Hydroschildvortrieb über dem Grundwasserspiegel in hoch durchlässigen Schottern am Eppenbergtunnel – Unerwartete Probleme und ihre Lösung

As part of the four‐track improvement of the Zurich‐Berne line near Aarau, the 3.1 km long Eppenberg Tunnel was bored using a multi‐mode TBM. This involved driving more than 700 m in highly permeable soils, mostly above the groundwater table. The hydroshield drive was confronted with considerable problems. The static yield point of the bentonite slurry repeatedly fell below the critical limit of 10 N/m 2 , despite its frequent replacement. As a result, large quantities of slurry penetrated into the ground and large quantities had to be replaced. In addition, significant additional grout quantities were repeatedly observed for the filling of the annular gap. A systematic and analytical approach in cooperation with all parties involved made it possible to determine the behaviour of the system. Problems started with highly permeable open‐framework gravel layers, which permitted the slurry to penetrate far into the ground. This resulted in overbreak in the crown and local underpressure of the slurry with respect to the grout around the shield. Consequently, the annular gap grout flowed past the shield tail seal and destroyed the thixotropic properties of the slurry by adding free Ca cations. The slurry became unusable and had to be replaced. An extensive set of measures finally made it possible to solve the problems and safely bring the excavation to breakthrough. Für den vierspurigen Ausbau der Strecke Zürich‐Olten bei Aarau, wurde der 3,1 km lange Eppenbergtunnel mit einer Multi‐Mode‐Tunnelvortriebsmaschine vorgetrieben. Dabei waren über 700 m im hoch durchlässigen Schotter und größtenteils über dem Grundwasserspiegel auszubrechen. Der Hydroschildvortrieb war mit erheblichen Problemen konfrontiert. Die statische Fließgrenze der Bentonitsuspension sank trotz häufiger Suspensionswechsel immer wieder unter die kritische Grenze von 10 N/m2. Dadurch flossen große Mengen an Suspension in den Baugrund ab, die ersetzt werden mussten, und es wurden häufig deutliche höhere Verpressmengen beim Ringspaltmörtel benötigt. Mit einem systematischen und analytischen Vorgehen gelang es, eine Erklärung für die Ursache der instabilen Suspension zu finden. Ausgangspunkt sind hoch durchlässige Rollkieslagen (Open‐Framework‐Gravel‐Lagen), in denen die Suspension weit in den Baugrund eindringt, sich ein Überprofil entwickelt und sich ein lokaler Unterdruck in der Suspension in Relation zum Ringspaltmörtel über dem Schild einstellt. In der Folge überströmt der Ringspaltmörtel die Sc