Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Baugrundvereisung im durchströmten Untergrund
Im Beitrag wird eine Grundwasserströmung als maßgeblicher thermischer Einfluss für Vereisungsmaßnahmen im Tunnelbau beschrieben. Im Vergleich zu anderen thermischen Einflüssen einer oberflächennahen Vereisungsmaßnahme lässt sich eine Grundwasserströmung als gefrierzeit-und kostenbestimmend charakterisieren. Eine Grundwasserströmung, die z.B. eine Temperatur von 13 Grad C besitzt und mit 1 m/d (Filtergeschwindigkeit) fließt, erzeugt eine Wärmestromdichte von ca. 630 W/m2. Im stark durchströmten Untergrund kann dadurch das Frostwachstum gänzlich zum Erliegen kommen, wenn sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der herantransportierten und der durch die Gefrierrohre entzogenen Wärmemenge einstellt. Der Frostkörper kann dann seine angedachte Funktion nicht übernehmen. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten über das Maß der natürlichen Strömung hinaus können insbesondere im Bereich vorhandener Bebauung als Folge von Düseneffekten oder in zwischengelagerten Grobschichten mit hohen Durchlässigkeiten auftreten. Nach einer Beschreibung der physikalischen Grundlagen zur Wärmeübertragung und zum Wassertransport im Boden wird im Beitrag ein numerisches Vereisungssimulationsmodell entwickelt und das bestehende Finite-Differenzen-Programm SHEMAT für den Anwendungsbereich oberflächennaher Vereisungsmaßnahmen erweitert. Weiterhin wird beispielhaft der Aufgefrierprozess eines kreisrunden, symmetrischen Frostkörpers unter horizontalem Strömungseinfluss untersucht und die Einflussfaktoren bestimmt. Abschließend werden Empfehlungen für eine Verkürzung der Aufgefrierzeit bzw. Optimierung der Betriebsweise abgeleitet: Danach ist die Fließgeschwindigkeit und -richtung die maßgebliche Eingangsgröße für die Berechnungen, wobei diese vorzugsweise mittels Pumpversuch bestimmt werden sollte. Eine Vorkühlung des Grundwasser erweist sich ebenfalls als effektive Maßnahme. Die intermittierende Betriebsweise lässt sich optimieren, wenn die Rohre zu einzelnen Gruppen gebündelt werden.
Baugrundvereisung im durchströmten Untergrund
Im Beitrag wird eine Grundwasserströmung als maßgeblicher thermischer Einfluss für Vereisungsmaßnahmen im Tunnelbau beschrieben. Im Vergleich zu anderen thermischen Einflüssen einer oberflächennahen Vereisungsmaßnahme lässt sich eine Grundwasserströmung als gefrierzeit-und kostenbestimmend charakterisieren. Eine Grundwasserströmung, die z.B. eine Temperatur von 13 Grad C besitzt und mit 1 m/d (Filtergeschwindigkeit) fließt, erzeugt eine Wärmestromdichte von ca. 630 W/m2. Im stark durchströmten Untergrund kann dadurch das Frostwachstum gänzlich zum Erliegen kommen, wenn sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der herantransportierten und der durch die Gefrierrohre entzogenen Wärmemenge einstellt. Der Frostkörper kann dann seine angedachte Funktion nicht übernehmen. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten über das Maß der natürlichen Strömung hinaus können insbesondere im Bereich vorhandener Bebauung als Folge von Düseneffekten oder in zwischengelagerten Grobschichten mit hohen Durchlässigkeiten auftreten. Nach einer Beschreibung der physikalischen Grundlagen zur Wärmeübertragung und zum Wassertransport im Boden wird im Beitrag ein numerisches Vereisungssimulationsmodell entwickelt und das bestehende Finite-Differenzen-Programm SHEMAT für den Anwendungsbereich oberflächennaher Vereisungsmaßnahmen erweitert. Weiterhin wird beispielhaft der Aufgefrierprozess eines kreisrunden, symmetrischen Frostkörpers unter horizontalem Strömungseinfluss untersucht und die Einflussfaktoren bestimmt. Abschließend werden Empfehlungen für eine Verkürzung der Aufgefrierzeit bzw. Optimierung der Betriebsweise abgeleitet: Danach ist die Fließgeschwindigkeit und -richtung die maßgebliche Eingangsgröße für die Berechnungen, wobei diese vorzugsweise mittels Pumpversuch bestimmt werden sollte. Eine Vorkühlung des Grundwasser erweist sich ebenfalls als effektive Maßnahme. Die intermittierende Betriebsweise lässt sich optimieren, wenn die Rohre zu einzelnen Gruppen gebündelt werden.
Baugrundvereisung im durchströmten Untergrund
Subsoil freezing in a perfused subsurface
Ziegler, Martin (Autor:in) / Baier, Christian (Autor:in)
Tunnel ; 28 ; 18-26
2009
9 Seiten, 10 Bilder, 11 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch , Deutsch
Baugrund , Vereisung , Tunnelbau , Optimierung , Einflussfaktor , Grundwasser , Grundwasserströmung , Wärmeübertragung , Wassertransport , Boden (Erde) , Bodeneigenschaft , Kennwert , Temperatureinfluss , Strömungsgeschwindigkeit , Wärmeleitfähigkeit , Kristallisationstemperatur , numerische Simulation , Phasenwechsel , Empfehlung , Bauweise , Betriebsweise
Baugrundvereisung im durchströmten Untergrund
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