Adhäsion von Tonböden beim Tunnelvortrieb mit Flüssigkeitsschilden

Der Vortrieb eines Tunnels mit Hilfe eines Flüssigkeitsschilds kann beim Durchörtern von Tonböden durch adhäsionsbedingte Anhaftungen stark behindert werden. In dieser Arbeit werden Erfahrungen mit dem Auftreten von Verklebungen ausgewertet und detaillierte Untersuchungen zur Adhäsion verschiedener Tone an Stahl vorgestellt. Dadurch wird eine genauere Abgrenzung von Böden, die Verklebungen hervorrufen können, und ein besseres Verständnis für die Vorgänge, die zum Anhaften von Tonböden führen, möglich. Die Auswertungen bisheriger Erfahrungen haben ihren Schwerpunkt auf der Analyse der bodenmechanischen Kennwerte von Böden vergangener Tunnelvortriebe. Daraus können Indikatoren für das Verklebungspotential von Tonen abgeleitet werden. Weiterhin werden typische Erscheinungsformen von Verklebungen in der Praxis vorgestellt und ein Überblick über die gegenwärtig zur Verfügung stehenden Vermeidungsmaßnahmen gegeben. Die Konzeption der Laborversuche zur Bestimmung der Adhäsion basiert auf einer ausführlichen Literaturrecherche. Darin werden Grundlagen zur Adhäsion, die versuchstechnischen Möglichkeiten zur Messung und die vielfältigen Faktoren mit Auswirkungen auf die Adhäsion beschrieben. Für die Versuche werden Böden verwendet, die zum Teil einen direkten Bezug zur Tunnelbaupraxis haben und in ihrer mineralogischen Zusammensetzung ein weites Spektrum umfassen. Es werden Scherversuche und Trennversuche durchgeführt, in denen die tangentiale bzw. die normale Adhäsion bestimmt wird. Wegen des Bezugs zum flüssigkeitsgestützten Schildvortrieb werden die Oberflächen der Tonböden und der Stahlplatten mit einer Flüssigkeit benetzt, bevor der Kontaktschluß erfolgt. Dazu werden neben Wasser auch Flüssigkeiten mit Additiven verwendet. Die Ergebnisse der Adhäsionsversuche zeigen klare Abhängigkeiten von der Benetzungs- und Anpreß dauer bei der Versuchsdurchführung, von der Konsistenz des Bodens und von der Zusammensetzung der Benetzungsflüssigkeit. Es können signifikante Korrelationen der Adhäsion zur tonmineralogischen Zusammensetzung und zur Plastizität der Böden gefunden werden. Anschließende theoretische Betrachtungen zeigen, daß Adhäsion durch die Differenz zwischen dem Porenwasserdruck und dem Umgebungsdruck erzeugt wird. Durch die Benetzung werden kleine Wassermengen in der Grenzfläche zwischen Boden und Stahl eingeschlossen. Darin stellt sich auf grund des Quellvermögens ein ähnlicher Druck wie im Porenwasser des Bodens ein. Der Ton wird über das eingeschlossene Benetzungswasser an die Stahl fläche „angesaugt“. Dieser Vorgang findet in der Abbaukammer einer flüssigkeitsgefüllten Schildmaschine statt, aber auch bei konventionellen Erdarbeiten in Gegenwart von Wasser (Regen). Abschließend werden Hinweise gegeben, die zur genaueren Einschätzung von Tonböden bei der Vorbereitung von flüssigkeitsgestützten Schildvortrieben beitragen sollen.