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Einsatzbereiche endgültiger Spritzbetonkonstruktionen im Tunnelbau

Im Straßentunnelbau könnte der Einsatz qualitativ hochwertiger ein- und zweischaliger Spritzbetonkonstruktionen künftig zu Kosteneinsparungen führen. Zu deren Einsatzmöglichkeiten und Grenzen im Straßentunnelbau lagen bislang jedoch keine sicheren Erkenntnisse vor. In einem begleitenden Forschungsprojekt am Rennsteigtunnel im Zuge der BAB A71 wurden beide Anwendungsfälle näher untersucht.

Grafik zeigt endgültige Spritzbetonkonstruktionen (links: 1- schalig; rechts: 2- schalig) Endgültige Spritzbetonkonstruktionen (links: 1- schalig; rechts: 2- schalig)

Problem

Im Straßentunnelbau ist eine zweischalige Wandkonstruktion mit einer Außen- und Innenschale ohne Verbundwirkung die Regelbauweise. Dabei stellt die Innenschale das langfristig tragende Tunnelbauwerk dar. Meist besteht die Innenschale aus Schalbeton und ist durch eine Kunststoffdichtungsbahn sowie ein Schutz- und Dränagevlies von der Außenschale getrennt. Fortschritte auf dem Gebiet der Spritzbetonverfahrenstechnik sowie -materialtechnologie haben im Straßentunnelbau zu der Überlegung geführt, Spritzbetonkonstruktionen nicht nur für die Außenschale als vorübergehende Sicherung, sondern als endgültige Konstruktionen zu nutzen. Dabei ist zwischen ein- und zweischaligen Spritzbetonkonstruktionen zu unterscheiden. Bei einschaligen Konstruktionen übernimmt auch die Außenschale dauerhaft Tragfunktionen, während sie bei zweischaligen Konstruktionen im Endzustand keine Funktionen besitzt. Zu den Einsatzbereichen, aber auch -grenzen beider Anwendungsfälle im Straßentunnelbau liegen in Deutschland bislang kaum Erfahrungen vor. Empfohlen wurde deshalb ein baubegleitendes Forschungsprojekt.

Untersuchungsmethode

Ausgehend von einer Literaturanalyse zum bisherigen Kenntnisstand erfolgte eine empirische Untersuchung von ein- und zweischaligen Spritzbetonkonstruktionen im Zuge der Ausführung des Rennsteigtunnels an der BAB A71. Es wurden insgesamt fünf unterschiedliche einschalige Varianten entwickelt. Davon waren drei Varianten reine Spritzbetonkonstruktionen, bei zwei Varianten wurde die zweite Lage mit Schalbeton (unbewehrt und stahlfaserbewehrt) im Verbund mit der ersten Lage hergestellt. Die Versuchsstrecke wurde in einem der beiden Zuluftstollen des Rennsteigtunnels ausgeführt. Zweischalige Spritzbetonkonstruktionen kamen in den Kalottenbereichen der beiden Lüfterkavernen sowie in einem der beiden Zuluftstollen des Rennsteigtunnels zum Einsatz.

Ausgehend von einer Betrachtung der geologisch-hydrologischen Verhältnisse am Rennsteigtunnel wurde die Ausführbarkeit, das Trag- und das Dichtheitsverhalten der Schalenkonstruktionen untersucht.

Ergebnisse

Die Analyse zum bisherigen Kenntnisstand zu ein- und zweischaligen Konstruktionen zeigte, dass die meisten Erfahrungen bislang im Bereich von U-Bahnen und im Stadtbahnbau vorliegen. Die Erfahrungen sind allerdings nur zum Teil auf den Straßentunnelbau übertragbar.

Im Rahmen der empirischen Untersuchungen am Rennsteigtunnel konnte gezeigt werden, welche Einsatzbereiche und Einsatzgrenzen ein- und zweischalige Konstruktionen aufweisen und welche Maßnahmen bei beiden Ausführungsvarianten zu beachten sind, um eine vergleichbare Qualität zur Regelbauweise zu erhalten. Es wurde deutlich, dass die erforderliche Dichtheit durch den Einbau ausschließlich einer Spritzbetonlage nicht gewährleistet werden kann. Erst durch die zweite Lage konnte eine vergleichbare Dichtheit zur zweischaligen Regelbauweise erreicht werden. Sehr positive Ergebnisse lieferte die Variante mit einer stahlfaserbewehrten zweiten Lage.

Die Anwendung einschaliger Spritzbetonkonstruktionen wurde in den Tunnelbereichen empfohlen, die nicht unter ständigem Straßenverkehr stehen. Dabei handelt es sich primär um Zuluft- oder um Rettungsstollen, jedoch nicht um die Querstollenbereiche.

Die zweischaligen Spritzbetonkonstruktionen können unter Beachtung der im Bericht aufgeführten Zusatzmaßnahmen und einer hohen Ausführungsqualität in Aufweitungsbereichen und in Querstollen eine technische Alternative zur zweischaligen Regelbauweise darstellen, die in diesen Bereichen einen hohen Schalungsaufwand erfordert.

Folgerungen

Anhand der Untersuchungsergebnisse ließen sich Empfehlungen ableiten, die bei einer zukünftigen Anwendung einschaliger Spritzbetonkonstruktionen berücksichtigt werden können. Sie bieten zudem Entscheidungshilfen im Hinblick auf bauliche Nachrüstungen von Straßentunneln mit parallelen Rettungsstollen.

Ranges of application of final shotcrete contructions in road tunnelling

With shotcrete constructions in road tunnelling there are only few covered experiences in Germany. It is important to know which permanent carrying-out quality can be reached with these constructions in comparison with the double-shell standard construction method anyway. Therefore oneshell and twoshell shotcrete constructions were examined closely in the course of the construction phase of the Rennsteigtunnel (BAB A71). It was necessary to formulate the road tunnel specific and hydro-geological marginal conditions which had to be integrated into the conception of the test area.