Aktuelle Forschung
Entwicklung einer innovativen Trennmethode für gebrauchte, mit Bodenpartikeln aufgeladene Bentonitsuspensionen zur ökonomisch vorteilhaften, ressourcenschonenden und umweltgerechten Entsorgung – Phase II
Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die aktuell bestehenden Separationsverfahren durch ein neues, elektrochemisches Trennverfahren „Elektrokoagulation“ ohne den Einsatz von chemischen Zusatzstoffen zu verbessern oder zu er-setzen und in ein neu zu entwickelndes Aufbereitungssystem einzubinden.
Die in den Laboruntersuchungen erlangten Grundkenntnisse und Prinzipien der Phase I dienen als Startpunkt für die Phase II.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Britta Schößer
Ivan Popovic, M.Sc.
Verfahren für Kostenansätze bei Straßentunnel
Die Kostenermittlung von Tunnelbauwerken unterliegt zahlreichen Unsicherheiten, aus denen Abweichungen zwischen den geplanten und den festgestellten Kosten resultieren können. Derzeit existiert kein aktuelles Modell zur Kostenschätzung eines Tunnelbauwerks. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden anhand von einer Analyse der Baukosten von Straßentunnelprojekten der jüngeren Zeit Methoden zur exakteren Kostenschätzung bzw. Kostenberechnung entwickelt.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Götz Vollmann
Peter Hoffmann, M.Eng.
Dipl.-Ökonom Hans Adden
U-Threat
In Großstädten und Metropolen kommt den unterirdischen Verkehrsnetzen der U-Bahnen
eine besondere Bedeutung zu, da Staus auf den Straßen diese nicht beeinträchtigen. Diese Unabhängigkeit und kurze Reisezeiten führen zu einer steigenden Beliebtheit. In Berlin beispielsweise ist die Anzahl der Fahrgäste von 2008 bis 2015 um fast 20 % auf über eine halbe Milliarde Fahrgäste pro Jahr gestiegen.
Allerdings können diverse Bedrohungen und Ereignisse zu großen Beeinträchtigungen im U-Bahn-Verkehr führen. Einige mögliche Szenarien sind Bombendrohungen, Überflutungen, Brände und Amokläufe. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Resilienz – also die Widerstandsfähigkeit gegenüber schädlichen Einwirkungen – von unter irdischen ÖPNV-Systemen weiter zu erhöhen.
Im Rahmen des Projekts U-THREAT werden Konzepte und technische Lösungen erarbeitet, um nach einem Vorfall rasch zunächst in einem eingeschränkten Modus weiterfahren und anschließend zum Normalbetrieb zurückkehren zu können. Grundlage bildet ein Bewertungsschema, mit dem die Verwundbarkeit von Abschnitten des U-Bahn-Netzes und einzelner Stationen ermittelt werden können. Im Anschluss werden Maßnahmen ausgearbeitet, um die Resilienz in allen maßgeblichen Bereichen zu erhöhen.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Götz Vollmann
Peter Hoffmann, M.Eng.
Sonderforschungsbereich 837: Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau
Teilprojekt A4: Modellbildung für das Stützmedium aus konditioniertem Lockergestein beim Vortrieb mit Erddruckschilden
Ziel des Teilprojekts A4 in der zweiten Förderperiode war die experimentelle rheologische bzw. hydro-mechanische Charakterisierung von Tensid-Schäumen und Partikel/Boden-Schaum-Gemischen und die darauf aufbauende kontinuumsbasierte Modellbildung in Abhängigkeit der Zusammensetzung der fluiden Mischung. In der Mikroskala stellt der Slump-Test hohe Anforderungen an die numerische Strömungssimulation. Der verwendete explizite Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Ansatz erlaubt prinzipiell eine Simulation großer Problemstellungen und kann auch für weitere rheologische Untersuchungen, z.B. des Abflusses aus einem Behälter oder Silo, verwendet werden. Zur Analyse der Auswirkungen von Restwassergehalten wurden Laborversuche im Makromaßstab durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen der Schaumpenetrationstests ist es nun möglich, Wassergehalte für die Erstellung von Konditionierungskonzepten für bestimmte Situationen im Tunnelbau mit EPB-Schildmaschinen zu bestimmen. Weiterhin wurden die Fließgrenze und die Schubspannungen verschiedener Boden-Schaum-Gemische durch rheologische Versuche mit dem Kugelmesssystem ermittelt.
Ansprechpartner:
Sascha Freimann, M.Sc.
Marius Schröer, M.Sc.
Teilprojekt A6: Lokal instationäre Suspensionsstützung bei Flüssigkeitsschilden
In den ersten beiden Projektphasen wurden die Zeitskalen für den zyklischen Bodenabbau und für die Eindringprozesse der Bentonitsuspension an der Ortsbrust identifiziert. Die abgeleiteten Zeitskalen und Schneidtiefen der Werkzeuge dienten als Eingangsparameter für experimentelle Untersuchungen. In Säulenversuchen wurde der Effekt der vollständigen / teilweisen Bodenabbau und einiger stationärer Effekte während des Penetrationsprozesses in wassergesättigtem Boden untersucht. Die Ergebnisse zeigen den tatsächlichen übertragbaren Stützdruck an einer lokalen Stelle der Ortsbrust. Zur Bestimmung der globalen Standsicherheit wurden die experimentellen Ergebnisse in erste numerische Simulationen übertragen.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Britta Schößer
Sebastian Kube, M.Sc.
Teilprojekt C3: Prozesssimulation von maschinellen Tunnelvortrieben: Von der Prognose zur Echtzeitsteuerung durch kontinuierliche Modellupdates mit Prozessdaten
Die Verfügbarkeit von Tunnelbohrmaschinen und die Gesamtproduktivität von maschinellen Tunnelbauprojekten hängt hauptsächlich von der Auswahl und Leistung der Logistik- und Wartungsprozesse ab.
Ziel dieses Teilprojekts ist die baubetriebliche Analyse und Steuerung der Vortriebsprozesse inklusive aller Supportprozesse und die Planung von Wartungsarbeiten mittels Prozesssimulation. Es wurde ein Simulationsmodell entwickelt, das sich leicht an verschiedene Projektlayouts und Randbedingungen anpassen lässt. Um Monte-Carlo-Simulationen zu ermöglichen werden unsichere und unscharfe Eingangsparameter unter Verwendung von Verteilungsfunktionen berücksichtigt, die mit Hilfe der Daten von fertiggestellten Tunnelprojekten gefittet werden. Dieses Modell wurde zur Identifizierung von Engpässen in der Lieferkette und zur Bewertung des Einflusses von Störungen auf die Produktivität verwendet. Darüber hinaus wurde ein empirisches Verschleißvorhersagemodell für Schneidwerkzeuge in Lockergestein adaptiert und zur Analyse und Verbesserung von Wartungsstrategien eingesetzt.
Ansprechpartner:
Annika Jodehl, M.Sc.
Teilprojekt D1: Interaktive Exploration und Bewertung der Linienführung von Tunneln
Ziel dieses Teilprojekts ist es, Konzepte zur Erzeugung und Bewertung verschiedener Linienführungen von Tunneln auf Basis der großen Vielzahl an Bewertungskriterien zu entwickeln. Die Auswahl einer möglichst optimalen Linienführung soll dabei digital umgesetzt und visuell unterstützt werden. Dem Planer wird der mögliche Lösungsraum in einer virtuellen Umgebung nachvollziehbar angezeigt. Nach der Festlegung einer Linienführung wird eine Bewertung angestoßen und das Bewertungsergebnis möglichst in Echtzeit zurückgegeben und visualisiert. Verschiedene Linienführungen sollen mit ihren jeweiligen Bewertungsergebnissen gegenübergestellt werden können.
Ansprechpartner:
Annika Jodehl, M.Sc.