Im Laufe der letzten Jahre hat die Zahl der Tunnelbauprojekte in Europa beträchtlich zugenommen. Die heute gebräuchlichste und effizienteste Methode ist der mechanische Tunnelvortrieb mit Tunnelbohrmaschinen (TBM). Bei vielen Projekten, insbesondere in feinkörnigen Böden, traten dabei jedoch aufgrund von Adhäsion zwischen Ton und Werkzeugoberflächen unerwartete Probleme auf, wie z.B. verklebte und blockierende Schneidräder oder verstopfte Fördereinrichtungen. Zur Zeit versucht man in erster Linie durch den Einsatz von speziellen Polymeren und Schäumen das Haftvermögen des Tons zu reduzieren. Bis jetzt gibt es allerdings kaum kaum Erkenntnisse über das chemisch-mechanische Verhalten des Ausbruchmaterials. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, Methoden zur Identifizierung möglicher Adhäsionsprobleme bereits in der Planungsphase eines Tunnelbauprojekts zu finden sowie geeignete Maßnahmen, diese Probleme mit einem Minimum an Nebenwirkungen zu reduzieren. Dies wird sich insgesamt positiv auf die Effizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit solcher Projekte auswirken.

Tonverklebungen am Schneidrad einer Tunnelbohrmaschine (TBM)

Ziele

Um mehr Erkenntnisse über die chemisch-mechanische Bindungseigenschaften von Tonen zu gewinnen werden mehrere Versuchsreihen an feinkörnigen Materialien durchgeführt, um das mechanische Verhalten der Tonböden besser zu verstehen. Im Anschluss werden diese Erkenntnisse genutzt, um die effektiven Veränderungen von Adhäsionskräften zu beobachten. Es werden einige neue Versuchsaufbauten getestet, die sowohl Auflast und Verwindung als auch die Bruchspannung berücksichtigen, um Informationen über die Adhäsion und Kohäsion des Materials zu erhalten. mehr

1:Tonpartikel im Wasser. Der Ton behält seine kompakte Struktur. 2: Der selbe Tonpartikel in Ethanol. Die geringe Dielektrizität des nicht-polaren Fluides verursacht eine Ausflockung des Materials.

Methoden

Da das Verhalten von Tonböden von vielen Parametern abhängt (z.B. Mineralogie, Porosität, Scherfestigkeit, Konsolidationsverhalten, Viskosität, Wassergehalt), werden mehrere Versuche den Einfluss verschiedener Porenfluide (z.B. Ethanol, Säuren, Basen) auf mechanische Parameter (z.B. Kohäsion, Scherfestigkeit) untersuchen. Da Mineraloberflächen auch physikalisch durch Elektrokinetik modifiziert werden können, werden einige Experimente zur Quantifizierung des Einflusses von elektrischer Ladung auf verschiedene Tonböden vorgenommen. Der interdisziplinäre Aspekt des Forschungsvorhabens garantiert eine weitgefächerte, umfassende Erforschung der Verklebungsproblematik. Die geowissenschaftlichen Erkenntnisse von Grenzflächenprozessen aus dem Mikro- und Nanobereich werden direkt abgeglichen mit den ingenieurwissenschaftlichen Erkenntnissen von makroskopischen Vorgängen, den Verklebungsproblemen während einer Schildfahrt. mehr