Studierende des Moduls Fels- und Tunnelbau wenden Wissen praxisnah im Gelände und im Labor an

Harnisch-Striemungen an Störungsflächen im Aufschluss Mayschoß. (Bild: Pierre Müller, TH Köln)

Die von Dr. Pierre Müller geleitete Geländeübung im Ahrtal ermöglichte den Studierenden vertiefte Einblicke in tunnelbaurelevante Fragestellungen. Die Exkursion ins Rheinische Schiefergebirge bot den Studierenden die Gelegenheit, die theoretischen Modulinhalte direkt im Gelände anzuwenden und verschiedene geologische und felsmechanische Aspekte zu untersuchen. Im Fokus standen dabei:

- Lithologische Heterogenität und Faziesänderungen: Hierbei stand die detaillierte Analyse der Vielfalt an Gesteinstypen im Vordergrund, die im Gelände auf kleinem Raum auftreten können. Gleichzeitig wurde deren räumliche Variabilität – also, wie sich diese Gesteinstypen in ihrer Ausbildung und Zusammensetzung über die Aufschlussfläche verändern – genauestens beleuchtet.

- Strukturelle Variabilität und Schwächezonen: Im tektonisch komplex deformierten Ahrtalsattel, einem Teil des Rheinischen Schiefergebirges, konnten die Studierenden komplex duktil und spröde deformierte geologische Strukturen und damit verbundene Schwächezonen untersuchen, die entscheidenden Einfluss auf die Tunnelstabilität haben.

- Trennflächen: Hier standen die detaillierte Erfassung und Bewertung dieser geologischen Diskontinuitäten im Fokus. Die Studierendee analysierten kritische Eigenschaften wie die Orientierung (Streichen und Fallen), die Häufigkeit ihres Auftretens, ihre Persistenz (Ausdehnung der Fläche) sowie weitere Diskontinuitätseigenschaften wie Rauigkeit, Füllung oder Verwitterungsgrad. Das präzise Verständnis dieser Parameter ist essenziell, da Trennflächen die mechanischen Eigenschaften eines Gebirges maßgeblich beeinflussen und somit eine Schlüsselrolle für die Stabilität und das Design von Tunnelbauwerken spielen.

Diese praxisnahe Erfahrung ist entscheidend, um die Komplexität des Fels- und Tunnelbaus greifbar zu machen und die Studierenden optimal auf zukünftige Herausforderungen vorzubereiten.

Probekörper (Gesteinsprobe Sandstein) nach der Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit. (Bild: Pierre Müller, TH Köln)

Ergänzend zur Geländeübung konnten die Studierenden des Moduls Fels- und Tunnelbau ihr Verständnis durch umfassende Laborversuche weiter vertiefen. Diese praktischen Einheiten boten die Möglichkeit, sich detailliert mit entscheidenden Aspekten der Gesteinsmechanik auseinanderzusetzen, die für den Tunnelbau von größter Relevanz sind.

Den Schwerpunkt der Laboruntersuchungen stellten folgende Versuche dar:

- Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit: In ausgedehnten Versuchsreihen wurde die einaxiale Druckfestigkeit von Gesteinsproben ermittelt. Dabei bewerteten die Studierenden die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf diese wichtige Kenngröße. Dazu zählten die Richtung von Anisotropien im Gestein, die Effekte von Querdehnungsbehinderung und Endflächenreibung, der Einfluss des Feuchte- bzw. Wassergehalts sowie der Verwitterungsgrad der Proben. Diese Analysen sind entscheidend für die Stabilitätsbewertung im Tunnelbau. Die Studierenden und Dr. Pierre Müller bedanken sich in besonderer Weise bei Norbert Mertens für die Möglichkeit der Versuchsdurchführung im Baustofflabor.

- Abrasivitätsuntersuchungen: Mittels des CERCHAR-Verfahrens wurde die Abrasivität der unterschiedlichen Gesteine analysiert und bewertet. Die Abrasivität ist ein kritischer Faktor für den Verschleiß von Tunnelvortriebsmaschinen und Werkzeugen, und die genaue Kenntnis dieser Eigenschaft ist unerlässlich für die Planung und den effizienten Betrieb von Tunnelprojekten.
Hierbei stand die Bewertung der Auswirkung von Faktoren wie Richtung etwaiger Anisotropien im Gestein, Querdehnungsbehinderung und Endflächenreibung, Feuchte- bzw. Wassergehalt, sowie der Verwitterungsgrad im Vordergrund.

Mittels CERCHAR-Abrasivitätstest beprobte Gesteinsarten (Bild: Pierre Müller, TH Köln)

Die Kombination aus Feld- und Laborarbeit gewährleistet, dass die Studierenden ein umfassendes und praxisorientiertes Verständnis für die Herausforderungen und Lösungsansätze im modernen Fels- und Tunnelbau entwickeln.

Die Studierenden und Dr. Pierre Müller möchten sich in besonderer Weise bei Norbert Mertens für die Erläuterung und Durchführung der Versuche im Baustofflabor bedanken.