Hydroschildvortrieb im Lauenburger Ton: Untersuchungen zur Adhäsivität des Baugrunds

Unter der Ems wurde 2008/2009 zwischen Rysum (Deutschland) und Termunten (Niederlande) im Schildvortriebsverfahren ein Düker mit einem Innendurchmesser von 3 m für eine Gasleitung hergestellt. Über einen größeren Abschnitt lag der Tunnel im Lauenburger Ton. Dieser ist aus verschiedenen Erfahrungen grundsätzlich als adhäsiv einzuschätzen, weshalb ein Verkleben der Vortriebsmaschine zu befürchten war. Die Adhäsivität wurden im Rahmen der Baugrundbeurteilung mit dem von der TU Darmstadt entwickelten Adhäsionsversuch untersucht. Dazu wurden die Adhäsionsspannungen in Abhängigkeit der ermittelten Konsistenzen des Tons bestimmt. Aus den Ergebnissen der Adhäsionsversuche wurde ein erhebliches Risiko hinsichtlich der Behinderung des Vortriebs durch Verklebungen der Vortriebsmaschine prognostiziert. Die Bewertung der Ergebnisse der Adhäsionsversuche hatte zwei wesentliche Einflüsse auf die Planung der Trasse und das Konzept der Vortriebsmaschine. Zum einen wurde die Höhenlage der Trasse so optimiert, dass die Vortriebsstrecke im Lauenburger Ton unter Beachtung der sonstigen Randbedingungen minimiert wurde. Zum anderen wurden zusätzliche Spüldüsen in den besonders verklebungsgefährdeten Bereichen der Abbaukammer angebracht. In diesem Beitrag wird das Prinzip des Adhäsionsversuchs erläutert, die Ergebnisse der Adhäsionsversuche vorgestellt und vergleichend bewertet. Weiterhin werden die aus den Ergebnissen resultierenden Änderungen des Trassenverlaufs dargestellt und die konstruktiven Anpassungen der Vortriebsmaschine beschrieben.

Hydro shield tunnelling in Lauenburg Clay: Investigation of adhesion of the ground
In 2008/2009 the River Ems, Northern Germany had to be crossed by a gas pipeline. The river crossing was to be provided by an inverted siphon with an internal diameter of 3 m bored by a hydroshield TBM. A comparatively long section of the tunnel was intended to be in the “Lauenburger Ton”, a cohesive clay layer. Regional construction experience shows the Lauenburg Clay has to be considered as potentially adhesive, with an obvious risk of the shield clogging with adhesive clay. Adhesion was investigated as part of the geotechnical survey using the test device developed at the Technical University of Darmstadt. Adhesive stresses were determined as a function of the in-situ consistency parameters of Lauenburg Clay. The results showed that there will be a serious risk of cohesive soil adhering in the shield system causing delays or worse problems to the progress of tunnelling. The evaluation of the adhesion test results impacted the design of the river crossing alignment and the set up of the tunnelling shield. On the one hand, the depth of the alignment was changed to reduce the section lengths in the Lauenburg Clay and on the other hand, additional jetting nozzles were placed in the shield to erode glued clay instantaneously. The study shows the principles of adhesion testing on cohesive soils including the interpretation and evaluation of comparative test results. Additionally, the practical use of these investigation results are demonstrated with the design of the river Ems crossing alignment and the setup of the jetting nozzles on the tunneling shield.