Vorteile der CO2-Sprengtechnologie im Tunnelbau

Wie effektiv ist die CO2-Sprengtechnologie im Tunnelbau?

Steinbrecheffekt:

Gleichmäßige Zerkleinerung und Steuerbarkeit: Im Tunnelbau ermöglicht die CO2-Sprengtechnologie eine gleichmäßigere Zerkleinerung. Durch gezielte Bohrpositionen und die Steuerung von Parametern wie der Kohlendioxid-Füllmenge kann das Gestein in die gewünschte Richtung und Stärke zerkleinert werden. Beispielsweise kann in den Bohrlöchern entlang der Tunnelkontur die Füllmenge entsprechend reduziert werden, um feinere Risse im Gestein zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle der Tunnelbildung und reduziert Über- und Untergrabung. Diese Steuerbarkeit ist entscheidend für die Tunnelqualität, insbesondere beim Bau von städtischen U-Bahn-Tunneln oder Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunneln mit hohen Präzisionsanforderungen.

Brechleistung und Anpassung an Gesteinsarten: Die Wirkung der CO2-Sprengtechnologie variiert je nach Gesteinsart. Beim Tunnelbau von sprödem Gestein (wie Granit, Kalkstein usw.) ist die Brechwirkung in der Regel besser. Das durch die Verdampfung von flüssigem Kohlendioxid entstehende Hochdruckgas kann sich in Rissen und schwachen Bereichen des Gesteins schnell ausdehnen und so zu einem schnellen Bruch des Gesteins führen. Bei zähem Gestein (wie Schiefergestein) kann es jedoch notwendig sein, die Brechparameter zu optimieren, beispielsweise durch Erhöhung der Anzahl der Brechgeräte, Anpassung des Bohrlochabstands oder Erhöhung des CO2-Fülldrucks, um eine optimale Brechwirkung zu erzielen. Generell kann Gestein jedoch auch ohne Sprengstoff effektiv gebrochen werden, was den Tunnelbau erleichtert.

Auswirkungen auf die Stabilität des Tunnel umgebenden Gesteins:

Geringere Störungen des umgebenden Gesteins: Im Vergleich zu herkömmlichen Sprengverfahren erzeugt CO2-Fracturing weniger Vibrationen und Stoßwellen. Dies liegt daran, dass beim CO2-Fracturing das Gestein durch Gasexpansion zertrümmert wird und die Energiefreisetzung relativ sanft erfolgt. Beim Tunnelbau bedeuten geringere Vibrationen weniger Störungen des umgebenden Gesteins. Beispielsweise kann diese Technologie bei Tunnelprojekten, die durch schwaches umgebendes Gestein oder Bruchzonen verlaufen, das Risiko eines durch Sprengvibrationen verursachten Einsturzes des umgebenden Gesteins verringern, zur Erhaltung der ursprünglichen Stabilität des umgebenden Gesteins beitragen und so die Sicherheit des Tunnelbaus verbessern.

Günstig für den Bau von Stützstrukturen: Da CO2-Fracturing das umgebende Gestein weniger schädigt, können nachfolgende Tunnelstützstrukturen (wie Anker, Spritzbeton usw.) besser in das umgebende Gestein integriert werden. Die an der Felsoberfläche entstehenden Risse sind relativ regelmäßig und bieten so günstigere Bedingungen für den Einbau von Ankerstangen. Spritzbeton kann diese Risse besser füllen, die Stützwirkung verstärken und so die Gesamtstabilität des Tunnels verbessern.

Auswirkungen auf Sicherheit und Umweltschutz:

Verbesserte Sicherheit: Tunnelbaustellen sind in der Regel relativ abgeschlossen und bergen Sicherheitsrisiken, wie beispielsweise Gasansammlungen. Die CO2-Sprengtechnologie kommt ohne Sprengstoffe aus, und es besteht keine Gefahr offener Flammen durch Explosionen, was die Wahrscheinlichkeit von Gasexplosionen deutlich reduziert. Gleichzeitig entstehen durch Sprengungen keine Steinschläge, was direkte Schäden an Baupersonal und -ausrüstung reduziert. Beispielsweise kann der Einsatz von CO2-Sprengtechnologie im Tunnelbau mit Gasgefahren, wie beispielsweise in Kohlebergwerken, die Bausicherheit deutlich verbessern.

Offensichtliche Umweltvorteile: Aus Umweltschutzsicht ist das CO2-Sprengen von Gesteinen hauptsächlich ein physikalischer Prozess und erzeugt im Gegensatz zu Sprengungen keine schädlichen Gase wie Kohlenmonoxid und Stickoxide. In einem relativ geschlossenen Raum wie einem Tunnel ist die Reduzierung der Schadstoffemissionen entscheidend für die Gesundheit des Baupersonals und den normalen Betrieb der Lüftungsanlage. Zudem ist die Staubentwicklung bei dieser Technologie relativ gering, was die Luftqualität im Tunnel verbessert und die Atemwege des Baupersonals schont und gleichzeitig den Umweltschutzanforderungen entspricht.