12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 291 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung Prof. Dr.-Ing. Christoph Budach Professor für Geotechnik, TH Köln, Köln, Deutschland Dr.-Ing. Carsten Pohl Abteilungsleiter Infrastrukturbau, ELE Beratende Ingenieure GmbH, Essen, Deutschland Dr.-Ing. Lars Röchter Abteilungsleiter Planung Tunnelbau und Geotechnik, Niederlassung Tunnelbau, Vössing Ingenieurgesellschaft mbH, Düsseldorf, Deutschland Zusammenfassung Die erfolgreiche Nutzung von Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein ist sowohl von den geotechnischen Projektrandbedingungen als auch von der dafür gewählten Tunnelbohrmaschine abhängig. Aufgrund der Überarbeitung der für Untertagebauarbeiten und somit auch für Arbeiten mit Schildmaschinen relevanten DIN 18312 gelten neue Anforderungen an die Beschreibung des Baugrunds. Der zu durchörternde Baugrund ist nun in Homogenbereiche mit Angabe festzulegender Bandbreiten ausgewählter geotechnischer Kennwerte zusammenzufassen. Der vorliegende Beitrag geht auf die wesentlichen Merkmale bei der Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche bei maschinellen Vortrieben im Lockergestein ein. Es werden geotechnische Leitparameter vorgestellt, die für die Verfahrenstechnik der Tunnelbohrmaschinen und somit für die dargestellte beispielhafte Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche wesentlich sind. Der Beitrag soll Geotechnischen Sachverständigen, Planern und Auftraggebern helfen, die für die jeweiligen projektspezifischen Randbedingungen maßgebende Einteilung in Homogenbereiche vorzunehmen. 1. Einleitung Der aufzufahrende Baugrund wurde bis zur Überarbeitung der DIN 18312 (Untertagebauarbeiten) im Jahre 2015 u. a. iIn Vortriebsklassen (VK) für die vereinbarten Bauverfahren eingeteilt (vgl. [1] bzw. [2]). Dabei wurde für Bauverfahren mit Schildmaschinen (SM) nach DIN 18312: 2012 in - Vortriebsklasse SM 1 - (Ausbruch ohne Stützung der Ortsbrust) - Vortriebsklasse SM 2 - (Ausbruch mit teilgestützter Ortsbrust) und - Vortriebsklasse SM 3 - (Ausbruch mit vollgestützter Ortsbrust) unterschieden. Mit der Einführung der VOB/ C 2015 wird üblicherweise die Ablösung der Boden- und Felsklassen durch Homogenbereiche verbunden. Tatsächlich wurde in einigen ATV-Normen die „Einstufung in Boden- und Felsklassen“ durch die „Einteilung von Boden und Fels in Homogenbereiche“ ersetzt. Dieses Merkmal der Überarbeitung der VOB/ C trifft jedoch nicht auf alle ATV-Normen zu. Die im vorliegenden Beitrag behandelte DIN 18312 enthielt vor 2015 keine Definition von Boden- oder Felsklassen. Mit der Aktualisierung ausgewählter Normen in 2015 bzw. Überarbeitungen in 2016 bzw. 2019 ist der Baugrund entsprechend seines Zustandes vor dem Lösen in Homogenbereiche zu unterteilen. So sind Homogenbereiche zum Beispiel für Erdarbeiten [3], Bauleistungen wie Untertagebauarbeiten [4] und Rohrvortriebsarbeiten [5] anzugeben (vgl. u. a. [6]). Gemäß DIN 18312: 2019 ist der Homogenbereich als ein räumlich begrenzter Bereich, der aus einzelnen oder mehreren Boden- oder Felsschichten besteht, definiert, der für Untertagebauarbeiten vergleichbare Eigenschaften aufweist (vgl. [4]). Aufgrund dieser Definition ist die Einteilung des Baugrunds in verschiedene Homogenbereiche von der zu wählenden Verfahrenstechnik abhängig. Zudem sollen bei der Unterteilung in Homogenbereiche umweltrelevante Inhaltsstoffe beachtet werden. Im Rahmen des Geotechnischen Berichts sind 292 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung zwar Änderungen der jeweiligen Eigenschaften des Baugrunds während bzw. nach dem Lösen z.B. aufgrund des Einsatzes von Konditionierungsmitteln zu beschreiben, allerdings ist für die Unterteilung in Homogenbereiche der Zustand des Baugrunds vor dem Lösen maßgebend (vgl. [4]). Grundlage der Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche sind sowohl die stichprobenartigen Baugrundaufschlüsse als auch die durchgeführten Feldversuche bzw. Laboruntersuchungen. Im Rahmen der Homogenbereiche sind für verschiedene geotechnische Kennwerte Bandbreiten anzugeben. Diese können sich je nach Bauleistungen auch unterscheiden. Auf Grundlage dieser Kennwerte erfolgt für Vortriebe mit Schildmaschinen im Vollschnittabbau eine Unterteilung in Vortriebsklassen, wobei aufgrund der aktuellen DIN 18312: 2019 in folgende Vortriebsklassen zu unterscheiden ist: - Vortriebsklasse VS 1 - (Ausbruch ohne Stützung der Ortsbrust) - Vortriebsklasse VS 2 - (Ausbruch mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust) und - Vortriebsklasse VS 3 - (Ausbruch mit erddruckgestützter Ortsbrust) Die Vortriebsklassen sind in DIN 18312: 20196 nicht mehr Kapitel 2 (Stoffe, Bauteile) zugeordnet, sondern nun in Kapitel 3 (Ausführung) enthalten. Dies deutet ebenfalls darauf hin, dass die Einstufung in Vortriebsklassen nicht mehr nur von den Eigenschaften des Bodens abhängt. Somit ist der Weg eröffnet auch andere Eigenschaften hinzuzuziehen. Gemäß [12] ist das Verhalten des Gesamtsystems, bestehend aus Gebirge und gewähltem Vortriebsverfahren, von maßgeblicher Bedeutung für die Wahl des optimalen Verfahrens, wobei die Definition der Vortriebsklasse ebenfalls mit zur Festlegung des Verfahrens gezählt wird. Auch gemäß DIN 18312: 20196 wird das Bauverfahren mit der Wahl der Vortriebsklasse vorgegeben. Die Vorgabe hat durch den AG zu erfolgen. Hieraus wird ersichtlich, dass der AG sich spätestens für die Ausschreibung detaillierter als in der Vergangenheit mit dem Systemverhalten befassen muss. In der Vergangenheit wurde der Begriff „Homogenbereich“ bereits bei Tunnelbauprojekten eingesetzt; er unterschied sich jedoch in der jeweiligen Definition. So wurde z.B. gemäß [7] die jeweilige Tunneltrasse in solche Homogenbereiche bzw. Abschnitte eingeteilt, bei denen diese „einen Bereich mit gleichbleibender Gebirgscharakteristik“ darstellten. Für die Unterteilung des anstehenden Baugrunds in Homogenbereiche wurden nur geotechnische Randbedingungen berücksichtigt, während hingegen der Einfluss der Verfahrenstechnik auf die Unterteilung des anstehenden Bodens in Homogenbereiche üblicherweise nicht maßgebend war. Aufgrund dessen ist die aktuelle Definition der Homogenbereiche gemäß DIN 18312: 2019, die die Interaktion zwischen Tunnelbohrmaschine und Baugrund berücksichtigt, neu. Die Unterteilung der Homogenbereiche nach [4] dient zur Planung der Verfahrenstechnik und aufgrund dessen auch zur Kalkulation bzw. Abrechnung der Bauleistung. Projekte mit unterschiedlichen geologischen Schichten an der Ortsbrust haben entlang des Längsschnitts meist zwei oder mehrere Baugrundschichtungen an der s.g. „gemischten Ortsbrust“ anstehen. Bedingt durch Tunnelbohrmaschinen mit üblicherweise großem Durchmesser resultieren entsprechend große Volumina an abzubauendem Baugrund, welche bei der Einteilung des Baugrunds (im Sinne der DIN 18312: 2019) in Homogenbereiche zu berücksichtigen sind. Aufgrund geotechnischer Kennwerte und umwelttechnischer Inhaltsstoffe bestehen unterschiedliche Möglichkeiten der Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche. Ausgewählte Möglichkeiten werden im Rahmen dieses Beitrags aufgeführt. 2. Nach DIN 18312: 2019 anzugebende Kennwerte 2.1 Übersicht der anzugebenden Kennwerte Die für die jeweiligen Homogenbereiche anzugebenden Kennwerte bzw. Eigenschaften müssen nicht durch Laborversuche bestimmt werden, sondern können auch auf Basis von Erfahrungen abgeleitet werden. In nachfolgender Tabelle 1 sind die im Geotechnischen Bericht anzugebenden Kennwerte und Eigenschaften aufgeführt. Zudem sind Normen oder Empfehlungen angegeben, mit denen im Streitfall diese Kennwerte für Vortriebe mit Schildmaschinen im Lockergestein zu überprüfen sind. Wenn mehrere Verfahren zur Bestimmung möglich bzw. angegeben sind, ist das maßgebende Verfahren durch Benennung der Norm oder Empfehlung im Vorfeld festzulegen. In der Tabelle 1 wurden zudem die Empfehlungen ergänzt, die der aktuellen Bestimmung der Eigenschaften entspricht. 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 293 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung Eigenschaften und Kennwerte Empfehlung zur Bestimmung der Eigenschaften und Kennwerte ortsübliche Bezeichnung - Korngrößenverteilung mit Körnungsbändern DIN EN ISO 17892-4 Massenanteil Steine, Blöcke und große Blöcke DIN EN ISO 14688-1 Feuchtdichte DIN EN ISO 17892-2; DIN 18125-2 undränierte Scherfestigkeit DIN 4094-4, DIN EN ISO 17892-7, DIN EN ISO 17892-8 Wassergehalt DIN EN ISO 17892-1 Plastizitäts- und Konsistenzzahl DIN EN ISO 17892-12 Lagerungsdichte DIN EN ISO 14688-2, DIN 18126 Abrasivität NF P18-579 Bodengruppe DIN 18196 organischer Anteil DIN 18128 mineralogische Zusammensetzung der Steine und Blöcke DIN EN ISO 14689 Kohäsion DIN EN ISO 17892-9, DIN EN ISO 17892-10 Sensitivität DIN 4094-4 Tabelle 1: Im Geotechnischen Bericht anzugebende Eigenschaften und Kennwerte gemäß [4] sowie Empfehlungen für ihre Bestimmung bzw. deren nachfolgende Empfehlungen 2.2 Angabe der Abrasivität von Lockergesteinen Die Angabe zur Abrasivität des Lockergesteins ist in Deutschland mit der Übersetzung der Norm NF P 18 - 579 neu. Aufgrund der hohen Relevanz der Abrasivität von Lockergesteinen bei Vortrieben mit Tunnelbohrmaschinen wird nachfolgend auf die Bestimmung der Abrasivität von Lockergesteinsböden eingegangen, die für die Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche relevant sein kann. Zur Beschreibung der Abrasivität bei der Interaktion zwischen Lockergesteinen und Abbauwerkzeug bzw. einwirkendem Baugerät steht mit der Norm NF P 18- 579: 2013 eine Untersuchungsmethode zur Verfügung, die umgangssprachlich auch LCPC 1 -Versuch genannt wird (vgl. [8]). 1 LCPC = Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Für die Bestimmung des Abriebwerts A BR gemäß Norm NF P 18-579: 2013 wird eine getrocknete Materialprobe (500 g) der Körnung zwischen 4,0 mm und 6,3 mm genutzt. Durch die fünf minütige Rotation eines Stahlflügels in dieser Materialprobe kann nach Versuchsdurchführung der Gewichtsverlust des Stahlflügels bestimmt und auf die Probenmasse bezogen werden, so dass der Abriebwert A BR in g/ t berechnet werden kann. Es wird empfohlen, bei normkonformer Durchführung dieses Versuchs diese Bezeichnung A BR zukünftig zu nutzen, um so herauszustellen, dass die Randbedingungen bei den Versuchen gemäß Norm NF P 18-579: 2013 genutzt wurden. Zudem kann mittels Wägung des Rückstands der Probe auf einem 1,6 mm Sieb nach Versuchsdurchführung der Brechbarkeitskoeffizient B R berechnet werden. Die aktuelle Norm sieht keine Kategorisierung der Ergebnisse vor, so dass einschlägige Literatur genutzt und angegeben werden sollte, um eine Klassifikation der Ergebnisse vorzunehmen. Basierend auf [8] kann der Abriebwerts A BR gemäß der nachfolgenden Tabelle klassifiziert werden. Abriebwerts A BR [g/ t] Klassifizierung/ Bezeichnung 0-50 nicht abrasiv 50-100 kaum abrasiv 100-250 schwach abrasiv 250-500 abrasiv 500-1250 stark abrasiv 1250-2000 extrem abrasiv Tabelle 2: Klassifizierung des Abriebwerts A BR in Anlehnung an [8] Basierend auf [8] kann auch der Brechbarkeitskoeffizient klassifiziert werden (vgl. Tabelle 3). Brechbarkeitskoeffizient B R [%] Klassifizierung/ Bezeichnung 0-25 sehr schwach 25-50 mittelschwach 50-75 mittel 75-100 mittelstark größer 100 sehr stark Tabelle 3: Klassifizierung des Brechbarkeitskoeffizienten B R in Anlehnung an [8] Der Versuch zur Ermittlung des Abriebwerts A BR wird aktuell in der Fachwelt kontrovers diskutiert, da die Versuchsdurchführung bzw. -randbedingungen eine Übertragung der Untersuchungsergebnisse in die Praxis nur schwer ermöglicht (vgl. u. a. [9], [10]). 294 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung 2.3 Geotechnische Leitparameter Für die generelle Unterteilung des projektspezifischen Baugrunds in Homogenbereiche können in Anlehnung an [11] geotechnische Leitparameter, die auf die Einteilung einen großen Einfluss haben, betrachtet werden. Für die Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche bei Vortrieben mit Schildmaschinen können die folgenden Leitparameter genutzt werden, da diese auf der einen Seite als Kennwerte gemäß DIN 18312: 2019 anzugeben sind und auf der anderen Seite bei der Auswahl von Tunnelbohrmaschinen gemäß der Empfehlung zur Auswahl von Tunnelbohrmaschinen des Deutschen Ausschuss für Unterirdisches Bauen (DAUB) [12] eine zentrale Rolle spielen: - Korngrößenverteilung mit Feinkornanteil - Konsistenz (Konsistenzzahl) bzw. Lagerungsdichte - Abriebwert A BR und Brechbarkeitskoeffizient B R 3. Allgemeine planerische Aspekte bei der Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche Bei den auszuführenden Bauleistungen ist für die Einteilung des anstehenden Baugrunds in Homogenbereiche eine enge Abstimmung zwischen dem Geotechnischen Sachverständigen sowie dem Planer des Bauherrn erforderlich. Seitens [13] wurde ein empfohlener Ablauf zur Zusammenarbeit zwischen Geotechnischem Sachverständigen und Planer entwickelt, dessen Inhalt in Bild 1 aufgeführt ist. Bild 1: Empfohlener Ablauf für die allgemeine Zusammenarbeit zwischen Planer und Geotechnischem Sachverständigen bei der Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche in Anlehnung an [13], [14] Dieser Ablauf sieht vor, dass das zu berücksichtigende Bauverfahren bzw. das Bauziel vom Planer im ersten Schritt abgeschätzt wird. Die erforderliche Baugrunderkundung sowie der Geotechnische Bericht sind darauf abgestimmt. Auf Grundlage der Baugrunderkundung empfiehlt der Geotechnische Sachverständige eine Einteilung des anstehenden Baugrunds in Homogenbereiche. Zur Qualitätssicherung erfolgt zudem ein Abgleich der Homogenbereiche mit der aktuellen Planung sowie eine mögliche Fortschreibung der Planung bzw. des Geotechnischen Berichts. Zum Abschluss erfolgt auf Basis der abgestimmten Planung bzw. der abgestimmten Homogenbereiche das Erstellen einer Leistungsbeschreibung. 4. Unterteilung von Boden in Homogenbereiche anhand eines Beispiels mit einem Vortrieb mit einer Schildmaschine 4.1 Randbedingungen des Beispiels Auf Grundlage eines Beispiels werden nachfolgend unterschiedliche Möglichkeiten der Unterteilung des anstehenden Bodens in Homogenbereiche vorgestellt. Dabei sieht das Beispiel vor, dass zunächst ein Vortrieb vollflächig in kiesigen Sanden erfolgt (s. Bild 2). Danach stehen zwei Schichten (kiesige Sande bzw. Ton) an der Ortsbrust an und ungefähr in der Mitte des Vortriebs wird ein Vortrieb vollflächig im Ton erwartet. Anschließend wird wieder ein Übergangsbereich, bestehend aus den beiden zuvor beschriebenen Schichten, prognostiziert und am Ende des Vortriebs ist aufgrund der Baugrunderkundung ein Vortrieb vollflächig im Ton umzusetzen. Der geotechnische Längsschnitt sowie die Korngrößenverteilung der zwei zu durchörternden Schichten sind in Bild 2 dargestellt. Bild 2: Geotechnischer Längsschnitt des beispielhaften Projekts sowie Korngrößenverteilungen der zu durchörternden Schichten 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 295 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung Als Vereinfachung wurde im gewählten Beispiel für die anzutreffenden Sande bzw. Tone angenommen, dass diese die Einbauklasse Z0 nach LAGA M20 aufweisen. Aufgrund dessen bestehen für das Aushubmaterial keine umwelttechnischen Einschränkungen bei der Verwertung. Auf Basis der Eigenschaften des Baugrunds und in Abhängigkeit der möglichen Verfahrenstechnik ist der Boden in Homogenbereiche in einzuteilen. Der vorliegende Baugrund könnte nach [12] generell sowohl mit einer Tunnelbohrmaschine mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust (Vortriebsklasse VS 2) bzw. Abkürzung SLS (siehe [15]) als auch mit erddruckgestützter Ortsbrust (Vortriebsklasse VS 3) bzw. Abkürzung EPB (siehe [15]) aufgefahren werden. 4.2 Varianten zur Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Rahmen des Beispiels Die anstehenden Schichten (Sande und Tone) unterscheiden sich naturgemäß aufgrund der Korngrößenverteilung. So könnten beim Einsatz von Tunnelbohrmaschinen mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust in Tonen Verklebungen auftreten (siehe auch [16]), die im Rahmen von Vortrieben in Schichten ohne bzw. nur mit geringem Anteil an Feinkorn keine bzw. nur eine unbedeutende Rolle spielen. Die Konsistenz der anstehenden bindigen Böden spielt ebenfalls bei Verklebungen eine wesentliche Rolle, da diese in Abhängigkeit der jeweiligen bodenspezifischen bzw. verfahrensbeeinflussten Konsistenzzahl des Bodens an der Ortsbrust, in der Abbaukammer bzw. in den Förderleitungen entstehen können (siehe u. a. [17]). Bei Tunnelbohrmaschinen mit Erddruckstützung (EPB) können in feinkörnigen Böden ebenfalls Verklebungen einen erheblichen Einfluss auf den Vortrieb bzw. die Vortriebsleistung haben (siehe [18], [19]). Bei den grobkörnigen kiesigen Sanden und möglichen Konditionierungsmitteln treten in der Regel keine Verklebungen auf. Der Baugrund kann hinsichtlich des Leitparameters Korngrößenverteilung eingeteilt werden. Die erste beispielhafte Möglichkeit (Variante 1) der Unterteilung ist die Unterteilung nach Bild 3. Dabei stellen beide Schichten einen eigenen Homogenbereich dar. Allerdings ist so in den Abschnitten des Vortriebs, in denen zwei Schichten an der Ortsbrust anstehen, keine direkte Zuordnung des Homogenbereichs möglich. Um eine Kalkulation bzw. Abrechnung zu ermöglichen, sollten die Homogenbereiche bei dieser Wahl der Einteilung in einer LV-Position zusammengefasst werden. Für diese Variante bieten sich als Kalkulationsbzw. Abrechnungseinheit Vortriebsmeter oder Volumen aller abzubauender bzw. abgebauten Schichten an. Bei dieser Unterteilung werden wahrscheinliche Unterschiede zwischen prognostizierten und tatsächlichen Baugrundschichtungen andere Volumina bzw. Längen als erwartet aufgefahren, so dass die anbietende bzw. ausführende Firma Teile des Baugrundrisikos übernimmt. Bild 3: Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche ohne Spezifizierung der Verhältnisse an der gemischten Ortsbrust (Variante 1) Um eigene Leistungspositionen pro Homogenbereich zu berücksichtigen und auf diese Weise eine eindeutige Kalkulationsbzw. Vertragsgrundlage zu gewährleisten, eignet sich im Rahmen des Beispiels eine weitergehende Einteilung des Bodens aufgrund der Korngrößenverteilung (Variante 2). In Bild 4 ist diese Möglichkeit dargestellt. Der vollflächige Vortrieb im Sand stellt den Homogenbereich A; der vollflächige Vortrieb im Ton stellt den Homogenbereich B - wie in Variante 1 - dar. Nun wird der Bereich der gemischten Ortsbrust (Sand und Ton) weiter in den Homogenbereich C unterteilt. Im Homogenbereich C wird die Bandbreite der Kennwerte - insbesondere der Korngrößenverteilung aufgrund der zwei anzutreffenden Schichten - sehr groß ausfallen (vgl. Bereich zwischen den Korngrößenverteilungen des Sands und des Tons). Daher ist eine eindeutige Zuordnung des Homogenbereichs C im Unterschied zu den Homogenbereichen A und B ggf. schwierig. Bei dieser Einteilung des Bodens sind je Homogenbereich LV-Positionen möglich, die auch im Leistungsverzeichnis berücksichtigt werden sollten. In diesem Fall bieten sich als Abrechnungseinheit die Volumina der abgebauten Homogenbereiche an. Aufgrund der Bestimmung der Korngrößenverteilungen können die Homogenbereiche unterschieden werden. Unterschiede zwischen den Volumina an prognostizierten und tatsächlichen Homogenbereichen werden auf diese Weise vertraglich berücksichtigt. Bild 4: Unterteilung des Baugrunds in drei Homogenbereiche mit Berücksichtigung von mehreren Schichten an der Ortsbrust (Variante 2) Um neben dem Leitparameter der Korngrößenverteilung auch das bodenmechanische Verhalten des Bodens im Homogenbereich C vertieft zu betrachten, kann eine detailliertere Einteilung des Homogenbereichs C gewählt werden (Variante 3). So kann bei einer EPB-Maschine und einer verfahrensbedingten Durchmischung des an- 296 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung stehenden Baugrunds in der Abbaukammer das Stützmedium in Abhängigkeit des Verhältnisses der anstehenden Schichten bindige oder nicht-bindige Eigenschaften haben. Damit diese Eigenschaften besser beschrieben werden können, eignet sich eine weitere Einteilung des Homogenbereichs C. Daher sollte der Bereich des Homogenbereichs C, in dem ein dominierender Anteil an nichtbindigem Material auftritt, dem Homogenbereich C1 bzw. der Bereich des Homogenbereichs C, in dem ein dominierender Anteil an bindigem Material auftritt, dem Homogenbereich C2 zugeordnet werden (vgl. Bild 5). Bei dieser Unterteilung der Homogenbereiche sind je Homogenbereich LV-Positionen möglich, die auch im Leistungsverzeichnis berücksichtigt werden sollten. Als Abrechnungseinheit bieten sich die Volumina der abgebauten Homogenbereiche an. Aufgrund der Bestimmung der Korngrößenverteilungen können die Homogenbereiche unterschieden werden. Unterschiede zwischen den Volumina an prognostizierten und tatsächlichen Homogenbereichen werden auf diese Weise vertraglich berücksichtigt. Bild 5: Unterteilung des Baugrunds in vier Homogenbereiche mit Berücksichtigung von mehreren Schichten an der Ortsbrust (Variante 3) Zudem ist theoretisch eine Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche aufgrund des Leitparameters Konsistenz / Lagerungsdichte bzw. Abriebwert A BR und Brechbarkeitskoeffizient B R möglich. 5. Vorschlag zur Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche bei Vortrieben im Lockergestein Die Homogenbereiche stellen für den Auftragnehmer die Basis für die Planung des Geräteeinsatzes und somit für die Kalkulation und die Abrechnung der Bauleistung dar. Ferner stellen Homogenbereiche die Grundlage für die Auswahl von Tunnelbohrmaschinen dar, die im Vorfeld eines Tunnelbauprojekts im Lockergestein mit Tunnelbohrmaschinen mit aktiver Ortsbruststützung richtungsweisend für den Erfolg eines Projekts ist. Für die Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche sind einerseits die geotechnischen Kennwerte und andererseits die einzusetzende Verfahrenstechnik zu berücksichtigen. Daher eignen sich oben beschriebene Leitparameter (Korngrößenverteilung mit Feinkornanteil), Konsistenz (Konsistenzzahl) bzw. Lagerungsdichte sowie Abriebwert A BR und Brechbarkeitskoeffizienten B R . Da bei Vortrieben mit Lockergestein oftmals an der Ortsbrust verschiedene Schichten anstehen, ist eine detaillierte Betrachtung der Übergangsbereiche bezüglich der Leitparameter sowie der Verfahrenstechnik der Tunnelbohrmaschine wichtig. Für eine klare vertragliche Kalkulationsbzw. Vertragsgrundlage wird daher empfohlen, die Homogenbereiche jeweils in separaten Leistungspositionen im Rahmen des Bauvertrags zu berücksichtigen. Es wird weiterhin empfohlen, für die Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Lockergestein den in nachfolgendem Bild 6 dargestellten Ablauf zu berücksichtigen. Dabei wird im 1. Schritt eine geotechnische Voruntersuchung (gemäß DIN EN 1997-2, Kapitel 2.3), durchgeführt. Auf dieser Basis wird das prinzipielle Vortriebsverfahren (hier: Vortrieb mit Tunnelbohrmaschinen) und die prinzipiell geeigneten Vortriebsklassen (VS 1, VS 2 und VS 3) durch den Planer abgeschätzt. Im 2. Schritt wird für die Entwurfsplanung anschließend die geotechnische Hauptuntersuchung (gemäß DIN EN 1997-2, Kapitel 2.4) in Verbindung mit DIN 4020 durchgeführt. Im 3. Schritt wird der Geotechnische Bericht erstellt, der auch einen Vorschlag zur Einteilung des Bodens in Homogenbereiche anhand der o.g. Leitparameter beinhaltet. Basierend auf dem Geotechnischen Bericht trifft der Planer die optimale Auswahl der Tunnelbohrmaschine sowie der Vortriebsklasse nach Durchführung der in [12] angegebenen Analysen. Dafür wird der Baugrund in Tunnellängsrichtung in Vortriebsabschnitte unterteilt, um abschnittsweise die Interaktion Baugrund-TBM zu betrachten (vgl. [15]). Im 5. Schritt erfolgt anschließend ein Vergleich des aktuellen Stands der Planung mit dem Geotechnischen Bericht auch hinsichtlich der Unterteilung in Homogenbereiche. Abschließend (6. Schritt) erstellt der Planer die Unterlagen (Leistungsbeschreibung und Leistungsverzeichnis) für die Ausschreibung der Untertagebauarbeiten. Auf diese Weise berücksichtigen die Leistungspositionen nicht nur die jeweiligen Vortriebsklasse und die Vortriebsabschnitte, sondern auch die jeweiligen Homogenbereiche. 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 297 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung Bild 6: Empfohlenes Vorgehen zur Unterteilung des Baugrunds in Homogenbereiche bei Nutzung von Schildmaschinen im Lockergestein mit Darstellung der Verantwortlichkeit, in Anlehnung an [14] Durch das oben beschriebene Vorgehen werden die Besonderheiten des maschinellen Tunnelvortriebs im Boden dank der optimalen Abstimmung zwischen Planer und Geotechnischem Sachverständigen berücksichtigt. Diese Vorgehen in Verbindung mit der Empfehlung zur Auswahl von Tunnelbohrmaschinen [12] und einer geeigneten Unterteilung des Baugrund in Homogenbereiche auf Grundlage der jeweiligen projektspezifischen Randbedingungen und in Verbindung mit den jeweiligen Vortriebsklassen bzw. -abschnitten ermöglicht eine klare Kalkulationsbzw. Vertragsgrundlage. 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Januar 2018 in Hannover, S. 15 - 19 [14] Budach, C., Pohl, C.; Röchter, L.: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche bei Vortrieben mit Schildmaschinen, tunnel, 5, 2019, Bauverlag, Gütersloh [15] Maidl, U.; Wehrmeyer, G.: Auswahl von Tunnelbohrmaschinen - Variable-Density-Technologie, Bodenverwertung und -deponierung, Neuauflage der DAUB-Empfehlung, Forschung + Praxis 48, STUVA-Tagung 2019 298 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Januar 2020 Vortriebe mit Tunnelbohrmaschinen im Lockergestein: Einteilung des Baugrunds in Homogenbereiche im Kontext der aktuellen Normung [16] Thewes, M.: Adhäsion von Tonböden beim Tunnelvortrieb mit Flüssigkeitsschilden, Dissertation, Bericht aus Bodenmechanik und Grundbau, Bergische Universität Wuppertal, Fachbereich Bauingenieurwesen, Band 21, 1999, Shaker Verlag [17] Budach, C.; Placzek, D.; Kleen, E.: Quantitative Bestimmung des Verklebungspotentials feinkörniger Böden auf Basis von Adhäsionsspannungen, geotechnik, Vol.1, 2019, S. 2 - 10 [18] Ziegler, M.; Feinendegen, M.; Englert, K.: Verklebungen beim maschinellen Tunnelvortrieb: Bewertungsverfahren und deren bautechnische Aussagekraft sowie juristische Aspekte zu vertraglichen Regelungen, Forschung + Praxis 46: STUVA-Tagung, 2015, Ernst & Sohn, S. 163 - 171 [19] Hollmann, S.; Thewes, M.: Bewertung der Neigung zur Ausbildung von Verklebungen und zum Anfall von gelöstem Feinkorn bei Schildvortrieben im Lockergestein, 18. Tagung für Ingenieurgeologie und Forum für junge Ingenieurgeologen, S. 237- 244, 2011