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Tiefkalt ist hochsicher

Erdreichgefrieren für Stabilität beim Bauen im Untergrund

Der Tunnel unter der Sandburg hält nicht lang. Wir haben es im Sandkasten trotzdem immer wieder probiert, denn der Einsturz von Tunnel und Burg waren doch am Ende der größte Spaß. Im „richtigen“ Tiefbau verursacht einbrechendes Erdreich jedoch keine Freude. Wenn die Wände der Baugrube nachgeben, sind Mensch und Baustelle in Gefahr. Das gilt erst recht, wenn mitten in einer Stadt gearbeitet wird. Um das Erdreich bei solchen Vorhaben stabil zu halten, wird deshalb häufig der Grundwasserspiegel abgesenkt; man verwendet sogenannte Spundwände und verdichtet den Untergrund durch das Einbringen von Materialien wie Harz, Gel oder Zement. Doch nicht immer reichen diese Verfahren aus. Die „ultimative“ Lösung ist dann, das Erdreich durch Tiefgefrieren in einen festen Eisblock zu verwandeln.

Am schnellsten geht das mit Flüssigstickstoff (LN2). Das minus 196 Grad Celsius kalte Medium stabilisiert das Erdreich und macht es wasserundurchlässig. Damit bleibt die Baustelle auch vor Grundwasser geschützt – wie zurzeit der Tunnelbau unter einem großen Kaufhaus an der „Kö“, der Prachtmeile Königsallee in der deutschen Landeshauptstadt Düsseldorf. Seit November 2007 wird hier an einer 3,4 Kilometer langen Stadtbahntrasse quer durch die Innenstadt gebaut. Genau unter dem Kaufhaus soll ein zentraler unterirdischer Bahnhof entstehen.

Die Stadtverwaltung legt als Auftraggeber großen Wert darauf, dass die modernsten Techniken genutzt werden, um Anlieger und Verkehr möglichst wenig zu beeinträchtigen. Außerdem soll es schnell und vor allem sicher vorangehen. Eine Katastrophe wie in Köln, wo im März 2009 das Stadtarchiv infolge von Tunnelbauarbeiten einstürzte, soll hier von vornherein ausgeschlossen bleiben. Wo andere Arten der Baugrubenabdichtung nicht in Frage kommen, ist das Erdreichgefrieren ein probates Mittel: Das Abdichtungsverfahren ist das einzige, dessen Wirksamkeit objektiv gemessen werden kann. So bekommen Auftraggeber und Bauunternehmen die Gewähr für zuverlässige Dichtheit und Festigkeit. Den Auftrag für die tiefkalte Absicherung dieses Prestigeprojekts hat Messer erhalten, eines von nur wenigen Unternehmen weltweit, die diese Methode beherrschen.

Das Erdreichgefrieren wurde bereits im 19. Jahrhundert im Bergbau eingesetzt. Wo ein Schacht durch unsicheren Untergrund getrieben werden sollte, entzog man diesem die Wärme mit Kühlsole, einer Salzlösung mit einem Gefrierpunkt von deutlich unter null Grad. War das Erdreich ausreichend feucht, konnte sich eine dicke Eisschicht bilden. Heute wird das Erdreichgefrieren auch im anspruchsvollen Tief- und Tunnelbau immer häufiger genutzt. In etwa einem Drittel der Fälle wird der Eiskörper dabei – wie früher unter Tage – mit Hilfe von Kühlsole hergestellt. Das kostet zwar weniger, dauert aber mindestens sechs Mal so lang wie das Stickstoffgefrieren.

Weil aber auch auf dem Bau die Zeit immer knapper wird, ist die neuere Methode auf dem Vormarsch. Stickstoffgefrieren ist ebenso schnell wie effizient und präzise: Zunächst wird das Volumen des Erdreiches bestimmt, das stabilisiert werden soll. Danach wird der Boden präpariert: In bestimmten Abständen werden wärmeleitende Rohre eingebracht, sogenannte Gefrierlanzen, die an ihrem unteren Ende geschlossen sind. Anschließend versorgt ein mit Sensoren und Reglern versehenes Rohrleitungssystem diese Lanzen mit exakt dosierten Mengen von Flüssigstickstoff. Das Medium wird zuvor mit speziellen Tankwagen an die Baustelle geliefert und dort in Tanksilos vorgehalten.

„In Düsseldorf haben wir es mit einem sehr großen Gefriervolumen von 170 Kubikmetern zu tun“, erklärt Jens Tauchmann, der als Manager Application Technology bei Messer für das Verfahren zuständig ist. Die übliche Größe liege zwischen 20 und 60 Kubikmetern. „Dennoch ist es uns gelungen, die Baustelle im definierten Bereich in nur acht Tagen einzufrieren, und das bei einer ungewöhnlich hohen Ausgangstemperatur von 20 Grad Celsius in einer Tiefe von 20 bis 40 Metern.“ Mit Kühlsole hätte es bis zu drei Monate dauern können.

Der Düsseldorfer Eisblock soll aufrechterhalten werden, bis eine dauerhafte Lösung zur Erdreichabdichtung bis zum geplanten Ende der Bauarbeiten im Sommer 2013 gefunden wurde.

Die Stärken des Erdreichgefrierens

Das Gefrieren von Erdreich mit tiefkaltem Stickstoff ist eine schnelle und effiziente Stabilisierungsmethode im Tiefbau. Sie wird beim Tunnelbau, bei der Verlegung von Versorgungskanälen, beim Setzen großer Fundamente oder beim Bergen von „Störkörpern“, wie beispielsweise Fliegerbomben, eingesetzt.

  • Sichere Stabilisierung des Erdreichs
  • Kein Eindringen von Grundwasser
  • Stabilität objektiv messbar
  • Unkomplizierte Installation und Anwendung
  • Hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit
  • Komplettlösung aus einer Hand
  • Auf unterschiedlichsten Baustellen bewährt
  • Sechs Mal schneller als Gefrieren mit Kühlsole

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