Einsatzbereiche

Tunnelbau

Seit vielen Jahren wird Stahlfaserbeton erfolgreich und in großen Volumina im Tunnelbau eingesetzt. In zahlreichen Ländern gilt dieser Werkstoff als erste Wahl im Tunnelbau. Aufgrund vielfältiger Ursachen ist die Entwicklung in Deutschland leider noch weit von der Situation in Ländern, wie z.B. der Schweiz, Spanien und Norwegen entfernt. Nichtsdestotrotz wurden auch in Deutschland eine Reihe von Tunnelbauwerken mit Stahlfaserbeton ausgeführt. Stellvertretend dafür seien der Tunnel Berg Bock in Thüringen und Tunnel Königshainer Berge in Sachsen (Spritzbeton), die U-Bahn in Essen oder der Hofoldinger Stollen bei München (Tübbinge) genannt.

Der grundlegende Unterschied beim Tunnelbau im Vergleich zum üblichen Hochbau liegt in der Art der Beanspruchung. Während beim Hochbau vorwiegend relativ genau bestimmbare Belastungen dominieren, ist dies beim Tunnelbau nicht ganz so einfach. Hier überwiegen Beanspruchungen aus Deformationen (Spritzbetonbauweise) und den Einbauzuständen (Tübbinge). Sicherheit, Geschwindigkeit und Dauerhaftigkeit sind mit die wichtigsten Kriterien, die ein Baustoff erfüllen muss. Stahlfaserbeton hat sich dabei sehr erfolgreich bewährt – alleine oder in Kombination mit einer Bewehrung.

Spritzbeton
Bei der Spritzbetonbauweise kommt es darauf an, die Verformungen des Gebirges zum richtigen Zeitpunkt zu stabilisieren, sowie Luftzutritt und Änderungen im Wasserfluss frühest möglich zu unterbinden. Die Sicherheit der im ungesicherten Tunnelbereich arbeitenden Mannschaften hat höchste Priorität.

Daher muss das verwendete Material möglichst verformungsfähig („duktil“) und schnell einzubauen sein. Die Kombination aus Stahlfaserbeton und Felsankern hat sich dabei bewährt. Der Einbau der Anker und auch des Spritzbetons kann vom gesicherten Bereich aus mit Robotern bzw. speziellen Maschinen erfolgen, ohne dass sich ein Arbeiter in der unmittelbaren Gefahrenzone aufhalten muss. Das gefährliche, zeitaufwändige und daher auch kostspielige Anbringen von Baustahlmatten entfällt. Bauzeitverkürzungen von 30% sind gegenüber der mattenbewehrten Bauweise durchaus üblich.

Zudem sind deutliche Einsparungen in der Betonmenge möglich, da der Stahlfaserspritzbeton, anders als die Matte, der Kontur des Querschnittes folgen kann. Hohlräume hinter den Matten müssen naturgemäß nicht aufgefüllt werden. Auch der so genannte „Spritzschatten“ hinter der Bewehrung, der den Verbund reduziert, ist nicht vorhanden. Gleichzeitig wird der Rückprall durch den Wegfall der beim Spritzen störenden Bewehrungsstäbe reduziert.

Die Bemessung erfolgt, anders als im Hochbau, nicht über Lasten und daraus ermittelte Schnittgrößen. Vielmehr hilft die Spritzbetonschicht dem Gebirge, sich selbst zu tragen.

International bewährt hat sich das Kriterium der Energieaufnahmefähigkeit in Joule. Abhängig vom anstehenden Gebirge und der Tunnelgeometrie lassen sich erforderliche Werte für den zu verwendenden Stahlfaserspritzbeton ermitteln. Diese sind hauptsächlich aus der Erfahrung abgeleitet und haben sich über Jahre hinweg bewährt. Die international etablierten Plattenprüfungen, die zur Ermittlung des Energieaufnahmevermögens notwendig sind, wurden von EFNARC in einer Richtlinie  veröffentlicht. Die Versuchsergebnisse können nicht für eine Querschnittsbemessung herangezogen werden, da über das Testverfahren eine Systemeigenschaft ermittelt wird. Allerdings entspricht das Prüfverfahren dem statischen System einer rückverankerten Spritzbetonschale, so dass die Verhältnisse im Tunnel dadurch sehr gut abgebildet werden.

Stahlfaserpumpbeton
Stahlfaserpumpbeton wird im Tunnelbau beispielsweise für die Betonage der Innenschale verwendet. Der Bauablauf wird durch den Entfall der Bewehrungsarbeiten wesentlich beschleunigt und vereinfacht. Innbesondere in der Kalotte ist es dann einfacher, ein homogenes und vor allem dichtes Betongefüge herzustellen. In Österreich nimmt die Richtlinie „Tunnelinnenschalen“ explizit Bezug auf die Verwendung von Stahlfaserbeton.

Die Bemessung ist, anders als beim Spritzbeton, querschnittsbasiert und kann beispielsweise unter zu Hilfenahme des DBV-Merkblatts „Stahlfaserbeton“ geführt werden.