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Grenzflächenprozesse

erstellt von huenken zuletzt verändert: 05.01.2011 13:47



Projekt:
Grenzflächenprozesse zwischen Mineral- und Werkzeugoberflächen - Ursachen, Probleme und Lösungsansätze am Beispiel des maschinellen Tunnelbaus
Laufzeit:
01.07.2008 bis 30.06.2011
Koordinator:
Prof. Dr. R. Azzam

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie
Lochnerstr. 4-20
52064 Aachen
Projektpartner:
Ed. Züblin AG Stuttgart

Herrenknecht AG Schwanau

Condat Lubrifiants Chasse-sur-Rhône (Frankreich)

Programm:
Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN
Themenschwerpunkt: Mineraloberflächen: Von atomaren Prozessen zur Geotechnik

Ziele:
Beim Einsatz von Tunnelbohrmaschinen (TBM) im maschinellen Tunnelbau tritt immer wieder das Problem auf, dass sich in fein- und feinstkörnigen Böden und Gesteinen häufig Ausbruchmaterial am Schneidrad oder in den Fördereinrichtungen der TBM festsetzt. Das bedeutet im günstigsten Fall einen erhöhten Energieaufwand für den Vortrieb, führt aber auch nicht selten zu kostenintensiven Blockaden und in der Folge zu Stillständen der Maschine. Ursache hierfür sind Prozesse an den Mineraloberflächen der Tonminerale in den durchörterten Gesteinen oder Böden. Rückkopplungseffekte von den geochemischen zu den mechanischen Eigenschaften eines Tonsilikats sind hochwahrscheinlich, aber bisher nicht genügend bekannt bzw. nicht nachvollziehbar und somit auch nicht einschätzbar.

Das Projekt wird von drei RWTH-Instituten in Zusammenarbeit mit mehreren Industriepartnern bearbeitet und ist in zwei Cluster unterteilt. Das erste Cluster (Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie, Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und Grenzflächenmineralogie) untersucht die naturwissenschaftlichen Grundlagen der Oberflächenprozesse im Nano- bis Millimeter-Bereich inklusive thermodynamischer Effekte von Manipulationsmethoden und ihre Anwendungsmöglichkeiten auf die zu Verklebung neigenden Phyllosilikate. Das zweite Cluster (Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und das Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau, Ed. Züblin AG, Herrenknecht AG, Condat Lubrifiants) widmet sich den ingenieurwissenschaftlichen Umsetzungen im maschinellen Tunnelbau. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Notwendigkeit, während des laufenden Baubetriebs flexibel und spontan auf wechselnde Gesteinseinheiten mit wechselnden Verklebungsneigungen zu reagieren. Dies muss schon in den Forschungsansätzen berücksichtigt werden, um den Übertrag in die praktische Umsetzung zu gewährleisten.

Ziele des Forschungsvorhabens sind deshalb ein besseres Verständnis der an den Mineraloberflächen ablaufenden Prozesse sowie die Entwicklung von neuen Methoden, um diese zu beeinflussen. Hierbei soll vor allem auch untersucht werden, wie sich diese Prozesse schon im Vorfeld einer Baumaßnahme, spätestens aber bei der Baugrunduntersuchung im Feld bzw. im Labor erkennen und möglicherweise sogar quantifizieren lassen. Voraussetzung hierfür ist die Entwicklung eines standardisierten Adhäsionsversuches, durch den die bisher nicht quantifizierbaren Adhäsionskräfte bestimmt werden können, um so den Effekt der Manipulationsmethoden zu erfassen. Die Forschungen konzentrieren sich dabei schwerpunktmäßig auf Beeinträchtigungen der verschiedenen Bauabläufe durch Adhäsionsvorgänge im Zusammenhang mit Erddruckschild-(EPB)-Vortrieben und betrachten Lösungsansätze zu ihrer Vermeidung oder Minimierung.