On the stabilizing effect of advance drainage in tunnelling / Über die statische Auswirkung der vorauseilenden Gebirgsdrainagen im Tunnelbau

Der vorliegende Übersichtsartikel veranschaulicht die günstige Wirkung von vorauseilenden Drainagen anhand ausgewählter Stabilitäts- und Deformationsprobleme des Tunnelbaus. Es sind dies die Standsicherheit der Ortsbrust, die Beanspruchung von Injektionskörpern in geologischen Störzonen und die Konvergenzen in druckhaftem Gebirge. In einem Gebirge hoher Durchlässigkeit verbessert die vorauseilende Drainage die Ortsbruststabilität, indem sie den Porenwasserdruck und dessen Gradienten im anstehenden Gebirge reduziert. Im gering durchlässigen Gebirge erhöht die vorauseilende Drainage die kurzzeitige Scherfestigkeit und demzufolge die kurzzeitige Standsicherheit der Ortsbrust. In Störzonen mit schwimmendem Gebirge ist der Tunnelvortrieb oft erst nach der Verfestigung und Abdichtung des Baugrunds durch Injektionen möglich. Da die Durchlässigkeit eines Injektionskörpers viel niedriger ist als jene des unbehandelten Gebirges, wird er durch hohe Strömungskräfte beansprucht. Letztere werden durch eine systematische Drainage des Injektionskörpers reduziert, wodurch dessen Stabilität verbessert und gleichzeitig die Gefahr der inneren Erosion oder gar eines Wasser- und Schlammeinbruches reduziert wird. Druckhaftes Gebirge weist normalerweise eine niedrige Durchlässigkeit und ein ausgesprochen zeitabhängiges Verhalten auf. Es ist bekannt, dass hohe Porenwasserdrücke die Entwicklung des echten Gebirgsdrucks begünstigen. Eine drainagebedingte Entspannung des Porenwassers konsolidiert das Gebirge und erhöht damit seine undrainierte Scherfestigkeit. Dies wirkt sich günstig auf die kurzzeitigen Deformationen aus, die für das Kräftespiel im Ortsbrustbereich entscheidend sind. Auch langfristig reagiert das Gebirge positiv auf die vorauseilende Drainage, da diese die hohen Porenwasserdruckgradienten eliminiert, die sich am Anfang des Konsolidationsprozesses in Ausbruchsnähe entwickeln würden.