Neues Fugennachdichtungsverfahren bei Tübbingtunneln

Undichte Bauwerksfugen sind bei im Grundwasser liegenden Ingenieurbauwerken ein bekanntes Problem. Hiervon betroffen sind unter anderem auch die mit Tunnelvortriebs-maschinen hergestellten Tübbingröhren. Bei Erfordernis von Nachdichtungsinjektionen ist die gezielte Fugennachdichtung durch die Tübbingdichtung hindurch eine effektive und Kosten einsparende Alternative zu den aufwendigen Betonbohrungen, die üblicherweise für die Nachdichtungsarbeiten hergestellt werden müssen. Bei den Nachdichtungsarbeiten an den Tübbingröhren des deutschen Finnetunnels im Jahr 2011 konnten erste positive Erfahrungen bei der Umsetzung dieses innovativen Verfahrens gemacht werden.

Gezielte Fugennachdichtung bei Tübbingröhren

Bei der gezielten Fugennachdichtung wird der direkte Weg über die Tübbingfuge zur Tübbingdichtung genutzt, um die Dichtung zu durchbohren und durch diese hindurch das Injektionsmaterial wasserseitig zu platzieren. Die Abdichtungswirkung des Injektionsmaterials im Fugenkanal zwischen den Tübbingsteinen, kann damit deutlich genauer erzielt werden, als eine hinter die Tübbingdichtung geführte Schrägbohrung durch den Tübbingbeton.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise muss der Verarbeiter lediglich die unbewehrte Tübbingfuge mit einer 18-mm-Betonbohrung aufweiten, um die Tübbingdichtung erreichen zu können (Bild 1). Der Bohraufwand wird also erheblich minimiert; der bislang beim Bohren störende Einfluss der Tübbingbewehrung, wird gänzlich ausgeschaltet.

Die deutlich aufwendigere und längere Schrägbohrung durch bewehrten Beton und die nach den Injektionsarbeiten erforderliche Betoninstandsetzung – der Tübbingbeton ist immerhin ein wesentlicher Teil des Abdichtungssystems – bleiben dem Ausführenden nun erspart. Aus der Erfahrung mit den herkömmlichen Schrägbohrungen zeigt sich immer wieder das Problem der richtigen Positionierung – und damit verbunden ein unkalkulierbarer Materialverbrauch und Abdichtungserfolg.  

Die nach unseren Projekterfahrungen in der Regel in ausreichendem Maße vorhandene Betonüberdeckung an den Stirnflächen der Tübbings erfordern bei einer Betonbohrung in der Tübbingfuge mit Durchmesser 18 mm keine Nacharbeiten, die Betonbohrung kann nach der Injektion damit unbehandelt bleiben.

 

Dürfen Tübbingdichtungen überhaupt durchbohrt werden?

Sehr wesentlich ist die Feststellung, dass seit dem in dieser Fachzeitschrift veröffentlichen Aufsatz [1] (Ausgabe 3/2013) das Durchbohren einer Tübbingdichtung kein Tabu mehr darstellt. Dies wird von den im Tunnelbau erfahrenen Autoren ausführlich und mit gut nachvollziehbaren Argumenten dargelegt. Die vorliegenden Erfahrungen haben gezeigt, dass selbst bei sehr großen Kraftaufwänden während des Aufbohrens der Tübbingfuge bis zur Dichtung mit handelsüblichen Stahlbetonbohren kein versehentliches Durchbohren der Tübbingdichtung zu befürchten ist.

 

Die Injektionsbohrnadel als neueste Variante einer gezielten Fugennachdichtung

Neuerdings kommt bei der gezielten Fugennachdichtung ein Werkzeug zum Einsatz, welches alle Funktionen in sich vereint, die für das Durchbohren der Tübbingdichtung, das anschließende Injizieren und das dauerhafte und druckwasserdichte Verschließen des Bohrlochs erforderlich sind.

Bild 2 zeigt das im Folgenden als „Injektionsbohrnadel“ bezeichnete Injektionswerkzeug sowie das zugehörige Injektionsrohr, auf das die Nadel im Uhrzeigersinn aufzuschrauben ist. Beim Durchstoßen der Tübbingdichtung mittels dieser 3–5 mm starken Edelstahlnadel wird das Dichtungsmaterial lediglich verdrängt, ein Materialentzug, wie beim spanabhebenden Durchohren, findet nicht statt. Die verfahrensbedingte Kompression der Tübbingdichtrahmen wird dadurch zusätzlich erhöht, sodass ein Herausdrücken der Nadel durch den von außen angreifenden Wasserdruck unmöglich ist [2]. Die für den Einsatz der Injektionsbohrnadel erforderlichen Arbeitsschritte werden im Folgenden beschrieben [2]:

 

1. Eindrehen der Injektionsbohrnadel

Die auf das Injektionsrohr aufgeschraubte Injektionsbohrnadel wird bis zum Erreichen der Tübbingdichtung in die mit einem Bohrer aufgeweitete Tübbingfuge eingeführt (Bild 2). Anschließend wird sie mithilfe eines Akkuschraubers und eines Einbohraufsatzes bis zum Erreichen der Wasserseite mit leichtem Vorschub durch die Tübbingdichtung gedreht (Bild 3).

 

2. Injizieren der Bauwerksfuge und Auswahl der geeigneten Injektionsstoffe

Die Durchführung des Injektionsvorgangs erfolgt mit sehr geringem Injektionsdruck im Vergleich zu üblichen Betoninjektionen, da es sich hier um eine gezielte Verfüllung eines Fugenraums handelt (Bild 4). Dabei stellt der Kompressionsdruck der eingebauten Tübbingdichtung den maximal möglichen Injektionsdruck in der Fuge dar; die Tübbingdichtung wirkt hier als Fugenverdämmung nach innen und sollte nicht überdrückt werden. Der Verlauf und die Verteilung des gewählten Injektionsmittels sind über die Materialaustritte an den Nachbarpackern kontrollierbar.

Aufgrund der zu erwartenden Umlagerungen im Gebirge und damit verbundenen Bauwerksbewegungen bzw. -setzungen, sind grundsätzlich elastische bzw. dehnfähige Injektionsstoffe vorzusehen. Hier bieten sich besonders zweikomponentige Acrylatgele und dehnfähige Polyurethane an. Diese Injektionsmittel sollten über Eignungsnachweise für die Injektion in Stahlbeton verfügen, z. B. gemäß EN 1504-5, AbZ oder der neuen DIBt Gutachten. Da ein Kontakt mit dem Grundwasser während der Injektion wahrscheinlich ist, sind Nachweise über die grundwasserhygienische Verträglichkeit z. B. gem. DIN 19631:2016 zu erbringen. Als Injektionsmittel haben sich das Acrylatgel Rubbertite/Polinit bzw. Variotite/Polinit sowie das dehnfähige Zwei-Komponenten-Polyurethanharz Pur-o-Crack Plus bewährt; diese werden beispielsweise im ABI-Merkblatt [3] beschrieben.

 

3. Entfernen des Injektionsrohrs

Nach Beendigung des Injektionsvorgangs kann das Injektionsrohr entfernt werden. Ein Aushärten des Injektionsstoffs muss nicht abgewartet werden, da die mit einem Rückschlagventil ausgestattete Injektionsbohrnadel nach den Injektionsarbeiten als verlorenes Werkzeug im Bohrloch der Tübbingdichtung verbleibt und dieses dauerhaft und wasserdicht verschließt. Dies erlaubt dem Ausführenden nach Durchführung der Injektionsarbeiten – vergleichbar mit einem Tagespacker – einen Wechsel zur nächsten Injektionsstelle ohne Wartezeit auf das Aushärten des Injektionsmaterials, wobei das Injektionsrohr einfach gegen den Uhrzeigersinn von Injektionsnadel abgedreht wird.

 

Erfahrungen beim Einsatz der Injektionsbohrnadel

Die bisher von uns mit der gezielten Fugennachdichtung und neuerdings auch mit der Injektionsbohrnadel gemachten Erfahrungen können durchweg als positiv bezeichnet werden.

Die vorhergehenden Betonbohrarbeiten in einer unbewehrten Tübbingfuge sind deutlich einfacher umzusetzen als die alternativ zur Verfügung stehenden Bohrungen durch den bewehrten Tübbingbeton, sei es nun als Schrägbohrung oder als fugenparallele Bohrung. Injektionsarbeiten beim Rastatter Tunnel haben ergeben, dass die bei einem 50 cm dicken Tübbing erforderlichen ca. 35 cm tiefen Fugenbohrungen in einer Zeit unter zwei Minuten ausgeführt werden können.

Die Injektionsbohrnadeln lassen sich mit leichter Vorschubkraft problemlos mit einem Akku-schrauber durch die Tübbingdichtung bohren. Aufgrund der Kompression der Tübbingdichtrahmen sitzen die Nadeln fest und wasserdicht in der Dichtung; ein versehentliches Herausziehen ist daher nicht möglich.

Am wichtigsten ist aus Sicht der Autoren aber die Feststellung, dass die Injektionsbohrnadel zu keiner Zeit das limitierende Element bezüglich der Durchflussmengen darstellte. Die im Vergleich zur klassischen „Verschleierung“ geringeren Injektionsmengen konnten jederzeit mit sehr geringen Injektionsdrücken direkt in die undichten Fugenbereiche eingebracht werden.

Bei Verwendung der Injektionsrohre mit Ventilöffner (diese schalten das Rückschlagventil in der Nadel vorübergehend aus) können sogar Umläufigkeiten von einer Injektionsbohrnadel zur anderen erreicht werden. Diese gezielt erzeugten Umläufigkeiten lassen die Fließrichtung des Injektionsmittels erkennen – eine Steuerungsmöglichkeit für den Verarbeiter, die zur Optimierung des Injektionsergebnisses beiträgt.

Die ausführende Fachfirma muss keine Einschränkungen im Vergleich zu Injektionsarbeiten mit einem Stahl-Bohrpacker hinnehmen. Aus Sicht der Autoren kann es daher nur noch eine Frage der Zeit sein, bis sich die gezielte Fugennachdichtung unter Verwendung der Injektionsbohrnadel als Stand der Technik durchsetzt.

Weitere Informationen erhalten Sie über die TPH Bausysteme GmbH oder unter/
Further information can be obtained from TPH Bausysteme GmbH or at www.tph-bausysteme.com

Literatur/References

 

[1] D. Kirschke, H. Schälicke, D. Fraas: „Finnetunnel: Innovative gezielte Fugennachdichtung in Tübbingröhren - Teil 1“, tunnel 3/2013, Bauverlag BV GmbH.

[2] H. Schälicke: „Gezielte Fugennachdichtung ohne aufwendige Betonbohrungen bei WU-Betonkonstruktionen und Tübbing-

tunneln“, Forschung + Praxis 48, Studiengesellschaft für unter-

irdische Verkehrsanlagen e.V. (STUVA), Köln, November 2016, Bauverlag BV GmbH, Gütersloh, ISBN (Print): 978-3-7625-3677-2.

[3] Abdichten von Bauwerken durch Injektion (ABI-Merkblatt),

3. Auflage, Oktober 2014, Studiengesellschaft für unterirdische Verkehrsanlagen e.V. (STUVA), Köln, Fraunhofer IRB-Verlag, ISBN (Print): 978-3-8167-9360-1.

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