Stuttgart 21 wird teurer: Experte erklärt, warum Anhydrit zum Problem wird
Stuttgart 21 wird mehr kosten und später fertig. Einer der Gründe dafür heißt Anhydrit. Das ist eine Mineralart, die bei Kontakt mit Wasser aufquillt. Warum das beim Bau eines Tunnels zum Problem wird, erklärt Prof. Dr. Dietmar Mähner vom Institut für unterirdisches Bauen am Fachbereich Bauingenieurwesen unserer Hochschule.
Prof. Dr. Dietmar Mähner ist Experte für Tunnelbau und Baukonstruktionen. (Foto: FH Münster/Wilfried Gerharz)
Herr Prof. Mähner, was genau ist Anhydrit?
Anhydrit ist eine bestimmte Art von Mineral, dessen Eigenschaft mit Gips vergleichbar ist: Er quillt auf, wenn Wasser dazukommt. Im Bereich Stuttgart kommt Anhydrit aus erdgeschichtlichen Gründen relativ häufig vor.
Beim Tunnelbau ist Wasser aber dringend notwendig. Wofür?
Man verwendet es zum Spülen. Beim Bau sind riesige Bohrer im Einsatz, die wiederum produzieren riesige Mengen Staub. Die Wasserzufuhr sorgt dafür, dass weniger davon entsteht. Und sie verringert den Widerstand, dem die Bohrer beim Kontakt mit dem Erdreich ständig ausgesetzt sind. Um es einfach auszudrücken: Der Bohrer kommt leichter durch. Außerdem kann durch den Vortrieb einer Tunnelröhre, das ist genau dieser Vorgang des Lochbohrens, ein Kontakt mit wasserführenden Schichten im Gebirge entstehen, die bei den Arbeiten möglicherweise angeschnitten werden.
Und was genau passiert, wenn Anhydrit im Erdreich enthalten ist?
Weil Anhydrit bei Kontakt mit Wasser aufquillt, wirken riesige Kräfte auf die Tunnelröhren. In einem herkömmlichen Boden ohne Anhydrit sind das etwa 200 bis 300 Kilonewton pro Quadratmeter. Das sind 20 bis 30 Tonnen, das entspricht ungefähr 20 bis 30 Klein-PKW. In einem Boden mit Anhydrit sind circa 2000 bis 5000 Kilonewton pro Quadratmeter möglich, also bis zu 500 Tonnen – mehr als ein Flugzeug wiegt. Dadurch können selbst massive Stahlbetonkonstruktionen zerdrückt werden.
Wie schnell kann das passieren?
Das ist unterschiedlich, grundsätzlich kommt es auf die Wassermenge an. Je mehr Wasser verbraucht wird, desto schneller quillt Anhydrit auf. Das kann mehrere Jahre dauern, eine ganz genaue Vorhersage ist aber nicht möglich. Weiterhin kommt es auf die Konzentration an Anhydrit an, die im Gestein vorhanden ist.
Wie könnte eine Lösung aussehen?
Am besten wäre es, beim Bau eines Tunnels – also auch beim Bohren – überhaupt kein Wasser zu verwenden und eine mögliche Wasserzufuhr durch wasserführende Gebirgsbereiche zu unterbinden. Trotzdem ist aber ein Quellverhalten nicht vollständig auszuschließen. Somit muss die Tunnelinnenschale auf diese Belastung ausgelegt werden. Während übliche Tunnelschalen ungefähr 35 bis 50 Zentimeter dick sind, kann die notwendige Schalendicke in Anhydritstrecken bis zu einem Meter betragen. Zur Verhinderung von Rissbildungen und zur Aufnahme von Spannungen in der Tunnelinnenschale wird eine einlagige Stahlbewehrung eingelegt. Das sind Stäbe aus Stahl, die wie ein Gitternetz in die Tunnelröhre eingelassen werden. Sind aber die Kräfte riesig, wie etwa durch Anhydrit, dürften mehrere Lagen notwendig sein. Das bedeutet, dass sich das Gewicht der Stahlbewehrung verfünffachen kann. Es ist sehr aufwendig und technisch schwierig, eine derartige Menge an Bewehrung zu verlegen.