Ziele

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist das Verständnis von Prozessen an Mineraloberflächen und Grenzflächen zwischen Tonsuspensionen (Ausbruchmaterial) und Schneid- oder Förderwerkzeugen bei maschinellen Tunnelvortrieben zu erhöhen. Die Grenzflächenprozesse sollen durch selektive Manipulation der Oberflächen dahingehend beeinflusst werden, dass sich die mechanischen Eigenschaften des Tonsteins hinsichtlich der Abbaubarkeit verbessern. Die chemisch-mechanische Bindung in Tonböden verursacht, dass bei sich ändernden chemischen Bedingungen auch eine Änderung der ingenieurtechnisch relevanten Bodenparameter einstellt. Übliche Methoden zur Reduzierung von Adhäsion im Tunnelbau zielen darauf ab, die Tonpartikel zu dispergieren. Daraus resultieren Probleme bei der Wiederverwendung des Ausbruchmaterials, weil die Kolloidbildung schwer reversibel ist. Die Kolloidbildung ist jedoch ein wichtiger Prozess mit großem Einfluss auf die spätere Struktur und Stabilität des Ausbruchmaterials. In diesem Forschungsvorhaben wird beabsichtigt, die Adhäsion und/oder Repulsion zwischen den Mineralien und der Werkzeugoberfläche zu reduzieren, während die Fähigkeit der Tonpartikel zur Koagulation aufrechterhalten wird. Auch denkbar ist eine kontrollierte, temporäre Dispergierung innerhalb der Abbaukammer einer TBM und die nachträgliche Aufarbeitung und Koagulation des Tones. Diese könnte die langfristigen geotechnischen Eigenschaften des Ausbruchmaterials günstig beeinflussen.

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. Ein weiterer wichtiger Punkt beinhaltet eine bessere Prognose der Verklebungsanfälligkeit basierend auf Vorerkundungen felsmechanischer Eigenschaften. Die nachfolgende Konditionierung des Ausbruchmaterials soll dann gemäß den Erfahrungen aus vorangegangenen Tunnelbauprojekten, besonders im Hinblick auf Ausbruch und Förderung, erfolgen. Die Anwendbarkeit von Konditionierungsmethoden muss daher aufgrund der geotechnischen Eigenschaften des Ausbruchmaterials und der Umweltverträglichkeit desselben während der anschließenden Ablagerung beurteilt werden.