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Description
(Text)
In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, den aktuellen Kenntnisstand über quellfähige Gesteine und ihr Verhalten im Tunnelbau umfassend darzulegen. Dazu wurden eine umfangreiche Literaturauswertung durchgeführt und unveröffentlichte Erfahrungen aus Tunnelbauprojekten zusammengetragen. Um das Quellpotential für zukünftige Bauprojekte besser abschätzen zu können, wurden verschiedenste mineralogische und geologische Untersuchungen durchgeführt. Mithilfe eigener, langwieriger Laborversuche konnten neue Erkenntnisse zum Quellverhalten von Anhydrit und Tongesteinen gewonnen werden.Aufgrund einer guten geologischen Vorerkundung kann die Linienführung eines Tunnels dahingehend optimiert werden, dass die Probleme mit quellfähigem Gebirge minimiert oder ganz umgangen werden. Bei vielen Tunnelprojekten war das nicht möglich bzw. wird dies in Zukunft nicht möglich sein. Einige Beispiele von Verkehrswegebauten, bei denen es zu Problemen durch Quellvorgänge gekommen ist, werden ausführlich dargestellt. Zusätzlich wurden einige Tunnelbauwerke in die Zusammenstellung aufgenommen, die sich derzeit in der Planungsphase befinden und quellfähige Gesteine durchörtern werden. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit auf die geologischen Ansatzpunkte bei der Quellproblematik gelegt. Dazu wurde versucht, die Grundlagen der Quellvorgänge nach dem aktuellen Kenntnisstand möglichst umfassend darzulegen. Darauf aufbauend werden die Einflussfaktoren auf die Volumensvergrößerung ausgiebig diskutiert. Aufgrund von theoretischen Überlegungen wurde der so genannte "Tonquellspiegel" in quellfähigen Tongesteinen eingeführt. Dieser stellt eine Zone im Gebirge dar, oberhalb derer das Material bereits ausgequollen ist, und somit keine Quellvorgänge mehr zu erwarten sind. Unterhalb des Tonquellspiegels kann das Material noch Wasser aufnehmen, so dass mit Quellerscheinungen gerechnet werden muss.Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag darin, den Pulverquellversuch nach THURO (1993) weiter zu entwickeln. Durch zahlreiche Reihenuntersuchungen konnte eine Klassifizierung der Ergebnisse aus Pulverquellversuchen vorgenommen werden. Es wurde sowohl für Anhydrit als auch für Tongesteine eine Einstufung nach der relativen Quellfähigkeit aufgestellt. Um die Aussagekraft des Pulverquellversuches zu erweitern, wurden Parallelversuche mit identisch zusammengestelltem Probenmaterial durchgeführt. Es konnten über den gleichen Bentonitanteil lineare Bezüge zwischen der Quellhebung beim Pulverquellversuch und den Quelldrücken aus den Quelldruckversuchen nach HUDER & AMBERG (1970) und HENKE et al. (1975) gefunden werden. Somit wird eine Parallelisierung von im Labor ermitteltem Quelldruck auf das Quellhebungsergebnis des Pulverquellversuches möglich.
(Table of content)
Aus dem Inhalt:
Danksagungen
1. Aufgabenstellung
2. Allgemeiner Überblick über das ingenieurgeologische Problem des Quellens von Gesteinen
2.1 Geologische Formationen mit quellfähigen Gesteinen in Mitteleuropa
2.2 Tunnelbauten mit Quellerscheinungen in Mitteleuropa
2.3 Anhydrit und Gips
2.4 Quellfähige Tongesteine
2.5 Versuchstechniken/Untersuchungsmethoden
2.6 Quellgesetze
2.7 Konstruktive Maßnahmen
3. Grundlagen des Quellens
3.1 Quellen von Tonmineralen
3.2 Volumenvergrößerung bei der Umwandlung von Anhydrit zu Gips
3.3 Weitere Arten von Quellvorgängen
4. Einflussfaktoren auf die Volumenvergrößerung von Anhydrit und quellfähigen Tonmineralen
4.1 Gebirge (Beschaffenheit des Materials)
4.2 Wasser
4.3 Spannungen (Gebirgsdruck)
4.4 Zeit
5. Durchgeführte Laborversuche zur Charakterisierung der Gesteine
5.1 Gesteinsphysikalische und mineralogische Analysen
5.2 Quellversuche
6. Ergebnisse der durchgeführten Versuche
6.1 Probenmaterial
6.2 Anhydrit-Proben
6.3 Quellfähige Tongesteine
7. Diskussion der Ergebnisse
7.1 Abschätzung des Quellpotentials und Klassifikation von reinen Anhydriten aufgrund von Labortests
7.2 Quellhebungen von Tonproben beim Pulverquellversuch
7.3 Korrelation Quelldruck-/Pulverquellversuch
7.4 Schlussfolgerungen und Überlegungen zu den Laborversuchen
8. Auswirkungen des Quellens auf den Stollen- und Tunnelbau
8.1 Gebirgsklassifizierungen und Normen im deutschsprachigen Raum
8.2 Bisher angedachte Möglichkeiten zur Lösung der Quellproblematik
9. Ausblick
10. Quellenverzeichnis
10.1 Literatur
10.2 Normen und Empfehlungen
10.3 Internetadressen
Anhang
A1 Glossar
A2 Zusammenstellung der Untersuchungsergebnisse aller Gesteine
A3 Empfehlungen zum Pulverquellversuch
