Fließverhalten thermoplastischer Schmelzen bei Injektion in klüftiges Festgestein: Fid-Bau Portal

Fließverhalten thermoplastischer Schmelzen bei Injektion in klüftiges Festgestein

Irngartinger, Stefan / Vogt, Norbert

Im Spezialtief- und Tunnelbau kommt es bei der Herstellung wasserdichter Umschließungswände oder Tunnelschalen vereinzelt zu Schadensfällen mit größeren Leckstellen. Um Schäden an der angrenzenden Bebauung durch Erosion und Hohlraumbildung zu vermeiden, muss dann oft in kürzester Zeit eine wirksame Abdichtung mittels Injektion erzielt werden. Bisherige Injektionsverfahren auf Zementbasis bzw. Polyurethanen oder Harzen besitzen Nachteile bzgl. langer Abbindezeit bzw. Umweltverträglichkeit. Vorgestellt wird ein neues innovatives Verfahren für Abdichtungsinjektionen gegen strömendes Wasser, das auf der Injektion einer Thermoplastschmelze beruht. Im Rahmen einer Forschungsarbeit wurden hierzu die thermodynamischen und strömungsmechanischen Wechselwirkungen während der Injektion untersucht. Hierfür wurden Injektionsversuche in einen Kluftkanal im Gneis durchgeführt. Auf Basis der Versuchsergebnisse und theoretischer Überlegungen wurde ein analytisches Berechnungsmodell abgeleitet, mit dem der Anstieg des Injektionsdrucks über die Injektionszeit ermittelt werden kann. Ergänzend wurden dreidimensionale numerische Strömungs- und Wärmetransportberechnungen durchgeführt. Die Versuche und Berechnungen zeigen, dass sich bei der Injektion eine Schicht aus erstarrtem Kunststoff an der Grenzfläche zum umgebenden Boden einstellt. Dies behindert die Penetration und es stellt sich eine Kernströmung ein, in deren Inneren die heiße Schmelze an die Injektionsfront gefördert wird. Durch das Anwachsen der erstarrenden Randschichten steigt der Injektionsdruck überproportional an, so dass der als Abbruchkriterium definierte maximale Injektionsdruck sehr schnell erreicht werden kann.