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Tunnel richtig abdichten

Kunststoffdichtungsbahnen analysiert

Prof. Dietmar Mähner analysiert mit Labormitarbeiterin Marion Thomanek eine Kunststoffdichtungsbahn nach ihrem Einsatz in der Presse.

Münster (ABZ). – Wer mit dem Auto in bergigen Gegenden unterwegs ist, fährt oft durch lange Tunnel und fragt sich manchmal, wie viele Tonnen Gestein gerade über dem eigenen Kopf thronen. Die Ingenieure, die diese Tunnel bauen, beschäftigt eine ganz andere Frage: Wie bleibt der Tunnel auch nach mehreren Jahrzehnten Nutzung von innen trocken? Gefrorene Pfützen oder Eiszapfen stellen nämlich eine große Gefahr für den Verkehr dar. "Dagegen helfen Kunststoffdichtungsbahnen, sie sind ein zentrales Element im Tunnelbau", sagt Prof. Dietmar Mähner vom Institut für unterirdisches Bauen (IuB) am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster. "Aber es gibt viele verschiedene. Wir haben deshalb untersucht, wie sich unterschiedliche Kunststoffdichtungsbahnen unter realen Bedingungen wie hohen Dehnungen, Spannungen und Gebirgswasser verhalten."

Vereinfacht gesagt besteht ein Tunnel von außen betrachtet aus drei Schichten: eine Schicht Spritzbeton als Außenschale, der Kunststoffdichtungsbahn und einer Innenschale aus Stahlbeton – die sehen die Autofahrer bei der Tunneldurchfahrt. "Die Kunststoffdichtungsbahn wird direkt an die Gebirgsverhältnisse und die Spritzbetonsicherung angepasst." Mähner merkt an, dass eine weitere Besonderheit ein quellfähiges Gebirge sein kann. Quellfähig ist das Gestein, weil es bei Gebirgsfeuchtigkeit aufquillt und durch das größere Volumen den Tunnel zusammendrückt. Die Kunststoffdichtungsbahnen müssen also eine Menge aushalten. "Gängigerweise sind sie aus PVC-Material hergestellt oder aus Polyethylen, es gibt sie aber in verschiedenen Dicken und jede Folie reagiert anders auf die Dauerbelastung von Nässe und Feuchtigkeit."

Spritzdüse im Einsatz: Hier wird Spritzbeton auf eine Felsböschung aufgetragen, an deren Stelle ein Tunnel gebaut werden soll.

An mehreren Versuchsständen hat das Laborteam deshalb die Folienbahnen untersucht: mit einer Presse unterschiedliche Drücke simuliert, Dehnungen gemessen, die Reaktion auf das Zusammenwirken der Außenschale aus Spritzbeton sowie mit der Innenschale beobachtet, mikroskopische Aufnahmen von den Bahnen gemacht und analysiert. So können sie jetzt Empfehlungen geben, welche Kunststoffdichtungsbahn – aus welchen Material und mit welcher Breite – was aushält und wo eingebaut werden sollte. "Die dünneren Folien werden schneller perforiert, die dickeren sind schwierig einbaubar", fasst Mähner zusammen. "Und Vliesstoffe sind als Zusatzmaßnahme im quellfähigen Gebirge äußerst sinnvoll." Die Maßnahmen zielen alle auf die Langlebigkeit der Kunststoffdichtungsbahnen ab – 100 Jahre sollten sie halten, wenn sie passend zur Gebirgsbelastung ausgewählt und richtig eingepasst sind. An den Ergebnissen waren Tunnelbauer aus ganz Europa interessiert, weil effiziente Maßnahmen generell höchst willkommen sind: Ein laufender Meter Tunnel kann nämlich bis zu 50 000 Euro kosten.

Optimierungspotenziale sehen Mähner und sein Team vom IuB auch im Bereich Spritzbeton. Der Spritzbeton wird mit einer so genannten Spritzdüse unter Hochdruck direkt an die Tunnelaußenwand geschossen. Zuletzt kamen zu diesem Thema Experten aus allen Kontinenten in Süddeutschland zusammen, bei der 13. Tagung der Non-Profit-Organisation Engineering Conferences International (ECI). Die Tagung fand zum ersten Mal in Deutschland statt, das IuB konzipierte und gliederte sie unter der Leitung von Prof. Mähner.

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