TEILPROJEKT B3 „RINGSPALTMÖRTEL – ENTWICKLUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER VERSCHIEDENEN INTERAKTIONEN MIT DEM GEBIRGE UND TÜBBINGAUSBAU“

Die Verfüllung des Ringspalts ist beim maschinellen Tunnelvortrieb von essentieller Bedeutung. In Abhängigkeit der geologischen und hydrologischen Randbedingungen stehen verschiedene Mörtelsysteme (ein- und zweikomponentige) zur Verfügung. Unabhängig des Systems werden an solche Mörtel gleichzeitig zwei einander mehr oder weniger entgegenlaufende Anforderungen gestellt. Zum einen wird eine lange Verarbeitbarkeitszeit und ein hohes Fließvermögen gefordert, um den Ringspalt vollständig verfüllen zu können, zum anderen wird vorausgesetzt, dass der Mörtel unmittelbar nach dem Verpressen rasch eine ausreichende Steifigkeit und Scherfestigkeit entwickelt, die mindestens in den Größenordnungen des anstehenden Bodens liegen.

1.    Projektphase (Juli 2010 bis Juni 2014):
In der Förderperiode I standen vorrangig Ein-Komponenten-Mörtel im Fokus, die durch das Auspressen von Wasser in das angrenzende Gebirge versteifen. Im Rahmen des Teilprojekts wurden Ein-Komponenten-Mörtel unter Variation relevanter material- und einbauspezifischer Parameter im Hinblick auf die maßgebenden Eigenschaften – Fließvermögen, Sedimentationsstabilität, Entwässerungsfähigkeit und Festigkeitsentwicklung – systematisch in Experimenten untersucht. Dabei wurden die Zusammenhänge zwischen den Kenngrößen einzelner Ausgangskomponenten bzw. der Zusammensetzung des Mörtels und dessen Eigenschaften grundlegend eruiert. Als Referenz wurden praxisübliche Mörtelzusammensetzungen herangezogen.

2.    Projektphase (Juli 2014 bis Juni 2018):
Neben ergänzenden Untersuchungen zur Ausbildung von Filterkuchen bei Ein-Komponenten-Mörteln lag der Schwerpunkt in der Förderperiode II auf der Entwicklung von Mehr-Komponen-ten-Mörteln. Hier wird einem fließfähigem Mörtel (Komponente A) unmittelbar vor dem Verpressen in den Ringspalt eine zweite Komponente B zugemischt, die rasch zur Versteifung/Verfestigung des Mörtelsystems führt. Diese kommen zum Einsatz, wenn einkomponentige Mörtel, z.B. infolge geringer Durchlässigkeit des anstehenden Bodens, nicht hinreichend entwässern können. Neben den materialtechnischen Untersuchungen wurde ein Versuchsstand entwickelt, mit dem im halb-technischen Maßstab Ringspaltverpressungen realitätsnah simuliert werden können.

3. Projektphase (Juli 2018 bis Dezember 2022):
Wesentliches Ziel in der Förderperiode III ist es, aufbauend auf den vorliegenden orientierenden Ansätzen verformungsfähige Mörtel für die Ringspaltverpressung in druckhaftem Gebirge zu entwickeln. Solche Mörtel sollen durch ein ausgeprägtes Stauchvermögen in der Lage sein, die radial einwirkenden Gebirgsverformungen bis zu einem gewissen Grad aufzunehmen bzw. zu kompensieren und damit zur langfristigen Stabilität des Tunnelausbaus beitragen. Die Modifikationen können im Wesentlichen durch das beimischen unterschiedlicher stauchfähiger Komponenten (in sich poröse Systeme aus unterschiedlichen Werkstoffkonfigurationen wie z. B. Leichtzuschläge, Kunststoffschäume etc.) erfolgen. Alternativ wird der Einsatz von per se porosiertem Material fokussiert. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen im Gesamtprojektbereich „B“ vom SFB 837 zu dem übergeordneten Ziel bei, einen verformungsfähigen Tunnelausbau im System „Druckhaftes Gebirge – Ringspaltmörtel – Tübbing“ zu entwickeln.

Veröffentlichungen

• Breitenbücher, R.; Krikelis, C. (2022). Transfer of Fundamental Research Into Practical Tunnel Construction Applications - Optimization of Annual Gap Backfilling-Laboratory Procedures and Transfer to Practice. In: Tunnel 2/2022, pp.16-17, 2022.
• Krikelis, C.; Breitenbücher, R. (2022). Verformungsfähiger Tunnelausbau im Gesamtsystem „Druckhaftes Gebirge – Ringspaltmörtel – Tübbing“. In: Research Department Newsletter – subsurface, modeling & engineering.