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Legende: Einen Tunnel gegen eindringendes
Bergwasser abzudichten, ist kein einfaches Unterfangen. Bei der
NEAT muss das Abdichtsystem aus Spritzbetonschicht,
Drainagematerial (rot), Dichtungsbahn (blau) und Betontragwerk rund
100 Jahre halten. |
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Unter
bis zu 2’500 Meter mächtigen Felsüberdeckungen
entsteht mit dem Gotthard-Basistunnel zurzeit der längste
Eisenbahntunnel der Welt – das Kernstück der Neuen
Eisenbahn-Alpentransversale (NEAT). Tief im Gestein herrschen
harsche Bedingungen. Zusammen mit dem enormen Druck und bei
Gesteinstemperaturen von bis zu 45 Grad Celsius kann das
Sickerwasser erhebliche Schäden an Tunnelkonstruktion und
bahntechnischen Anlagen verursachen. Die Tunnelbauer mussten
deshalb neue Wege gehen, um das Wasser drucklos abzuleiten und das
Tunnelinnere trocken zu halten. Gesucht waren die besten
Abdichtungs- und Drainagesysteme (ADS) aus Kunststoffen, die einen
zweischaligen Ausbau mit einer Spritzbetonaussenschale und einem
innen liegenden Betontragwerk ermöglichen. |
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Simulation der Bedingungen im Versuchsstollen
Von den eingesetzten Materialien wird eine Nutzungsdauer
von ca. 100 Jahren erwartet. Langzeiterfahrungen mit den heute
verfügbaren Materialien, die eine zuverlässige Prognose
ermöglichen würden, liegen allerdings keine vor. Die Empa
untersuchte daher im Auftrag der Bauherrschaften von AlpTransit
verschiedene mögliche Systeme auf ihre Eignung. Um den Einsatz
im Alpenmassiv zu simulieren, setzten die Empa-Forschenden die
Abdichtungssysteme während zwei Jahren einer ganzen Reihe von
Einflüssen aus. |
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So
lagerten die ADS-Proben etwa 24 Monate bei Temperaturen bis zu 70
Grad Celsius in alkalischem, saurem beziehungsweise
sauerstoffreichem Wasser und wurden von aeroben sowie anaeroben
Mikroorganismen «befallen». Für die Druckversuche
ruhten die Abdichtungssysteme in alkalischem Wasser, eingespannt
zwischen einer glatten und einer geriffelten Druckfläche.
Bereits nach sechs Monaten zeigten sich an einzelnen Materialien
erste Schwächen. Das machte eine zweite Versuchsreihe
nötig, in der die am besten geeigneten Materialkombinationen
ermittelt werden konnten. |
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Ein
Abdichtungssystem aus Drainagematerial (weiss) und Dichtungsbahn
(gelb) wird für einen Drucktest zwischen glatten und
geriffelten Druckplatten angebracht. |
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Noch
einen Schritt weiter gingen Versuche, in denen die Systeme in
grossflächigen Proben nicht nur Zug und Druck, sondern auch
Schubkräften ausgesetzt waren. Um auch die hohen
Gebirgstemperaturen und die Wassereinwirkung zu simulieren,
enthielt die Anlage eine Heizung sowie ein ausgeklügeltes
Bewässerungssystem zur Messung der Drainageleistung. |
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Um
schliesslich das Verhalten der Materialien beim Verlegen unter
Baustellenbedingungen abzuklären, verlegte das Empa-Team
verschiedene Abdichtungssysteme in einem Versuchsstollen,
betonierte sie ein und legte sie nach Drainagetests wieder frei.
Fazit dieser Versuche: Aufgrund der Welligkeit und Rauigkeit des
Spritzbetons und der Anzahl Befestigungspunkte bildeten sich in den
Dichtungsbahnen Falten, was wegen der hohen Beanspruchung im Lauf
der Zeit zu Rissen führen könnte. |
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Innovationen für den Tunnelbau
Im Verlauf des Projektes griffen Industriepartner immer wieder
Erkenntnisse und Forschungsresultate der Empa auf, um neue,
robustere, temperatur- und oxidationsbeständige
Materialsysteme mit höherer Gesamtdrucksteifigkeit und
Alterungsbeständigkeit zu entwickeln. Dies führte nicht
nur zu Fortschritten in der Schweisstechnik, sondern auch zu einer
neuen Befestigungstechnik der Bahnen mit flexiblem Klettverschluss
anstatt mit fixen Rondellen. Das «Faltenproblem» konnte
dadurch ebenfalls behoben werden. |
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Gleichzeitig haben ForscherInnen der Empa auch dafür gesorgt,
dass die beim Bau eingesetzten Dieselfahrzeuge weniger
gesundheitsschädliche Abgase ausstossen. Ihre Arbeit zur
Verbesserung von katalytischen Russfiltern erhielt 2009 sogar den
wichtigsten Schweizer Forschungspreis für angewandte Chemie,
den Sandmeyer-Preis. |
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