweigungsbauwerks an einen Bahntunnel (runder Querschnitt) unter Betrieb

Es wurden u.a. folgende Aspekte modelliert:

• Auffahrung von Tunneln im Festgestein, im Lockergestein und im Bereich der Übergangszone zwischen Locker- und Festgestein
• Deformationsprognose für Gebäude an der Geländeoberkante
• Unterfahrung eines bestehenden Tunnels
• Anbindungsbauwerk: Ausbau mittels Kalotte oder Abfangdecke
• Auffahren eines Tunnels unter Druckluft
• Berücksichtigung des komplexen mechanischen Verhaltens von Locker- und Festgesteinen durch den Einsatz geeigneter Stoffgesetze (z.B. Hardening Soil Small Strain für Materialien mit dehnungsabhängiger Steifigkeit)

Die 2D und 3D-Modellierung geotechnischer Fragestellungen mit der Finite-Elemente-Methode führen wir bei Bedarf im Rahmen unserer Projekte aus. Weiterhin bieten wir die Erstellung und Auswertung von Finite-Elemente-Modellen z.B. mit Plaxis, Zsoil, Abaqus, Optum und anderen auch als eigene Dienstleistung an.

Ausschnitt aus einem 3D-Modell mit dem Verlauf der Tunnelbauwerke um den Bahnhof Stadelhofen (Blick Richtung Ost, einzelne Tunnelsegmente ausgeblendet)

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