BHM, 153. Jg. (2008), Heft 10 Dietzel, Rinder, Niedermayr, Mittermayr, Leis, Klammer, Köhler, Reichl 369 Ursachen und Mechanismen der Versinterung von Tunneldrainagen M. Dietzel, T. Rinder, A. Niedermayr, F. Mittermayr, A. Leis, D. Klammer, S. Köhler und P. Reichl Kalziumkarbonat-Versinterungen von Tunneldrainagen können gravierende Mängel an Drainageleitungen sowie Kon- taminationen des Vorfluters bewirken, die erhebliche Kosten verursachen. Fallstudien an Tunnelbauten zeigen, dass das gelöste Karbonat entweder aus dem Bergwasser oder aus der Absorption von atmosphärischem CO 2 bereitgestellt werden kann, während das gelöste Kalzium aus dem Bergwasser und aus der Auflösung von Portlandit am Spritzbeton stammt. Durch umfangreiche chemische, mineralogische und isotopenchemische Analysen sowie hydrogeochemische Modellierungen wurden die jeweils wirksamen Faktoren identifiziert, um auf deren Basis Ansätze für Gegenmaßnah- men entwickeln zu können. Experimente im Labor und vor Ort im Tunnel sollen Vorgaben für eine geeignete Dotierung der Drainagewässer mit Inhibitoren und die Evaluierung des Designs der Drainage ermöglichen. Mechanisms of Sinter Formation in Drainage Systems. Calcium carbonate scale formation may cause serious defects on drainage systems of tunnels and contaminations of receiving streams, which is accompanied with significant expenses. Case studies on tunnel buildings show that the dissolved carbonate arises from ground water or absorption of atmospheric CO 2 , whereas the dissolved calcium is gained from ground water and dissolution of portlandite at the shotcrete. Extensive chemical, mineralogical and isotopic analyses as well as hydrogeochemical modelling are car- ried out to decipher the effective processes and to develop retaliatory action. Lab experiments and in-situ studies are conducted to provide guidelines for the addition of inhibitors in drainage solutions and to evaluate a proper drainage design. 1. Einleitung Versinterungen treten weltweit in einer Vielzahl von Tunneldrainagen auf. Als Folge werden gravierende Mängel an Drainageleitungen sowie Kontaminationen des Vorfluters beobachtet, die insbesondere für den Betreiber der Tunnel erhebliche Kosten verursachen. Diese Kosten beziehen sich zum einen auf die konven- tionelle Reinigung der Drainagerohre mit mechanischen und hydraulischen Wartungsverfahren, zum anderen auf sekundäre Wartungsverfahren durch Härtestabilisation 1 . Mehrausgaben durch verkehrsplanerische Maßnahmen während der Reinigung müssen zusätzlich berücksich- tigt werden. Die Ablagerungen im Tunnel bestehen zumeist aus Kalziumkarbonat. Solche Ablagerungen entstehen ent- weder durch Abscheidung aus kalzium- und bikarbo- natreichen Bergwässern, oder es wird zusätzliches Kalzium aus der Auflösung von Portlandit (CaOH 2 ) über die Reaktion des Bergwassers mit den Zementpha- sen der Tunnelauskleidung bereitgestellt (insbesondere Spritzbeton). Das Karbonat in den Kalksintern kommt entweder aus dem Bergwasser oder aus der Absorption Univ.-Prof. Dipl.-Min. Dr. Martin Dietzel, Mag. Thomas Rinder, Mag. Andrea Niedermayr, Mag. Florian Mittermayr, Ao.Univ.- Prof. Dr. Dietmar Klammer, Dipl.-Geoökol. Dr. Stephan Köhler, alle: Institut für Angewandte Geowissenschaften, Technische Universität Graz, Rechbauerstraße 12, 8010 Graz / Österreich; Dipl.-Chem. Dr. Albrecht Leis und Mag. Peter Reichl, beide: Joanneum Research Forschungsgesellschaft GmbH, Elisabeth- straße 16/II, 8010 Graz / Österreich. Ulmendrainage Ulmendrainage Sammelleitung Vorfluter Bergwasser Drainagewasser Wasser-Zement Reaktion Versinterung Abb. 1: Schematischer Querschnitt und Grundriss des Draina- gesystems von Tunnelbauten. A: Spritzbetonauskleidung, Kalzium-Silikat-Hydratphasen, Kal- zium-Aluminat-Hydratphasen, Kalzium-Hydroxid, Kalzium-Alu- minat-Ferritphasen, Kalzium-Sulfatphasen, Additive und Zuschlagstoffe; A/B: Folienabdichtung; B: Betonkonstruktion; C: Drainagesystem