Einfluß der geologischen Gegebenheiten auf Druckluftvortriebe im 2. Grundwasserstockwerk beim U-Bahn-Bau in München

Diplomarbeit von Matthias Schwarz

Zusammenfassung:

Ein wesentliches Problem beim U-Bahn-Baus war, dass beim Vortrieb die Arbeitsdrücke wesentlich größer (bis zu 1,5 bar) waren als der anstehende hydrostatische Wasserdruck. Die hohen Luftdrücke in der Arbeitskammer wurden für erhebliche maschinenbauliche Probleme (Dichtungs- und Lagerschäden) verantwortlich gemacht, darum wäre es interessant zu erfahren, wieso solche hohen Drücke notwendig waren um die Ortsbrust trocken zu halten.

Das Ziel dieser Arbeit soll es sein, Erklärungsansätze für die Notwendigkeit dieser hohen Drücke zu finden.

Hierzu sollen, in einem ersten Teil, die auf der Baustelle vorhandenen Daten zusammengetragen und die Phänomene dargestellt werden. Dabei wird zunächst der geologische Aufbau des Bodens beschrieben, wobei insbesondere auf den Durchlässigkeitsbeiwert der tertiären Sande eingegangen werden soll (Kap. 2). Weiter wird in einem kurzen Kapitel das gewählte Vortriebsverfahren betrachtet (Kap. 3) und im Kap. 4 werden die während der Baustelle erfaßten Messdaten bezüglich Pegelständen und Grundwasserentspannung, Druckmessungen in Brunnen- und Pegelrohren, Arbeitsdrücke, Luftverluste und Vortriebsleistungen dargestellt.

Im zweiten Teil werden verschiedene Modelle zur Erklärung der Phänomene herangezogen (Kap. 5). Dabei werden zunächst verschiedene Auffälligkeiten bezüglich der Ausbildung des Strömungsfeldes dargestellt, dann wird auf die vorhandenen Berechnungsgrundlagen eingegangen, auf die das "Ringmodell" aufbaut. Dieses Ringmodell bestimmt ausgehend von den gemessenen Luftverlusten den Raum, den das Strömungsfeld beansprucht. Im Anschluß daran werden noch weitere Überlegungen ausgeführt, die mögliche Erklärungen für die, gegenüber dem hydrostatischen Wasserdruck, zu großen Drücke sein könnten.

Der Dritte und letzte Teil beschäftigt sich mit der Frage, ob beim Amtsvorschlag ähnliche Probleme im Zusammenhang mit den notwendigen Drücken aufgetreten wären (Kap. 6). Dabei werden zunächst die bezüglich der Druckproblematik relevanten Unterschiede zwischen den Vortriebsarten geschildert um dann die Auswirkungen dieser Unterschiede auf die in Kap. 5 gefundenen Erklärungsansätze zu untersuchen.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung	1
1.1	Beschreibung der Baumaßnahme	1
1.2	Ablauf und Aufgetretene Probleme	3
1.3	Bisherige Diplomarbeiten	3
1.3.1	M. Harpf	3
1.3.2	C. Hocke	4
1.3.3	C. Sattler	4
1.3.4	G. Lang	4
1.4	Ziel und Gliederung dieser Diplomarbeit	5
2.	Geologische und Hydrologische Verhältnisse	6
2.1	Baugrundbericht zum Druckluftvortrieb / Prof. Floss	6
2.2	Baubeschreibung	7
2.3	Baubeschreibung Sondervorschlag	8
2.4	Prüfbericht	8
2.5	Weitere Möglichkeiten zur Bestimmung von k-Werten	9
2.5.1	k-Wert aus den Körnungslinien	9
2.5.2	k-Wert aus dem Potentialliniennetz zur Anströmung der Brunnen	12
2.5.3	k-Wert aus Luftausbreitungsgeschwindigkeit beim Anfahren	16
2.5.4	k-Wert aus der Absenkkurve des "Pumpversuches"	17
2.6	Zusammenfassung der geologischen und hydrologischen Verhältnisse	23
3.	Vorstellung des gewählten Vortriebsverfahrens	25
3.1	Der Amtsvorschlag	25
3.2	Einsparungsmöglichkeiten	25
3.3	Der Schildvortrieb	25
3.3.1	Beschreibung des Arbeitsablaufes	25
3.3.2	Vorteile gegenüber dem Amtsvorschlag	26
3.3.3	Nachteile gegenüber dem Amtsvorschlag	27
4.	Zusammenstellung der auf der Baustelle erfaßten Daten	28
4.1	Allgemeines	28
4.2	Pegelstände	28
4.3	Entspannungsbrunnen	29
4.4	Druckmessungen in Pegel- und Brunnenrohren	30
4.5	Drücke und Luftverbräuche	32
4.6	Vortriebsleistungen	35
4.7	Zusammenfassung der Meßdaten	35
5.	Modelle zur Beschreibung der Luftströmung und Erklärungsansätze für die überhöhten Drücke in der Arbeitskammer	41
5.1	Einführende Überlegungen	41
5.1.1	Rechnerischer Luftverbrauch	41
5.1.2	Berechnung der "Luftabströmfläche" durch den Mergel	44
5.1.3	Darstellung des Strömungsbildes	46
5.2	Berechnungsgrundlagen	48
5.2.1	Das Darcy´sche Gesetz	48
5.2.2	Kontinuitätsbedingung	51
5.3	Ringmodell zur Beschreibung der Strömung ohne Perforierung	51
5.3.1	Modellbeschreibung	51
5.3.2	Randbedingungen und Vereinfachungen	53
5.3.3	Berechnungen des Absenktrichters und der Luftgeschwindigkeit	55
5.3.4	Zusammenfassung und Kritik - Ringmodell	62
5.4	Der Vortrieb ist schneller als die Luftströmung	62
5.5	Fahrt aus Absenktrichter	63
5.6	Gespanntes Grundwasser	63
5.7	Flaschenhalseffekt	65
5.7.1	Theoretische Erläuterung	65
5.7.2	Flaschenhalseffekt beim Los "U2 Ost 1"	66
5.8	Durchlässige Schicht	67
5.9	Luftpolster	68
5.10	Zusammenfassende Betrachtung der Erklärungsansätze	71
6.	Diskussion des Amtsvorschlages	73
6.1	Erläuterung des Amtsvorschlages	73
6.2	Betrachtung der Erklärungsmodelle im Zusammenhang mit dem Amtsvorschlag	74
7.	Zusammenfassung	76
8.	Literatur	77
9.	Anhang	79