Planfeststellungsverfahrens zur Stilllegung des ERA Morsleben

(1)

Arbeitsgruppe Morsleben (AG Morsleben)

Planfeststellungsverfahrens zur Stilllegung des ERA Morsleben

Prüfkomplex 7

„Verfüllen und Verschließen von Strecken“, Teil 2 Sachstandsbericht 2011

Auftraggeber: Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt

Rahmenvertrag Reg.-Nr. 29/02/1998 Einzelauftrag Reg.-Nr. 16/06/2010

Auftragnehmer: IHU Geologie und Analytik GmbH Dr.-Kurt-Schumacher-Straße 23

39576 Stendal

Der Sachstandsbericht umfasst 183 Seiten und 2 Anhänge Datum: 22.12.2011

Unterschrift: ………..

(Dr. U. Stahl)

(2)

Die Stellungnahme wurde im Auftrag des Ministeriums für Landwirtschaft und Um- welt des Landes Sachsen-Anhalt (MLU) erstellt. Das MLU behält sich alle Rechte vor. Insbesondere darf dieser Bericht nur mit Zustimmung des MLU zitiert, vervielfältigt oder Dritten zugänglich gemacht werden. Der Bericht gibt die Meinung und Ansicht der Verfasser wider, diese muss nicht in jedem Falle mit der Meinung des MLU übereinstimmen.

Erklärung:

Die Unterzeichnenden versichern, die Stellungnahme unparteiisch und nach bestem Wissen und Gewissen frei von Ergebnisanweisungen erstellt zu haben.

Datum: Dezember 2012 Unterschrift:

………...

(Dr. rer. nat. U. Stahl)

Mitglieder der Arbeitsgruppe Morsleben:

IHU Geologie und Analytik

Gesellschaft für Ingenieur-, Hydro- und Umweltgeologie mbH Dr.-Kurt-Schumacher-Straße 23

39576 Stendal

TU Clausthal

Lehrstuhl für Deponietechnik und Geomechanik Erzstraße 20

38678 Clausthal-Zellerfeld

GTU Ingenieurbüro Prof. Dr. Knoll Berliner Straße 70

14467 Potsdam Unterauftragnehmer:

Brenk Systemplanung GmbH

Heider-Hof-Weg 23

52080 Aachen

(3)

Inhaltsverzeichnis

1 Veranlassung und Gegenstand der Berichterstattung 4

2 Rechnerische Prüfung der Nachweisführung 5

2.1 Zielstellung der Prüfungen 5

2.2 Verifikation der Berechnungen zu Verschlussbauwerken im Steinsalz – Stand der

Arbeiten 6

2.3 Verifikation der Berechnungen zu temporären Streckenabdichtungen – Stand der

Arbeiten 64 2.4 Verifikation der Berechnungen zum Verschlussbauwerk im Hauptanhydrit – Stand

der Arbeiten 90

2.5 Verifikation bzw. Dokumentation der Berechnungen zum in situ Versuch

Streckenabdichtung – Stand der Arbeiten 95

2.6 Zwischenergebnisse zu den Verifikationsberechnungen und Empfehlungen für die

weitere Vorgehensweise 161

3 Begleitende Prüfung der In-situ-Versuche 163

3.1 Vorbemerkungen und Zielstellung der Prüfungen 163 3.2 Stand der Injektionsversuche für Abdichtungen in Steinsalz 164 3.3 Stand der Versuchsdurchführung für Abdichtungen im Steinsalz 165 3.4 Stand der Versuchsdurchführung für Abdichtungen im Hauptanhydrit 175 3.5 Begleitende Laboruntersuchungen zu den In-situ-Versuchen 179

4 Verzeichnis der Quellen 180

4.1 Verfahrensunterlagen 180

4.2 Sonstige Literatur 182

5.3 Fachgespräche und Befahrungen 183

Verzeichnis der Anhänge

Anhang 1 Übersicht der Lokationen für Verschlussbauwerke

Anhang 2 1. Zwischenbericht zum Prüfkomplex 7 „Streckenverschlüsse“, Phase 2 Modellierung der Korrosion inhomogen durchströmter Abdichtungen Brenk Systemplanung, Aachen, 21.12.2011

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1 Veranlassung und Gegenstand der Berichterstattung

Das Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt (MLU) beauf- tragte am 01.12.2010 die Arbeitsgemeinschaft Morsleben, vertreten durch das Ingenieurbüro IHU Geologie und Analytik GmbH mit gutachterlichen Leistungen im Planfeststellungsverfah- rens zur Stilllegung des Endlagers für Radioaktive Abfälle Morsleben, Prüfkomplex 7

„Verfüllen und Verschließen von Strecken“, Teil 2. Neben den Mitgliedern der AG Morsleben wurde die Firma Brenk Systemplanung als Unterauftragnehmer eingebunden.

Im Langzeitsicherheitsnachweis misst der Antragsteller den Streckenabdichtungen eine hohe Bedeutung hinsichtlich der Verzögerung der Freisetzung des Radionuklidinventars bei. Die Anforderungen an die konzipierten Streckenabdichtungen resultieren direkt aus diesen Langzeitsicherheitsanalysen und stehen im Kontext mit den gewählten Stilllegungs- maßnahmen im Rahmen der vorgelegten Konzeptplanung zum Verfüllen und Verschließen des Grubengebäudes und der Schächte. Ihre Realisierbarkeit und Wirksamkeit ist daher an die Verträglichkeit und Abstimmung mit der Verfüllplanung gebunden. Zudem ist eine ausrei- chende Charakterisierung der geologischen, bergbaulichen, geomechanischen und geohyd- raulischen Gegebenheiten des ERAM als Basis für die entsprechend erforderliche technisch- konzeptionelle Auslegung der Abdichtungsbauwerke und ihre räumliche Positionierung im Grubengebäude notwendig. Daraus ergeben sich zwangsläufig zahlreiche Schnittstellen des hier zu behandelnden Prüfkomplexes mit Ergebnissen der Standortbeschreibung sowie Ergebnissen weiterer Prüfkomplexe (z. B. Geomechanik, PK 8).

Zum Prüfkomplex 7 "Verfüllen und Verschließen von Strecken" legte der AS die Unterlagen der Konzeptplanung vor, welche in der Phase 1 auf Vollständigkeit und Plausibilität geprüft wurden. In Fortführung der Prüfung und Einbeziehung der In-situ-Versuche ist Gegenstand dieses Einzelauftrages die folgende Aufgabenstellung:

1. Rechnerische Prüfung der vorliegenden Nachweisführungen (Verifikations- berechnungen, unabhängige Einschätzung von Standsicherheit und Dichtheit);

2. Begleitende Prüfung der In-situ-Versuche des BfS zu den Streckenabdichtungen (Plausibilitäts- und Konsistenzprüfung, laborative Untersuchungen, begleitende rechnerische Untersuchungen);

3. Fortführung der Prüfung zu den Einflussfaktoren auf die Streckenverschlüsse;

4. Mitwirkung an Fachgesprächen und Befahrungen.

Die erste Phase des Prüfungskomplexes 7 wurde mit dem Prüfbericht [L06] vom 26.04.2010 und dem Fachgespräch vom 18.06.2010 [F07] abgeschlossen. Dem entsprechend werden im aktuellen Sachstandsbericht alle sich daran anschließenden Aktivitäten dargestellt.

(5)

2 Rechnerische Prüfung der Nachweisführung

2.1 Zielstellung der Prüfungen

Übergeordnetes Ziel der rechnerischen Prüfung der Nachweisführung ist es zu beurteilen, ob die Ausführungen des AS zum Tragverhalten, zur Standsicherheit und zur Dichtheit der Ab- dichtungsbauwerke rechnerisch richtig sind (Verifikation) und die auf den rechnerisch ermittelten Zustandsgrößen aufbauenden Einschätzungen zur Leistungsfähigkeit der Abdich- tungsbauwerke geeignet sind, die Machbarkeit der Stilllegung abschließend zu beurteilen.

Hierzu im Einzelnen zu beantworten sind insbesondere Fragestellungen

 zur zahlenmäßigen Richtigkeit der dokumentierten Berechnungen,

 zur rechnerisch richtigen Abbildung der jeweiligen in situ Situation im Berech- nungsmodell (Berechnungsmodell, Berechnungsverfahren, Stoffmodelle, Stoff- modellkennwerte, Lastfälle, Einwirkungen, etc.),

 zur Eignung der verwendeten Kriterien und Grenzwerte, die in den Sicherheits- analysen definierten Anforderungen zu gewährleisten und

 zur Vollständigkeit der rechnerischen Untersuchungen im Rahmen der Nachweis- führungen zur Standsicherheit und Dichtwirkung der Verschlussbauwerke.

Im Rahmen des vorliegenden Zwischenberichtes werden die bisher durchgeführten Arbeiten zur Verifikation, d.h. zur Prüfung der rechnerischen Richtigkeit der vom AS vorgelegten Be- rechnungsergebnisse dokumentiert. Die Durchführung, Auswertung und Bewertung eigener, von der Vorgehensweise des Antragsstellers unabhängiger Berechnungen zu Standsicher- heit, Dichtheit und Gebrauchstauglichkeit der verschiedenen Abdichtungselemente erfolgt im vorliegenden Zwischenbericht nicht. Die Zusammenstellung der im Rahmen der Verifikati- onsberechnungen ermittelten Prüfergebnisse folgt der nachstehend dokumentierten sachli- chen Gliederung:

Abschnitt 2.2: Verifikation der Berechnungen zu Verschlussbauwerken im Steinsalz (P195, P255, P262, I343).

Abschnitt 2.3: Verifikation der Berechnungen zu temporären Streckenabdichtungen (P264).

Abschnitt 2.4: Verifikation der Berechnungen zum Verschlussbauwerk im Hauptanhydrit (P266).

Abschnitt 2.5: Verifikation bzw. Dokumentation der Berechnungen zum In-situ-Versuch Streckenabdichtung.

Abschnitt 2.6 Zwischenergebnisse zu den Verifikationsberechnungen und Empfeh- lungen für die weitere Vorgehensweise

(6)

Die Frage nach der rechnerischen Richtigkeit der vom Antragsteller vorgelegten Berechnun- gen wird im Wesentlichen durch eine vergleichende Gegenüberstellung der unter Verwen- dung weitgehend identischer Berechnungsmodelle, Berechnungsabläufe, Stoffmodelle und Materialparameter ermittelten Ergebnisse mit den Ergebnissen des Antragstellers beantwor- tet. Sofern die im Rahmen eigener Vergleichsberechnungen ermittelten Zustandsgrößen den vom Antragsteller dokumentierten Ergebnissen entsprechen, wird die rechnerische Richtig- keit der vom Antragsteller vorgelegten Berechnungsergebnisse unterstellt. Angesichts der noch nicht abgeschlossenen Arbeiten im Rahmen der rechnerischen Prüfung wird auf den noch vorläufigen Charakter der Prüfergebnisse ausdrücklich hingewiesen.

2.2 Verifikation der Berechnungen zu Verschlussbauwerken im Steinsalz – Stand der Arbeiten

Rechnerische Untersuchungen zu Standsicherheit, Dichtheit und Gebrauchstauglichkeit von Verschlussbauwerken im Steinsalz werden vom Antragsteller dokumentiert in den Unterla- gen P195, P255, P262 und I343. Die Verifikationsberechnungen zur Prüfung der Ausführun- gen des Antragstellers zu Verschlussbauwerken im Steinsalz erfolgten ausschließlich für das in P195 dokumentierte 3D-Berechnungsmodell. Auf eine explizite Prüfung der rechnerischen Aussagen in den Unterlagen P255 und I343 wird entsprechend den Ausführungen der Ar- beitsgruppe Morsleben im Angebot zum Prüfkomplex 7 verzichtet, da die Unterlagen P255 und I343 lediglich Teilaspekte der rechnerischen Nachweisführung für Verschlussbauwerke im Steinsalz beinhalten, die im Rahmen der abschließenden Nachweisführung in P195 bzw.

P262 berücksichtigt werden. Auch wird entsprechend den Ausführungen im Angebot zu Prüfkomplex 7 eine explizite rechnerische Prüfung der in P262 dokumentierten Berech- nungsergebnisse nicht für notwendig erachtet. Im Unterschied zu P195 berücksichtigt P262 lediglich den ergänzenden Lastfall einer auf der 4. Sohle lokalisierten Abdichtung, während die in P195 vorgegebenen Beanspruchungen als maximale Teufenlage ein auf der 3. Sohle lokalisiertes Abdichtungsbauwerk erfassen. Aus der ausschließlichen Änderung des Grund- spannungszustandes resultieren insofern keine neuen, die rechnerische Richtigkeit beein- flussenden Randbedingungen, als das Berechnungsmodell, die verwendeten Stoffmodelle und Materialparameter und der simulierte Prozessablauf hierbei unverändert übernommen werden. Der geänderte Grundspannungszustand in P262 dokumentiert damit im Sinne einer Parametervariation ausschließlich den quantitativen Einfluss einer Einwirkungsgröße auf die berechneten Zustandsgrößen. Die hieraus resultierenden Fragestellungen betreffen primär die Bewertung des Trag- und Dichtigkeitsverhaltens und werden im Rahmen eigener, von

(7)

bewertet.

Das für die Verifikationsberechnungen erstellte 3D-Berechnungsmodell zeigt Bild 2.2.1. Die geometrischen Modellabmessungen sowie Raumlage und Mächtigkeit der berücksichtigten Homogenbereiche sind identisch zu den in P195 (Anhang 1, Blatt 150) dokumentierten An- gaben. Eine grundsätzlich gleich lautende Aussage gilt auch für die geometrischen Abmes- sungen der Streckenkontur jeweils vor und nach dem Nachschnitt. Bild 2.2.2 zeigt zur Do- kumentation eine zu Anhang 2, Blatt 151, P195 korrespondierende Darstellung des Stre- ckenquerschnittes.

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

Deponietechnik und Geomechanik Settings: Model Perspective 18:49:09 Wed Jul 22 2009 Center:

X: 2.500e+001 Y: 4.000e+001 Z: -3.180e+002

Rotation:

X: 20.000 Y: 0.000 Z: 60.000 Dist: 3.440e+002 Mag.: 1

Ang.: 22.500

View Title: BM_Verbindungsstrecke, Ausschnitt des 3d-Modells

Block Group

hauptanhydrit

decksteinsalz_leinekarbonat carnalit

kristallbrockensalz kaliflöz_staßfurt strecke_m3 strecke_m2

streckenkontur_nachschneiden_m3 streckenkontur_nachschneiden_m2 fugenmaterial

Bild 2.2.1: 3D-Berechnungsmodell Streckenverschluss – Steinsalz mit Diskretisierung und Homogenbereichen

Unterschiede zwischen dem in P195 vom AS verwendeten Berechnungsmodell und dem für die Durchführung der Verifikationsberechnungen durch TUC erstellten Berechnungsmodell resultieren lediglich aus der Diskretisierung des Berechnungsgebietes. Während das vom Antragssteller verwendete Berechnungsmodell gemäß Aussage in P195, Blatt 89 aus 74900 Zonen und 77850 Knoten besteht, erfolgte die Diskretisierung des von TUC verwendeten Be- rechnungsmodells durch 44280 Zonen und 47019 Knoten.

-260m NN

-370m NN

-332m NN 50m 80m

110m

(8)

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

Deponietechnik und Geomechanik Settings: Model Perspective 18:49:08 Wed Jul 22 2009 Center:

X: 2.120e+000 Y: 4.000e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 1.800e+001 Mag.: 1

Ang.: 22.500 Plane Origin:

X: 2.120e+000 Y: 4.000e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

View Title: BM_Verbindungsstrecke, Querschnitt der Nördlichen Verbindungsstrecke

Block Group

Plane: on kristallbrockensalz strecke_m2

streckenkontur_nachschneiden_m2

Bild 2.2.2: Geometrische Abmessungen Streckenprofil und Nachschnittprofil – Berech- nungsmodell Streckenverschluss - Steinsalz

Die im Rahmen der Verifikationsberechnungen zur Prüfung der zahlenmäßiger Richtigkeit der in P195 dokumentierten Berechnungen verwendeten Stoffmodelle, Materialparameter und Belastungsgeschichten wurden identisch zu denen des Antragstellers gewählt. Auf eine wiederholende Darstellung der Stoffmodelle, Materialparameter und Belastungsgeschichten wird unter Verweis auf die Ausführungen in P195, Abschnitt 6.2 – 6.4, Blatt 79 – 95 im Rah- men des vorliegenden Zwischenberichtes verzichtet. Die Prüfung der rechnerischen Richtig- keit der in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse erfolgt nachstehend durch eine Gegenüberstellung der in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse mit den Ergebnis- sen eigener Berechnungen. Die graphische Auftragung der Berechnungsergebnisse orien- tiert sich in Inhalt und Darstellungsform an der in P195 gewählten Dokumentation, sodass Übereinstimmungen und/oder Abweichungen in den Berechnungsergebnissen visuell er- kannt werden können.

Zum Nachweis des Temperaturkriteriums zur Rissbeschränkung werden in P195 insgesamt 12 Berechnungsvarianten entsprechend Tab. 2.2.1 durchgeführt. Ziel der Berechnungen ist es aufzuzeigen, ob innerhalb des Baukörpers eine Temperaturdifferenz von T ≤ 20K einge- halten wird. Sofern die durch den Hydratationswärmeeintrag induzierte Erwärmung des

2.1m 0.2m

0.2m 0.5m

0.3m 3.3m

0.2m 0.3m 1.5m

2.0m

(9)

körper führt, die größer ist als T = 20K, wird gemäß Aussage in P195, Blatt 69 das Tempe- raturdifferenzkriterium verletzt.

Berechnungsfall Einbau- tempera-

tur

Lagen- höhe

Verfüll- rhythmus

Verfüll dauer

Tägliche Verfüllmen

ge BF0-1:

Referenzfall,



ref 

1 , 14

^W



^m^K



20 °C 0.63m täglich 5,3 d

75,8 d m³

BF0-2: Variation der Lagenhöhe,



m K



ref 

1 , 14

W 



^{20 °C} ^0.21m ^täglich ^{16 d} ²⁵

d m³

BF0-3: Variation der Lagenhöhe und

Verfüllpause,



_ref 

1 , 14

W





5  5 1 , 14

d m³



ref

1 , 14

^W



^m^K



^{-2.6 °C} ^0.21m ^täglich ^{16 d} ²⁵

d m³

Tabelle 2.2.1: Überblick über die thermischen Berechnungsvarianten

(P195, Tab. 6.4.3, Blatt 93)

(10)

Der maximale Temperaturunterschied im Baukörper tritt gemäß Aussage in P195, Blatt 97 zwischen einem Gitterknoten in der Mitte der Streckenabdichtung und einem Gitterknoten am Übergangsbereich von Bauwerksstirnfläche zum Gebirge auf. Die Nachweisführung in P195 erfolgt daher durch eine graphische Auftragung des jeweils berechneten zeitabhängi- gen Temperaturverlaufs für einen Gitterknoten in Bauwerksmitte und einen Gitterknoten am Übergangsbereich von Bauwerksstirnfläche zum Gebirge mit Kennzeichnung der maximalen Temperaturdifferenz. Zur Prüfung der rechnerischen Richtigkeit sind in den nachfolgenden Bildern 2.2.3 bis 2.2.8 die in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse den durch TUC ermittelten Berechnungsergebnissen gegenübergestellt. Im Ergebnis der Gegenüberstellung bleibt festzuhalten, dass nahezu identische Berechnungsergebnisse ausgewiesen werden.

Die Differenz zwischen den in P195 und den Verifikationsberechnungen ausgewiesenen Temperaturen ist entsprechend der Zusammenstellung in Tab. 2.2.2 in allen 12 Berech- nungsvarianten kleiner als 2K. Folglich wird die zahlenmäßige Richtigkeit der in P195 dokumentierten Temperaturverläufe im Grundsatz bestätigt. Die als marginal eingeschätzten Ab- weichungen zwischen den Vergleichsberechnungen und den in P195 dokumentierten Er- gebnissen werden ursächlich auf die unterschiedliche Modelldiskretisierung und eine nicht exakte Übereinstimmung der geometrischen Lokation der Auswerteknoten zurückgeführt.

Die Angaben „Gitterknoten in der Mitte der Streckenabdichtung und am Übergangsbereich zwischen Bauwerksstirnfläche und Gebirge“ sind für eine exakte Übernahme der Auswerte- lokationen zu unpräzise.

Unter Bezug auf Bild 2.2.8 ist darauf hinzuweisen, dass die insgesamt zwar geringfügigen, aber systematischen Unterschiede in den berechneten Temperaturdifferenzen vermutlich darauf zurückzuführen sind, dass die Aktivierungsenergie EA bei den in P195 dokumentierten Berechnungen nur einmalig bei Initialisierung der jeweiligen Salzbetonlage entsprechend Gl.

(2.1) festgelegt wird, während im Rahmen der Verifikationsberechnung eine kontinuierliche Aktualisierung nach jeweils 100 Iterationsschritten erfolgte.



T



E_A 335001470 293 [J/mol] für T < 293K (2.2.1) E_A Aktivierungsenergie, J/mol

T Temperatur, K

(11)

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

Deponietechnik und Geomechanik Step 2998

12:42:25 Fri Mar 12 2010

View Title: BFO_1_Kontrolle_hyd, Temperatur-Zeit_Verlauf, Mitte,links und rechts

History

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Thermische Zeit [d] x10^1 2.90

2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35

Temperatur [°K] x10^2

10 T_K_id_15130 (FISH symbol) Linestyle

0.000e+000 <-> 3.312e+002 29 T_K_id_15127 (FISH symbol) Linestyle

0.000e+000 <-> 3.305e+002 85 T_St_id_6430 (FISH symbol) Linestyle

2.935e+002 <-> 2.979e+002

Bild 2.2.3 Temperatur-Zeit-Verlauf für die Hydratation der Streckenabdichtung im Refe- renzfall BF0-1: Verifikationsberechnung TUC oben / Ergebnisse P195 unten Differenz maxT: 0,7K; Differenz maxT: 0,6K

max T = 331.1[°K]

min T = 297.4[°K]

max T = 33.7 [°K]

P195:

Bild 6.5-1, Blatt 98

(12)

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

19:04:31 Thu Mar 11 2010

View Title: BFO_2_hyd, Temperatur-Zeit_Verlauf, Mitte,links und rechts

History

1.0 2.0 3.0

2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30

2.932e+002 <-> 2.973e+002

P195:

Bild 6.5-2, Blatt 99 max T = 324.8[°K]

min T = 296.9[°K]

max T = 27.9 [°K]

(13)

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

12:49:09 Fri Mar 12 2010

History

1.0 2.0 3.0 4.0

2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20

2.932e+002 <-> 2.965e+002

max T = 316.5[°K]

min T = 296.2[°K]

max T = 20.3 [°K]

P195:

(14)

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

1 2 3 4 5 6

Wärmeleitfähigkeit des M2 [W/(m*K)]

T [°C]

TUC DBE

Bild 2.2.6 Maximale Temperaturdifferenzen innerhalb der Streckenabdichtung in Abhän- gigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des M2; BF0-4 bis BF0-6: Verifikationsbe- rechnung TUC oben / Ergebnisse P195 unten

DBE: 4,3

TUC:4,8

P195:

(15)

FLAC3D 3.00

TU-Clausthal

17:11:33 Fri Mar 12 2010

History

1.0 2.0 3.0 4.0

2.75 2.80 2.85 2.90 2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20

2.737e+002 <-> 2.950e+002

Bild 2.2.7 Temperatur-Zeit-Verlauf für die Hydratation der Streckenabdichtung bei Varia- tion der Einbringtemperatur und der Lagenhöhe – BF0-11: Verifikationsbe- rechnung TUC oben / Ergebnisse P195 unten Differenz maxT: 1,7K; Diffe- renz maxT: 1,7K

max T = 315.7[°K]

min T = 295[°K]

max T = 20.7 [°K]

P195:

(16)

18 20 22 24 26 28 30 32

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Einbringungstemperatur des M2 [°C]

T [°C]

TUC DBE

Bild 2.2.8 Maximale Temperaturdifferenzen innerhalb der Streckenabdichtung in Abhän- gigkeit von der Einbringtemperatur des M2: Verifikationsberechnung TUC oben / Ergebnisse P195 unten

erf. T =2.4[°C] nach DBE

P195:

(17)

TUC DBE TUC DBE

BF0-1 331,1 330,5 33,7 33

BF0-2 324,8 326,4 27,9 29

BF0-3 316,5 318,4 20,3 22

BF0-4 324,6 324,2 26,9 25,9

BF0-5 320,6 320,2 22,8 22,1

BF0-6 315,9 315,2 18,1 16,9

BF0-7 321,6 322,4 25,2 26,3

BF0-8 318,8 319,4 23 23,4

BF0-9 316,7 316,5 21,4 21

BF0-10 316,1 315,2 21 20

BF0-11 315,7 314,1 20,7 19

BF0-12 315,5 312,9 20,7 18,2

Tabelle 2.2.2: Überblick über die Ergebnisse der thermischen Berechnungsvarianten

Bezüglich der Quantität der rechnerisch ermittelten Maximaltemperaturen im Baukörper wie auch der maximalen Temperaturdifferenzen im Baukörper bleibt im Vorgriff auf die im Rah- men des vorliegenden Zwischenberichtes nicht dokumentierten Berechnungen und Bewer- tungen des Tragverhaltens und der Dichtheit der Streckenabdichtungen auf der Grundlage eigener, von der Vorgehensweise des Antragstellers unabhängiger rechnerischer Analysen darauf hinzuweisen, dass die in P195 gewählte Methodik nicht konservativ im Sinne der ma- ximal zu erwartenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen ist. Begründet wird vorste- hende Einschätzung mit der bereits im Prüfbericht zu P110 /L11/ dokumentierten Aussage, dass das vom AS und den Prüfern eingesetzte Programmsystem FLAC 3D in der kommerzi- ell verfügbaren Version grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Einprägung der infolge des Hydratationsprozesses frei werdenden Wärmeenergie bietet, die in streng mathematisch- physikalischem Sinn beide nicht geeignet sind, die realen Verhältnisse in situ abzubilden.

Beide in der kommerziellen Version von FLAC 3D verfügbaren Subroutinen zur Einprägung der Hydratationswärme gehen im Kontaktbereich zwischen Versatzmaterial und Gebirge bzw. im Kontaktbereich zwischen schichtweise eingebrachten Versatzmassen von idealisie- renden Annahmen aus, die, wie nachfolgend beschrieben wird, entweder in der Einprägung einer zu großen Wärmeenergie oder in der Einprägung einer zu geringen Wärmeenergie resultieren.

(18)

Zur Erläuterung vorstehender Aussage zeigt Bild 2.2.9 das schematisierte Netz zweier Ver- satzschichten. Die mit n bezeichnete Versatzschicht sei zum Zeitpunkt t = t₁ eingebracht worden, die mit n+1 eingebrachte Versatzschicht zu einem späteren Zeitpunkt t = t₂. Unmit- telbar nach Aktivierung der ersten Schicht setzt der Hydratationsprozess ein und es resultiert eine Erwärmung des Versatzmaterials der ersten Schicht über die definierte Anfangstempe- ratur hinaus. Im Zeitpunkt der Aktivierung der zweiten Schicht (n+1) muss den Kontaktkno- tenpunkten (Grid- bzw. Massenpunkte) eine dem Massenverhältnis in der Kontaktzone entsprechende Mischtemperatur zugewiesen werden. Analoge Verhältnisse gelten auch für die Kontaktknotenpunkte zwischen Gebirge und Versatz.

Bild 2.2.9: Schematisiertes Gridpunktnetz Schicht

n+1

Schicht n Neue

Gridmassen T = 20°C

Alte

Gridmassen T >> 20°C

(19)

umgesetzt. Vielmehr erfolgt die Initialisierung der Temperatur bzw. der Wärmeenergie in den Kontaktknotenpunkten je nach verwendeter Vorgehensweise entweder

(a) bei zonenweiser Initialisierung der Temperatur, indem den Kontaktknotenpunkten die Anfangstemperatur der neuen Schicht zugewiesen wird oder

(b) bei knotenweiser Initialisierung der Temperatur, indem den Knotenpunkten die höhere Temperatur der ersten Schicht zugewiesen wird.

Im Fall (a) wird somit eine zu geringe Wärmeenergie in das Berechnungsmodell eingetragen, im Fall (b) eine zu hohe Wärmeenergie. Der dabei resultierende Fehler steigt

- mit der Anzahl der Kontaktknotenpunkte,

- mit abnehmender Anzahl der aktivierten Schichten

- mit der Größe der Temperaturdifferenz zwischen den Schichten, - mit der Differenz der Gridpunktmassen in den Kontaktzonen.

Die Berechnungen in P195 basieren offensichtlich auf der vorstehend unter (a) skizzierten Vorgehensweise, sodass in der Tendenz zu geringe Temperaturen bzw. Temperaturdifferen- zen berechnet werden. Gemäß den Ausführungen in /L11/ ist beim Prüfer TUC zur korrekten Initialisierung der Versatztemperatur eine Subroutine programmiert worden, die in den Kon- taktknotenpunkten eine dem Massenverhältnis in der Kontaktzone entsprechende Misch- temperatur berechnet. Tabelle 2.2.3 zeigt die bei Anwendung der Subroutine resultierenden Temperaturen und Temperaturdifferenzen im Baukörper. Deutlich zu erkennen ist, dass ab- hängig von der simulierten Belastungsgeschichte grundsätzlich gleiche oder höhere Tempe- raturen und Temperaturdifferenzen ausgewiesen werden. Im Ergebnis bleibt daher festzuhalten, dass die in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse abhängig von der simulierten Belastungsgeschichte zumindest in der Tendenz zu geringe Temperaturen bzw. Tempera- turdifferenzen ausweisen. Um hier Missverständnissen vorzubeugen wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einer entsprechend verfeinerten rechnerischen Simulation des Verfüllprozesses unabhängig von der Art der Temperaturinitialisierung in den Kontaktkno- tenpunkten zwischen zwei Versatzschichten gleiche Ergebnisse ausgewiesen werden. Ein Vergleich der in Tab. 2.2.2 und 2.2.3 zusammengestellten maximalen Temperaturdifferenzen im Baukörper zeigt, dass für das in P195 bearbeitete Berechnungsmodell die diesbezüglich hinreichend verfeinerte rechnerische Simulation des Verfüllprozesses offensichtlich durch die in den Berechnungsvarianten BF0-4 bis BF0-6 angesetzten Randbedingungen gegeben ist, da beide Tabellen identische Zahlenwerte für maxT ausweisen.

(20)

Berechnungsfälle max T [°K] nach TUC

max T [°K] nach DBE

max T [°K] nach TUC

max T [°K] nach DBE

BF0-1 331,2 330,5 33,8 33

BF0-2 328,9 326,4 31,5 29

BF0-3 326,3 318,4 29,2 22

BF0-4 324,7 324,2 26,9 25,9

BF0-5 320,7 320,2 22,8 22,1

BF0-6 316,1 315,2 18,3 16,9

BF0-7 324,5 322,4 27,7 26,3

BF0-8 320,8 319,4 24,6 23,4

BF0-9 318,2 316,5 22,4 21

BF0-10 317,2 315,2 21,6 20

BF0-11 316,6 314,1 21,1 19

BF0-12 316,2 312,9 20,9 18,2

Tabelle 2.2.3: Überblick über die Ergebnisse der thermischen Berechnungsvarianten bei Be- rücksichtigung einer dem Massenverhältnis in der Kontaktzone entsprechen- den Mischtemperatur

Der quantitative Nachweis der Langzeitstabilität erfolgt gemäß Aussage in P195 unter der Vorraussetzung der Rissbeschränkung durch insgesamt vier Berechnungsvarianten entsprechend Tabelle 2.2.4. Bei den Berechnungsvarianten BF1 und BF2 wird unterstellt, dass innerhalb des Betrachtungszeitraumes kein Fluiddruck ansteht (lange trockenes Endlager). Mit den Berechnungsvarianten BF3 und BF4 wird ein Fluidzutritt innerhalb von 2500 Jahren nach Fertigstellung des Abdichtungsbauwerkes analysiert.

Berechnungsfall Beginn des Zu- laufs [a]

Ende des Zu- laufs [a]

Kriechfähiges Material der Abdichtung (ja/nein)

BF 1

- - nein

BF 2

- - ja

BF 3

100 2 500 nein

BF 4

2 400 2 500 nein

Tabelle 2.2.4: Überblick über die mechanischen Berechnungsfälle (Tab. 6.4-2, Blatt 91, P195)

30089a Ende der Berechnung.

(23)

erfolgt in P195 in den Anhängen 5 bis 82. Zur Verifikation der Berechnungsergebnisse werden nachfolgend analoge Darstellungen dokumentiert und hinsichtlich ihrer zahlenmäßigen Vergleichbarkeit mit den in P195 gegebenen Berechnungsergebnissen bewertet.

Für den Berechnungszeitpunkt t = 01/2004 (vor Nachschnitt der Streckenkontur) zeigen die nachfolgenden Bilder 2.2.10 bis 2.2.13, dass in Analogie zu den korrespondierenden Darstel- lungen in Anhang 5 bis Anhang 8 der Unterlage P195 die Gebirgsbereiche mit Überschrei- tung der Dilatanzfestigkeit bzw. mit rechnerisch ausgewiesenen Zugspannungen auf einen Konturbereich von ca. 25cm im Bereich der Streckenstöße und ca. 37,5cm im Bereich von Firste und Sohle begrenzt sind (maximale Mächtigkeit geschädigter Gebirgsbereiche = 3 Zo- nen x 12,5cm je Zone). Soweit aus einer vergleichenden Gegenüberstellung flächenhafter Darstellungen möglich, werden die in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse als weitgehend identisch zu den Berechnungsergebnissen der Prüfer eingeschätzt.

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

Deponietechnik und Geomechanik Step 101904 Model Perspective 16:05:51 Thu Jun 03 2010 Center:

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 270.000 Dist: 7.800e+001 Mag.: 1

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

View Title: Schnitt S1, Berechnungszeitpunkt 01/2004

Dilatanzkriterium(Akt)[-]

Plane: on

0.0000e+000 to 1.0000e-001 1.0000e-001 to 2.0000e-001 2.0000e-001 to 3.0000e-001 3.0000e-001 to 4.0000e-001 4.0000e-001 to 5.0000e-001 5.0000e-001 to 6.0000e-001 6.0000e-001 to 7.0000e-001 7.0000e-001 to 8.0000e-001 8.0000e-001 to 9.0000e-001 9.0000e-001 to 1.0000e+000 1.0000e+000 to 1.0800e+000 Interval = 1.0e-001

(24)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 270.000 Dist: 7.800e+001 Mag.: 1

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Bild 2.2.10: Dilatanzkriterium [-], Schnitt S1, Berechnungszeitpunkt 01/2004 (vor dem Nachschnitt) (vgl. Anhang 5, Blatt 154, P195)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

(25)

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Bild 2.2.11: Dilatanzkriterium [-], Schnitt S2-S4 (von oben nach unten), Berechnungszeit- punkt 01/2004 (vor dem Nachschnitt) (vgl. Anhang 6, Blatt 155, P195)

(26)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 270.000 Dist: 7.800e+001 Mag.: 1

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Potentiell geschädigte Zonen

Plane: on

-1.0000e+000 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e+000 1.0000e+000 to 1.0000e+000 Interval = 1.0e+000

Block Group

Plane: on

zugspannungen_ohne_zugversagen

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 270.000 Dist: 7.800e+001 Mag.: 1

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

Bild 2.2.12: Potentiell geschädigte Zonen, Schnitt S1, Berechnungszeitpunkt 01/2004 (vor dem Nachschnitt) (vgl. Anhang 7, Blatt 156, P195)

(27)

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

Bild 2.2.13: Potentiell geschädigte Zonen, Schnitt S2-S4 (von oben nach unten), Berech- nungszeitpunkt 01/2004 (vor dem Nachschnitt) (vgl. Anhang 8, Blatt 157, P195)

(28)

Für den Berechnungszeitpunkt t = 02/2004 (nach Nachschnitt der Streckenkontur) werden gemäß Aussage in P195 wenige Zonen dilatant verformter bzw. durch Zugspannungen cha- rakterisierter Gebirgsbereiche von ca. 10cm Mächtigkeit ausgewiesen. Im Sohlbereich der östlichen Stirnfläche des Abdichtungsbauwerkes beträgt gemäß Aussage in P195 die Mäch- tigkeit des potenziell geschädigten Gebirgsbereiches ca. 20cm. Die in den nachfolgenden Bildern 2.2.14 bis 2.2.17 dokumentierten Berechnungsergebnisse der Prüfer zeigen ver- gleichbare Resultate, sodass auch für den Zeitpunkt t = 02/2004 die in P195 dokumentierten Berechnungsergebnisse als verifiziert eingeschätzt werden.

(29)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 270.000 Dist: 7.800e+001 Mag.: 1 Ang.: 22.500 Plane Origin:

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Bild 2.2.14: Dilatanzkriterium [-], Schnitt S1, Berechnungszeitpunkt 02/2004 (vor Einrich- tung der Streckenabdichtung) (vgl. Anhang 9, Blatt 158, P195)

(30)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 5.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 4.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Rotation:

X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000 Dist: 2.400e+001 Mag.: 1

X: 2.120e+000 Y: 3.050e+001 Z: -3.310e+002

Plane Normal:

X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Bild 2.2.15: Dilatanzkriterium [-], Schnitt S2-S4 (von oben nach unten), Berechnungszeit- punkt 02/2004 (vor Einrichtung der Streckenabdichtung) (vgl. Anhang 10, Blatt 159, P195)

(31)

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

FLAC3D 3.10

TU-Clausthal

X: 2.500e+001 Y: 3.900e+001 Z: -3.288e+002

Rotation:

X: 1.000e-001 Y: 4.000e+001 Z: -3.320e+002

Plane Normal:

X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane: on

Block Group

Plane: on

Bild 2.2.16: Potentiell geschädigte Zonen, Schnitt S1, Berechnungszeitpunkt 02/2004 (vor Einrichtung der Streckenabdichtung) (vgl. Anhang 11, Blatt 160, P195)