Gemäß Aussage in P264 kann im Rahmen der geplanten Stilllegung des ERA Morsleben nicht ausgeschlossen werden, dass entsprechend den Erfahrungen der bGZ im Zuge der Verfüllung von Grubenbauen mit Salzbeton Überschusslösungen entstehen und über Weg-samkeiten im umgebenden Steinsalzgebirge in die noch befahrbaren Grubenbaue austreten.
Im Bereich der Einlagerungsgrubenbaue ist in der Konsequenz zu unterstellen, dass die Überschusslösungen in Kontakt mit den radioaktiven Abfällen kommen und die dann konta-minierten Lösungen in die angrenzenden, betrieblich noch genutzten Grubenbaue austreten.
Basierend auf den Planungen zum Stilllegungsbetrieb wird daher vom Antragsteller gefor-dert, an insgesamt vier Lokationen des ERA Morsleben so genannte temporäre Abdichtun-gen zu errichten, die über einen Zeitraum von 12a einen potenziell nicht auszuschließenden Austritt kontaminierter Lösungen in betrieblich noch genutzte Grubenbaue verhindern sollen.
Aufbauend auf einer Beschreibung der vier, für die Errichtung temporärer Streckenabdich-tungen vom AS genannten Lokationen (alle Lokation lokalisiert im Steinsalz) wird in P264 stellvertretend ein Standsicherheits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweis für die hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen und bezüglich ihres Tragverhaltens bei anstehendem Fluiddruck ungünstigste Lokation geführt (Ostfeld, 4. Sohle). Sie ist charakterisiert durch eine maximal anzusetzende Überstauung der temporären Abdichtung durch eine Fluidsäule von 80m Höhe (Ostfeld zwischen 2. Sohle und 4. Sohle). Ziel der in P264 dokumentierten Be-rechnungen ist es nachzuweisen, dass ein Abdichtungsbauwerk aus hydraulisch abbinden-dem Baustoff der Festigkeitsklasse C20/25 gemäß DIN 1045-1:2001-07 geeignet ist, die An-forderungen an Standsicherheit und Dichtheit zu gewährleisten. Der Nachweis der Standsi-cherheit erfolgt in P264 durch numerische Berechnungen auf der Grundlage eines rotations-symmetrischen Berechnungsmodells. Für den Nachweis der Dichtheit werden vereinfachte analytische Betrachtungen herangezogen.
Zur Prüfung der zahlenmäßigen Richtigkeit der in P264 dokumentierten Berechnungsergeb-nisse ist entsprechend der Vorgehensweise in P264 durch die Prüfer ein weitgehend identi-sches rotationssymmetriidenti-sches Berechnungsmodell STTA erstellt worden. Eine Schemaskiz-ze des für die Verifikationsberechnungen erstellten rotationssymmetrischen Berechnungs-modells STTA zeigt Bild 2.3.1.
Bild 2.3.1: Schemaskizze Berechnungsmodell STTA, Zahlenangaben in m
Der Berechnungsausschnitt des Modells umfasst analog zu den Berechnungen des AS ei-nen Gebirgsausschnitt mit einer horizontalen Ausdehnung von 49 m Breite und 26 m Tiefe.
Zur Teufe hin erstreckt sich der Berechnungsausschnitt von der Teufe z = -486 m (-346 mNN) bis in die Teufe z = -533 m (-393 mNN), woraus eine Modellhöhe von H
47
m resultiert. Bild 2.3.2 zeigt die Diskretisierung des Berechnungsmodells. Die Modellränder des Berechnungsmodells sind am unteren Modellrand vertikal in z-Richtung sowie an den seitli-chen Rändern horizontal in x- und y-Richtung unverschieblich gelagert.Der obere Rand der Berechnungsmodelle ist in vertikaler Richtung frei verschieblich und mit einer dem Eigengewicht des überlagernden Gebirges entsprechenden Flächenlast von
MPa m
s m m
kg H
g
p
2200 /
39 , 81 / ²
486
10 , 5
beaufschlagt.Das Verschlussbauwerk mit den geplanten Abmessungen BTH
19
m5 , 6
m5
m ist in der Strecke horizontal mittig angeordnet. Zur Vermeidung artifizieller Spannungskonzentrati-onen in den Eckbereichen der Streckenkontur erfolgte eine Ausrundung der Ecken mit einem Radius von r 0 , 3
m(→ in P264 ist r = 0,2m gewählt). Aufgrund der Symmetrieeigenschaf-ten ist nur ein Gebirgsausschnitt mit dem halben Verschlussbauwerk in y-Richtung model-liert. Die diskretisierte Bauwerkstiefe im Berechnungsmodell entspricht somit T 2 , 8
m. Die Diskretisierung erfolgte durch insgesamt 48020 Zonen und 54295 Knoten.Die Berechnungen des Prüfers TUC erfolgten mit Programmsystem Flac3D in der Programm-version 4.0-52 der Firma Itasca.
Bild 2.3.2: Diskretisiertes Berechnungsmodell STTA mit äußerer Belastung auf der Mo-delloberseite
Die Fluiddruckbelastung des Bauwerks erfolgt in Analogie zur Vorgehensweise in P264 unter Ansatz einer Überstauhöhe von 80 m durch einen hydraulischen Druck von pL = 9,4 bar.
Dieser Wert ist bei einer gewählten Fluiddichte von
fl 1200
kg/
m³
wie folgt ermittelt wor-den:MPa m
s m m
kg
pL 1200 / ³9,81 / ²80 0,94 (2.3.1)
49 m 47 m
26 m
Die Abbildung des Kriechverhaltens von Steinsalz erfolgt in Analogie zum Antragsteller durch das Stoffmodell NORTON gemäß G. (2.3.2):
n
E A
0
(2.3.2)Als gebirgsmechanische Kennwerte werden in Analogie zu P264 angesetzt:
Elastizitätsmodul: E
25000
MPa Querkontraktionszahl:
0 , 27 [
]
Dichte:
G 2200
kg/
m³
Reibungsbeiwert:
0 , 4
Kohäsion: c
0 , 4
MPa Vorfaktor: A7 , 13
10
111 /
d Spannungsexponent: n5
Die gewählten Kennwerte ergeben nach Angaben des AS ein schnell kriechendes Steinsalz entsprechend der höchsten Kriechklasse nach BGR. Begründet wird dies durch die kurzfris-tige Erwärmung des Gebirges aufgrund der entstehenden Hydratationswärme beim Abbin-den des Betons des Abdichtungsbauwerkes. Darauf hinzuweisen ist, dass in P264 und auch in den nachfolgend dokumentierten Verifikationsberechnungen die Hydratation des Betons nicht berücksichtigt wird, d.h. sowohl die zeitabhängige Aushärtung wie auch die Hydratati-onswärmeentwicklung werden in P264 vernachlässigt.
Gemäß Aussage in P264 wird das Abdichtungsbauwerk planmäßig mit einem Beton der Fes-tigkeitsklasse C20/25 gemäß DIN 1045-1:2001-07 mit folgenden Materialeigenschaften her-gestellt:
Elastizitätsmodul: E
20000
MPa (Ansatz in den Standsicherheitsberech-nungen)Querkontraktionszahl:
0 , 20 [
]
Dichte:
B 2400kg/m³Zugfestigkeit: fctk;0,05
1 , 5
MPa (unterer Norm-Quantilwert) Druckfestigkeit: fck;cyl 20
MPaDer Bemessungswert der Druckfestigkeit wird unter Berücksichtigung eines Teilsicherheits-beiwertes von
C 1 , 5
und eines Dauerstandsfestigkeitsfaktor von
0 , 85
aufDruck MPa
C,
11 , 3
abgemindert.Für die Modellierung des Verschlussbauwerkes wird in Analogie zu P264 elastisches Materi-alverhalten unter Verwendung des HOOKE’schen Stoffmodells angesetzt.
Die Belastungsgeschichte wird entsprechend der in P264 dokumentierten Vorgehensweise durch zeitunabhängige Differenzlastfälle (→ Bauzustände) zur rechnerischen Simulation der Streckenauffahrung, des Streckennachschnitts, des Einbaus des Abdichtungsbauwerkes und des Aufbaus eines Injektionsdruckes und einen viskosen Differenzlastfall (→ Bauzustand) zur rechnerischen Abbildung des auf das Abdichtungsbauwerk aufkriechenden Gebirges si-muliert. Durch diese, in P264 vorgegebene Abfolge einzelner Bauzustände wird beim Bau-werkseinbau ein Spannungszustand simuliert, der dem Zustand bei Neuauffahrung der Stre-cke entspricht. Eine Modellierung der Standzeit der StreStre-cke vor Errichtung des Abdichtungs-bauwerkes wird durch diese Vorgehensweise nicht berücksichtigt.
Die nachfolgend aufgeführten Bauzustände beschreiben die wesentlichen baulichen Verän-derungen und die rechnerische Simulation der Beanspruchungen:
1. Bauzustand (primärer Gebirgszustand): Der Primärzustand kann als isotrop ange-nommen werden. Das Hereingewinnen des Auflockerungsbereiches wird im ersten Be-rechnungsschritt berücksichtigt.
2. Bauzustand (spannungsfreier Einbau): Die temporäre Abdichtung wird spannungs-frei eingebaut. Sie erfährt in diesem Bauzustand nur eine Belastung aus ihrem Eigen-gewicht.
3. Bauzustand (anstehender Injektionsdruck): Der dritte Bauzustand beschreibt den Zeitpunkt kurz nach der Injektionsmaßnahme. Hierdurch wird das Bauwerk mittels In-jektion im Gebirge eingespannt. Die temporäre Abdichtung ist kraftschlüssig mit dem Gebirge verbunden. Der Injektionsdruck beträgt 1 MPa über den weitaus größten Teil der Bauwerkslänge und fällt an den Stirnflächen auf den Wert Null ab.
4. Bauzustand (anstehender Fluiddruck): Im lösungsseitigen Streckenabschnitt stellt sich ein vorgegebener Fluiddruck ein, der auf die Stirnseite der temporären Abdichtung wie auch auf die Kontur der Strecke wirkt. Der Fluiddruck beträgt 0,94 MPa.
5. Bauzustand (Aufkriechen des Gebirges): Simulation des Aufkriechens des Gebirges mit Ansatz viskoser Materialeigenschaften für das Steinsalzgebirge über eine Zeitdauer von t = 12a.
kes werden in P264 die Berechnungsergebnisse durch mehrere Kriterien bewertet. Hinsicht-lich des Bauwerkes wird im Nachgang der Berechnungen überprüft, ob die angesetzten Grenzwerte für die Druck- und Zugfestigkeit in allen Bauzuständen eingehalten werden. Da-mit sollen geschädigte Bereiche des Baumaterials detektiert und deren Einfluss auf die Funk-tionstüchtigkeit und Standsicherheit bewertet werden. In P264 wird durch den AS ausgeführt, dass die einachsige Vergleichsspannung
V ein Maß für die Beanspruchung des Baustoffs ist. Ist diese kleiner als die einachsige Druckfestigkeit
C,Druck des Baustoffes, kann gemäß Aussage in P264 ein Druck- beziehungsweise Schubversagen mit ausreichender Wahr-scheinlichkeit ausgeschlossen werden. Die größte Hauptnormalspannung 1 stellt dagegen ein Maß für die Zugbeanspruchung des Baustoffes dar, falls diese positive Zahlenwerte an-nimmt. Ist die größte Hauptnormalspannung 1 kleiner als der Bemessungswert für die Zug-festigkeit, dann ist gemäß P264 Zugversagen mit ausreichender Wahrscheinlichkeit auszu-schließen.Als Grenzzustandsgleichungen für Spannungen im Verschlussbauwerk werden in P264 for-muliert:
Druckfestigkeit:
V 11 , 3
MPa Zugfestigkeit: 1 1,5MPaDes Weiteren hängt die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Bauwerkes nach Darstellung des AS unter anderem von den Kräften und Verschiebungen ab, die sich zwi-schen Bauwerk und Gebirge einstellen. Zur Bewertung werden die im Kontaktbereich wir-kenden Schubspannungen nach folgender Anforderung ausgewertet:
Schub in der Fuge bzw. im Kontaktbereich:
Fuge 0 , 4
MPaDie einzelnen Homogenbereiche werden als jeweils homogenes und isotropes Kontinuum angenommen. Beim Salzgebirge sind tektonisch bedingte, gebirgsschwächende Struktur-elemente (singuläre Diskontinuitäten) im Berechnungsmodell nicht berücksichtigt. Die Ho-mogenbereiche sind jeweils zug-, druck- und schubfest miteinander verbunden. Dies schließt auch den Kontaktbereich Verschlussbauwerk-Gebirge mit ein. Analog zur Vorgehensweise in P264 wird im Rahmen der Verifikationsberechnungen somit ein fester Verbund zwischen Salzgebirge und Abdichtungsbauwerk modelliert.
Die physikalischen Idealisierungen für die Berechnungen gliedern sich gemäß den in P264 gewählten Bauzuständen wie folgt:
1. Bauzustand
(a) Primärspannungszustand
(b) Ausbruch Strecke → elastischer Sekundärspannungszustand 2. Bauzustand
(c) Einbau Streckenverschluss → lastfrei, nur Eigengewicht 3. Bauzustand
(d) Aktivierung Injektionsdruck →pInj
1
MPa in der Gebirgskontur im Bereich des Abdichtungsbauwerkes durch Eintrag eines Porenwasserdruckes von p1
MPa. Die effektiven Spannungen werden im Streckenkonturbereich um 1 MPa redu-ziert. Das Verschlussbauwerk erfährt einen mechanischen Druck aufgrund des Porenwasserdruckes im Gebirgskonturbereich.(e) Der Porenwasserdruck wird auf den Zahlenwert p
0
MPa gesetzt. → Die effek-tiven Spannungen erhöhen sich im Gebirgskonturbereich und entsprechen den to-talen Spannungen. Die mechanische Einspannung des Verschlussbauwerkes bleibt erhalten.4. Bauzustand
(f) Aktivierung Fluiddruck →pfl
0 , 94
MPaauf die Streckenkontur sowie die Stirn-seite der Abdichtung5. Bauzustand
(g) Simulation Aufkriechen des Gebirges → viskose Berechnung bis t = 12a
Die rechnerisch ermittelten Zustandsgrößen für ausgewählte Bauzustände werden nachfol-gend zu unterschiedlichen Zeitpunkten graphisch dargestellt. Die Auswahl der Zeitpunkte und Zustandsgrößen orientiert sich im Wesentlichen an den Ausführungen in P264. Die für die Bewertung herangezogenen Kriterien und Grenzwerte entsprechen denen in P264:
Druckfestigkeit:
V 11 , 3
MPa Zugfestigkeit: 1 1,5MPaSchub in der Fuge bzw. im Kontaktbereich:
Fuge 0 , 4
MPaDarauf hinzuweisen ist, dass der AS für die Beurteilung der zulässigen Zugbeanspruchung die Hauptnormalspannung 1 im Abdichtungsbauwerk auswertet. Diese soll kleiner oder gleich der Zugfestigkeit fctk;0,05
1 , 5
MPasein, um Zugversagen mit ausreichender Wahr-scheinlichkeit auszuschließen. Die Zugfestigkeit fctk;0,05weist der AS als den anzusetzenden Bemessungswert aus. Jedoch stellt der Zahlenwert der Zugfestigkeit fctk;0,05gemäß DIN 1045-1 den charakteristischen Wert des 5%-Quantils der zentrischen Betondruckfestigkeit dar. Aufgrund der Tatsache, dass der AS diesen charakteristischen Wert mit dem anzuset-zenden Bemessungswert gleichstellt, erfolgt keine Abminderung des Bemessungswertes durch einen Teilsicherheitsbeiwert. Aufgrund der hohen Streuung der Zugfestigkeit des Be-tons sieht die DIN 1045-1 aber einen Teilsicherheitsbeiwert von
1 , 8
vor. Demnach ergibt sich die zulässige Spannung zul
C,Zugbei Beanspruchung des Betons auf Zug zu:MPa zul
C,Zug 1 , 5 / 1 , 8
0 , 83
Die angesetzte zulässige Zugspannung ist vom AS demnach zu hoch gewählt und entspricht nicht dem Zahlenwert, der aus der dafür gültigen DIN-Norm zu ermitteln wäre.
Primärspannungszustand
In Übereinstimmung mit der allgemein üblichen Annahme wird davon ausgegangen, dass die primären Gebirgsspannungen vertikal und horizontal gerichtet sind. Die vertikalen Primär-spannungen pGv werden als mit der Teufe veränderlich und dem lithostatischen Überlage-rungsdruck entsprechend angenommen, während die horizontalen Primärspannungen pGh in den beiden Hauptrichtungen gleich sind und ein K0-faches der vertikalen Primärspannungen betragen. In Analogie zur Vorgehensweise des AS wird im Steinsalzgebirge dem allgemein üblichen Ansatz folgend für die Seitendruckziffer ein Zahlenwert von K0 = 1 angesetzt. Da-raus folgt ein isotroper Primärspannungszustand im Steinsalzgebirge.
Bild 2.3.3 zeigt in einer flächenhaften Darstellung die zahlenmäßig richtige Einprägung der vertikalen Primärspannungen in das Berechnungsmodell. Danach ergibt sich am oberen Mo-dellrand eine vertikale Primärspannung von P0= -10,5 MPa und am unteren Modellrand in z = -533,0 m Teufe eine vertikale Primärspannung von P0= -11,5 MPa.
Bild 2.3.3: Vertikale Primärspannung
z = -486 m = 346mNN Po = -486m*9,81m/s²*2200kg/m³
=-10,5 MPa
Po = -533m*9,81m/s²*2200kg/m³
=-11,5 MPa
z = -533 m = 393mNN
Ausbruch Strecke
Bild 2.3.4 zeigt die Vertikalspannungen nach dem elastischen Ausbruch der Strecke am Ge-samtmodell (Sekundärspannungszustand). Deutlich zu sehen sind die resultierenden Span-nungsumlagerungen.
Bild 2.3.4: Elastischer Ausbruch – Gesamtmodell
Einbau Streckenverschluss
In Bild 2.3.5 ist die Vertikalspannungsverteilung nach Einbau des Verschlussbauwerkes flä-chenhaft aufgetragen. Zu erkennen ist, dass für das Verschlussbauwerk ein spannungsfreier Einbau erfolgte und die vertikale Belastung des Verschlussbauwerkes lediglich aus dem Ei-gengewicht resultiert.
Zur besseren Darstellung wird das Verschlussbauwerk mit den vertikalen Spannungen unter gleichem Belastungszustand in Bild 2.3.6 auch isoliert dargestellt.
Bild 2.3.5: Elastischer Einbau Verschlussbauwerk (nur Eigengewicht) – Gesamtmodell
Bild 2.3.6: Elastischer Einbau Verschlussbauwerk (nur Eigengewicht) – Detailansicht Verschlussbauwerk
Aktivierung Injektionsdruck
Der dritte Bauzustand beschreibt den Zeitpunkt kurz nach der Injektionsmaßnahme. Durch die Injektionsmaßnahme soll im Kontaktbereich zwischen Abdichtungsbauwerk und Gebirge ein mechanischer Druck von 1 MPa erzeugt werden. Dieser mechanische Druck wurde mit Hilfe eines eingeprägten Porenwasserdruckes von 1 MPa im Gebirgskonturbereich, der mit dem Abdichtungsbauwerk in Kontakt steht, simuliert.
Bild 2.3.7 zeigt den Porenwasserdruck im Gesamtmodell. Im Bereich der Gebirgskontur ist ein roter Bereich mit einem Porenwasserdruck von 1 MPa zu erkennen. Das Abdichtungs-bauwerk ist in dieser Abbildung zur besseren Darstellung programmtechnisch ausgeblendet.
Bild 2.3.7: Injektionsdruck aktiv – Porenwasserdruck
Der rot dargestellte Injektionsbereich liegt im Gebirgsbereich und weist eigene Material-kennwerte auf. Vor dem Hintergrund, dass die Injektionsdruckbeaufschlagung nur elastisch simuliert wird, sind dem Injektionsbereich die nachstehenden elastischen Materialparameter zugewiesen:
Elastizitätsmodul: E
100
MPa Querkontraktionszahl:
0 , 45 [
]
Dichte:
2200
kg/
m³
Des Weiteren wird der Biot-Koeffizient mit
1 [
]
, die Porosität mit0 , 4 [
]
und die Permeabilität mitK 1
10
18m²
angesetzt.Für die Fluideigenschaften werden folgende Zahlenwerte verwendet:
Fluiddichte:
fl 1200
kg/
m³
Fluidviskosität:
fl 1,56109 MPaDie gewählten Zahlenwerte basieren auf Annahmen des Prüfers TUC, da die für diese Be-rechnungen erforderlichen Zahlenwerte den Antragstellerunterlagen nicht zu entnehmen sind und aus P264 auch nicht erkannt werden kann, wie der AS den Injektionsdruck rechnerisch initialisiert hat.
Das verwendete Simulationsprogramm Flac3D rechnet für den Fall, dass im Berechnungsmo-dell keine Porenwasserdrücke vorhanden sind, grundsätzlich mit totalen Spannungen (die ef-fektiven Spannungen entsprechen dann den totalen Spannungen). Sobald mindestens eine Zone des Berechnungsmodells mit einem Porenwasserdruck von p
0
belegt wird, werden zusätzlich die effektiven Spannungen unter Berücksichtigung des Biot-Koeffizienten, des Po-renwasserdruckes sowie der totalen Spannungen wie folgt ausgewiesen:tot p
eff
(2.3.3)mit:
eff effektive Spannungen [MPa]
tot totale Spannungen [MPa] Biot-Koeffizient [-]
p Porenwasserdruck [MPa]
Der eingebrachte Porenwasserdruck bewirkt demnach eine Spannungsänderung im Injekti-onsbereich. Bild 2.3.8 zeigt die effektiven Vertikalspannungen nach Eintrag des Porenwas-serdruckes im Konturbereich. Zu erkennen ist im Vergleich zur Darstellung der totalen Verti-kalspannungen in Bild 2.3.9, dass die effektiven Spannungen im Gebirgsbereich ober- und unterhalb des Abdichtungsbauwerkes um 1 MPa kleiner sind.
Bild 2.3.8: Injektionsdruck aktiv – effektive Vertikalspannungen – Gesamtmodell
Bild 2.3.9: Injektionsdruck aktiv – totale Vertikalspannungen – Gesamtmodell
Die Bilder 2.3.10 bis 2.3.12 zeigen die resultierende mechanische Wirkung der Injektions-maßnahme auf das Abdichtungsbauwerk. Aus Bild 2.3.10 ist zu erkennen, dass das Abdich-tungsbauwerk unter Vernachlässigung der Randbereiche mit einer Vertikalspannung von ca.
8 bar vollständig überdrückt wird. Die gleiche Wirkung verdeutlicht Bild 2.3.11 bezüglich der flächenhaft dargestellten Horizontalspannung in Richtung des seitlichen Stoßes. Die lenwerte der horizontalen Spannungen im Abdichtungsbauwerk zeigen vergleichbare Zah-lenwerte von ca. 8 bar.
Darauf hinzuweisen ist bei dieser Simulation insbesondere, dass die Größe der Zahlenwerte abhängig ist von den gewählten Materialeigenschaften des Injektionsbereiches. Je weicher das Material des mit dem Porenwasserdruck beaufschlagten Bereiches ist, umso intensiver ist die Spannungsumlagerung auf die angrenzenden Gebirgsbereiche und das Abdichtungs-bauwerk. Weitere Einflussgrößen sind der Biot-Koeffizient, die Porosität und Permeabilität sowie die Fluideigenschaften.
Bild 2.3.10: Injektionsdruck aktiv – effektive Vertikalspannungen – Detailansicht Verschluss-bauwerk
Bild 2.3.11: Injektionsdruck aktiv – effektive y-Koordinatenspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bild 2.3.12 zeigt, dass der Grenzwert 1 1,5MPa für die zulässige maximale Hauptspan-nung an keiner Stelle des Bauwerkes verletzt wird. Somit sind im analysierten BerechHauptspan-nungs- Berechnungs-fall an keiner Stelle des Bauwerkes Schäden aufgrund zu hoher Zugbeanspruchungen zu beobachten. Die Spannungsspitzen an den Randbereichen sind vermutlich numerisch be-dingt.
Bild 2.3.13 ist zu entnehmen, dass die einachsige Vergleichsspannung im gesamten Ver-schlussbauwerksbereich den Zahlenwert
V 11 , 3
MPanicht übersteigt, wodurch ein Druck-spannungsversagen im analysierten Berechnungsfall bei Ansatz der in P264 gewählten Be-wertung ausgeschlossen werden kann.Bild 2.3.12: Injektionsdruck aktiv – maximale effektive Hauptspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bild 2.3.13: Injektionsdruck aktiv – Einachsige Vergleichsspannung – Detailansicht Verschlussbauwerk
Die Bilder 2.3.14 und 2.3.15 zeigen die totalen Vertikalspannungen im Gesamtmodell sowie die totalen horizontalen Spannungen in y-Richtung im Abdichtungsbauwerk analog zu den Bildern 2.3.9 und 2.3.11 nachdem der Porenwasserdruck wieder zu p
0
MPagesetzt wur-de. Bild 2.3.15 ist zu entnehmen, dass die durch den Porenwasserdruck resultierenden hori-zontalen Spannungen im Abschlussbauwerk erhalten bleiben auch wenn der Porenwasser-druck nicht mehr aktiv durch Vorgabe eines PorenPorenwasser-druckes von 1 MPa aufrechterhalten wird.Diese Simulationsphase soll die Wirkung nach Aushärten des Injektionsmittels darstellen und dient als Ausgangsspannungszustand für die anschließende Fluiddruckbeaufschlagung und viskose Berechnung (4. und 5. Bauzustand).
Bild 2.3.14: Injektionsdruck passiv – totale Vertikalspannungen – Gesamtmodell
Bild 2.3.15: Injektionsdruck passiv – totale y-Koordinatenspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Aktivierung Fluiddruck
Im vierten Bauzustand stellt sich im lösungsseitigen Streckenabschnitt ein vorgegebener Fluiddruck von pfl
0 , 94
Mpaein, der auf die Stirnseite der temporären Abdichtung sowie auf die Kontur der Strecke wirkt. Bild 2.3.16 zeigt die Wirkung hinsichtlich der Vertikalspan-nung. Zu erkennen ist eine erhöhte Spannung auf der lösungsseitigen rechten Streckenseite gegenüber der linken Streckenseite im Gebirgskonturbereich. In Bild 2.3.17 ist das isoliert dargestellte Abdichtungsbauwerk mit den resultierenden Horizontalspannungen in Richtung der Bauwerkslängsachse zu sehen. An der lösungsseitigen Stirnfläche stellt sich ohne Be-rücksichtigung der Randbereiche ein Horizontaldruck von 7 bis 9,2 bar ein.Bild 2.3.16: Fluiddruckbeaufschlagung - Vertikalspannungen – Gesamtmodell
Bild 2.3.17: Fluiddruckbeaufschlagung – x-Koordinatenspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Die Fluiddruckbeaufschlagung im 4. Bauzustand führt in Analogie zu den in P264 dokumen-tierten Berechnungsergebnissen zu rechnerisch unzulässig hohen Schubspannungen in der Fuge, Bild 2.3.18 und Bild 2.3.19. Somit können lokal begrenzte Relativverschiebungen nicht ausgeschlossen werden, die in der Folge zu einem lokalen Spannungsabbau führen. Da die Schubspannungen aber im weitaus größeren Bereich in der Größenordnung von
1
MPa,
0
liegen und somit die vom AS angesetzte BemessungsbedingungFuge 0,4MPa
eingehalten wird, ist keine Relativbewegung des Gesamtbauwerkes zu er-warten.
Die maximal im Bauwerk auftretende Vergleichsspannung liegt mit etwa 2 MPa deutlich un-ter dem Bemessungswert von
V 11 , 3
MPa, Bild 2.3.20. Demnach ist nach dem Konzept des AS in P264 kein Druckversagen zu erwarten.Bild 2.3.18: Fluiddruckbeaufschlagung - Schubbeanspruchung in der Fuge am Stoß
Bild 2.3.19: Fluiddruckbeaufschlagung - Schubbeanspruchung in der Fuge an der Firste
Bild 2.3.20: Fluiddruckbeaufschlagung - Einachsige Vergleichsspannung – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bild 2.3.21 ist im Gegensatz zu den entsprechenden Auftragungen in P264 (Abb. 21, S. 35, P264) eine Verletzung des Kriteriums 1 1,5MPa nicht zu entnehmen. Die maximale Hauptspannung liegt im Bereich der lösungsseitigen Kanten mit etwa 1,3 MPa geringfügig unter dem Bemessungswert. Anzumerken ist, dass jede Zonenfarbe den jeweiligen Zahlen-wert im Schwerpunkt der Zone ausweist. Bei einer möglichen Extrapolation zu den Rändern können numerisch bedingt jedoch auch höhere Spannungen auftreten.
Bild 2.3.21: Fluiddruckbeaufschlagung – Maximale effektive Hauptspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Viskose Berechnung bis t = 12a
Im 5. Bauzustand wird das Aufkriechen des Gebirges mit seinen viskosen Materialeigen-schaften über eine Zeitdauer von t = 12a simuliert. Bild 2.3.22 zeigt flächenhaft die Verteilung der vertikalen Spannungen nach der Simulationszeit von t = 12a. Es ist zu erkennen, dass der Hohlraumeinfluss fast bis zu den Rändern des Berechnungsmodells reicht und die Verti-kalspannung im Bereich der lösungsseitigen Gebirgskontur höhere Zahlenwerte aufweist, was auf den aufgebrachten Fluiddruck zurückzuführen ist. Bild 2.3.23 zeigt eine flächenhafte Darstellung der Vertikalspannung im Abdichtungsbauwerk. Die Vertikalspannungen zeigen unter Vernachlässigung der hohlraumbeinflussten Randbereiche Zahlenwerte von
z 7,5MPa
(→ vertikale Primärspannungen in dieser Teufe ca. 11 MPa).
Bild 2.3.22: Viskose Berechnung bis t = 12a – Vertikalspannungen – Gesamtmodell
Bild 2.3.23: Viskose Berechnung bis t = 12a – Vertikalspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bild 2.3.24 zeigt die einachsigen Vergleichspannungen im Abdichtungsbauwerk nach 12 Jahren Standzeit. Der flächenhaften Darstellung ist zu entnehmen, dass lediglich im Bereich der Kanten der luftseitigen Stirnfläche das Kriterium
V 11 , 3
MPa verletzt wird. Ein ver-gleichbares Berechnungsergebnis ist in der Antragstellerunterlage P264 (Abb. 21, S. 35) do-kumentiert.Bild 2.3.24: Viskose Berechnung bis t = 12a – Einachsige Vergleichsspannung – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bild 2.3.25 zeigt die größten Hauptspannungen nach 12 Jahren viskoser Berechnung. Das vom AS definierte Kriterium 1 1,5MPa wird an keiner Stelle des Abdichtungsbauwerkes verletzt, d.h. ein Zugspannungsversagen wird nicht ausgewiesen. Die zu Bild 2.3.25 korres-pondierende Auswertung in P264 (Abb. 24, S. 38) zeigt, dass lediglich in einem kleinen Be-reich an der luftseitigen Stirnfläche das Kriterium nicht eingehalten wird.
Bild 2.3.25: Viskose Berechnung bis t = 12a – Maximale Hauptspannungen – Detailansicht Verschlussbauwerk
Bezüglich der rechnerisch ermittelten Verschiebungen wird auf S.39 der Unterlage P264 ausgeführt: Zur Überprüfung der Berechnung wird die Firstabsenkung beziehungsweise die
Bezüglich der rechnerisch ermittelten Verschiebungen wird auf S.39 der Unterlage P264 ausgeführt: Zur Überprüfung der Berechnung wird die Firstabsenkung beziehungsweise die