Freie Fahrt für riesige Tunnelbohrmaschinen

Tunnelbauer haben ein großes Problem: Feinkörnige Gesteine machen ihnen das Leben schwer. Das Ausbruchmaterial setzt sich leicht an den bis zu 15 Meter großen Schneidrädern fest – und dann geht häufig nichts mehr. Die Verklebungen können zu kostenintensiven Blockaden führen und stellen daher ein großes Problem für die Industrie dar.

In einem Forschungsprojekt will die RWTH Aachen die ablaufenden Prozesse an den Mineraloberflächen genauer untersuchen und neue Methoden entwickeln, um sie zu beeinflussen. An dem Vorhaben mit einer Fördersumme von insgesamt 500.000 Euro sind drei RWTH-Institute und mehrere Industriepartner beteiligt. Das Projekt wird im Rahmen des Sonderprogramms „Geotechnologien“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Vor allem weiche Gesteine wie Ton- oder Schluffsteine verkleben die Schneidräder schnell. Die häufigen Säuberungen der Riesenbohrer sind zeit- und kostenaufwändig. Um die Haftung der Minerale an den Maschinen zu reduzieren, werden Zusatzstoffe wie Polymere und Tenside in den Tunnelvortrieb eingebracht. Das Verfahren hat allerdings große Nachteile: Es verursacht zum Beispiel zusätzliche Kosten, um das kontaminierte Ausbruchmaterial umweltgerecht zu entsorgen.

„Bislang wurden vor allen die Auswirkungen des Verklebungsproblems bekämpft. Wir wollen bei den Ursachen ansetzen“, erklärt Dipl.-Ing. Martin Feinendegen vom Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH. Die Aachener Forscher beschäftigen sich dabei mit der gesamten Prozesskette: von der mikroskopischen Ebene bis hin zur riesigen Tunnelbohrmaschine. „Das hat es so noch nie gegeben“, sagt der Wissenschaftler. Zunächst sollen die Verklebungseffekte, die im Tunnelbau auftreten, im Labor simuliert werden. „Dann werden wir die Oberflächen gezielt manipulieren – erst im Labor, später auch in großmaßstäblichen Technikumversuchen“, so Feinendegen. Untersuchungen vor Ort sind bei den Industriepartnern des Forschungsprojekts möglich.

Die Aachener Forscher wollen auch untersuchen, ob sich die Prozesse an den Mineraloberflächen schon im Vorfeld einer Baumaßnahme oder spätestens bei der Baugrunduntersuchung erkennen lassen. „Wir wollen einen baustellentauglichen Versuchsaufbau erarbeiten, der die Anhaftungen quantifizieren kann. Darauf aufbauend werden wir ein Klassifizierungsschema für das Verklebungspotenzial ausarbeiten“, erklärt der Ingenieur. So sollen die Eigenschaften des Baugrunds zu jedem Zeitpunkt des Projekts – insbesondere bereits in der Planungsphase – schnell und einfach anhand von Bodenproben bestimmt werden können. Mögliche Beeinträchtigungen durch Verklebungen würden dadurch bereits im Vorfeld erkannt. Angepasste Lösungen sollen letztlich dafür sorgen, dass die Verklebungen verhindert oder zumindest minimiert werden.

An dem Forschungsprojekt beteiligt sind der Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie, das Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und Grenzflächenmineralogie sowie der Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und das Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau der RWTH Aachen. Als Industriepartner sind die Herrenknecht AG als Marktführer für Tunnelbohrmaschinen, die Ed. Züblin AG Tunnelbau und die MARTI Tunnelbau AG aus der Schweiz als ausführende Firmen sowie der französische Hersteller für Additive Condat Lubrifiants beteiligt.

Weitere Informationen erteilt:

Dipl.- Ing. Martin Feinendegen
Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen
Tel: 0241/8025249
E-Mail: feinendegen@geotechnik.rwth-aachen.de
i.A. Alain Kniebs