Demanega

Wie kein anderes Ingenieurbauwerk sind Tunnel in Planung und Ausführung durch die Geologie bestimmt. Neben den betroffenen Gesteinen und deren technischer Eigenschaften, nämlich der Gesteinsfestigkeit, ist die Erfassung des Trennflächengefüges wesentlich, die die Gebirgsfestigkeit bedingt.

Trennflächen sind Schichtungen (Ablagerungsprozesse), Schieferungen (metamorphe Vorgänge), Klüfte (Tektonik, Abkühlung, Druckentlastung), Störungen (Tektonik) oder Harnische (Relativbewegungen).

Die Wahl der Trasse im Rahmen von Varianteuntersuchungen hängt folglich wesentlich von den hydrogeologischen Gegebenheiten ab. Dabei werden die unterschiedlichen Trassen aufgrund der erwartbaren Vor- und Nachteile, aber auch de Risiken, bewertet.

Die einzelnen Planungsphasen sehen die folgenden Stufen vor:

• Machbarkeitsstudie
• Vorprojekt
• Detailprojekt
• Ausführungsprojekt

Entsprechend wichtig sind aus wirtschaftlichen Gründen, aber auch zur Abschätzung des Risikos, geologische Erkundungen. Diese werden grundsätzlich mit geophysikalischen Methoden (Seismik, Geoelektrik, Bohrlochgeophysik) großräumig durchgeführt. Diese großräumigen Untersuchungen werden durch Aufschlussbohrungen ergänzt und validiert. Ziel ist die Ausarbeitung eines geologischen und hydrogeologischen Modells.

Während die Voruntersuchung sich auf die möglichen Trassenführungen konzentriert, gliedert sich die Hauptuntersuchung in zwei Phasen:

• Untersuchung der ausgewählten Trasse zur Erarbeitung genehmigungsfähiger Unterlagen
• Erarbeitung aller notwendigen Daten und Bewertungen für Ausschreibung und Bauausführung auf der Grundlage des genehmigten Tunnelprojektes

Anschließend erfolgen im Rahmen der Bauausführung die Kontrolluntersuchungen, um eine sichere und wirtschaftliche Ausführung zu ermöglichen.

Erkundungsstollen sind bergmännisch oder brunnenbautechnisch hergestellte Aufschlüsse, um tieferliegende Gebirgsbereiche zu erkunden und um Erkundungsmethoden anzuwenden (Lastplattenversuche, Radialpressen, Extensometer, Inklinometer, Probeentnahmen für Laborversuche etc.). Erkundungsstollen werden insbesondere bei größerer geologischer Ungewissheit ausgeführt. Im Rahmen der Errichtung des Erkundungsstollens wird die Vortriebsmethode (konventionell / zyklisch oder kontinuierlich) für das Hauptbauwerk festgelegt.

Der Erkundungsstollen selbst wird vernünftigerweise in das fertiggestellte Bauwerk als Entwässerungsstollen oder Fluchttunnel integriert.

Wesentlich sind in der Folge Klassifizierungssysteme für Gesteine und Gebirge, die qualitativ oder quantitativ sind, wobei die Tendenz in Richtung projektspezifischer quantitativer Klassifizierungen zeigt.

Der RMR-Wert oder RMR-Index (Rock Mass Rating) ist ein Klassifizierungssystem für Felsgestein, das von Richard Z.T. Beniawski 1973 ausgearbeitet und in der Folge verfeinert wurde. Einflussgrößen sind die Gesteinsfestigkeit, die Durchtrennung, der Trennflächenabstand, die Trennflächeneigenschaften und die Orientierung der Trennflächen sowie das Vorhandensein von Bergwasser. Die Klassifizierung erfolgt über ein Punktesystem.

Das Q-System von Nick R. Barton sieht sechs Parameter vor, die einen ähnlichen Hintergrund haben. Daraus folgend wir der Qualitätsfaktor Q berechnet, der einen logarithmischen Hintergrund hat, und anhand von Diagrammen werden felsbautechnische Empfehlungen abgegeben.

Nationale Richtlinien spezifizieren die anzuwendenden Gebirgsklassifizierungssysteme.

Die Planung umfasst nach der Richtlinie der Österreichischen Gesellschaft für Geomechanik im zyklischen Vortrieb:

• Bestimmung der Gebirgsart
• Bestimmung des Gebirgsverhaltens
• Wahl des tunnelbautechnischen Konzeptes
• Abschätzung des Systemverhaltens im Ausbruchbereich (Spannungen, Bergwasser, Stützmittel, etc.)
• Ermittlung des Systemverhaltens im gesicherten Bereich (Standsicherheit, Setzungen, Erschütterungen, Verschiebungen, etc.)
• Ermittlung der Vortriebsklassen
• Erstellung des tunnelbautechnischen Rahmenplans (Geologisches Modell, Festlegung Baumaßnahmen, Stütz- und Sicherungsmaßnahmen, Warn- und Alarmwerte)

Die Bauausführung umfasst:

• Bestimmung der Gebirgsart vor Ort
• Abschätzung des Systemverhaltens im Ausbruchbereich
• Festlegung von Ausbruch und Stützung
• Überprüfung des Systemverhaltens

Demgegenüber ist bei kontinuierlichem Vortrieb die Anpassbarkeit während der Bauausführung gering. Die Schildvorrichtung der Tunnelbaumaschine schützt vor nachbrechendem Gebirge, sodass eine Sicherung zeitversetzt erfolgen kann.

Felsmechanik – Felsbau – Tunnelbau: Gebirgsfestigkeit und Gebirgsversagen

Literatur:

[1] Gerhard Girmscheid: „Baubetrieb und Bauverfahren im Tunnelbau“, Ernst und Sohn, Berlin 2013

[2] Pietro Lunardi: „Progetto e costruzione di gallerie. Analisi delle deformazioni controllate nelle rocce e nei suoli (ADECO-RS)“, edizioni Hoepli collana Ingegneria civile, Milano 2006

[3] Österreichische Gesellschaft für Geomechanik: „Richtlinie Geotechnische Planung von Untertagebauten Zyklischer und Kontinuierlicher Vortrieb Gebirgscharakterisierung und Vorgangsweise zur nachvollziehbaren Festlegung von bautechnischen Maßnahmen während der Planung und Bauausführung“, Salzburg 2023