Geotechnische Analyse für Tunnelvortriebe im weichen Bochumer Boden

Ein neues Infrastrukturprojekt entlang der Wittener Straße, direkt über den verfüllten Tälern des Bochumer Stadtgebiets: Der Tunnelvortrieb trifft hier auf kohäsionslose Sande und schluffige Auelehme, die schon bei geringer Wasserzufuhr ihre Standfestigkeit verlieren. Bochum mit seinen rund 370.000 Einwohnern liegt geologisch im Übergang zwischen den Festgesteinen des Rheinischen Schiefergebirges und den mächtigen Lockergesteinsdecken des Münsterländer Beckens – eine Konstellation, die ohne detaillierte Laboranalyse kein realistisches Vortriebskonzept zulässt. Unser Labor untersucht die undränierten Scherparameter und das Verformungsverhalten des Bochumer Untergrunds, bevor die erste Tunnelbohrmaschine anrollt. Ergänzend zur Baugrunderkundung hilft die Korngrößenanalyse den Feinanteil und damit die Kohäsion des Bodens präzise zu bestimmen, was direkt in die Ortsbruststützung einfließt.

Im Bochumer Lockergestein entscheidet der Porenwasserdruck über die Ortsbruststabilität – unsere Analyse modelliert diesen Parameter, bevor die erste Setzungsmessung erfolgt.

Vorgehen und Leistungsumfang

Zwischen einem Vortrieb im quartären Kies der Innenstadt und einem An schnitt in den verwitterten Tonsteinen des Bochumer Südens liegen geotechnische Welten. Die zentralen Stadtbezirke zeigen häufig Wechsellagerungen aus gering tragfähigen Auffüllungen, die erst durch gezielte Stabilisierungsmaßnahmen beherrschbar werden. Ein Vortrieb unterhalb des Hauptbahnhofs erfordert eine völlig andere Stützung als eine Strecke im Hangenden der Karbonformation. Wir bestimmen dafür die undränierte Scherfestigkeit, die effektiven Reibungswinkel und die Steifemoduln – Kennwerte, die die Auswahl zwischen einem erddruckgestützten Schild und einer Spritzbetonbauweise steuern. Die Triaxialversuche liefern dabei die Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, die für die Dimensionierung der temporären Sicherung entscheidend sind.

Lokale Besonderheiten

Die DIN 4124 für Baugruben und Gräben sowie die ZTV-ING für Ingenieurbauwerke bilden den Rahmen für den Tunnelbau in Bochum. Die größte Herausforderung im Stadtgebiet sind die inhomogenen, wasserführenden Quartärablagerungen, die bei unzureichender Erkundung zu einem hydraulischen Grundbruch an der Ortsbrust führen können. Ein plötzlicher Materialeinbruch ist hier keine theoretische Gefahr, sondern ein Szenario, das wir durch die realitätsnahe Modellierung der effektiven Spannungen ausschließen. Unsere geotechnische Analyse definiert die sicheren Grenzdrücke für jede Homogenzone, sodass die Setzungen an der Tagesoberfläche im einstelligen Millimeterbereich bleiben und die historische Bausubstanz der Innenstadt unversehrt bleibt.

Typische Werte

Parameter	Typischer Wert
Bestimmung des undränierten Scherwiderstands	Triaxialversuch (CU/ UU), Flügelscherversuch, Drucksondierung
Ermittlung der Verformungsmoduln	Steifemodul Es, Elastizitätsmodul E (ödometrisch, dynamisch)
Klassifikation nach DIN 18312	Homogenbereiche für Lösen, Laden und Stützen
Analyse des Primärspannungszustands	Dilatometer- und Drucksondierungen (CPTu)
Wasseraffinität des Gebirges	Wasseraufnahmefähigkeit, Quellvermögen, Durchlässigkeit (kf-Wert)
Abrasivität und Gesteinshärte	Cerchar-Abrasivitätstest (CAI), Punktlastversuch (Is50)

Verwandte Dienstleistungen

Laborversuche zur Scherfestigkeit

Triaxial- und Direktscherversuche zur Bestimmung der effektiven Reibungswinkel und der Kohäsion für die Ortsbruststabilitätsberechnung.

Klassifikation des Baugrunds

Korngrößenanalyse, Plastizitäts- und Konsistenzgrenzen gemäß DIN EN ISO 17892 zur Einteilung in Homogenbereiche nach VOB/C.

Bestimmung der Abrasivität

Cerchar- und LCPC-Versuche zur Prognose des Werkzeugverschleißes beim maschinellen Vortrieb im Bochumer Karbon und Quartär.

Verformungs- und Konsolidationsverhalten

Ödometerversuche zur Prognose der langfristigen Setzungen infolge Grundwasserabsenkung während der Bauphase.

Geltende Normen

DIN EN 1997-1:2014-03 (Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik), DIN 4124:2012-01 (Baugruben und Gräben – Böschungen, Verbau, Arbeitsraumbreiten), ZTV-ING, Teil 5 (Tunnelbau), DIN 18312:2019-09 (VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Untertagebauarbeiten), DIN EN ISO 17892 (Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Laborversuche an Bodenproben)

Gängige Fragen

Welche Bodenkennwerte sind für einen Tunnel in den weichen Böden unter Bochum entscheidend?

Für einen standsicheren Vortrieb im Bochumer Lockergestein sind vor allem die undränierte Scherfestigkeit cu, der effektive Reibungswinkel φ' und der Steifemodul Es maßgebend. Diese Parameter steuern die erforderliche Stützdruckhöhe und die zu erwartenden Verformungen an der Geländeoberkante. Wir ermitteln diese Werte durch eine Kombination aus Triaxialversuchen, Drucksondierungen und Laboranalysen an ungestörten Proben.

Wie gehen Sie mit den oft heterogenen Auffüllungen im Bochumer Stadtgebiet um?

Die künstlichen Auffüllungen im Bochumer Zentrum sind geotechnisch schwer prognostizierbar. Wir erhöhen die Erkundungsdichte in diesen Zonen und setzen verstärkt auf direkte Aufschlüsse. Aus den gewonnenen Proben bestimmen wir die Bandbreite der Scherparameter und klassifizieren das Material nach den Vorgaben der DIN 18312 in Homogenbereiche, sodass für jeden Vortriebsabschnitt ein sicherer Arbeitsbereich definiert werden kann.

Mit welchen Kosten muss ich für eine geotechnische Tunnelanalyse in Bochum rechnen?

Der Umfang der Untersuchungen richtet sich nach der Tunnellänge und der geologischen Komplexität. Für eine belastbare Analyse im Bochumer Stadtgebiet bewegen sich die Kosten je nach erforderlichem Versuchsprogramm typischerweise zwischen €4.160 und €16.110. Dies beinhaltet die Probenahme, die klassifizierenden Laborversuche und die Scherfestigkeitsuntersuchungen zur Bestimmung der maßgebenden Bodenkennwerte.