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Tunnel Excavation Material – Waste or Mineral Resource?
Robert Galler
The excavated material resulting from tunnel projects constitutes a significant waste stream in terms of quantity. At the same time, it should be noted that in the vicinity of the tunnel projects there are often companies that produce mineral resources, which, from a lithological point of view, correspond to the excavated material in the tunnel drive. It becomes apparent that the different handling of excavated material from tun- nelling and the product from mineral resources production is often not due to technical parameters but rather to the different legal classification.
The main goal for the future has to be a high quality recycling of excavated material from tunnel construction to improve waste prevention, which has gained importance with the Waste Framework Directive 2008/98/EC 2010. It appears that the legal framework is not yet fully satisfactory. The use of excavated material for on-site concrete produc- tion saves movements for the supply and removal of materials, which in turn leads to corresponding CO2 savings, conservation of raw material reserves and a reduction in landfill areas. From an economic point of view, it has to be proven that the excavated material fulfils the demand for mineral resources in an environment defined spatially for the tunnel project and that the processing is economically viable. Since the probably largest part of the excavated material can be used for the production of concrete, which should not only be applicable for the tunnel project, extensive concrete technology investigations have already been carried out in recent years with those lithologies which constitute a representative cross-section of the excavated material expected from Austrian underground mining projects.
gversatz
Tunnelausbruchmaterial – Abfall oder mineralischer Rohstoff?
Robert Galler
1. Geologisch-geotechnische Rahmenbedingungen in Österreich ...564
2. Analysen zur Nutzbarmachung von Tunnelausbruchmaterial ...566
2.1. Verunreinigung des Ausbruchmaterials auf Basis unterschiedlicher Vortriebsarten ...567
2.1.1. Stoffeintrag beim NATM-Vortrieb ...567
2.1.2. Stoffeintrag beim maschinellen Vortrieb ...567
3. Prinzipielle Verwendungsmöglichkeiten und Anforderungen an Ausbruchmaterial als mineralischer Rohstoff ...567
3.1. Verwendung in rohstoffverarbeitenden Betrieben ...568
3.2. Gesteinskörnung für die Betonherstellung ...569
3.2.1. Untersuchung der Ausgangsmaterialien ...570
3.2.2. Untersuchungen am Beton ...571
4. Verwendung von Tunnelausbruchmaterial – von der Planung bis zur Ausführung ...571
5. Rechtliche Rahmenbedingungen ...573
5.1. Eigentumsrechtliche Fragestellungen ...573
5.2. Abfallbegriff: Unionsrechtliche Vorgaben ...573
5.3. Abfallbegriff: AWG 2002 ...574
5.3.1. Objektiver Abfallbegriff/Entledigungspflicht ...574
5.3.2. Subjektiver Abfallbegriff/Entledigungsabsicht ...574
5.4. Anwendungsbereich der Abfallrahmenrichtlinie 2008/98/EG ...574
5.5. Ende der Abfalleigenschaft – Unionsrechtliche Vorgaben ...575
5.6. ALSAG (Altlastensanierungsgesetz) – Beitragspflicht ...575
6. Quellen ...576 Aufbauend auf Untersuchungen in der Schweiz wurde in einem nationalen österrei- chischen Forschungsprojekt zum Thema Recycling von Tunnelausbruchmaterial und einem entsprechenden EU-Forschungsprojekt die Verwertung von Ausbruchmaterial untersucht.
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1. Geologisch-geotechnische Rahmenbedingungen in Österreich
Bei Betrachtung der in Österreich im Zuge der Auffahrung von zukünftigen Unter- tageinfrastrukturen zu erwartenden lithologischen Großeinheiten zeigt sich, dass alle österreichischen geologischen Einheiten Gesteine beinhalten, die Baurohstoffe und Rohstoffe für bestimmte Verwendungen der Industrie darstellen. Eine Übersicht über Abbauorte und die geologische Zuordnung derzeit genutzter Baurohstoffe in Österreich, basierend auf Erhebungen der Geologischen Bundesanstalt, zeigt Bild 1. Damit ist das Nutzungspotenzial von Gesteinen der einzelnen geologischen Zonen Österreichs im Bereich der Baurohstoffe angedeutet. Diese Erkenntnis ist unmittelbar auf Ausbruch- materialien von Tunnelprojekten übertragbar.
Baurohstoffe in Österreich Kiese, Sande
Kies und Sand Sande Festgesteine Klastische Sedimente Karbonatische Sedimente Metamorphite
Karbonatische Metamorphite Vulkanite
Plutonite
Bild 1: Übersichtskarte der Baurohstoffe in Österreich
Quelle: FA Rohstoffgeologie, Geologische Bundesanstalt, Wien 2007
Österreich hat Anteil an den geologischen Großzonen Böhmische Masse, Ostalpen, Süd- alpen (inkl. der Periadriatischen Grenzzone), Tertiärbecken und Quartäre Talfüllungen.
Ausgangsstoffe und Entstehungsbedingungen beeinflussen maßgeblich den Mineralbe- stand sowie das Korngefüge und damit den Gesteinscharakter. Zudem ist das Gestein im Laufe seiner Entwicklung tektonischen Beanspruchungen sowie physikalischen und chemischen Verwitterungsprozessen ausgesetzt. Diese Einflüsse haben wiederum Aus- wirkungen auf das Gefüge und die Mineralbeschaffenheit. Die Summe dieser Faktoren bestimmt die vorliegenden Eigenschaften eines Gesteins, welche innerhalb des Gebirges
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auf Grund veränderter Einflüsse binnen kurzer Distanzen variieren können und sich auf die Eigenschaften von ausgebrochenen und aufbereiteten Korngemischen bzw. Gesteins- körnungen auswirken. Es sind schließlich geomechanische, physikalische und chemische Eigenschaften, die die Eignung des Materials für einen bestimmten Zweck definieren.
Die geomechanischen Eigenschaften, zu denen unter anderem auch die zu erlangende Kornverteilung und Kornform gehören, werden dabei vorwiegend vom Korngefüge festgelegt. Zeigt ein Gebirge ein ausgeprägtes schiefriges Trennflächengefüge bzw. eine lagige Textur, so ist beim Ausbruch und bei der Aufbereitung des Gesteins mit plattigen oder stengeligen Kornformen zu rechnen. Ist das Gebirge hingegen homogen, oder durch Trennflächen blockartig zerlegt, sind vorwiegend gedrungene Kornformen zu erwarten. Die Kornverteilung, und damit auch der Anteil an Feinanteilen, werden zum überwiegenden Teil durch die Qualität der Kornbindung sowie durch die Mine- ralfestigkeit bestimmt.
Physikalische Eigenschaften wie Dichte, Härte, Festigkeit, Oberflächenbeschaffenheit oder Wasseraufnahmevermögen sowie chemische Gesteinscharakteristika sind haupt- sächlich durch die vorliegenden Mineralphasen, zum Teil auch durch Gefügemerkmale geprägt. Die bei Ausbruch und Verwertung relevante Gesteinshärte ist sowohl von der Härte und Häufigkeit der vorliegenden Minerale als auch von der Kornbindung zwischen den Mineralen abhängig. Dabei spielt vielfach der Anteil von Quarz als weit verbreitete Mineralphase mit einem Härtegrad von 7 auf der Mohs´schen Härteskala eine entscheidende Rolle. Die Gesteinsfestigkeit wiederum ist eine Kombination von mineralogischer Zusammensetzung, Kornbindung und Gefüge. Minerale mit geringer Kornfestigkeit und schlechter Kornbindung, wie dies beispielsweise bei Schichtsilikaten der Fall ist, erniedrigen mit ansteigendem Gehalt die Gesteinsfestigkeit. Des Weite- ren sind bei Gesteinen mit deutlicher Anisotropie, etwa durch Vorhandensein einer Schieferung oder Klüftung, die ermittelten Gesteinsparameter stark von der Belas- tungsrichtung abhängig. Das Gestein versagt hier bei bestimmten Belastungsrichtungen nicht mehr auf Druck, sondern auf Abscheren an vorgegebenen Trennflächen, da die Scherfestigkeit entlang derartiger Diskontinuitätsflächen zumeist deutlich geringer als im Gesteinsmineral selbst ist. Dieses Konzept trifft nicht nur auf im Druck- oder Punktlastversuch geprüfte Gesteinsproben zu, sondern wirkt sich beispielsweise auch auf das Festigkeitsverhalten der Gesteinskörnung im Beton aus.
Die nachfolgenden beschriebenen Gesteinsparameter sollen Aufschluss über eine Eignung der Lithologien als Gesteinskörnung im Beton und industriell nutzbarer mineralischer Rohstoff geben. In erster Näherung wurden folgende Parameter für die Entscheidung herangezogen:
• modaler Mineralbestand
• geotechnische Parameter
• geochemische Parameter
• Untersuchungen zur Abrasivität
Dabei wurden die Gesteine Kalkglimmerschiefer, Augengneis, Amphibolit, Granitgneis, Biotit Plagioklas Gneis und Raibler Dolomit untersucht.
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2. Analysen zur Nutzbarmachung von Tunnelausbruchmaterial
Für eine sorgfältige Planung möglicher Verwendungsszenarien von Tunnelausbruch- material ist es schon im Vorfeld der Vortriebsarbeiten unabdingbar die chemischen Eigenschaften des Ausbruchmaterials abzuschätzen. Vor allem die Verwendbarkeit des Ausbruchmaterials als Industrierohstoff wird wesentlich durch die chemischen Eigenschaften beeinflusst. Zukünftig sollte daher der anstehende Boden/Fels in der Projektierungsphase obligatorisch auf die chemischen Eigenschaften hin untersucht werden. Die für die Untersuchung erforderlichen Proben könnte man dabei den ohne- hin durchzuführenden Probebohrungen entnehmen. Als Materialmenge werden hierfür etwa 2 kg benötigt. Gemäß Deponieverordnung ist bei Hauptproben grundsätzlich eine Vollanalyse durchzuführen; bei Nebenproben sind im Eluat zumindest die Parameter pH-Wert, Leitfähigkeit, Nitrat-Stickstoff, Nitrit-Stickstoff, Ammonium-Stickstoff und im Feststoff die Parameter Kohlenwasserstoffindex und TOC zu untersuchen. Wer- den bei einem Tunnelausbruch keine Sprengmittel verwendet, wird aus technischer Sicht hinterfragt, ob die Untersuchung von Nitrat- und Nitrit-Stickstoff sinnvoll ist;
Qualitätskontrolle des Ausbruchsmaterials in der Ausführungsphase
• an der Ortsbrust
• am Portal
• nach der Aufbereitung
• nach Herstellung des Produktes unter Verwendung des Ausbruchsmaterials Massenstromanalyse
Öko-Bilanz Wirtschaftlichkeit rechtliche Bestimmungen
Festlegung der Verwendung des Ausbruchmaterials Prognostizierte Lithologien inkl. Kubaturen
Makroskopische Petrographie Schichtsilikatgehalt
Dünnschliff- petrographie Verwitterungsgrad
Röntgen- diffraktometrie Mineralbestand
Geochemie Chemismus
Geotechnik
• kf, WL, Sieblinie
• UCS, CAI, LCPC, LA
Darlegung möglicher Verwendungspotentiale
Großmaßstäbliche Versuche in Abhängigkeit der gewählten Baumethode Berücksichtigung von Vortriebstechnik, Stützmaßnahmen, Aufbereitungstechnik Verwendungsspezifische Untersuchungen (Beton, industrielle Verwendung, usw.)
Bild 2: Ablaufdiagramm zur Charakterisierung und Festlegung der Verwendung von Ausbruch- material
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soll das Ausbruchmaterial für die Betonherstellung verwendet werden, ist die Sinnhaf- tigkeit der vorgeschriebenen pH-Wert Untersuchung zu hinterfragen.
Bild 2 zeigt den Vorschlag eines Ablaufdiagramms zur Charakterisierung und Festle- gung der Verwendung von Tunnelausbruchmaterial.
2.1. Verunreinigung des Ausbruchmaterials auf Basis unterschiedlicher Vortriebsarten
Die geochemischen Eigenschaften des Ausbruchsmaterials können durch die Vortriebs- arbeiten beeinflusst werden. Die chemischen Gehalte im Feststoff und im Eluat sind sowohl im Falle einer Deponierung als auch im Falle der Verwendung zu bestimmen und mit festgelegten Grenzwerten zu vergleichen. Es wird jedoch vorgeschlagen, die Liste der Untersuchungen im Falle einer Verwendung des Ausbruchmaterials auf die verwendungsspezifisch erforderlichen Parameter einzuschränken.
2.1.1. Stoffeintrag beim NATM-Vortrieb Durch Eluatversuche am Ausbruchmaterial konnte festgestellt werden, dass durch den Sprengvortrieb lösliche Anteile an Nitrat (NO3-), Nitrit (NO2-), und Ammonium (NH4+) in das Ausbruchmaterial eingetragen werden. Dabei ergaben sich typischerweise folgende Messergebnisse:
• Nitrat (NO3-): 6,0 bis 15,0 g-N/Tonne Ausbruch
• Nitrit (NO2-): 1,0 bis 2,4 g-N/Tonne Ausbruch
• Ammonium (NH4+): 0,2 bis 3,3 g-N/Tonne Ausbruch
2.1.2. Stoffeintrag beim maschinellen Vortrieb Im Maschinenbereich kann es zum Eintrag von Ölen, Fetten und Treibstoffen in das Ausbruchmaterial kommen. Beim maschinellen Vortrieb im Lockergestein können Veränderungen der Eigenschaften des Ausbruchmaterials durch Zugabe von Kondi- tionierungsmitteln bedingt werden.
3. Prinzipielle Verwendungsmöglichkeiten und Anforderungen an Ausbruchmaterial als mineralischer Rohstoff
Die Verwendung von Tunnelausbruchmaterial ist wesentlich abhängig von den technischen Materialanforderungen der unterschiedlichen Verwendungsszenarien.
Ausgehend von Normen, Richtlinien, Forschungs- sowie Praxisberichten werden im Folgenden für unterschiedliche Verwendungsszenarien einzuhaltende Materialanfor- derungen zusammengestellt. In Bild 3 sind die Randbedingungen der Verwendung von Tunnelausbruchmaterial grafisch dargestellt.
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Bild 3: Randbedingungen der Verwendung von Tunnelausbruchmaterial
Quelle: Jodl, H. G.; Resch, D.: NATM and TBM – comparison with regard to construction operation. In: Geomechanics and Tunneling 4 No. 4. Ort: Ernst & Sohn, 2011, S. 344
Generell ist darauf hinzuweisen, dass für den Nachweis einer möglichen Verwendung des Ausbruchmaterials eine mehrstufige Untersuchungsabfolge erforderlich ist. Erste Untersuchungen sollten bereits in ersten Projektierungsüberlegungen an Gesteinskör- nungen aus Probebohrungen erfolgen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollten in der Folge weitere Untersuchungen an größeren Materialmengen durchgeführt werden.
Die Materialanforderungen bilden die Grundlage für die Entscheidungskriterien der Bewertungsmatrix.
3.1. Verwendung in rohstoffverarbeitenden Betrieben
Dazu ist erforderlich, dass die rohstoffverarbeitenden Betriebe im Projektgebiet samt den von ihnen benötigten mineralischen Rohstoffen und deren Eignungskriterien erfasst werden. Die Größenordnung der maximalen Transportstrecke ist unter Bedachtnahme der Ressourcenschonung, des Landschaftsschutzes und der CO2-Relevanz zu diskutieren.
Ferner ist ein Einsatz des Tunnelausbruchmaterials als Rohstoff für Spezialanwendungen, die größere Transportweiten erlauben, zu überprüfen. Dazu wäre es ideal die national vorhandenen Unternehmen zu erheben, die höherwertige mineralische Rohstoffe verar- beiten. Die in den Tunnelprojekten anstehenden Hauptlithologien sind dahingehend zu untersuchen. Den unterschiedlichen Festgesteinsgruppen können exemplarisch folgende Verwendungspotentiale zugeordnet werden (siehe Tabelle 1). Die Aufstellung beinhaltet nicht die großstückigen Verwendungsbereiche wie Werkstein, Dekorstein, Gleisschotter oder Flussbausteine. Für die Lockersedimente besteht exemplarisch folgendes Verwer- tungspotenzial, Spezialtone (Kaolin, Bentonit usw.) sind nicht berücksichtigt:
• Rundkies, Sande: Beton, Mörtel
• Mergel: Zementindustrie
• Tone: Ziegel-, Zement-, Blähtone, Umwelttechnik, Deponiebau
• Quarzsande: Glas-, Zement-, Keramik-, Farben-, Lackindustrie, Filtermaterialien
Randbedingungen der Verwendung von Ausbruchmaterial
Geologie Technik Recht Bedarf
Geotechnik Geochemie Petrografie
Lösemethode Materialaufbereitung Baustellenorganisation
Betontechnik Öko-Bilanz
Abfallrecht Vergabe Materialeigentum
Baustelle Extern
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3.2. Gesteinskörnung für die Betonherstellung
Verwendungspotential Zuschlagstoff für karbonatischen Splittbeton Zuschlagstoff für silikatischen Splittbeton Zuschlagstoff für metallurgische Prozesse Gesteinsmehle für die Landwirtschaft Schmelzbasalt, Mineralfasern Flussmittel Filterstoff Wasseraufbereitung Zementrohstoff Glasherstellung Futtermittel Umweltbereich (Wasser, Boden, Luft) Chemische Industrie Nahrungsmittelindustrie Füllstoffe Feuerfestindustrie Farben-, Lackindustrie Beton- und Mörtelindustrie, Körnungen Gleisschotter Festgestein-
gruppe Karbonatge- steine (Kalke,
Dolomite) x x x x x x x x x x x x
Karbonatische Metamorphi-
te (Marmore) x x x x x x x x x x x x
Silikatische Meta- morphite
x x x
Vulkanite:
basische V. x x x x x x
Vulkanite:
saure V. x x x x
Plutonite
(Granite) x x
Tabelle 1: Verwendungspotentiale verschiedener Festgesteinsgruppen
Bild 4: Großtechnisch aufbereitete Fraktionen Bei der Betonherstellung kann Rundkies
(Alluvialkies) ganz oder teilweise durch den Einsatz von gebrochenem Material von Tunnelausbruchmaterialien substi- tuiert werden (Splittbeton).
Kies und Sand stellen gewichts- und vo- lumenmäßig die wichtigste Gruppe der nutzbaren Gesteine dar. Seit geraumer Zeit stellt man diesbezüglich eine zuneh- mende Mangelsituation fest, die zweifach begründet ist: Zum einen werden als
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Rohstoffe Gesteinsvorkommen abgebaut, die sich nicht erneuern und die demgemäß bereits heute in verschiedenen Gebieten als weitgehend abgebaut zu betrachten sind.
Zum andern kollidiert die Nutzung der Rohstoffe mit anderen Interessen und Bedürf- nissen, wodurch sich die tatsächlichen abbaubaren Reserven gegenüber den geologisch vorhandenen Vorkommen ganz wesentlich reduzieren (Bild 5).
Kiesvorräte
1850 ~ 1950 ~ 2000 Zeit
1850 vorhandene geologische Kiesreserven
Verminderung durch Kiesabbau
Verminderung der abbaubaren Kiesreserven durch Umweltfaktoren Wald
Bauzonen Verkehrswege Verkehrswege Landschafts- schutz Grundwasser- schutz
Kiesabbau Abbaubare
Kiesreserven
Bild 5: Konkurrierende Nutzungsansprüche des Rohstoffes Kies
Quelle: Kündig, R.: Die mineralischen Rohstoffe der Schweiz. Ort: Schweizerische Geotechnische Kommission, 1997, S. 100
Die Qualität von Splittbeton ist von der mineralogischen und geochemischen Zu- sammensetzung des gebrochenen Gesteinsmaterials abhängig. Die Eigenschaften von Beton aus gebrochenem Karbonatmaterial sind ähnlich jenen von Rundkiesbeton. Der Einsatz von Brechermaterialien aus silikatischen kristallinen Gesteinen wird wesentlich durch den Anteil an qualitätsmindernden bzw. Beton unverträglichen Mineralen und mögliche Alkali-Aggregat Reaktionen bestimmt. Letzteres gilt auch für Brechermate- rialien aus Sedimentgesteinen mit silikatischen Gesteinskomponenten. Systematische Untersuchungen in der Schweiz zeigten, dass silikatische, kristalline Lithologien in Abhängigkeit ihrer petrographischen Zusammensetzung unterschiedliche Eignungen für Splittbeton besitzen, die auch regionalen Schwankungen unterworfen sind.
Die Materialversuchsanstalt Strass (MVA Strass Pöyry Infra) hat gemeinsam mit dem Forschungsinstitut der Vereinigung Österreichischer Zementindustrie (VÖZfi) und der Bautechnischen Prüf- und Versuchsanstalt (BPV) Untersuchungen von Augengneis und Biotit Plagioklas Gneis für die Verwendung als Gesteinskörnung im Beton durchgeführt.
Die Untersuchungen unterteilten sich in Untersuchungen der Betonausgangsstoffe und in die Überprüfung der geforderten Betoneigenschaften markanter, für den Tiefbau typischer Betone, mit Nachweis am Festbeton.
3.2.1. Untersuchung der Ausgangsmaterialien
Am Ausgangsmaterial wurden die Sieblinie, Schlämmanalysen, Kornrohdichte im was- sergesättigten Zustand, Wasseraufnahme und Kernfeuchte, Kornform, LA-Koeffizient und die Abriebbereitschaft der Gesteinskörnung untersucht.
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3.2.2. Untersuchungen am Beton Für die Untersuchungen am Beton wurden unter Heranziehung der großtechnisch aufbereiteten Ausbruchmaterialien zuerst Vorversuche mit entsprechenden Rezeptur- vorgaben und im Anschluss Optimierungsversuche durchgeführt.
• Vorversuche
- Rezepturvorgabe – Innenschalenbeton C25/30(56)/IGP - Rezepturvorgabe – Tübbingbeton C35/45/C2/XF3/XC4/GK16 - Rezepturvorgabe – Weiße Wanne Beton BS1C C20/25(56)/BS1C
• Optimierungsversuche
Mit sechs unterschiedlichen Lithologien wurden zunächst Untersuchungen hinsicht- lich der grundsätzlichen Eignung der aufbereiteten Gesteinskörnungen durchgeführt.
Ferner wurden mit den aufbereiteten Gesteinskörnungen repräsentative Betone für den Tiefbau hergestellt und die Anforderungen entsprechend den Klassen am Festbeton nachgewiesen. Die großtechnisch aufbereiteten Gesteinskörnungen wiesen unab- hängig vom Brechvorgang keine für die Betonherstellung schädlichen Bestandteile (säurelösliches Sulfat, wasserlösliches Chlorid, Huminstoffe, Phosphate) auf. Es konnte mit beiden Aufbereitungsarten (Backenbrecher – Kegelbrecher und Backenbrecher – Prallmühle) eine günstige Kornform hergestellt werden. Durch einen gut adaptierten Klassierungsvorgang konnten mit allen sechs unterschiedlichen Lithologien nach der Aufbereitung günstige Kornverteilungen für die Betonherstellung produziert werden.
Untersuchungen der Alkali Kieselsäure Reaktivität auf Basis des Schnelltests (ÖNORM B 3100) zeigten, dass alle Lithologien mit Ausnahme des Biotit-Plagioklas-Gneises, für alle geprüften Betonanwendungen (Expositionen) verwendbar sind.
Die Eignung der aufbereiteten Gesteinskörnung zur Herstellung tiefbauspezifischer Betone wurde anhand von drei repräsentativen Betonsorten für die Anwendung als Innenschalenbeton, Tübbingbeton und Weiße Wannenbeton, untersucht. Nach Re- zepturausarbeitung und Optimierung der Zusammensetzung wurde jede Betonsorte hinsichtlich Festigkeitsklasse und Expositionsklassen am Festbeton geprüft.
Es konnte gezeigt werden, dass mit allen sechs untersuchten Gesteinsarten die Herstellung von Tunnelbetonen möglich ist, die den Anforderungen des Tunnelbaus entsprechen.
Angemerkt muss werden, dass die Herstellung von Frost-Tausalzbeständigen (XF4) Weiße Wannenbetonen – diese entsprechen der Betonsortenbezeichnung BS1C – hinsichtlich der Eigenschaften und Verarbeitbarkeit der Ausbruchmaterialien im Grenzbereich liegt.
4. Verwendung von Tunnelausbruchmaterial – von der Planung bis zur Ausführung
Entscheidungsmatrix Ausgehend von technischen, mineralogischen und chemischen Anforderungen an Ge- steinskörnungen, sowie der im Bundesabfallwirtschaftsplan bzw. in der Deponieverordnung
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festgelegten chemischen Grenzwerte wurde eine Bewertungsmatrix zur Beurteilung der Verwendbarkeit von Tunnelausbruchmaterial erstellt.
Mithilfe der Bewertungsmatrix kann die Eignung des Ausbruchmaterials für die Verwendung als
• Gesteinskörnung für die Betonproduktion,
• Gesteinskörnung für Tragschichten,
• Bahnschotter,
• Gesteinskörnung für Asphaltmischgut,
• Ziegelton oder als
• industrieller Rohstoff
in der Entwurfs- und Planungsphase eines Tunnelprojektes rasch bestimmt werden.
Grundsätzlich gilt, dass der Nachweis der prinzipiellen Verwendbarkeit des Tunnel- ausbruchmaterials so früh wie möglich erfolgen sollte. Werden in der Frühphase der Planung einzelne Grenzwerte überschritten, bedeutet dies nicht gezwungenermaßen ein Ausscheiden der Verwendungsmöglichkeit des Tunnelausbruchmaterials. In sol- chen Fällen muss die Verwendbarkeit des Ausbruchmaterials in der darauffolgenden Planungsphase genaueren Untersuchungen unterzogen werden.
Die für die Bewertung eines angedachten Verwendungsszenarios erforderlichen Ei- genschaften des zu beurteilenden Ausbruchmaterials werden in Eingabeblättern (in Tabelle 2 ist die Navigationsleiste der Bewertungsmatrix dargestellt) abgefragt. Die eingegebenen Untersuchungsergebnisse werden in Ergebnisblättern den Anforderungen bzw. Grenzwerten für die gewählte Verwendung gegenübergestellt.
Tabelle 2: Navigationsleiste Bewertungsmatrix
Technische Parameter Chemische Parameter Mineralogische Sieblinie BAWP/DepVO Parameter
Gesteinskörnungen Gesteinskörnung Gesteinskörnungen Gesteinskörnung Kalk als für Betonproduktion für Tragschichten für Bahnschotter für Asphaltmischgut Ziegelton industrieller
Rohstoff
Es wird empfohlen, anhand der Vorerkundungs- und Voruntersuchungsergebnisse technische Datenblätter bezogen auf das später zu erwartende Ausbruchmaterial zu erstellen. Diese Datenblätter sollten folgende Inhalte umfassen:
• allgemeine Orts-, Zeit-, und Mengenangaben
• Ergebnisse der Voruntersuchung
• Einteilung des Untertagebauprojektes in Rohstoffzonen nach Art und möglicher Nutzung
Sollten anhand der Vorabinformationen über die Datenblätter Interessenten für den entsprechenden Rohstoff gefunden werden, so sind im Weiteren die zusätzlichen technischen Bedingungen und Abnahmemodalitäten festzulegen.
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5. Rechtliche Rahmenbedingungen [3]
Aus rechtlicher Sicht sind vor allem die Fragestellungen bezüglich des Abfallrechtes, des Eigentums sowie Vergabemodelle für die Materialverwendung zu beurteilen.
In einem ersten Schritt wird die Frage geprüft, wer grundsätzlich Eigentümer des angefallenen Tunnelausbruchmaterials ist. Danach folgt die Klärung der zentralen Fragestellung, ab wann bzw. bis wann das angefallene Tunnelausbruchmaterial vom Abfallregime umfasst ist. Schließlich muss noch untersucht werden, unter welchen Voraussetzungen das Abfallende durch Verwertung des einmal als Abfall geltenden Tunnelausbruchs eintreten kann.
5.1. Eigentumsrechtliche Fragestellungen
Nach den Bestimmungen des Allgemeinen Bürgerlichen Gesetzbuches (ABGB) erstreckt sich das Grundeigentum grundsätzlich unbegrenzt in den über einer Lie- genschaft befindlichen Luftraum und den darunterliegenden Erdboden. Hinsichtlich des Ausbruchmaterials, das technisch von Menschenhand gewonnen werden kann, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass das Tunnelausbruchmaterial im Eigentum des Grundbesitzers steht. Angesichts dieser Judikatur ist es unzweifelhaft, dass das Tun- nelausbruchmaterial jedenfalls dem Liegenschaftseigentümer gehört.
5.2. Abfallbegriff: Unionsrechtliche Vorgaben
Art. 3 Z 1 Abfallrahmenrichtlinie 2008/98/EG versteht unter Abfall jeden Stoff oder Ge- genstand, dessen sich sein Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss. In der Abfallrahmenrichtlinie ist definiert, dass ein Stoff der das Ergebnis eines Herstellungsver- fahrens ist, dessen Hauptziel nicht die Herstellung dieses Stoffes oder Gegenstands ist, nur dann als Nebenprodukt gelten kann, wenn die folgenden Voraussetzungen erfüllt sind:
a) Es ist sicher, dass der Stoff weiterverwendet wird,
b) der Stoff kann direkt ohne weitere Verarbeitung verwendet werden,
c) der Stoff wird als integraler Bestandteil eines Herstellungsprozesses erzeugt und d) die weitere Verwendung ist rechtmäßig, d.h. der Stoff erfüllt alle einschlägigen Pro-
dukt-, Umwelt- und Gesundheitsschutzanforderungen für die jeweilige Verwendung.
Für die Einordnung von Tunnelausbruch werden vor allem drei Urteile des EuGH näher betrachtet. Es handelt sich dabei um die Urteile des EuGH vom 18.4.2002 – Rechtssache Palin Granit Oy, vom 11.09.2003 – Rechtssache Avesta Polarit Chrome Oy, sowie vom 18.12.2007 – Rechtssache C-194/05 Kommission gegen Italien.
Unter Bezug auf die oben genannte Rechtsprechung führte der EuGH aus, dass in bestimmten Situationen ein Rohstoff, der bei einem nicht hauptsächlich zu ihrer Gewinnung bestimmten Abbau entsteht ein Nebenerzeugnis darstellt, dessen sich der Besitzer nicht entledigen will, sondern das er unter Umständen in einem späteren Vorgang nutzen oder vermarkten will. Vorausgesetzt muss werden, dass diese Wieder- verwendung gewiss ist, und diese in Fortsetzung des Gewinnungsverfahrens erfolgt.
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Daher ist neben dem Kriterium, ob ein Stoff ein Produktionsrückstand ist, der Grad der Wahrscheinlichkeit der Wiederverwendung dieses Stoffes ohne vorherige Bearbeitung ein maßgebliches Kriterium für die Beurteilung der Frage, ob es sich um Abfall handelt.
5.3. Abfallbegriff: AWG 2002
Der Systematik des unionsrechtlichen Abfallbegriffs folgend sind gemäß § 2 Abs. 1 AWG 2002 Abfälle bewegliche Sachen, deren sich der Besitzer entledigen will – Entle- digungsabsicht – oder zu entledigen hat – Entledigungspflicht.
5.3.1. Objektiver Abfallbegriff/Entledigungspflicht
Aufgrund des Umstandes, dass das Zutreffen bzw. Nichtzutreffen dieser sehr allge- meinen Definition weitreichende Konsequenzen für den jeweils betroffenen Betrieb hat, erging zur Frage des Abfallbegriffs in den vergangenen Jahren eine Vielzahl an Judikaten des Verwaltungsgerichtshofes.
5.3.2. Subjektiver Abfallbegriff/Entledigungsabsicht
Hinsichtlich des subjektiven Abfallbegriffes kann von einer Abfalleigenschaft nur dann gesprochen werden, wenn das überwiegende Motiv der Entäußerung einer Sache darin liegt, diese loszuwerden.
Einen Ausweg könnte der Fall darstellen, dass das anfallende Tunnelausbruchmaterial auf der Baustelle geprüft wird, ob es ohne Aufbereitungsschritte für Wälle und Dämme anlässlich desselben Bauvorhabens gebraucht werden kann. Das geeignete Material müsste dabei getrennt vom überflüssigen Material gelagert werden. Für die erstere Materialgruppe bestünde keine Entledigungsabsicht, da ihr Besitzer sie für seine Haupt- tätigkeit, beispielsweise die Errichtung einer Eisenbahnstrecke, benötigt. Hinsichtlich des verbleibenden Tunnelausbruchmaterials wird jedoch Entledigungsabsicht und daher zunächst die Abfalleigenschaft anzunehmen sein.
5.4. Anwendungsbereich der Abfallrahmenrichtlinie 2008/98/EG
Nicht kontaminierte Böden und andere natürlich vorkommende Materialien, die im Zuge von Bauarbeiten ausgehoben wurden, sind vom Anwendungsbereich der Abfall- rahmenrichtlinie 2008/98/EG ausgenommen, sofern sicher ist, dass die Materialien
• in ihrem natürlichen Zustand
• an dem Ort, an dem sie ausgehoben wurden,
• für Bauzwecke verwendet werden.
Damit Tunnelausbruch aus dem Anwendungsbereich der Abfallrahmenrichtlinie 2008/98/EG fallen kann, muss es sich zunächst um einen nicht kontaminierten Boden handeln.
Da es auf europäischer Ebene keine Standards für die Zuordnung von ausgehobenem Boden in die Kategorien kontaminiert und nicht kontaminiert gibt, muss auf die in- nerstaatliche Auslegung in den einzelnen Mitgliedstaaten zurückgegriffen werden.
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Der ausgehobene Boden müsste so wie er ist für Bauzwecke verwendet werden. Es wäre demnach hier rein an Verfüllungen oder Schüttungen im Rahmen eines Bauvorhabens gedacht. Wenn das Tunnelausbruchmaterial auf der Baustelle wieder verfüllt wird bzw.
für Dämme oder Wälle, beispielsweise für Lärm-, Lawinen-, Wildwasser- oder Hoch- wasserschutz herangezogen wird, kann jedenfalls argumentiert werden, dass dieses Material in seinem natürlichen Zustand verbleibt.
Bei einer solchen Auslegung stellt sich aber für den Tunnelausbruch das Problem, dass dieser auch für die Produktion von Zuschlagstoffen für Beton bzw. zur Produktion von Gesteinskörnungen herangezogen werden soll. Nach dieser Ansicht würden die Bearbeitungsschritte dazu führen, dass der Tunnelausbruch nicht mehr in seinem natürlichen Zustand zum Einsatz kommt.
5.5. Ende der Abfalleigenschaft – Unionsrechtliche Vorgaben
Die bislang nicht auf Gemeinschaftsebene geregelte Frage, ob und unter welchen Bedin- gungen ein Abfall aus dem Abfallregime entlassen werden kann, wird erstmalig durch die Abfallrahmenrichtlinie 2008/98/EG beantwortet. Danach soll die Abfalleigenschaft für bestimmte Abfälle enden, wenn diese ein Verwertungsverfahren durchlaufen haben und spezifische Kriterien erfüllen, die gemäß den folgenden Grundlinien festzulegen sind:
Durchlaufen eines Verwertungsverfahrens, das nicht zwingend im Recycling bestehen muss,
• Verwendung für bestimmte Zwecke möglich,
• Einhaltung der für diese Zwecke geltenden technischen und rechtlichen Anforde- rungen,
• Bestehen eines Marktes oder einer spezifischen Nachfrage,
• keine schädlichen Auswirkungen der Verwendung auf Gesundheit und Umwelt.
Anhand der so konkretisierten Vorgaben wird in der Praxis bestimmt werden können, zu welchem Zeitpunkt die Abfalleigenschaft eines Stoffes endet.
5.6. ALSAG (Altlastensanierungsgesetz) – Beitragspflicht
Für die nachfolgenden Überlegungen ist daher davon auszugehen, dass Abfall vorliegt:
Gemäß ALSAG unterliegt dem Altlastenbeitrag unter anderem das Ablagern von Abfällen oberhalb oder unterhalb der Erde. Bodenaushubmaterial unterliegt jedoch dann nicht der Altlastensanierungsbeitragspflicht, wenn dieses zulässigerweise für das Verfüllen von Geländeunebenheiten oder das Vornehmen von Geländeanpassungen verwendet wird.
Gemäß Deponieverordnung ist Tunnelausbruch als Bodenaushubmaterial, das ins- besondere bei untertägigen Baumaßnahmen in Fels- und Lockergestein anfällt, zu qualifizieren. Tunnelausbruchmaterial ist daher im Sinne des ALSAG als Bodenaus- hubmaterial zu bezeichnen.
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Dank
Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden mit finanzieller Unterstützung der FFG – Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft in einem gemeinsamen Forschungs- projekt mit den Projektpartnern Montanuniversität Leoben, Alpine Bau GmbH, ARGE Bautech, BPV - Bautechnische Prüf- und Versuchsanstalt GmbH; VÖZfi - Forschungsin- stitut der Vereinigung Österreichischer Zementindustrie; PE Central & Eastern Europe GmbH, Pöyry Infra GmbH – Materialversuchsanstalt Strass; ASFINAG Baumanage- ment GmbH; Bilfinger Berger Baugesellschaft mbH, ÖBB-Infrastruktur AG; PORR Bau GmbH, TIWAG – Tiroler Wasserkraft AG; Verbund – Austrian Hydro Power AG;
Wiener Linien GmbH & CoKG erarbeitet, wobei die wissenschaftliche Leitung beim Autor dieses Beitrages und die wirtschaftliche Leitung bei der ÖBV – Österreichische Bautechnik Vereinigung lag.
6. Quellen
[1] Jodl, H. G.; Resch, D.: NATM and TBM – comparison with regard to construction operation.
In: Geomechanics and Tunneling 4 No. 4. Ort: Ernst & Sohn, 2011, S. 344
[2] Kündig, R.: Die mineralischen Rohstoffe der Schweiz. Ort: Schweizerische Geotechnische Kom- mission, 1997, S. 100
[3] Recycling von Tunnelausbruch, FFG – Projekt Nummer 834231
Ansprechpartner
Professor Dipl.-Ing. Dr. mont. Robert Galler Montanuniversität Leoben
Leiter des Lehrstuhls für Subsurface Engineering Erzherzog-Johann-Straße 3/III
8700 Leoben, Österreich +43 3842 402-3400
robert.galler@unileoben.ac.at
Lerchenfeldstraße 76 | D-47877 Willich-Anrath | Telefon +49 2156 49655-0
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Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Thomas Pretz, Dieter Georg Senk, Hermann Wotruba (Hrsg.):
Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 6 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-47-3 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Stephanie Thiel Alle Rechte vorbehalten
Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2019 Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm,
Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.
Erfassung und Layout: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Claudia Naumann-Deppe, Sarah Pietsch, Janin Burbott-Seidel, Ginette Teske, Roland Richter,
Cordula Müller, Gabi Spiegel Druck: Universal Medien GmbH, München
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