Numerische Simulation des Gefrierprozesses bei der Baugrundvereisung im durchströmten Untergrund
Die künstliche Baugrundvereisung hat sich als begleitende Bauhilfsmaßnahme im Tunnelbau bereits vielfach bewährt und gewinnt gerade in jüngerer Zeit zunehmende Beachtung bei einer Vielzahl aktueller Bauvorhaben.
Foto: PantherMedia / vin-kirill
Durch das Einbringen von Gefrierrohren und gezieltes Aufgefrieren wird die Tragfähigkeit des anstehenden Bodens erhöht, so dass dieser als temporäres Sicherungselement für das bergmännische Auffahren des Hohlraums dienen kann. Ein geschlossen ausgebildeter Frostkörper ist zugleich wasserdicht. Im Gegensatz zu Injektionsmaßnahmen werden der Boden und das Grundwasser durch die reversible Vereisung nicht nachhaltig beeinträchtigt und der Anwendungsbereich erstreckt sich auch auf inhomogene Böden mit Einschlüssen. Im stark durchströmten Boden kann das Verfahren jedoch an seine Grenzen stoßen bzw. unwirtschaftlich werden, wenn die erforderliche Kühlleistung zur Kompensation des konvektiven Wärmeeintrags aus der Grundwasserströmung zu groß wird. Auf Basis numerischer Simulationen lassen sich unter Berücksichtigung der vorhandenen Grundwasserströmung schon im Vorfeld strömungsangepasste Entwurfskonzepte mit deutlichen Einsparpotentialen erarbeiten. Der vorliegende Beitrag erläutert die Besonderheiten von thermischen Vereisungssimulationen und stellt einen Lösungsansatz zur Beschreibung des Gefrierprozesses von durchströmten Böden vor. Am Simulationsbeispiel einer Querschlagvereisung wird ein möglicher Optimierungsansatz aufgezeigt.
Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
Bauingenieur 02.2008, Seite 49–60
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Christian Baier
wissenschaftlicher Angestellter; Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen
baier@geotechnik.rwth-aachen.de
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Ziegler
Institutsleiter; Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen, Mies-van-der-Rohe-Str. 1, 52074 Aachen
ziegler@geotechnik.rwth-aachen.de
Dr. Darius Mottaghy
Projektwissenschaftler Geophysica Beratungsgesellschaft mbH Aachen, Lütticherstr. 32, 52064 Aachen
d.mottaghy@geophysica.de
Dr. Volker Rath
Projektwissenschaftler, Fachgebiet Angewandte Geophysik der RWTH Aachen, Lochnerstr. 4–20, Haus B, 52056 Aachen
v.rath@geophysik.rwth-aachen.de
