Computational modeling and design of artificial soil freezing in tunneling

Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine computergestützte Simulationsumgebung zur Modellierung von gefrorenen Böden und zum Design künstlicher Bodenvereisungen im Tunnelbau entwickelt. Grundlage ist ein Mehrphasenmodell für das Gefrieren und Auftauen von gesättigten Böden, das um Modelle zum Porendruck, zur Festigkeit und zum Kriechen gefrorener Böden erweitert wurde. Die Kombination einer validierten geomechanischen Modellierung des Baugrunds und des Tunnelausbaus mit den Effekten der künstlichen Bodenvereisung erlaubt die Optimierung von Prozessparametern zur Erstellung gefrorener Bodenkörper und deren unterstützender Wirkung auf den Tunnel. Hierzu erfolgt die Kopplung von geomechanischen Modellen zur Analyse konventioneller und maschineller Tunnelvortriebe mit Materialmodellen für gefrorenen Boden und Optimierungsalgorithmen für die optimale Anordnung der Gefrierrohre. Ein Simulationsbeispiel zeigte, dass so optimierte Gefrierrohranordnungen die Gefrierzeit deutlich reduzieren.