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 />
KKeelllleerr GGrruunnddbbaauu GGmmbbHH,, LLeeiitteerr<br />
tteecchhnniisscchheess BBüürroo,, OOffffeennbbaacchh<br />
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 />
10
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 />
11
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