Analyse der beim Bau der tiefen Baugrube „U-Bahn Station Vijzelgracht“ in Amsterdam aufgetretenen Probleme und Überlegungen zur Optimierung der Wasserhaltungsmaßnahmen

In Amsterdam wird eine neue Metrolinie, die "Noord/Zuidlijn", gebaut (Bild 1). Der Rahmen dieser Bachelorarbeit bildete die vertikale Baugrundstabilität und die Entspannungswasserhaltung einer dünnen, gespanntes Grundwasser führenden Sandschicht an der neu zu errichtenden Station "Vijzelgracht". Die Baugrube dieser über 30 m tiefen Station erstreckt sich auf einer Länge von 270 m und einer Breite von 20 m. Gegen horizontale Lasten als Erd- und Wasserdruck wird die Baugrube durch einen Schlitzwandtrog mit aussteifenden Rundstahlsteifen sowie den planmäßigen Betonscheiben (Deckelplatte, Zwischendecke und Fundamentplatte) gesichert.

 

 

Der Baugrund stellt sich in einer Wechselschichtung aus relativ wasserundurchlässigen Kleipaketen und wasserführenden Sandschichten dar. Dabei steht in den Sandschichten jeweils stark gespanntes Grundwasser an. Die beim Aushub auf Endtiefe gefährdenden Grundwasserleiter sind die Zwischensandschicht (Tussenzandlaaag) und die dritte Sandschicht (Derde zandlaag). Die vertikale Baugrundstabilität war, gegen die Gefahr eines Baugrundaufbruchs aus den beiden genannten Sandschichten heraus, nachzuweisen. Das Bild 2 zeigt die relevante Bodenschichtung ab dem Niveau der Zwischendecke mit den Schnitten der relevanten Versagensvarianten. Zur Sicherung in der finalen Aushubphase wurde die Zwischensandschicht über eingebrachte Vakuumtiefbrunnen entspannt und der Raum unter der Zwischendecke mit Luftüberdrück beaufschlagt.

 

 

Die Sicherheit gegen ein Aufbrechen des Bodens bzw. im erweiterten Sinne eines hydraulischen Grundbruchs wurde in verschiedenen Nachweisvarianten ermittelt. Vorerst wurden für beide Versagensbedingungen und verschiedene Lastfälle Berechnungen nach der DIN 1054:2005-01 mit der Gegenüberstellung der günstig und ungünstig wirkenden Kräfte bzw. Lasten durchgeführt. Anschließend ist die FEM zur Analyse herangezogen worden. Bild 3 zeigt bspw. das verformte FEM-Netz bei Ausfall des Überdrucksystems.

 

 

Es konnte festgestellt werden, dass unter den normalen Bedingungen keine Gefahr eines Bodenaufbruchs besteht. Einzig wenn die Entspannungswasserhaltung und der Überdruck gleichzeitig ausfielen, bestünde Gefahr eines Aufbruches aus der Zwischensandschicht heraus.

Die analytischen Ergebnisse wurden anhand von Modellversuchen im bodenmechanischen Labor weiter untersucht. Bild 4 zeigt den Versuchsaufbau, indem beide kritischen Aquifere mit Originalmaterial aus Amsterdam modelliert wurden.

 

 

Nach den Standsicherheitsberechnungen wurde der Wirkungsgrad der Wasserhaltungsanlage anhand eines dazu entwickelten Exel-Programmes ermittelt. Die Anwendung der für Grundwasserabsenkungen bzw. -entspannungen üblichen Berechnungsansätze war für die situativen Randbedingungen wie die Inhomgenität und Troglage der Zwischensandschicht nicht möglich. Mithilfe des für Wasserhaltungen anwendbaren Superpositionsprizipes und der Förderraten der laufenden Wasserhaltungsanlage konnte ein empirisches Grundwassermodell aufgestellt und kalibriert werden. Hieraus wurden jeweils Modelle für die reine Schwerkraftentwässerung (siehe Bild 5) und die Vakuumentwässerung aufgestellt.

 

 

Zum Ende ist aus den entwickelten Grundwassermodellen und des Ergebnissen der Standsicherheitsberechnungen eine Entwurfslösung unter Berücksichtigung der Hauptkriterien Standsicherheit, Wirtschaftlichkeit und Arbeitsschutz zur Optimierung der Brunnenanlage entwickelt werden.

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Vakuumbrunnentechnik bei der U-Bahn Amsterdam (mit freundlicher Genehmigung der bbr)