Schaum für Forschung und Lehre im maschinellen Tunnelbau

Um Tunnel im Lockergestein herzustellen, werden sehr häufig Tunnelbohrmaschinen eingesetzt, da diese den Baugrund aktiv stützen können. Bei Verkehrstunnel werden weltweit die s. g. Earth-Pressure-Balance (EPB) Schildmaschinen am häufigsten eingesetzt. Bei dieser Verfahrenstechnik wird der abgebaute Boden genutzt, um eine Stützung der Ortsbrust zu ermöglichen. Ursprünglich wurden diese Schildmaschinen in feinkörnigen Böden, wie z. B. Ton oder Schluff, eingesetzt, da sich diese Böden mit der jeweiligen Verfahrenstechnik sehr gut auffahren lassen. Um die Einsatzbereiche von EPB-Schilden zu erweitern, können Zusatzmittel eingesetzt werden, um zum Beispiel auch gemischt- und grobkörnige Böden, wie Böden mit einem hohen Sandanteil oder Sand-Kies-Gemische mit geringem Feinanteil aufzufahren. Das wichtigste Zusatzmittel ist dabei Schaum, der auf den Tunnelbohrmaschinen bestehend aus Luft, Wasser und Tensiden hergestellt wird. Mittels dieser Bodenkonditionierung haben sich die Einsatzbereiche wesentlich vergrößert.

Um die Produktion von unterschiedlichen Schäumen für Erddruckschilde im Labor für Geotechnik und Tunnelbau der TH Köln nachzustellen, wurde eine Schaumanlage seitens der Herrenknecht AG bereitgestellt. Die Herrenknecht AG hat eine Schaumanlage konzipiert und gebaut, die sich an der Verfahrenstechnik auf Schildmaschinen orientiert und mit der für die Labortätigkeiten geeigneten Volumenströme an Schaum produziert werden können. In Anlehnung an die übliche Praxis, Tunnelbohrmaschinen zu taufen und ihnen weibliche Vornamen zu geben, wurde die von der Herrenknecht AG entwickelte und an der TH Köln genutzte Schaumanlage SILKE getauft. SILKE steht hierbei für „Schaumanlage im Labor für Geotechnik und Tunnelbau in Köln für EPB-Vortriebe“. Die Anlage wurde kürzlich feierlich im Herrenknecht Werk in Schwanau abgenommen.

Mittels des in der Schaumanlage erzeugten Schaums können die Eigenschaften von konditionierten Böden gezielt verändert werden. Auf diese Weise können diese Böden definiert nachgestellt werden. Daher soll im Rahmen kommender Forschungsfragestellungen betrachtet werden, ob und wie die Zugabe von spezifiziertem Schaum sich z. B. auf die Abrasivität bzw. den Verschleiß von Abbauwerkzeugen auswirkt oder wie sich die konditionierten Böden hinsichtlich ihrer geotechnischen Eigenschaften insbesondere für die Verwertung verhalten. Neben dem Einsatz bei Forschungsfragestellungen soll die Schaumanlage SILKE auch in der Lehre eingesetzt werden. So sollen zum Beispiel die Eigenschaften von mit Schaum konditionierten Böden im Rahmen der Module des Masterstudiengangs „Geotechnik“ im Rahmen des maschinellen Tunnelbaus und „Rohrvortrieb“ eingehend betrachtet werden.

„Wir freuen uns sehr, dass wir jetzt ganz praxisnah die Besonderheiten des maschinellen Tunnelbaus präsentieren können und die Studierenden den eingesetzten Schaum und die konditionierten Böden fühlen können. Wir bedanken uns seitens der TH Köln ganz herzlich bei der Herrenknecht AG für das Sponsoring der Schaumanlage.“, so Prof. Dr. C. Budach, der Leiter des Labors für Geotechnik und Tunnelbau an der TH Köln.