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Schwelldruck im Belchentunnel

Abstract:

Der Belchentunnel im Zuge der Nationalstrasse N2 durchstösst auf 3 km Länge mit einer Doppelröhre eine Kette des Faltenjuras. Neben Kalk und etwas Sandstein besteht das Gebirge aus sog. Opalinuston und Gipskeuper, beides quellfähige Mergelarten, von denen besonders der mit Anhydrit durchsetzte Keuper gefürchtet ist. Beide Gesteine wurden zu Baubeginn im Labor und in situ auf ihr Quellverhalten untersucht und im Oedometer unter Wasserzugabe ein Zusammenhang zwischen Volumendehnung q (%) und Druck p (kg/cm2) gefunden q =k -m l o g p k und m sind für das Gestein charakteristische Konstante. Einer bestimmten Volumenvergrösserung entspricht ein zugehöriger Wassergehalt und ein bestimmter Druck, der eine weitere Wasseraufnahme und damit Volumendehnung verhindert. Wird dieser Druck vermindert und damit das Gleichgewicht gestört, so erfolgt eine Quellung, die je nach Geschwindigkeit der Wasseraufnahme mehr oder weniger Zeit benötigt, um das Gleichgewicht wieder herzustellen. Im Falle von Ton und Mergel ist der Vorgang umkehrbar, im Falle des Anhydrites nicht ohne weiteres, weil es sich dort um einen chemischen Vorgang handelt. Im Belehen wurde jede Tunnelröhre zunächst durch je 2 Parament-Sohlstollen aufgefahren bis zum Durchschlag. In diesen Stollen wurde das Fundament für die Gewölbeverkleidung betoniert. Der übrige Ausbruch wurde aufs Mal vorgetrieben und zwar im Schutze eines bogenförmigen Kopfschutzes, der auf den erwähnten Fundamenten vorgeschoben wurde. Schon während dieser Zeit traten in den Sohlstollen Hebungen auf. Aus den klüftigen Kalk- und Sandsteinpartien floss Wasser und musste durch die an sich trockenen Mergel geleitet werden. Die Hebungen setzten sich fort nach dem Vollausbruch, so dass die Entwässerungsleitungen stellenweise ersetzt werden mussten. Vor den Einbau des projektmässigen Sohlgewölbes musste stellenweise bis zu 80 cm Material abgetragen werden, das aus der Sohle emporgewachsen war. Bald nach dem Einbau der Betonverkleidung zeigte es sich, dass das Sohlgewölbe dem von unten wirkenden Druck nicht gewachsen war und an den Gewölbeecken zerdruckt wurde. Auf längere Strecken musste es wieder abgebrochen und durch eine dickere,armierte und starker nach unten gewölbte Konstruktion ersetzt werden, welche sich bisher gehalten hat. Längs eines Messquerschnittes wurde der Druck zwischen Fels und Sohlgewölbe durch Dosen gemessen (Mittel 175, Max. 350 t/m2). Die Stauchung des oberen Gewölbes wurde durch Deformeter verfolgt. Diese Stauchungen haben auch seit der Betriebseröffnung weiter zugenommen, so dass eine rein elastische Betrachtungsweise unzulässig grosse Betonspannungen ergab. Eine Kontrolle mit der Kernentspannungsmethode ergab denn auch erheblich geringere Werte von immerhin bis zu 159 kg/cm im Parament. Die Tunnelröhre steht also unter schwerer Beanspruchung und ihre Zukunft ist nicht ganz gesichert. Besonders gefährdet sind die seitlichen Ecken des Querprofiles; ein kreisrundes Gewölbe wäre widerstandsfähiger. Der Quellvorgang ist stark zeitabhängig, hat also weniger mit dem Ausbruch-Einbau als mit der definitiven Verkleidung zu tun. Das Einspielen des eingangs erwähnten Quellgleichgewichtes lässt sich durch bauliche Massnahmen nicht verhindern, sondern höchstens etwas günstiger beeinflussen. Zerrüttung durch Sprengen und undichte Drainagen erleichtern natürlich die Durchtränkung des Gebirges und beschleunigen und vergrössern die Hebungen. Man hat im Belehen versucht, durch Injektionsschirme den Zufluss von Wasser aus den klüftigen Kalken längs der Tunnelröhre zu den quellfähigen Mergeln zu verhindern, jedoch ohne die Hebungen dort verhindern zu können. Dass die Hebungen sich namentlich in der Sohle zeigen, ist aber auch eine Folge der Spannungsumlagerungen rund um den Hohlraum. Bei einem Hufeisenprofil liegt eine grosse Partie entlasteten Gebirges unter der Sohle, so dass eben dort auch am meisten Hebungen entstehen müssen. Das kreisrunde Profil ist auch in dieser Hinsicht wesentlich günstiger. Es ist aber nicht zu übersehen, dass auch am First eine Zone entlasteten Gebirges vorkommt. Dass dort weniger Schwierigkeiten auftreten, hängt einmal damit zusammen, dass dort kein Drainage-Wasser hingelangt, so dass der Vorgang der Wasseraufnahme aus dem anschliessenden Gebirge mehr Zeit beansprucht. Später ist dann das stark gekrümmte Gewölbe widerstandsfähiger als das meist flache Sohlgewölbe. Es sind aber aus andern Stollen auch Fälle bekannt, wo Abplatzungen des Gunites im First vorkamen, offenbar infolge Quellens des Mergels an jener Stelle.

Authors:

Grob, Hans

Index Terms:

rock; TunnelingGroup

Further Information:

Date published: 1972