Konsolidierung des Untergrunds

Die Konsolidierungsmethoden

Die Konsolidierungen dienen dazu, Hohlräume zu stabilisieren und die Errichtung von Bauwerken an der Oberfläche zu ermöglichen. Sie können mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden, wie z. B. Trockenmauern und Versatz (hagues et bourrages), Handpfeiler (piliers à bras), gemauerte Pfeiler, Beton-Injektionen, Verstärkungen durch Bewehrungsstahl usw. Diese Methoden ermöglichen es, geschwächte oder erdbewegungsgefährdete Bereiche zu festigen und so die Sicherheit von Infrastrukturen und Personen zu gewährleisten.

Konsolidierungsmethoden – Inspection Générale des Carrières

Die Restpfeiler (piliers tournés)

Ein Restpfeiler ist eine Säule aus unterirdischem Material, die beim Abbau zwischen den Abbauzonen stehen gelassen wird. Die Methode des Restpfeilerbaus wird häufig in Bergwerken angewendet, in denen das umgebende Gestein fest genug ist, um die Lasten ohne künstliche Verstärkung zu tragen.

Trockenmauern und Versatz (Hagues et bourrages)

Die älteste und wirtschaftlichste Methode ist die Methode „Hague et Bourrage“ (Trockenmauer und Versatz). Sie wurde angewendet, um die unterirdischen Steinbrüche zu organisieren, insbesondere unter Paris und seinen Vororten. Sie bestand darin, das gesamte Material abzubauen und dann die Hohlräume des unterirdischen Steinbruchs mit Abraum und Gesteinsschichten minderer Qualität, dem sogenannten „bourrage“ (Versatz), zu füllen, die durch Trockenmauern, die „hagues“, an Ort und Stelle gehalten wurden. Diese Methode ermöglichte es, die hochwertigen Kalksteinschichten abzubauen und gleichzeitig die Stabilität der Stollen zu gewährleisten. Stützpfeiler, sogenannte „piliers à bras“ (Handpfeiler), wurden ebenfalls errichtet, um die Trockenmauern zu verstärken und die Decke des unterirdischen Steinbruchs zu festigen. 

Die Handpfeiler und die gemauerten Pfeiler

Ein Handpfeiler (pilier à bras) ist eine Aufschichtung von massiven Steinen in unterirdischen Steinbrüchen unterschiedlicher Größe. Man kann sowohl riesige als auch kleine Pfeiler finden. Sie sind meist überall verteilt, um die Last zu verteilen, und bilden so wunderschöne Pfeilerwälder. 

Die gemauerten Pfeiler werden errichtet, indem Steinblöcke stabil aufeinandergeschichtet und mit Kalk oder in neuerer Zeit mit Beton verbunden werden. Diese Methode ermöglicht es, Bauwerke unterhalb von Konstruktionen lokal zu stabilisieren, wie es beim Reservoir von Montsouris, bei der U-Bahn oder bei Aquäduktübergängen der Fall ist. 

Die Zuganker

In der Geotechnik sind Zuganker (oder Bodennägel) Verstärkungselemente, die zur Stabilisierung instabiler Böden oder zur Verstärkung geotechnischer Strukturen wie Felswänden oder Böschungen eingesetzt werden. In Bergwerken und unterirdischen Steinbrüchen können die Felswände Instabilitäten wie Steinschlag oder Erdrutschen ausgesetzt sein. Um diese Wände zu verstärken, werden in regelmäßigen Abständen, schräg oder entlang von Verwerfungen, Löcher in den Fels gebohrt. Anschließend werden geotechnische Nägel, meist in Form von Gewindestahlstäben, in die Löcher eingeführt und mit Zement- oder Harzmörtel versiegelt. Sobald sie angebracht sind, verankern die Nägel den Fels an Ort und Stelle und verringern so das Risiko eines Einsturzes.

Die Gewölbe und Bögen

Die in unterirdischen Umgebungen errichteten Gewölbe und Bögen stellen architektonische Meisterleistungen dar, die Ästhetik und Funktionalität in oft komplexen Umgebungen vereinen. Diese Strukturen sind so konzipiert, dass sie die Last des darüber liegenden Bodens tragen und gleichzeitig ein unverwechselbares visuelles Erscheinungsbild bieten. Die Gewölbe verstärken die Stabilität der unterirdischen Räume. Die Bögen wiederum spielen eine entscheidende Rolle bei der Verteilung der seitlichen Lasten und helfen, das Nachgeben der Wände zu verhindern. Diese architektonischen Elemente schaffen nicht nur dauerhafte und sichere unterirdische Räume, sondern auch Umgebungen, die die Fantasie durch ihren Einfallsreichtum und ihre Schönheit fesseln.
Die Verwendung von Gewölben und Bögen im unterirdischen Bereich spiegelt die Kreativität von Architekten und Ingenieuren wider, die bestrebt sind, die strukturelle Funktion mit einem künstlerischen Ausdruck zu in Einklang zu bringen, selbst in den Tiefen der Erde.

Der Holzausbau

Ein wenig in den unterirdischen Steinbrüchen, aber weitaus häufiger in den Bergwerken, war vom Mittelalter bis in die Neuzeit der Holzausbau das Mittel zur Konsolidierung der Stollen und Flöze. Der Holzausbau ist die Installation von Holzstützen zur Verstärkung der Stollen oder Tunnel, um Einstürze zu verhindern.

Zwei Holzarten werden verwendet:

• Die Eiche: am stabilsten und fäulnisbeständigsten, sie sollte an warmen und feuchten Orten verwendet werden.
• Die Kiefer und die Tanne werden am häufigsten verwendet; sie sind fast so stabil wie die Eiche und warnen, bevor sie brechen.

Die Einstürze

Tagesbrüche (fontis), auch bekannt als Erdfälle, sind geologische Phänomene, die auftreten, wenn der Boden aufgrund eines zu großen Abstands der Stützpfeiler oder durch den Druck von Gebäuden und Gelände an der Oberfläche einbricht.

Diese Formationen zeigen sich in Form von kreisförmigen oder elliptischen Senken, die aus der allmählichen Auflösung der unterirdischen Schichten resultieren. Man unterscheidet zwei Arten:

• Der Tagesbruch, der ein punktueller, plötzlicher und unerwarteter Einbruch des Bodens infolge des Versagens eines Pfeilers und/oder des Einsturzes eines Stollens ist.

• Der flächenhafte Einsturz, der auftritt, wenn eine große Anzahl von Pfeilern gleichzeitig unter dem Gewicht des Deckgebirges nachgibt, meist im Zusammenhang mit unterdimensionierten Pfeilern.

Sonderfall: Gips ist wasserlöslich, was zu Einstürzen führt, wenn Wasser von der Erdoberfläche einsickert.

Beseitigung des unterirdischen Hohlraums

Die Verfüllung hat zum Ziel, die Hohlräume mit Bergwerksabfällen, Abraum aus dem Steinbruch, Füllmaterial oder Materialien von anderen Baustellen (z. B. Aushub des Grand Paris) zu füllen. Der Verfüllungsprozess kann mit schwerem Gerät wie Bulldozern, Baggern und Transportlastern durchgeführt werden, die das Füllmaterial in den zu verfüllenden Bereichen abladen und verdichten, um eine angemessene Stabilität zu gewährleisten.

Die Injektion hingegen besteht darin, ein Material, meist in Form von Mörtel, in die Hohlräume einzubringen. Zu den am häufigsten verwendeten Injektionsmaterialien gehören Zement und Bentonitsuspensionen. Die Injektion kann mit speziellen Pumpen durchgeführt werden, die das Material unter hohem Druck durch Schächte oder Bohrlöcher injizieren, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Injektionsmaterials und eine wirksame Verstärkung der unterirdischen Strukturen sichergestellt wird.