Zementfreie Mörtel für die Ringspaltverpressung beim Schildvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust

摘要

Die Dissertation befasst sich mit der Verwendbarkeit und den Eigenschaften von zementfreien Mörteln zur Ringspaltverpressung beim Tunnelbau im Schildvortriebsverfahren mit Tübbingausbau. Vor dem Hintergrund, dass diese Verpressmaterialien in Abhängigkeit der Baugrundeigenschaften sehr zeitnah, d.h. mitunter schneller als ein konventioneller Zementmörtel, eine Festigkeits- und Steifigkeitsentwicklung durch Auspressen von Porenwasser in den umgebenden Baugrund erfahren können, sind mit dieser Art von Mörtel Vorteile gegenüber zementgebundenen Baustoffen zu erwarten. Die Untersuchungen zielen darauf ab, die unterschiedlichen Anforderungen an ein solches Material im Zuge der einzelnen Prozessschritte (Pumpförderung, Drainierung und Bettung der Tübbingröhre) genauer definieren zu können. Dabei wird zunächst der Einfluss der Ortsbruststützung bei Tunnelvortriebsmaschinen mit Flüssigkeitsstützung erfasst und eine hybride Modellvorstellung der Stützdruckübertragung entwickelt. Diese berücksichtigt sowohl den Mechanismus der Filterkuchenausbildung wie sie in feinkörnigen Böden dominiert als auch die Eindringung einer Suspension mit Stagnation im Porenraum des Bodens. Für die Festlegung von Materialanforderungen zur Gewährleistung der Pumpfähigkeit werden zunächst Pumpversuche im Zuge des Befüllens der Förderleitung durchgeführt und bodenmechanische Eigenschaften von sogenannten Stopfern betrachtet. Es folgen rheologische Oszillations-Messungen, mit denen der Einfluss des Blutens der zementfreien Ringspaltmörtel beobachtet werden soll. Schließlich werden Indexwerte zur Gewährleistung des Wiederanlaufens des Fördersystems nach ausgedehnten Stillstandszeiten ermittelt.Die Beobachtung des Drainierungsvorganges erfolgt mittels eines modifizierten Filterpressenversuchs, in dem maßgebende Kennwerte des Drainierungsvorgangs zur quantitativen Beschreibung ermittelt werden können. Anhand eines rechnerischen Modells wird herausgestellt, welchen Anforderungen ein solches Verpressmaterial bei den speziellen örtlichen Baugrundeigenschaften genügen muss, um zielsicher eingesetzt werden zu können. Darüber hinaus werden Empfehlungen bezüglich des Mischungsentwurfs eines solchen Mörtels erarbeitet und dessen ökologischen Auswirkungen bewertet.Abschließend erfolgt eine bodenmechanische Charakterisierung des verfestigten Ringspaltmörtels als künstliches Bodenmaterial und eine Abschätzung der Auswirkungen auf das Bettungsverhalten für die Tübbingröhre.Zusammenfassend kann dargestellt werden, dass ein zementfreies Ringspaltmaterial bei geeignetem Umgebungsboden gleichwertig zu einem konventionellen Zementmörtel anzusehen ist und mitunter sogar eine höhere Früh-Bettungswirkung aufweist, die zur Vermeidung von Tübbingschäden von Bedeutung sein kann.