Entwässerung bergmännischer Tunnel Draining underground Tunnels

Entwässerung bergmännischer Tunnel Draining underground Tunnels

Schweiz
Switzerland
Entwässerung
bergmännischer
Tunnel
Draining
underground
Tunnels
J. D. Chabot
J. D. Chabot
Moderne Tunnelbaumethoden erlauben einen
präzisen Ausbruch. Gleichzeitig werden an
Entwässerungssysteme, um dauerhaft zu
funktionieren, höhere Anforderungen gestellt.
Verschiedene Entwässerungskonzepte,
Aspekte zur Versinterungsverhinderung und
Gewährleistung einer dauernden Dränage
ohne Wasserdruckaufbau werden angeschnitten und beispielhaft die am GotthardBasistunnel gewählten Lösungen aufgezeigt.
Modern tunnelling methods enable a precise
excavation to be produced. At the same time,
higher demands are placed on drainage
systems to ensure they function on a permanent basis. Various drainage concepts,
aspects designed to prevent sintering and
how to assure permanent drainage without
the build-up of water pressure are dealt with.
Solutions selected for the Gotthard Base
Tunnel are taken as examples.
1 Einleitung
1 Introduction
Eine richtig konzipierte
und eingesetzte Dränage ist
bei den heute gestellten Anforderungen eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Lösung zur Bergwasserentwässerung.
In den letzten Jahrzehnten zeigte sich verstärkt die
Bedeutung einer funktionierenden Dränage und Abdichtung in Untertagebauwerken. Frühere Bauwerke
wiesen bautechnisch bedingt großzügige Dränagehohlräume hinter gemauerten Auskleidungen auf. Heutige Baumethoden erlauben
einen präziseren Ausbruch,
womit der verbleibende Dränageraum reduziert, dieser
aber höher beansprucht
wird.
Dipl.-Bau-Ing. ETH/SIA
Jan Dirk Chabot,
Amberg Ingenieurbüro AG,
Regensdorf-Watt/CH
18
Tunnel 2/2002
Die
Dränageelemente
müssen gleichzeitig einer
drohenden
Versinterung
und Verstopfung durch aus
dem Bergwasser ausgefällten Kalk trotzen können. Bei
dränierten Tunneln muss
der drucklose Bergwasserabfluss dauernd sichergestellt
sein, damit das Bauwerk
nicht einem unvorgesehenen Wasserdruckaufbau ausgesetzt wird.
2 Tunnelentwässerungs- und
Abdichtungskonzepte
Nachfolgend werden die
im Tunnelbau gebräuchlichen Abdichtungs- und Tunnelentwässerungskonzepte
beschrieben [1–5].
Verdrängung
(druckwasserhaltende
Tunnelabdichtung)
Bei einem druckwasserhaltenden Tunnel entfällt die
Bergwasserentwässerung. Die-
Given the demands placed
today, a properly designed
and applied drainage system
represents an environmentally friendly and economic solution for tackling underground
water.
Over the last few decades,
the significance of well functioning drainage and sealing
for underground structures
has become increasingly
more evident. Due to the technical methods that were employed, structures built in earlier times possess generously
dimensioned drainage cavities behind brickwork. Current
construction methods cater
for a more precise excavation
so that although the remaining drainage space is reduced,
it is called upon to fulfil more
complex tasks.
The drainage elements
must be able to cope with the
threat of sintering as well as
clogging that results from the
lime stemming from the underground water. In the case
of drained tunnels, it must be
ensured on a permanent basis
that underground water is disposed of without the application of pressure so that the
structure is not subjected to
any unforeseen water pressure built-up.
2 Tunnel Drainage
and Sealing
Concepts
In the following, the sealing
and tunnel draining concepts
commonly used in tunnelling
are described [1–5].
No Drainage (complete
sealing in a tunnel with
water under pressure)
Drainage is not necessary
in a tunnel built to withstand
water under pressure. This
system with a total seal has so
Dipl.-Bau-Ing. ETH/SIA
Jan Dirk Chabot,
Amberg Ingenieurbüro AG,
Regensdorf-Watt/CH
Tunnelentwässerung
Tunnel Drainage
ses System mit einer Rundumabdichtung wurde bisher
bei Tunneln mit Wasserspiegelüberlagerungen von 30 m
angewandt; 60 m sind heute
als oberer Grenzwert zu betrachten. Technisch sind
höhere Wasserdrücke möglich, aber der Abdichtungsaufwand sowie die erforderliche Stützkraft der Verkleidung steigt beträchtlich.
Aus Erfahrung empfiehlt
es sich aber, auch bei einer
sorgfältig konzipierten und
ausgeführten Rundumabdichtung Vorrichtungen zur
nachträglichen Verdrängung
und/oder zur Ableitung von
allfälligem Leckwasser vorzusehen (Rückfallebene) [6].
Teilweise Ableitung
(Teilentspannung)
Teilweise
Verdrängung
herrscht vor, wenn Bergwasser aufgestaut wird und nicht
mehr drucklos abfließen
kann, z. B. bei:
■ Druckhaltendem Tunnel
mit Wasserdruckbegrenzung.
Bergwasser eines druckhaltenden Tunnels wird verdrängt und ab einem bestimmten, definierten Wasserdruck entlastet. Mit der
Begrenzung des Wasserdrucks kann im Vergleich zu
einer drucklosen Dränage
die Wasserentnahme aus
dem umliegenden Gebirge je
nach Geologie und Hydrologie erheblich reduziert werden [7].
■ Ableitendem Tunnel, welcher wegen behindertem
drucklosem Bergwasserabfluss lokal leicht druckhaltend wird.
Wegen fehlender, zu selten vorgesehener bzw. verstopfter oder zugesinterter
Dränageeinrichtungen im
primären oder sekundären
Entwässerungssystem kann
es bei einem ableitend konzipierten Tunnel zu lokalen
Wasserrückstaus kommen,
Drained tunnel, which is
slightly subjected to pressure
locally on account of the fact
that the flow of underground
water is obstructed.
In a tunnel devised with a
drainage system, water can
dam up locally resulting in
what are usually low water
pressures should there be a
lack of drainage installations
in the primary or secondary
drainage system or should
these be inadequate, blocked
or clogged with deposits. The
situation is exacerbated if the
line is laid in the wrong position so that underground water can only reach the vault
drainage line if water pressure
builds up. The same applies if
the pipe inlet openings are inadequately dimensioned or
should the sealing underlay
be unable to function properly
(e.g. clogged up geo-textiles)
[8].
■
1 Starke Versinterungen im Gewölbedränagerohr nach 6 Monaten,
beschleunigt durch Spritzbetonauslaugung
1 Pronounced sintering in the vault drainage pipe after 6 months –
speeded up through shotcrete leaching
und daraus resultieren meist
geringe Wasserdrücke. Die
Situation verschlimmert sich
bei falscher Platzierung der
Leitung, wo Bergwasser nur
noch unter einem Wasserdruckaufbau in die Gewölbedränageleitung gelangen
kann. Gleiches gilt bei unterdimensionierten Rohr-Eintrittsöffnungen oder dann,
wenn die Abdichtungsunterlage eine unzureichende
Dränagefunktion aufweist
(z. B. verstopfte Geotextilien) [8].
far been used for tunnels with
water tables located more
than 30 m above the tunnel;
nowadays 60 m is regarded as
the upper limit. Technically
speaking, higher water pressures are feasible although in
such cases, the sealing and
the support strength requirements posed on the lining rise
considerably.
Experience has shown,
however, that drainage has to
be provided for leakage water,
which may penetrate even the
most carefully designed and
executed all-round seal [6].
Ableitender Tunnel
(dränierter Tunnel mit
drucklosem Wasserabfluss)
Bei sehr hohen Überlagerungen und entsprechend hohem Bergwasserdruck kann
aus wirtschaftlichen und
praktischen Gründen nur
noch ein dränierter Tunnel
den statischen Anforderungen genügen. Dies gilt sinngemäß aber auch bei geringeren Überlagerungen mit
geringem bis sehr geringem
Bergwasseranfall. Ein allfällig erhöhter Wasserandrang
kann während des Vortriebs
mit Injektionen reduziert
werden.
Partial drainage
(partial stress relief)
Partial drainage is applied
should the underground water dam up so that it can no
longer flow off pressurelessly,
e.g. in the case of:
■ Pressure-retentive tunnels
with water pressure restriction.
■ The underground water of a
particular tunnel is displaced
and relieved as from a certain,
defined water pressure. By restricting the water pressure,
the extraction of water can be
substantially reduced depending on the geology and
hydrology in comparison with
pressureless drainage [7].
Drained tunnel (pressureless water drainage)
In the event of extremely
high water overburdens and
correspondingly high underground water pressure, possibly only a drained tunnel can
comply with the static requirements for both economic and
practical reasons. This also essentially applies in the case of
smaller overburdens with
slight to very slight underground water incidence.
Grouting can reduce any water inflow during tunnel heading.
Permanent pressureless
underground water removal
must be assured throughout
the tunnel’s entire service life
for both the primary and secondary drainage elements.
Should it be possible to
comply with this strict demand then the tunnel roof
does not essentially need to
be dimensioned for water
pressure. If need be, the floor
can be flat.
Tunnel 2/2002
19
Schweiz
Switzerland
Eine dauerhafte drucklose Bergwasserableitung des
anfallenden Bergwassers muss
sowohl bei den primären als
auch bei den sekundären
Entwässerungselementen
über die gesamte Nutzungsdauer sichergestellt sein.
Kann diese strenge Forderung erfüllt werden, muss
das Tunnelgewölbe prinzipiell nicht auf Wasserdruck bemessen werden. Die Sohle
kann bei Bedarf flach ausgebildet werden.
Kann diese Forderung
aber auf Dauer nicht gewährleistet werden, ist mit
einem lokalen Druckaufbau
vorzugsweise unter der Sohle oder im Widerlagerbereich
zu rechnen.
Mischkonzepte
Längere Tunnelbauwerke
können sowohl durch „weitgehend“ trockene als auch
Wasser führende Zonen führen. Die Längenverhältnisse
der verschiedenen Bereiche
bestimmen, ob sich in diesem Fall Mischkonzepte lohnen. Die Tunnelabdichtung
kann in Zonen ohne drückendes Bergwasser bzw. bei
sehr geringen Gebirgsdurchlässigkeiten vereinfacht ausgeführt werden. Die Übergänge zwischen druckhaltenden und dränierten Bereichen sind zur Vermeidung
von Umläufigkeiten sorgfältig zu planen und auszuführen.
3 Wasserableitungssysteme
Ein Entwässerungssystem für Berg- und Betriebswässer aus dem Tunnelinnenraum (inkl. Havarieflüssigkeiten) wird heute üblicherweise als Trennsystem
ausgeführt. Damit bleibt das
Bergwasser unbelastet von
möglichen Verunreinigungen durch Fahrzeuge oder
Transportgut [9]. Die Leitung
und die Schächte des Trennsystems sind für einen Havariefall zu optimieren. So
kann beispielsweise durch
ein rasches Ableiten der
brennbaren Flüssigkeiten in
einem Havariefall der Brandherd räumlich begrenzt werden (z. B. mit Schlitzrinnen
in Straßentunneln).
4 BergwasserEntwässerungssysteme
Das Entwässerungssystem eines ableitenden Tunnels dient der dauernden,
drucklosen Ableitung des im
Tunnel anfallenden Bergwassers. Es kann zwischen
den folgenden zwei Systemen unterschieden werden:
Im primären Entwässerungssystem wird das Bergwasser neben den direkten
Fassungen mit Dräns oder
Rohren auch flächig zwischen Spritzbetonsicherung
und Abdichtung gefasst und
Tabelle: Elemente des primären Entwässerungssystems
Element
Funktion
Flexible Halbschalen
Fassung einzelner Tropfstellen
(Vorabdichtung)
Noppenbahnen (flächig/Streifen)
Wasserableitung bei Feuchtstellen oder
Kluftscharen
Vliese, Dränagematten, Noppenplatten oder Kunststoffgitter
Schutzschicht einer Abdichtung, flächige
Dränageschicht mit stark unterschiedlichen Transmissivitäten im eingebauten
Zustand!
Rohre (ø > 150 mm)
Fassung einzelner Quellen
Sickerpackung
Dränagezone oberhalb Einläufe
Dränagerohr
20
Tunnel 2/2002
Should it not be possible to
guarantee this requirement in
the long term then a local
build-up of pressure under the
floor or in the abutment zone
is likely.
Mixed systems
Longer tunnel structures
can pass through “extensive”
dry as well as water-bearing
zones. The extent of the various zones determines whether
a mixed concept is worthwhile in such a case. The tunnel seal can be designed in a
more straightforward manner
in zones without any pressurised underground water or
given extremely slight rock
permeabilities. The changeovers between pressure-retentive and drained sections
have to be carefully planned
and executed to avoid seepages.
3 Water Drainage
Systems
Nowadays, a drainage system for underground and industrial water from the tunnel
interior (including the accidental release of fluids) is designed as a separation system. In this way, the underground water remains uncontaminated by possible impurities stemming from vehicles
or transported material [9].
The line and the shafts of the
separation system must be
optimized to cope with any
accidentally released fluids.
Thus for example, speedy
drainage of combustible fluids
resulting from accident or
damage can ensure that the
seat of the fire is confined (e.g.
by means of slotted channels
in road tunnels).
4 Underground
Water Drainage
Systems
The tunnel drainage system serves to dispose of the
ingressing underground water
pressurelessly on a permanent basis. A distinction has to
be drawn between the following two systems:
In the primary drainage
system, the water is also collected on the surface between the shotcrete lining and
the seal and conveyed to the
crown drainage line along
with the direct catchment system involving drains or pipes.
The primary drainage system consists of the elements
contained in the Table.
The elements of the primary drainage system are no
longer accessible once they
have been installed and consequently cannot be maintained. As a consequence,
generous reserves have to be
taken into account at the planning stage.
The secondary drainage
system includes the vault and
floor drainage, spot piping, the
Table: Elements of the primary drainage system
Element
Function
Flexible half-pipes
collecting individual seepage points
(advance seal)
Air-gap membranes
(surfacing/strips)
remove water at damp spots or joints
Geo-textiles, drainage
protective layer for a seal, surface
drainage layer
mats, air-gap membranes or
plastic gratings
with greatly varying transmissivities once
installed!
Pipes (Ø > 150 mm)
collection of individual sources
Dry pack
drainage zone above drainage pipe inlets
Tunnelentwässerung
Tunnel Drainage
der Gewölbedränageleitung
zugeführt.
Das primäre Entwässerungssystem umfasst die in
der Tabelle aufgeführten Elemente.
Die Elemente des primären Entwässerungssystems
sind nach dem Einbau nicht
mehr zugänglich und können deshalb nicht unterhalten werden. Sie müssen mit
großzügigen Reserven geplant werden.
Zum sekundären Entwässerungssystem gehören die
Gewölbedränage, Sohlendränagen, Stichleitungen,
die Hauptdränage sowie alle
dazugehörigen
Schächte
und Nischen. Diese Elemente sind im Allgemeinen zugänglich. Gewölbedränagen
sollten einen Mindestdurchmesser von ≥ 200 mm aufweisen, damit sich ankündigende Verstopfungen infolge
Versinterungen auch bei längeren Reinigungsintervallen
rationell und sicher entfernen lassen.
Alle Elemente des sekundären Tunnelentwässerungssystems müssen jederzeit
und in geeigneter Weise zugänglich sein. Andernfalls
kann der Unterhaltungsdienst mit seinen Geräten
die Gewölbedränage nicht
genügend reinigen.
5 Versinterungen
durch Bergwasser
Die
Versinterungstendenz durch das Bergwasser
in
Dränageeinrichtungen
hängt von der Art des zuströmenden Bergwassers ab. Bei
zu Ablagerungen führendem
Bergwasser handelt es sich
entweder um natürliches,
kalkübersättigtes oder um
durch Zementkontakt alkalisch gewordenes Bergwasser, das zusätzlich Kalk aus
dem Zement herausgelöst
hat [10].
Sintering through natural
underground water
Calcium-saturated underground water deposits calcium in the drainage system as
a function of pressure, pH-value and temperature (lime –
carbonic acid equilibrium).
Calcium-saturated underground
water loses approx. 5–10 % of
its total lime content in the
drainage system; the sintering
rate is more or less constant.
This applies principally to underground water originating
from lime and marl layers as
well as from Molasse [11].
2 Gewölbedränagerohr mit grobkörniger Sickerpackung und Härtestabilisationssteinen
2 Vault drainage pipe with coarse grained dry pack and hardness
stabilisation stones
Versinterungen durch
natürliches Bergwasser
Calciumgesättigte Bergwässer lagern im Dränagesystem Calcium in Funktion
von Druck-, pH-Wert und
Temperatur ab (Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht). Calciumgesättigtes Bergwasser
verliert ca. 5–10 % seines Gesamtkalkgehaltes in den Entwässerungsleitungen, die Versinterungsrate ist mehr oder
weniger konstant. Dies gilt
v. a. für Bergwässer aus Kalkund Mergelschichten, aber
auch aus der Molasse [11].
main drainage as well as all related shafts and bays. These
elements are usually accessible. Vault drainages should be
at least ≥ 200 in diameter so
that any blockages resulting
from sintering can be removed rationally and safely
even should lengthy cleaning
intervals be involved.
All the secondary tunnel
drainage system elements have
to be accessible at any given
time. Otherwise the maintenance service will be unable
to apply its equipment properly to clean the vault drainage.
Versinterungen infolge
Zementkontakt
Auf dem Weg von der Wasser führenden Felskluft bis
zum Tunnelinneren wird
Bergwasser einem intensiven Kontakt mit zementhaltigen Baustoffen ausgesetzt.
Oft wird der ursprünglich
neutrale pH-Wert des Bergwassers in den stark basischen Bereich verschoben.
Dabei werden Calciumhydroxid aus dem Zementstein
5 Sintering caused
by Underground
Water
The tendency towards sintering depends on the type of
ingressing water. Underground water that causes deposits is either naturally oversaturated with lime or water
that turns alkaline in contact
with concrete thus drawing
additional lime from the cement [10].
Sintering through contact
with cement
Underground water is subjected to intensive contact
with substances containing
cement on its way from the
water-bearing rock fissure to
the interior of the tunnel. Often, the original neutral pHvalue of the water is transformed into the high basic
range. In the process, calcium
hydroxide is released from the
cement paste and sodium aluminium carbonate from the
accelerators and the lime content of the water increased.
Raising the pH-value from the
original 6–8 to in excess of 10–
11 leads to the complete precipitation of the calcium dissolved in the underground
water (alteration in the lime –
carbonic acid equilibrium).
Low amounts of water and
long flow sections lead to protracted contact times with the
underground water and thus
increase the tendency towards deposits.
In addition, blocked dry
packs around the drainage
pipes can scarcely be regenerated [13]. Should such damage occur over longer sections, an increase in water
pressure has to be anticipated, which can only be counteracted through symptom relief measures such as pres-
Tunnel 2/2002
21
Schweiz
Switzerland
und Natrium-Aluminiumkarbonate aus den Abbindebeschleunigern gelöst und
der Kalkgehalt des Wassers
erhöht. Diese Erhöhung des
pH-Werts von ursprünglich 6
bis 8 auf über 10 bis 11 führt
zur vollständigen Ausfällung
des im Bergwasser gelösten
Calciums (Änderung des
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts) [12].
Geringe Wassermengen
und lange Fließstrecken bewirken lange Kontaktzeiten
des Bergwassers und verstärken damit deren Ablagerungsneigung.
Einmal verstopfte Sickerpackungen um die Dränagerohre lassen sich zudem
kaum mehr regenerieren
[13]. Tritt dieser Schaden
über längere Abschnitte auf,
muss mit einem Ansteigen
des Wasserdrucks gerechnet
werden, der nur noch mittels
Symptombekämpfung wie
Entlastungsbohrungen oder
Ableitbleche für Leckstellen
reduziert werden kann.
Die klassischen Methoden im Umgang mit Versinterungen sind dann:
■ Periodische Reinigung
■ Bereithalten großer Querschnittsreserven
■ Siphonierung der Dränageleitungen
Die ersten beiden Methoden beeinflussen den Versinterungsvorgang nicht. Die
letztere Methode funktioniert lediglich bei einem ausgewogenen
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht und bei
eher geringer Bergwasserüberlagerung.
Härtestabilisierung
Mittels Härtestabilisator,
welcher in kleinen, dosierten
Mengen (ca. 1,5–5 ppm) in
das Entwässerungssystem
tropft bzw. in fester Form in
die Sickerpackung integriert
wird, können harte Kalkablagerungen oder Verstopfun-
22
Tunnel 2/2002
1
2
3
4
5
6
7+8
9
10
11
12,14,15
13
16
Profilgenauer Ausbruch.
Sicherung mittels Nassspritzbeton.
Fassung von Feucht- und Tropfstellen mit stabilen Halbschalen mit großem Querschnitt, welche direkt mit Spritzbeton eingespritzt werden können.
Es sind auch aus arbeitshygienischen Gründen alkalifreie
Spritzbetonbeschleuniger vorgesehen. Dadurch wird auch
die Auslaugungsneigung des Spritzbetons reduziert.
Zusätzliche Noppenbahnstreifen in Längs- und Querrichtung stellen Wasserwege sicher, auch wenn die Abdichtungsschutzunterlage infolge Kompression durch Gebirgsauflasten oder Verstopfung und/oder Versinterung an Dränageleistung einbüßt. Noppenbahnstreifen unter der Ortbetonsohle in Längs- und Querrichtung verhindern einen
Wasserdruckaufbau in der Sohle.
Ableitung eintretendes Tropfwasser.
Die Abdichtungsschutzunterlage muss eine erhöhte Dränageleistung auch unter hohem Druck und hohen Temperaturen während Jahrzehnten aufweisen. Diese wurden im
System mit den Abdichtungsbahnen umfangreichen Eignungstests unterworfen.
Unbewehrtes Innengewölbe
Gewölbedränagerohre aus HDPE mit einem Durchmesser
von 200 mm und 150 cm2/lfd. m Einlauffläche mit 10 mm
breiten Einlaufschlitzen. Ein systematischer Einsatz der
Härtestabilisation ist eingeplant.
Die Hauptdränage besteht aus einem HDPE-Rohr NW 600.
Polyäthylen ist außerordentlich beständig gegen saure
und alkalische Medien und besonders bei Ausschluss der
Verwendung von PE-Rezyklat schlagunempfindlich. Im
Scheitel sind zum Schutz gegen Beulen der Leitung zusätzliche Einlauföffnungen vorgesehen.
Alle 100 m befindet sich je Bankettseite ein luftdicht verschlossener Gewölbe- und in der Tunnelmitte ein Hauptdränageschacht. Bei jedem Gewölbedränageschacht ist
eine Ableitung in die Hauptdränage vorgesehen. Die Ableitungen werden aber über fallweise verschlossene Einleitungen so geregelt, dass in der Gewölbedränage eine
Rohrfüllung von etwa einem Drittel erreicht wird. Durch
dieses Durchlaufprinzip lässt sich die Versinterungstendenz weiter reduzieren. Hinzudosierter Härtestabilisator
kann auf einer wesentlich längeren Leitungsstrecke wirken.
Leitung für Schmutzwasser und Havarieflüssigkeiten.
Sickerpackung aus aufbereitetem, gerundetem und gewaschenem Ausbruchmaterial, Korngröße 16 bis 22 mm,
ohne Zementzusatz. In die Sickerpackung werden zur Verhinderung der Versinterungsbildung v. a. aus Spritzbetonauslagerung Härtestabilisationstabletten gemischt.
1
2
3
Exact excavation
Lining with wet shotcrete
Damp and seepage spots collected by large-diameter halfpipes, which can be directly grouted with shotcrete
4
Non-alkaline accelerators are to be used for industrial
safety reasons. In this way, the shotcrete’s tendency to
leach will also be reduced.
5
Additional air-gap membrane strips will secure waterways
in a longitudinal and crossways direction even if the
drainage performance of the seal protective base is diminished on account of compression caused by overburden
load or blockages and/or sintering. Air-gap membrane
strips beneath the in situ concrete floor in a longitudinal
and crosswise direction prevent water pressure build-up
in the floor.
6
Removing ingressing seepage water
7+8
The seal protective underlayer must enhance the drainage
performance for decades on end even in the event of high
pressure and temperatures. It was subjected to extensive
suitability tests in the system with the sealing membranes.
9
Unreinforced inner vault
10
Vault drainage pipes made of HDPE with a 200 mm diameter and 150-cm2 intake area with 100 mm wide inlet slots.
Systematic application of the hardness stabilization has
been taken into account.
11
The main drainage comprises a NW 600 HDPE pipe. Polyethylene is enormously resistant to acidic and alkaline
media and particularly unsusceptible to impact especially
as the use of PE re-cyclate is excluded. Additional intake
openings are foreseen in the crown to protect the line
from bulging.
12, 14, 15 Every 100 m, an airtight closed vault shaft is located at
each side of the bench and there is a main drainage shaft
in the middle of the tunnel. The outlets are regulated by
closable inlet pipes in such a way that roughly a 1/3rd pipe
filling is achieved in the vault drainage. This circulation
principle enables the sintering tendency to be reduced
even further. Hardness stabilizer that is added ensures a
considerably longer line section.
13
Line for waste water and accidentally released fluids.
16
Dry pack comprising prepared, rounded and washed
muck, grain size 16–22 mm without added cement. Hardness stabilization tablets are mixed in the dry packs to
prevent the incidence of sintering especially through shotcrete deposits.
3 Schema Maßnahmen Entwässerungen Gotthard-Basistunnel
3 Drainage measures for the Gotthard Base Tunnel
Tunnelentwässerung
Tunnel Drainage
gen von Rohren verhindert
werden. Die Calcit-Moleküle
werden an ihrem Zusammenwachsen gehindert, zudem werden sie im Wasser in
Schwebe gehalten. Dieser Effekt ist physikalischer Natur.
Die Produkte auf Polyamidbasis sind der Wassergefährdungsklasse 0 zugeteilt. Das
Verfahren hat sich bei zahlreichen Untertagbauwerken
bewährt. Da der Kalk im
Wasser „stabilisiert“ wird,
fällt kein oder nur wenig
gelöster Kalk aus, das Wasser
bleibt bis zum Portal hart
[10], [12].
Die Intervalle der Reinigungsarbeiten in Entwässerungssystemen können deutlich vergrößert werden, was
die Unterhaltungskosten des
Entwässerungssystems senkt.
6 Vorgesehene
Maßnahmen am
Beispiel GotthardBasistunnel
Die Bauherren der beiden
alpenquerenden EisenbahnBasistunnel am Lötschberg
und Gotthard erkannten den
Handlungsbedarf für eine
dauerhafte Gebrauchstauglichkeit der Tunnel-Entwässerungssysteme. Infolge der
Gebirgsüberlagerung von bis
über 2300 m über der Tunnelachse bei meist geringen
Gesteinsdurchlässigkeiten
wird z. B. der 57 km lange, 2röhrige Gotthard-Basistunnel als dränierter Tunnel
konzipiert (Ausnahme: Injektionen bei hohem Wasseranfall) [14]. Es sind folgende
Maßnahmen zur Gewährlei-
sure relief bores or deflector
plates for leaks.
The classical methods designed to avoid sintering are
thus:
■ Periodic cleaning
■ Maintaining large crosssectional reserves
■ Siphoning drainage lines
The first two methods do
not influence the sintering
process. The third method
only functions in the event of a
balanced lime – carbonic acid
equilibrium and if the underground water overburden is
relatively slight.
Hardness stabilization
It is possible to prevent
lime deposits or the clogging
of pipes by means of hardness
stabilizers, introduced into the
drainage system in small,
dosed quantities (roughly 1.5–
5 ppm) or in solid form in the
dry pack.The calcite molecules
are prevented from combining
together; furthermore they are
kept suspended in the water.
This effect is of a physical nature. These polyamide base
products are allocated to water tolerance class 0. This
method has proved itself for
numerous underground projects.As the lime in the water is
“stabilised”, no or only a little
lime is precipitated, and the
water remains hard up until the
portal [10], [12].
The intervals between
cleaning jobs in the drainage
system can be substantially
increased, something that reduces the maintenance costs
for the drainage system.
Tunnel 2/2002
23
Schweiz
Switzerland
manent tunnel drainage. It is
essential that an overall concept be worked out for the
tunnel drainage during the initial planning stage for every
project taking its special marginal conditions into account.
It is imperative that collaboration between those designing
the basic structure and maintenance divisions is stepped
up. As a result, the planners
can profit from the experience
of the maintenance people
and vice versa so that the latter can introduce their specific requirements into the project at an earlier stage.
stung
der
dauerhaften
drucklosen Bergwasserableitung vorgesehen (siehe
auch Bild 3).
7 Ausblick
Heute sind sich sowohl
Planer als auch Auftraggeber
des Problems der dauerhaft
funktionierenden Tunnelentwässerung bewusst.
Schon in den ersten Planungsphasen muss für jedes
Tunnelbauwerk mit seinen
speziellen Randbedingungen ein Gesamtkonzept für
die Tunnelentwässerung erarbeitet werden. Die Zusammenarbeit ist zwischen den
Planern des Rohbaus und
den Unterhaltungsabteilungen zwingend weiter zu intensivieren. Die Planungsseite kann auf diese Weise
von den Erfahrungen der
Unterhaltungsdienste profitieren und der Unterhaltungsdienst kann andererseits seine spezifischen Anliegen früher und zielgerichteter ins Projekt einbringen.
Literatur
[1] Kirschke, D.: Neue Tendenzen bei
der Dränage und Abdichtung bergmännisch aufgefahrener Tunnel.
Bautechnik Nr. 74, Heft 1, 1997
[2] Reik, G.: Der Tunnel als Dränagerohr, wechselseitige Beeinflussung
von Tunnel und Gebirge. Technische
Universität Clausthal, Fachveranstaltung Abdichtungen im Tunnelbau
vom 18. 11. 1998 im VSH Sargans
[3] Kirschke, D.: Der undränierte
Tunnel als Beitrag zum Umweltschutz. Bauingenieur, Heft 12, 1998
[4] Naumann, J., Schockermöhle, B.:
Abdichtungs- und Entwässerungskonzepte bei Tunnelbauten, Tunneltechnologien für die Zukunftsaufgaben in Europa, Balkema Rotterdam,
März 1999
[5] Amberg, F., Sala, A.: Vergleich
konventioneller Vortrieb/TBM-Vortrieb für Tunnel mit großem Querschnitt Straßentunnel Uetliberg, Umfahrung Zürich, STUVA Forschung +
Praxis 2000
[6] Schnelli, O., Sala, A.: Uetlibergtunnel – Aktueller Stand, Tunnel
4/2001; www.uetlibergtunnel.ch
[7] Schikora, K., von Soos, P., Jedelshauser, B., Heimbecher, F., www.
st.bv.tum.de/baustatik/pdf/farchant_
drainage.pdf, Tunnel Farchant, „Ab-
24
Tunnel 2/2002
Bibliography: see German original
4 Steife Schutz- und Dränageschicht des Abdichtungssystems
4 Rigid protective and drainage layer for the sealing system
dichtungs- und Entwässerungssystem“, 2001
[8] Zwicky, P.: Tunnelabdichtungen
Schweiz. Sarnen, Nov. 1996
[9] Bundesamt für Umwelt, Wald
und Landschaft BUWAL, Grundwasserschutz bei Tunnelbauten, Grundlagenbericht, Schriftenreihe Umwelt
Nr. 231, Bern 10.1994
[10] Wegmüller, M. C.: Einflüsse des
Bergwassers, Stäubli Verlag, Zürich,
2002
[11] Chabot, J. D., Wegmüller, M. C.:
Einflüsse des Bergwassers auf die
Dauerhaftigkeit von Untertagebauwerken. Institut für Bauplanung und
Baubetrieb, ETH Zürich, Sept. 1997
[12] Galli, M.: Härtestabilisation des
Entwässerungwassers, Schweizer Ingenieur und Architekt, 12/2000,
S. 249 ff.
[13] Maidl B.: (2001)Verbesserung
von Tunneldränagen unter Berücksichtigung des versinterungsbedingten Wartungsaufwandes, Tunnelbaukalender 2002, Verlag für Tunnelbau,
Essen
[14] Flury, S., Rehbock-Sander, M.:
Gotthard-Basistunnel: Stand der Planungs- und Bauarbeiten, Tunnel,
Ausgabe 4/1998
6 Intended
Measures for the
Gotthard Base
Tunnel
The clients of the Lötschberg and Gotthard Base Tunnels, which will cross the Alps,
realized the need to act to ensure the drainage systems
were capable of being used
on a lasting basis. Given the
rock overburden of up to
2,300 m above the tunnel axis
and mostly low rock permeabilities, the 57 km long – 2bore Gotthard Base Tunnel
has been devised as a drained
tunnel (exception: grouting in
the event of high water incidence) [14]. The following
measures are foreseen to ensure permanent pressureless
underground water drainage
(please see Fig. 3).
7 Outlook
Today, both planners and
clients are conscious of the
problems associated with per-