Baugrundvereisung

Das Bauverfahren

Temporäre Abdichtung und Verbesserung der Tragfähigkeit des Baugrundes

Um im Tunnelbau und anderen Spezialtiefbauprojekten mit den örtlichen Baugrundverhältnissen in Verbindung mit anstehendem Gundwasser zurecht kommen zu können, bietet sich die Bauhilfsmaßnahme der temporären Baugrundvereisung bisweilen als beste Lösung an. Der Ansatz, den Boden mit dem enthaltenen Porenwasser zu gefrieren, wird schon seit über 100 Jahren - zunächst im Schachtbau, heutzutage auch und vor allem im Tunnelbau - erfolgreich angewandt. Dazu werden Gefrierrohre in den Boden eingebohrt, durch die der Kälteträger (gängig sind Sole mit -35°C und flüssiger Stickstoff (LN) mit -196°C) strömt und dem umgebenden Boden Wärme entzieht. So entsteht um den Bereich der Gefrierrohre herum ein Frostkörper, der einerseits wasserdicht ist und andererseits eine höhere Festigkeit aufweist als der ungefrorene Boden.

Voraussetzung für die Anwendung der Baugrundvereisung sind ausreichend hohe Wassergehalte des anstehenden Bodens und Grundwasserfließgeschwindigkeiten, die ein gewisses Maß nicht überschreiten (bis etwa 4 Meter pro Tag beim Einsatz von Sole, bis etwa 10 Meter pro Tag bei Verwendung von LN). Bei der Planung ist insbesondere zu beachten, dass es infolge der Volumszunahme des Wassers beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase zu Volumsvergrößerungen kommt, die einerseits in Abhängigkeit der Frostempfindlichekit der anstehenden Bodenarten zu Frosthebungen führen können, und die andererseits im Boden örtlich sehr hohe Drücke - etwa auf unmittelbar benachbarte Baukonstruktionen - ausüben können.

Unsere Planungsleistungen

Vom Konzept bis zur Ausführungsplanung

Wir verfügen über langjährige Erfahrungen in der Planung und planerischen Begleitung von Baugrundvereisungsprojekten. Von grundsätzlichen Machbarkeitsüberlegungen über die Konzeption der Bauhilfsmaßnahme bis hin zu detaillierten Thermodynamischen Berechnungen zur Dimensionierung der Gesamtmaßnahme (Wahl des Kältemittels, Festlegung des Bohrabstands, Berechnung der Aufgefrier- und Erhaltungszeiten sowie Energieverbrauch und Leistungsaufnahme) reicht dabei unser Leistungsspektrum.

Die Implementierung der Frostkörpereigenschaften in tunnelbaustatische und sonstige statische Berechnungen liegt ebenfalls in unserem Erfahrungsbereich. Daneben bieten wir auch im Rahmen der Ausführungsplanung die laufende begleitende Kontrolle der Einhaltung der festgelegten Frostkörperkriterien. Insbesondere die Prognose und Überwachung des erfolgreichen Frostkörperanschlusses an offene Schachtbauwerke als Basis eines sicheren Vorgehens im Untergrund können von uns durch Aneisungsberechnungen gewährleistet werden.

U2/18 Matzleinsdorferplatz, Wien

Vereisung unter Südbahn, UStrab und Gürtelfahrbahn

Für den Bau der U-Bahn-Station Matzleinsdorferplatz unter den setzungssensiblen ÖBB-Gleisen und -Brückentragwerken unter der Südbahn wurde eine Baugrundvereisungsmaßnahme für die Kalottenstollenvortriebe der Stationsröhren geplant. Die Baugrundvereisung hatte die Form einer halbkreisförmigen Kappe und diente als Vorausmaßnahme zur Bodenverbesserung und zur Abschirmung gegen das Grundwasser. Als Kältemittel kam Sole zum Einsatz und das Frostkröpervolumen betrug insgesamt etwa 16.000 m³. Die horizontalen Bohrungen der Vereisungrohre für den östlichen Stationstunnel waren bis zu 110 m lang und es mussten als besondere Herausforderung im Zuge einer Bohrung bis zu drei Bohrpfähle in unterschiedlichen Bohrtiefenlagen durchbohrt werden.

U5 Berlin - Bahnhof Museumsinsel

Vereisung unter dem Spreekanal

Um die Tunnelvortriebe für die unter dem Spreekanal, dem Widerlager der Schloßbrücke und dem Boulevard Unter den Linden liegenden Stationsröhren des neuen U5-Bahnhofs Museumsinsel zu ermöglichen, wurde von uns unter der Flusssohle des Spreekanals eine Baugrundvereisungsmaßnahme unter Einsatz des Kältemittels Sole mit einem Frostkörpervolumen von über 32.000 m³ geplant. Besonders anspruchsvoll war die erforderliche Bohrlänge von bis zu 105 m für die horizontalen Vereisungsrohre in Verbindung mit den anspruchsvollen Untergrundverhältnissen (natürliche und künstliche Bohrhindernisse wie eiszeitliche Findlinge und Bodenschichtgrenzen bzw. Holzpfählen samt Stahlspitzen).

Siehe dazu auch unsere Veröffentlichung zum 31. Christian Veder Kolloquium und die Veröffentlichung zum 34. Christian Veder Kolloquium.

U2/1 Schottenring, Wien

Vereisung unter dem Donaukanal

Um die Tunnelvortriebe für die unter den Gleisen der Bestandslinie U4 hindurchführenden und unter dem Donaukanal liegenden Stationsröhren der neuen U2-Station Schottenring zu ermöglichen, wurde von uns unter der Flusssohle des Donaukanals eine Baugrundvereisungsmaßnahme geplant. Wegen der großen Grundwasserfließgeschwindigkeit in den oberen Tunnelquerschnittsbereichen infolge hoher Bodendurchlässigkeiten wurde eine Kombination aus LN (Firstbereiche) und Sole (Strossenbereiche) gewählt, es kamen also bei diesem Bauvorhaben beide üblichen Kälteträger zum Einsatz. Das Gesamtfrostkörpervolumen betrug ca. 15.000 m³.

Siehe dazu auch unsere Veröffentlichung zum 31. Christian Veder Kolloquium.

U3/10 Volkstheater, Wien

Vereisung unter dem Kaufhaus "Herzmansky"

Die Streckenröhren tauchen unter dem Kaufhaus im Firstbereich aus den tonigen Schluffen des Tertiärs in die sandigen Kiese des Quartärs ein, die Überlagerung zu den Fundamenten beträgt nur 2m. Zur Verkittung der sandigen Kiesschichten sowie zur Voraussicherung des ca. 70m langen Bereiches wurde die Methode einer Stickstoffvereisung (LN) vom Tunnel aus gewählt. Im Tunnel wurde eine erste, sägezahnartige Kaverne aufgefahren, von dieser aus wurden im Firstbereich Vereisungsbohrungen mit einer Länge von 35m hergestellt, mit LN beschickt und so eine ca. 1,5 m dicke Frostkappe aufgebaut. Danach erfolgte der Vortrieb des ersten Abschnitts mit einer Länge von 31 m. Im nächsten Arbeitsschritt erfolgte die Herstellung einer zweiten Kaverne mit analoger Vorgehensweise. So konnte der Vortrieb unter dem Kaufhausgebäude mit minimalsten Hebungen von ca. 2 mm und nachfolgenden Setzungen von ca. 11 mm erfolgreich durchgeführt werden, wobei auch zwei zunächst nicht bekannte ungesicherte Brunnen beherrscht werden konnten.

U6/3 Vivenotgasse, Wien

Vereisung unter dem Telegrafenamt

Der Vortrieb der Streckenröhren erfolgte unter Druckluft mit einem Überdruck von ca. 0,9 bar, eine vollständige Grundwasserabsenkung war wegen der dichten Bebauung nicht möglich. Der anstehende Baugrund wurden durch Abdichtinjektionen verbessert. Bei der Unterfahrung des Fernmeldeamtes Meidling war diese Vorgangsweise nicht möglich. Außerdem erforderten die geringe Überdeckung zu den Fundamenten und die Setzungsempfindlichkeit des Gebäudes und der Geräte zur Aufrechterhaltung des Fernsprechbetriebes eine Begrenzung der Differenzsetzungen tragender Mauern auf 5 mm. Aus einem Querschlag heraus wurden daher horizontale Vereisungsbohrungen unter dem Gebäude eingebacht, diese mit Sole beschickt und so ein Frostkörper erzeugt, unter dessen Schutz der Vortrieb unter Druckluft (0,6 bar) erfolgreich durchgeführt werden konnte.