Nachhaltigkeit im Tunnelbau – Einsatzpotential des ressourceneffizienten Tübbings im maschinellen Tunnelbau

Abstract

Aufgrund der zunehmenden Ressourcenknappheit und der Notwendigkeit, die gesteckten Klimaziele zu erreichen, wächst der Druck auf die Tunnelbranche, nachhaltige Lösungen zu entwickeln.Der Begriff der Nachhaltigkeit spaltet sich dabei in die drei Ebenen der Ökologie, Ökonomie und des Sozialen auf. Für die ganzheitliche Erfassung eines Bauwerks stehen für jeden dieser Aspekte Bewertungs- beziehungsweise (bzw.) Quantifizierungsinstrumente zur Verfügung. Besonderes Augenmerk wird auf die Ökobilanzierung gelegt. Sie dient der Bewertung der ökologischen Auswirkungen eines Bauwerks auf seine Umwelt. Dies ist für die Baubranche in Österreich von besonderer Bedeutung, da die Produktion von Baumaterialien einen erheblichen Teil der Treibhausgas-Emissionen im Land ausmacht. Durch die Verknüpfung Europas und die fortschreitende Urbanisierung steigt der Bedarf an Infrastrukturbauwerken. Besondere Knotenpunkte bilden hierbei Tunnelbauwerke. Je nach Anforderungen werden diese in konventioneller oder maschineller Bauweise vorgetrieben. Zwar unterscheiden sich diese Methoden in ihren Arbeitsschritten und-abfolgen grundlegend, dennoch eint sie die Tatsache, dass es strikte Rahmenbedingungen einzuhalten gibt. Die Integration neuer Maßnahmen in diese bestehenden Systeme stellt eine Herausforderung dar. Trotzdem gibt es bereits eine Vielzahl von innovativen Ansätzen, welche Nachhaltigkeit und Tunnelbau verbinden.Die Forschungskooperation der TU Wien mit der STRABAG AG Tunnelling Division reiht sich in diese Maßnahmen ein. Durch diese Zusammenarbeit entstand die Idee des ressourcen effizientenTübbings für den maschinellen Tunnelbau. Die Basis für das Projekt ist eine zusätzliche Bewehrung der hoch belasteten Längsfugen, die zu einer Querschnittsreduktion der Bauteile führt. In beanspruchten Bereichen des Tunnels, wie z.B. in Störzonen, werden die verstärkten Tübbinge eingebaut. In den Regelbereichen entfällt die Zusatzbewehrung. Dadurch ergeben sich ökologische Vorteile gegenüber herkömmlichen Ausbauten. Um diese zu quantifizieren, wird eine Ökobilanz erstellt.Zur Ausarbeitung potentieller ökologischer Einsparungen, wurden sieben Tunnelquerschnitte miteinander verglichen. Diese unterscheiden sich anhand von Geometrie und Bewehrung. Zur Betrachtung standen die Auswirkungen der Ausbauten auf die CO2-Äquivalente-Emissionen sowie den benötigten Energie Einsatz. Für den Europäischen Raum ergibt sich unter den Varianten eine Spannweite von 11,53 bis 14,99 t CO2-Äq./m Tunnel. Bei einer Betrachtung der DACH-Region zeigen sich zusätzliche Unterschiede. So schneiden Österreich und die Schweiz im Vergleich zu Europa deutlich besser ab. Besonders der Energiebedarf während der Errichtung des Bauwerks hat sich hierbei als entscheidender Faktor in der Bilanzierung hervorgetan. Um die Ergebnisse der Ökobilanz in einen baupraktischen Kontext zu setzten, wird ein Beispielprojekt mit den Querschnittsvarianten untersucht. Dabei wird deutlich, dass sich große ökologische Einsparungen durch den ressourceneffizienten Tübbing erzielen lassen.

Due to the increasing scarcity of resources and the need to achieve the climate targets that have been set, the pressure on the tunnelling industry to develop sustainable solutions is growing.The concept of sustainability is divided into the three levels of ecology, economy and social aspects. Assessment and quantification tools are available for each of these aspects for the holistic analysis of a structure. Particular attention is paid to life cycle assessment. It is used to evaluate the ecological impact of a building on its environment. This is of particular importance for the construction industry in Austria, as the production of building materials accounts for a significant share of greenhouse gas emissions in the country. The demand for infrastructure structures is increasing due to the linking of Europe and increasing urbanisation. Tunnels are particularly important in this context. Depending on the requirements, these are driven using conventional or mechanised construction methods. Although these methods differ fundamentally in their work steps and processes, they are united by the fact that strict framework conditions must be met. Integrating new measures into these existing systems is a challenge. Nevertheless,there are already a number of innovative approaches that combine sustainability and tunnelling.The research cooperation between the TU Vienna and the STRABAG AG Tunnelling Divisionis part of these efforts. This collaboration gave rise to the idea of resource-efficient tubbing segments for mechanised tunnelling. The basis for the project is additional reinforcement ofthe highly stressed longitudinal joints, which leads to a reduction in the cross-section of the components. The reinforced segments are installed in heavily stressed areas of the tunnel, suchas in disturbed zones. Additional reinforcement is not required in the regular areas. This results in ecological advantages compared to conventional linings. In order to quantify these benefits, alife cycle assessment is performed.To work out potential ecological savings, seven tunnel cross-sections were compared with each other. These differ in terms of geometry and reinforcement. The effects of the tunnel extensionson CO2 emissions and the required energy consumption were analysed. For the European region,there is a range of 11.53 to 14.99 t CO2-eq./m of tunnel among the variations. An analysis of theDACH region reveals additional differences. Austria and Switzerland perform significantly better compared to Europe. Energy requirements in particular have emerged as a decisive factor in the assessment. In order to place the results of the life cycle assessment in a practical construction context, a theoretical project with the cross-sectional variants is analysed. It becomes clear thatlarge ecological savings can be achieved through resource-efficient tubbing segments. In viewof the increasing importance of sustainability in all areas of the construction industry, there is potential for the use of alternatively reinforced segments.