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60-58D - der Keller Grundbau GmbH

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Überreicht von<br />

<strong>Keller</strong> <strong>Grundbau</strong> <strong>GmbH</strong><br />

Kaiserleistraße 44<br />

D-63067 Offenbach<br />

Tel. +49 69 8051-0<br />

Fax +49 69 8051 244<br />

E-mail:<br />

Info@<strong>Keller</strong><strong>Grundbau</strong>.com<br />

www.<strong>Keller</strong><strong>Grundbau</strong>.com<br />

Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken<br />

mit<br />

Injektions- und Düsenstrahlverfahren<br />

bei<br />

aktuellen<br />

Tunnelprojekten<br />

Dipl.-Ing. Manuel Stelte,<br />

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Dipl.-Geol. Andreas Weber,<br />

KKeelllleerr GGrruunnddbbaauu GGmmbbHH,, NNiieeddeerrllaass-ssuunnggsslleeiitteerr,,<br />

DDoorrffmmaarrkk<br />

Veröffentlicht anläßlich <strong>der</strong> STUVA-Tagung 12/2009,<br />

Hamburg<br />

Fachaufsatz <strong>60</strong>-58 D


Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und<br />

Düsenstrahlverfahren bei aktuellen<br />

Tunnelprojekten<br />

Dipl.-Ing. Manuel Stelte,<br />

<strong>Keller</strong> <strong>Grundbau</strong> <strong>GmbH</strong>, Leiter technisches Büro, Offenbach<br />

Dipl.-Geol. Andreas Weber,<br />

<strong>Keller</strong> <strong>Grundbau</strong> <strong>GmbH</strong>, Nie<strong>der</strong>lassungsleiter, Dorfmark<br />

Unterirdische Verkehrswege werden immer häufiger bergmännisch o<strong>der</strong> mit Tunnelbohrmaschinen<br />

aufgefahren. Die oft herzustellenden Verbindungsstrecken zwischen bereits bestehenden<br />

Hauptlinien, die bereits ausgereizte Nutzung von bebauungsfreien Bereichen und die quell<br />

und zielorientierte Komplettierung von Streckennetzen führen dazu, dass die Tunnelbauwerke<br />

immer näher an Bebauungsbereiche heranrücken. Dabei müssen die Tunnelbauwerke zunehmend<br />

unabhängig von den Bedingungen an <strong>der</strong> Geländeoberfläche trassiert werden. Aus wirtschaftlichen<br />

und geometrischen Gründen wird dabei zunehmend eine oberflächennahe Trasse<br />

geplant.<br />

Neben den Maßnahmen an den Bauwerken und <strong>der</strong> Wahl und Abstimmung <strong>der</strong> Vortriebstechnik<br />

gehören zur Sicherung auch Baugrundstabilisierungen und –Verfestigungen mit dem Injektions-<br />

(Soilfrac ® ) und Düsenstrahlverfahren (Soilcrete ® ).<br />

Es wird u.a. über die Erfahrungen und die Anwendungsmöglichkeiten bei aktuellen Bauprojekten<br />

mit diesen Verbesserungsverfahren berichtet, insbeson<strong>der</strong>e U 4 in Hamburg, Nord-Süd Stadtbahn<br />

Köln, Los Nord sowie City Tunnel, Leipzig Los B.<br />

3


Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

1.1.1 1. Einführung<br />

Die prinzipiellen Unterschiede zwischen einer porenverfüllenden Injektion, dem Soilfrac ® -<br />

Verfahren (Feststoffeinpresstechnik) und dem Soilcrete ® -Verfahren (Düsenstrahlverfahren) sind<br />

in Abb. 1 dargestellt.<br />

Abb. 1: Injektions- und Düsenstrahlverfahren<br />

Hauptaugenmerk liegt in diesem Beitrag auf dem Soilfrac ® - und dem Soilcrete ® -Verfahren gelegt<br />

werden.<br />

Die Unterschiede zwischen den Verfahren sind in Tabelle 1 dargestellt.<br />

Soilcrete ® Soilfrac ®<br />

Statisch nach Form und Festigkeit definierte Bodenverfestigung und Steifigkeitserhöhung<br />

Kubatur aus Einzelsäulen<br />

Geometrisch flexibel, kleine Produktions- Reduzierung von Wasser- und Luftdurchläsbohrungsigkeit<br />

Allgemein bauaufsichtlich zugelassen Als aktives Verfahren nutzbar, Hebungen<br />

möglich (Ausgleichsinjektionen o<strong>der</strong><br />

Compensation Grouting)<br />

Tab. 1: Unterschiede zwischen Soilcrete ® und Soilfrac ®<br />

4


1.1.2 2. Planungselemente<br />

Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

Welche Sicherungselemente kann man nun schon bei <strong>der</strong> Planung eines Tunnelbauwerks einbeziehen?<br />

Kriterien hierfür liefern Art und Lage des Tunnelvortriebs und damit verbunden prognostizierte<br />

Setzungsmulden, die anstehende Geologie und Art und Beschaffenheit von zu sichernden<br />

Bauwerken. Bereits in <strong>der</strong> Planungsphase können Injektions- und Düsenstrahlverfahren<br />

für die Lösung verschiedener Aufgaben vorgesehen werden. Geplante<br />

Düsenstrahlkubaturen können unterschiedliche Eigenschaften zur Erfüllung verschiedener Aufgaben<br />

haben. Dabei sind bodenmechanisch begründete Problemstellungen lösbar, es kann aber<br />

auch vortriebsbedingten, maschinentechnischen Anfor<strong>der</strong>ungen entsprochen werden.<br />

Es ist z.B. die Herstellung eines Setzungsschirmes durch eine Reihe überschnittener Soilcrete ® -<br />

Säulen zwischen Vortrieb und zu sichern<strong>der</strong> Substanz in <strong>der</strong> Örtlichkeit oftmals flexibel und<br />

unproblematisch realisierbar, da sich die Positionierung <strong>der</strong> Düsenstrahlsäulen nicht ausschließlich<br />

nach <strong>der</strong> Lage von Bestandsfundamenten o.ä. richten muss. Mit einer <strong>der</strong>artigen Bodenverfestigung<br />

wird das Durchbrechen <strong>der</strong> theoretischen Setzungsmulde im Vortriebsbereich eines<br />

Tunnels o<strong>der</strong> im Bereich eines Rohrvortriebes erzielt.<br />

Eine weitere Möglichkeit <strong>der</strong> Sicherungsmethode besteht bereits im Anfahrbereich einer Tunnelbohrmaschine.<br />

Dort können maschinenbautechnische Vorgaben einen verbesserten Boden<br />

erfor<strong>der</strong>n, <strong>der</strong> mit bestimmten Eigenschaften das „Einfahren“ in den gewachsenen Baugrund<br />

erleichtert. Diese Baugrundverbesserungen werden mit dem Soilcrete ® –Verfahren in kurzer<br />

Bauzeit und in allen gewünschten geometrischen Abmessungen wirtschaftlich hergestellt.<br />

Eher betrieblich orientierte Lösungen können entstehen, wenn zur Kontrolle <strong>der</strong> Schneidwerkzeuge<br />

an einer Tunnelbohrmaschine Düsenstrahlkubaturen in Vortriebsrichtung eingebaut werden.<br />

In diese sogenannten „Bahnhöfe“ fährt die Vortriebsmaschine planmäßig ein und wird dort<br />

angehalten. Im Schutze einer Kombination aus Stützdruck und Bodenverfestigung können dann<br />

die Werkzeuge in Augenschein genommen und gegebenenfalls gewechselt werden. Solche<br />

Soilcrete ® -Kubaturen können abhängig von örtlichen o<strong>der</strong> geologischen Randbedingungen als<br />

vollflächige Überdeckung des Ausbruchquerschnittes wie auch als Teilkubatur, z.B. als „Haube“,<br />

dimensioniert werden.<br />

Als weiteres Verfahren kann das Soilfrac ® -Verfahren eingesetzt werden, um Bauwerke in verschiedenen<br />

Phasen vor, während und nach dem Tunnelvortrieb setzungsarm zu hinterlassen.<br />

Hier besteht die Möglichkeit, schon vor dem Tunnelvortrieb eine Kontakt- bzw. Hebungsinjektion<br />

vorzunehmen um schon vorab eine gewisse Reserve an Verformungen zu gewährleisten.<br />

Dabei haben natürlich auch die durch die Injektionsmaßnahme verbesserten Eigenschaften des<br />

Baugrundes sowie die passive Wirkung von Injektionslanzen bzw. horizontalen Injektionsfächern<br />

(„bewehrte Erde“) einen Einfluss auf die Reduzierung <strong>der</strong> Setzungen. Durch die Baugrundverbesserung<br />

sowie die Tragwirkung des Materials <strong>der</strong> Injektionsrohre erhöht sich die Steifigkeit<br />

des Bodens, wie Abb. 2 zeigt.<br />

5


Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

Abb. 2: Steifigkeitserhöhung nach Falk (1998)<br />

Beide Verfahren können aber auch als reine Bodenstabilisierungen bzw. Verfestigungen eingesetzt<br />

werden.<br />

Anwendungsbeispiele für den Tunnelbau sind dabei u.a.<br />

• Stabilisierung in Weichböden<br />

• Abdichtung und Verfestigung für Druckluftvortriebe<br />

• Firststabilisierung für Spritzbetonbauweise<br />

• im Anfahrbereich für Schildfahrten<br />

Beide Varianten (Soilfrac ® -Verfahren und Soilcrete ® -Verfahren) haben den Vorteil, dass sie vor<br />

dem Tunnelbau, d.h. vom Bauablauf zeitlich unabhängig, ausgeführt werden können. In den meisten<br />

Fällen werden die Verfahren vorab von GOK o<strong>der</strong> aus außerhalb <strong>der</strong> Tunneltrasse liegenden<br />

Hilfsschächten ausgeführt. Beim Soilfrac ® -Verfahren besteht die Möglichkeit, auch während<br />

und nach dem Tunnelvortrieb Setzungen entgegenzuwirken.<br />

6


1.1.3 3. Ausführungsbeispiele<br />

3.1. Düsenstrahlverfahren (Soilcrete ® -Verfahren)<br />

3.1.1 Nord-Süd-Stadtbahn Köln, Los Nord<br />

Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

Für den Bau <strong>der</strong> Nord-Süd-Stadtbahn Köln waren im Los Nord aufgrund <strong>der</strong> schwierigen geologischen<br />

Verhältnisse Sicherungsmaßnahmen mittels Injektionstechniken für die anstehende<br />

Bebauung und den Tunnelvortrieb erfor<strong>der</strong>lich.<br />

Das Düsenstrahlverfahren wurde dabei unter extrem beengten Arbeitsverhältnissen unter an<strong>der</strong>em<br />

zur Unterfangung von Gebäuden o<strong>der</strong> zur Herstellung von Dichtblöcken als Einfahrblöcke<br />

<strong>der</strong> Schildvortriebe eingesetzt.<br />

Abb. 3 zeigt im Längs- und Querschnitt die aus einer Kaverne unter <strong>der</strong> Straße hergestellten,<br />

gefächerten Düsenstrahlsäulen.<br />

Abb. 3: Herstellung von gefächerten Düsenstrahlblöcken als Einfahrblöcke für die Schildmaschine<br />

Eine zweite Aufgabe bestand darin, nach <strong>der</strong> Anfahrt <strong>der</strong> Schildmaschine eine Tiefgarage mit<br />

überbautem Hotel zu sichern.<br />

Der Abstand zwischen <strong>der</strong> Tunnelfirste und <strong>der</strong> Tiefgaragensohle betrug nur ca. 1,0 m. Die Lasten<br />

aus den Einzelstützen waren abzufangen, um die Setzungen aus dem Tunnelvortrieb zu minimieren<br />

und eine Belastung des Tunnels zu vermeiden.<br />

7


Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

Abb. 4: links: Düsenstrahlsäulen zur statischen Abfangung einer Tiefgarage<br />

rechts: homogener Düsenstrahlkörper aus überschnittenen Säulen, rechts die Schildmaschine<br />

Hierfür wurden aus <strong>der</strong> Tiefgarage in je<strong>der</strong> Achse <strong>der</strong> Einzelstützen überschnittene Reihen aus<br />

Düsenstrahlsäulen hergestellt. Der Vortrieb erfolgte später mittig durch die Düsenstrahlkörper<br />

(siehe Abb. 4, links). Die Besichtigung <strong>der</strong> Ortsbrust aus <strong>der</strong> Arbeitskammer <strong>der</strong> TBM zeigte<br />

bei einer Inspektion <strong>der</strong> Schneidwerkzeuge durchgängig homogene Kubaturen (siehe Abb. 4,<br />

rechts).<br />

Neben <strong>der</strong> statischen Funktion bewirkten die Düsenstrahlsäulen ferner einen Querschotteffekt,<br />

sodass die Setzungsmulde <strong>der</strong> Schildmaschine in Längsrichtung unterbrochen wurde und sich<br />

somit deutlich geringere Setzungen einstellten. Trotz <strong>der</strong> geringeren Überdeckungen von nur<br />

1,0 m konnten die Verformungen auf wenige mm begrenzt werden.<br />

3.1.2 Hamburger Stadtentwässerung HSE<br />

Die Hamburger Stadtentwässerung HSE setzt seit Jahren das Soilcrete ® -Verfahren für zur Minimierung<br />

von Setzungen ein, beispielsweise im Zuge <strong>der</strong> Bauarbeiten am Osterbekstammsieles<br />

am Lerchenfeld. Hier wurde in dem stark befahrenen Straßenabschnitt vor <strong>der</strong> Mundsburg eine<br />

Sicherung geplant und ausgeführt, die zum einen das Wi<strong>der</strong>lager <strong>der</strong> querenden S-Bahnstrecke<br />

sicherte sowie gegenüber liegende Brückenpfeiler und den benachbarten Straßenabschnitt. In<br />

dem beigefügten Grundriß (Abb. 5) ist die Anordnung <strong>der</strong> Soilcrete ® -Elemente dargestellt.<br />

Der Schnitt zeigt die Einbautiefen sowie die Trasse des später für das Brückenbauwerk und die<br />

Straße setzungsfrei durchgeführten Rohrvortriebes.<br />

8


Abb. 5: Grundriss und Schnitt <strong>der</strong> Sicherungsmaßnahme<br />

3.1.3 U 4 Hamburg<br />

Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

Für die <strong>der</strong>zeit in <strong>der</strong> Realisierung befindliche Baumaßnahme <strong>der</strong> Hamburger Hochbahn, die<br />

neue Linie U 4, wurden bereits in <strong>der</strong> Planungsphase verschiedene Soilcrete ® -Kubaturen konzipiert.<br />

Dazu gehören Maßnahmen am Startschacht <strong>der</strong> Tunnelvortriebsmaschine und verschiedene<br />

Kubaturen im Zielbereich am Jungfernstieg. Die nachfolgenden Abbildungen beschäftigen<br />

sich mit <strong>der</strong> Darstellung von Sicherungsmaßnahmen im Bereich eines Querschlages im Verlauf<br />

<strong>der</strong> Trasse am Grasbrookpark. Hier wurden erdstatisch wirksame Düsenstrahlkubaturen eingebaut,<br />

die das bergmännische Öffnen eines Querschlages zwischen den zwei Tunnelröhren<br />

ermöglichen.<br />

Abb. 6: Grundriss U4 Hamburg, Querschlag<br />

9


Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

Das Konzept zum Ausbruch sieht vor, innerhalb des vor <strong>der</strong> Herstellung <strong>der</strong> Soilcrete ® -<br />

Kubaturen erstellten Dichtwandkastens das Grundwasser abzusenken und danach im Schutze<br />

<strong>der</strong> eingebauten Soilcrete ® - Säulen den Querschlag zwischen den Röhren auszubrechen. Wesentlicher<br />

Bestanteil des Konzeptes ist dabei, <strong>der</strong> Kubatur nur eine Funktion, nämlich die statisch<br />

wirksame Komponente, zuzuordnen. Eine Wasserdichtigkeit ist nicht erfor<strong>der</strong>lich.<br />

Im Schnitt 3 - 3 wird <strong>der</strong> zu erstellende Ausbruchquerschnitt dargestellt, die vertikalen Dichtwände<br />

sind ebenso zu erkennen.<br />

Abb. 7: Grundriss U4 Hamburg, Querschlag<br />

Im Schnitt 1 - 1 wird im Verlauf <strong>der</strong> Tunnelachse noch ein weiteres Funktionsmerkmal <strong>der</strong> Düsenstrahlkubatur<br />

deutlich. Bevor die Vortriebsmaschine den Bereich des künftigen Querschlags<br />

durchfährt, ist ein Wartungshalt für die Schneidwerkzeuge des Vortriebes geplant. In dem vor<br />

<strong>der</strong> Dichtwand hergestellten „Soilcrete ® - Bahnhof“ wird <strong>der</strong> Vortrieb angehalten und die<br />

Schneidwerkzeuge werden inspiziert. Erst danach erfolgt die Weiterfahrt durch den Dichtwandkasten<br />

und durch die fertiggestellte Soilcrete ® - Kubatur des Querschlages.<br />

Die Herstellung <strong>der</strong> Kubatur war mit umfangreichen qualitätssichernden Maßnahmen verbunden.<br />

Die Vertikalität aller Bohrungen wurde durch Inklinometer Messungen überwacht. Dabei<br />

wurden die Ergebnisse dieser Messungen umgehend vor Ort ausgewertet. Die planerische Soll -<br />

Lage <strong>der</strong> Soilcrete ® -Säulen wurde kontinuierlich mit dem erzielten Ist – Zustand verglichen.<br />

Durch Verän<strong>der</strong>n <strong>der</strong> Produktionsparameter o<strong>der</strong> durch Anordnen von Zusatzpunkten konnte<br />

eventuellen Abweichungen gegengesteuert werden, das Design folgte sozusagen „Online“ <strong>der</strong><br />

Produktion auf <strong>der</strong> Baustelle. Festigkeitsüberprüfungen ergänzten kontinuierlich das Qualitätssicherungsprogramm,<br />

um das Erreichen <strong>der</strong> statisch gefor<strong>der</strong>ten Eigenschaften <strong>der</strong> Kubatur sicher<br />

zu stellen.<br />

Im Zuge des weiteren Vortriebes <strong>der</strong> TBM konnten zusätzliche Aufgaben mit dem Soilcrete ® -<br />

Verfahren gelöst werden, die flexibel an die jeweilige Problemstellung in <strong>der</strong> Örtlichkeit angepasst<br />

wurden. Auch wenn diese Maßnahmen nicht in <strong>der</strong> Entwurfsplanung <strong>der</strong> Baumaßnahme<br />

enthalten waren, konnten diese durch professionelle Umsetzung vor Ort in einem sehr guten<br />

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Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

Zusammenspiel <strong>der</strong> beteiligten Fachingenieure des Bauherren und <strong>der</strong> Arge U 4 Tunnelbau angegangen<br />

und bewältigt werden.<br />

3.2. Soilfrac ® -Verfahren<br />

3.2.1 Nord-Süd Stadtbahn Köln<br />

Eine hoch belastete Einzelstütze wurde mittig mit einer Überdeckung von ca. 4 m mit <strong>der</strong> TBM<br />

unterfahren. Die prognostizierten Setzungen konnten konstruktiv nicht mehr ausgeglichen werden.<br />

Deshalb wurde aus einem Vertikalschacht ein Stahlmanschettenrohr-Fächer unterhalb des<br />

Fundaments mit den Abmessungen von 5 x 5 m hergestellt. Die Verformungen an <strong>der</strong> S-Bahn-<br />

Stütze wurden mit drei Schlauchwaagen kontinuierlich erfasst und zur weiteren Injektionssteuerung<br />

genutzt.<br />

Nachdem alle Manschettenrohre installiert waren – die max. Setzungen durch das Abteufen <strong>der</strong><br />

Bohrungen konnten durch zwischengeschaltete Injektionen auf 3 mm begrenzt werden – wurde<br />

die Stütze gezielt und gleichmäßig um 8 mm angehoben. Daraus ergab sich ein effektives Vor-<br />

Hebungsmaß von +5 mm. Die planmäßigen Vortriebsarbeiten konnten dann störungsfrei und<br />

ohne größere Verformungen in diesem Bereich ausgeführt werden, siehe Abb. 8.<br />

Abb. 8: Gezielte Hebung einer S-Bahn-Stütze<br />

Eine weitere Aufgabe bestand darin, aufgrund <strong>der</strong> geringen Überdeckung des neuen Tunnels<br />

sowie setzungsempfindlicher Bauwerke im Bereich des Hauptbahnhofes den Baugrund mit dem<br />

Soilfrac ® -Verfahren zu verbessern. Ziel <strong>der</strong> Maßnahme war, nach <strong>der</strong> durchgeführten Baugrundverbesserung<br />

den Stütz- und Suspensionsdruck <strong>der</strong> Schildmaschine ohne die Gefahr von Sus-<br />

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Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

pensionsverlusten optimal einstellen zu können und damit kalkulierbare Vortriebsbedingungen<br />

zu gewährleisten.<br />

Aus einem zwölf Meter tiefen Vertikalschacht mit nur 4,5 m Durchmesser wurden Bohrungen<br />

horizontal und vertikal abgeteuft, in die Manschettenrohre eingebaut wurden. Da <strong>der</strong> Injektionsbereich<br />

mit <strong>der</strong> Schildmaschine planmäßig durchfahren wurde, wurden spezielle Kunststoff-<br />

Manschettenrohre anstatt <strong>der</strong> sonst beim Soilfrac ® -Verfahren üblichen Stahlmanschettenrohre<br />

eingebaut. Die maximalen Bohrlängen betrugen ca. 50 m. Mit dem gewählten Bohrverfahren<br />

konnten Bohrabweichungen von ca. 1 % trotz <strong>der</strong> z.T. massiven Hin<strong>der</strong>nisse wie alte<br />

Verbauträger etc. eingehalten werden. Die Ventilrohre wurden nach unterschiedlichen Injektionskriterien<br />

mehrfach beaufschlagt, um eine einheitliche Verspannung des Bodens zu erzielen<br />

und somit optimale Bedingungen für den späteren Schildvortrieb zu schaffen (Abb. 9).<br />

Abb. 9: Längsschnitt Bodenverbesserung für die Schildmaschine<br />

Der Erfolg <strong>der</strong> Maßnahme zeigte sich bereits unmittelbar nach Einfahrt <strong>der</strong> TBM in den verbesserten<br />

Bereich. Der Vortrieb konnte mit optimalem Stützdruck bei deutlich verringerten Suspensionsverlusten<br />

sicher und verformungsarm durchgeführt werden.<br />

3.2.2 City-Tunnel Leipzig<br />

Zum Ausgleich <strong>der</strong> beim Tunnelvortrieb zu erwartenden Baugrundverformungen und Setzungen<br />

sowie zum Schutz <strong>der</strong> zum Teil historischen Gebäude wurde entlang <strong>der</strong> Vortriebstrasse in<br />

Leipzig, Los B, das Soilfrac ® -Verfahren eingesetzt.<br />

In Summe wurden über 30.000 m Bohrungen zur Sicherung von <strong>60</strong> Gebäuden mit einer Grundfläche<br />

von 22.000 m² hergestellt. Die Bohrungen wurden fächerförmig aus 15 Schächten mit<br />

Durchmessern zwischen 3,5 m und 6,5 m gegen drückendes Wasser mit bis zu 7 m Wasser-<br />

12


Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

druckhöhe abgeteuft. Die innerstädtische Lage machte es erfor<strong>der</strong>lich, die Schächte teilweise<br />

abzudeckeln und für den öffentlichen Straßenraum wie<strong>der</strong> frei zu geben. Die Bohrungen mussten<br />

dabei im diffizilen Leipziger Baugrund mit Quarzitblöcken abgeteuft werden.<br />

Mit dem gewählten Bohrverfahren konnten die anspruchsvollen Vorgaben für Bohrabweichungen<br />

von i.M. 1 % eingehalten werden.<br />

Durch den Planer <strong>der</strong> ausführenden ARGE wurden die zu erwartenden Setzungen <strong>der</strong> zu sichernden<br />

Gebäude infolge des Schildvortriebes ermittelt. In einer ersten Injektionsphase wurde<br />

zunächst ein Ausgleich vorhandener Heterogenitäten im Baugrund vorgenommen sowie eine<br />

erste Kontaktinjektion von ca. 1 mm eingestellt. In diesem Zustand hat bereits eine Verspannung<br />

des Bodens stattgefunden, da die horizontalen Spannungen im Baugrund gleich bzw. größer<br />

als die Vertikalen sind. Die zweite Injektionsphase erfolgte dann als Vorhebung entsprechend<br />

dieser berechneten Verformungen.<br />

Nach Erreichen <strong>der</strong> Vorhebungsmaße und einer ausreichenden Aushärtung <strong>der</strong> eingebrachten<br />

Bindemittelsuspension erfolgte dann <strong>der</strong> Tunnelvortrieb.<br />

Eigentlich waren während und nach dem Tunnelvortrieb weitere Injektionsphasen für ggf. erfor<strong>der</strong>liche<br />

Rückstellungen geplant. Diese kamen jedoch bei beiden Tunnelröhren aufgrund <strong>der</strong><br />

tolerierbaren minimalen Setzungen nicht mehr zur Ausführung.<br />

Ein exemplarischer Schnitt, <strong>der</strong> die Setzungsunterschiede zwischen verbesserten und gewachsenen<br />

Boden nach dem Tunnelvortrieb zeigt, ist in Abb. 10 dargestellt.<br />

Abb. 10: Setzungen innerhalb und außerhalb des Injektionsbereichs<br />

13


Mo<strong>der</strong>ne Sicherungstechniken mit Injektions- und Düsenstrahlverfahren bei aktuellen Tunnelprojekten<br />

3.2.3 Soilfrac ® -Verfahren bei Tunnelvortrieben<br />

In Tabelle 2 sind verschiedene Soilfrac ® -Maßnahmen für den Bau von Tunnelbauwerken dargestellt.<br />

Die Tabelle zeigt, welche Setzungsreduzierungen in Prozent durch Sicherungsmaßnahmen<br />

im Soilfrac ® -Verfahren gegenüber prognostizierten bzw. gemessenen Setzungen im unbehandelten<br />

Bereich geleistet werden können. Es ist zu erkennen, dass alleine eine Vorinjektion bis zur<br />

Kontaktinjektion zu einer Setzungsreduzierung von mindestens 50 % führen kann.<br />

Projekt Prognostizierte Ist- Reduzierung Bemerkungen<br />

Setzungen Setzungen um<br />

Antwerpen, Centraal 28 mm 2 mm 93 % Vortriebsbegleitend<br />

Station<br />

bzw. Nachinjektion<br />

Bochum Stadtbahn i.M. 35 mm 15 mm 57 %<br />

Bochum Stadtbahn,<br />

Tiefgarage<br />

Limburger Tunnel,<br />

Hochregallager Tetra<br />

Pak<br />

Köln, Nord-Süd Stadt-<br />

bahn, Einzelstütze<br />

Leipzig,<br />

Hebungsfeld 6, Ge-<br />

bäude 48<br />

Leipzig,<br />

Hebungsfeld 2, Gebäude<br />

25<br />

14<br />

12 – 16 mm 7,1 mm 55 % Progn. Setzungen<br />

entspricht Ist-<br />

Setzungen im un-<br />

behandelten Bereich<br />

> 50 mm Max. 15 mm 70 % Vorhebung bis max.<br />

12 mm<br />

32 mm 10 mm 68 % Vorhebung 5 mm<br />

i.M. 1,8 mm 0,46 mm 75 % Nur Vor- und Kontaktinjektion<br />

i.M. 6,1 mm 0,85 mm 86 % Nur Vor- und Kontaktinjektion<br />

Tab. 2: Zusammenstellung von Soilfrac ® -Verfahren bei Tunnelmaßnahmen<br />

1.1.4 4. Zusammenfassung<br />

Als Sicherungselemente bei Tunnelvortrieben können schon in <strong>der</strong> Planungsphase verschiedene<br />

Maßnahmen mit <strong>der</strong> Injektions- o<strong>der</strong> Düsenstrahltechnik einbezogen werden. Dabei kann das<br />

Sicherheitsniveau für angrenzende Bauwerke durch verschiedene Anwendungen dieser Techniken<br />

schon im Vorfeld erhöht werden.<br />

Anhand von verschiedenen Projekten wurde gezeigt, wie mit dem Soilfrac ® - und Soilcrete ® -<br />

Verfahren die prognostizierten Setzungen verringerte werden können.<br />

Weiterhin wurden neue Anwendungsmethoden <strong>der</strong> Bodenverbesserungstechniken im Tunnelbau<br />

aufgezeigt. Die Düsenstrahltechnik kann dabei z.B. für die Herstellung von „Einfahrblöcken“<br />

bzw. „Soilcrete ® - Bahnhöfen“ zur planmäßigen Inspektion und ggfs. Wartung <strong>der</strong> Schneidwerkzeuge<br />

eingesetzt werden. Die Injektionstechnik wird hauptsächlich zur aktiven Sicherung genutzt.<br />

Dabei werden vor, während und ggfs. nach dem Tunnelvortrieb die Setzungen kontinuierlich<br />

ausgeglichen.<br />

Eine Vorinjektion bzw. Kontaktinjektion kann dabei zusammen mit dem Injektionsrohren die<br />

prognostizierten Setzungen um ca. 70 – 80 % reduzieren.


7 Literatur<br />

Dipl.-Ing. M. Stelte, Dipl.-Geol. A. Weber<br />

[1] Kirsch F., Trunk U. und Richter T. [2008]. “Das Verfahren des Compensation Grouting<br />

beim Bauvorhaben City-Tunnel-Leipzig – Hebungsinjektion o<strong>der</strong> Baugrundverbesserung?“, Vorträge<br />

<strong>der</strong> Baugrundtagung, Dortmund<br />

[2] Stelte M. [2007]. “Anwendung verschiedener Injektionstechniken als Sicherungsmaßnahmen<br />

im Zuge des U-Stadtbahn Baus Köln, Los Nord“, Bautechnik Heft 9, 2007<br />

[3] Raabe E.W., Wehmeier H.-J., Son<strong>der</strong>mann W. [1990]. „Mo<strong>der</strong>ne Injektionstechniken für<br />

Vortriebssicherung, Bebauungs- und Grundwasserschutz“, Vorträge <strong>der</strong> Baugrundtagung, Essen<br />

[4] Falk E. [1998]. „Bodenverbesserung durch Feststoffeinpressung mittels hydraulischer<br />

Energie“, Dissertation Fakultät für Bauingenieurwesen, TU Wien<br />

15

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