Development of a water-permeable annular gap fill for single-shell drained segmental linings / Entwicklung eines wasserdurchlässigen Ringspaltmaterials für eine einschalige dränierende Tübbingbauweise

Nowadays, tunnels with single-shell segmental lining are often constructed pressure-tight using gaskets. The economic application limit of this construction type is about 50 metres head of water. If the water pressure exceeds this value, considerably more complex - and thus more expensive - two-shell construction with an additional drainage layer between the inner and the outer lining is required. To extend the field of application of mechanized tunnelling with single shell lining in mid-mountain formations, an innovative approach was developed based on the application of a drainage layer in the annular gap fill with a water permeability kF <10-4 m/s. The basic idea of the newly developed water-permeable material for annular gap grouting is the use of a foam generator without a disturbing body, which foams the cement suspension in a defined way with sufficient compressive strength. Complex interrelations of material, process engineering and construction had to be considered comprehensively. The overall suitability of the developed process has been demonstrated in an extensive experimental program including field tests. The present paper focuses on the development of the construction material.
Bislang werden Tübbingtunnel in einschaliger Bauweise zumeist druckdicht ausgeführt, wobei die Abdichtung mittels Dichtrahmenprofilen erfolgt. Die wirtschaftliche Anwendungsgrenze dieser Bauweise liegt bei einem Wasserdruck von etwa 5 bar. Bei höherem Wasserdruck kann eine wesentlich aufwändigere - und damit teurere - zweischalige Konstruktion mit einer zusätzlichen Dränageschicht zwischen Innen- und Außenschale erforderlich werden. Zur Erweiterung des Einsatzbereichs von maschinellen Tunnelvortrieben mit einschaligem Tübbingausbau im Festgestein wurde ein pumpfähiges Ringspaltmaterial entwickelt, das eine ausreichend hohe Durchlässigkeit besitzt (kF-Wert < 10-4 m/s), um als Dränage genutzt werden zu können. Kernidee der Entwicklung ist das definierte Aufschäumen von Zementsuspension mittels Schaumgenerator zum Erzielen einer offenporigen und wasserdurchlässigen Struktur mit ausreichender Festigkeit zur Gewährleistung der Bettung der Tübbinge. Hierbei waren die komplexen Zusammenhänge von Baustoff, Verfahrenstechnik und Konstruktion umfassend zu berücksichtigen. Die generelle Eignung wurde im Rahmen eines ausgedehnten Versuchsprogramms einschließlich Baustellenversuchen nachgewiesen. Der vorliegende Beitrag geht schwerpunktmäßig auf die Entwicklung des Baustoffs ein.