Titelaufnahme

Titel
Bodenvereisung als Bodenverbesserung im Tunnelbau
Weitere Titel
Ground freezing as ground improvement in tunneling
VerfasserJoldic, Dzenana
GutachterProprenter, Michael
Erschienen2017
Datum der AbgabeFebruar 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Bodenarten / Bodenvereisung / Energieverbrauch / Frostkörperausbreitung / Frostkörperbildung / Gefrierverfahren / Solevereisung / Stickstoffvereisung
Schlagwörter (EN)soil type / ground freezing / energy usage / frost body development / frost body creation / freezing method / brine freezing / liquid nitrogen freezing
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In der folgenden Arbeit wird die Technik der Bodenvereisung als Bodenverbesserungsmaßnahme im Tunnelbau erläutert. Heutzutage gibt es viele unterschiedliche Möglichkeiten, eine Bodenverbesserung bei Tunnelprojekten auszuführen. Das Gefrierverfahren stellt eine mittlerweile häufig angewandte Methode dar. Bei dieser Methode handelt es sich um ein künstliches Gefrieren des Bodenwassers, wodurch eine Verfestigung und Wasserundurchlässigkeit des Bodens erzielt wird.

Da die Wichtigkeit der Bodenvereisung im Spezialtiefbau besonders in den letzten Jahren zugenommen hat, wird in der Arbeit darauf eingegangen, wie sich unterschiedliche Untergrundtypen sowohl auf die Frostkörperbildung als auch auf den Energieverbrauch während der Vereisung auswirken. Dafür wurden Untersuchungen mittels eines FEM-Berechnungsprogrammes durchgeführt. Außerdem wurde eine Parameterstudie gemacht, um zu sehen, welche Auswirkungen die einzelnen Parameter im Boden haben. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Frostkörperbildung stark vom Wassergehalt und von der Wärmeleitfähigkeit im gefrorenen Zustand beeinflusst wird. Außerdem wurde bestätigt, dass der Gesamtenergieverbrauch mit zunehmendem Wassergehalt steigt.

Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen von Vereisungsmaßnahmen erklärt. Dazu gehören die unterschiedlichen Vereisungsverfahren sowie die Frostausbreitung. Außerdem wird auf Frosthebungen eingegangen.

Des Weiteren werden zwei Projekte, bei denen die Bodenvereisung als Baumaßnahme geplant wurde, beschrieben und miteinander verglichen. Bei dem ersten Projekt handelt es sich um Projekt U2/1 Schottenring, welches in Wien bereits erfolgreich abgeschlossen wurde. Zusätzlich wird auf das Projekt U5 Bahnhof „Museumsinsel“ in Berlin, welches derzeit in Bau ist, eingegangen.

Nachfolgend werden die durchgeführten Untersuchungen zur Frostkörperbildung näher erläutert und deren Ergebnisse vorgestellt. Anschließend werden die Ergebnisse interpretiert und abschließend folgt eine auf den Ergebnissen basierende Schlussfolgerung.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the technology of ground freezing as a ground improvement measure in tunnelling. Nowadays there are many different possibilities to achieve a ground improvement in tunnelling. Ground freezing represents a method which is often applied. It is a method to convert the underground water artificially into ice in order to achieve a solidification and watertightness of the ground.

As the importance of ground freezing increased in the last few years, the aim of this thesis is to find out what influence different underground conditions have on the development of the frost body and its energy usage. Therefore, analyses were carried out using a FEM-Software. Additionally, a parameter study has been done to find out which influence the single parameters have in the ground. The study results show that the development of the frost body is greatly influenced by the water content and also by the thermal conductivity. Moreover, the water content has an influence on the total energy expenditure.

The first chapters of this thesis cover basics about ground freezing. This includes the different freezing methods and information about the development of the frost body. In addition, the frost heaves will be explained.

Additionally, two projects will be compared where the ground freezing method was used. One is the project U2/1 Schottenring in Vienna and the other one is the project U5 railway station “Museumsinsel” in Berlin.

Furthermore, the process of the research will be described and the results will be presented. Finally, the results will be interpreted and a conclusion will be drawn.