Erben & Galler © Springer-Verlag Wien BHM, 158. Jg. (2013), Heft 12

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BHM (2013) Vol. 158 (12): 514–520DOI 10.1007/s00501-013-0219-8© Springer-Verlag Wien 2013

Ressourceneffizienz im Tunnelbau – On-site Analysemöglichkeiten für die Weiterverwertung von Tunnelausbruchmaterial

Hartmut Erben und Robert Galler

Chair of Subsurface Engineering, Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich

order of the day which is to be followed by clients, de-signers, construction companies as well as the legislature itself. Apart from creating a legal situation which allows an efficient and unbureaucratic valorisation, technical advances in terms of material analysis are required, to provide a real time characterization of the excavated ma-terial, according to the decisive parameters, still on the tunnel boring machine. The combination of the outcome with a raw material database that is supplied with the re-sults of the material analysis and contains all information concerning the excavated material of a certain project, is an important step forward to a modern, web-based trad-ing of mineral resources. This system allows an imme-diate classification of the excavated material into usage groups and a pre-selection of potential industries that can use the penetrated rocks as a base for their products.

Keywords: Subsurface engineering, Tunnelling, Recy-cling, Tunnel excavation material, Tunnel boring machine, Raw material, Database, Material analysis

1. Einleitung

1.1 Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit im Tunnelbau

Der schonende Umgang mit mineralischen Rohstof-fen hat sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht zunehmend an Bedeutung gewonnen. Der unein-geschränkte Zugang zu Sand-, Kies- und Lagerstätten für Industrieminerale wird durch vielseitige Oberflächennut-zung und immer restriktivere Umweltauflagen nur mehr erschwert möglich (siehe Abb. 1).

In Zeiten steigenden Ressourcenhungers und wach-senden Rohstoffbedarfs müssen daher neue Wege für eine Aufrechterhaltung von Wohlstand und Versorgungs-

Zusammenfassung: Die Wiederverwertung von hochwer-tigem Tunnelausbruchmaterial ist im Anbetracht stetiger Rohstoffverknappung ein Gebot der Stunde, das es so-wohl von Auftraggebern, Planern, Baufirmen, als auch dem Gesetzgeber selbst zu verfolgen gilt. Neben der Schaffung einer rechtlichen Situation, die eine effiziente und unbürokratische Verwertung ermöglicht, sind auch technische Weiterentwicklungen in Bezug auf eine Mate-rialanalyse gefordert, die eine Charakterisierung des Aus-bruchmaterials noch auf der Tunnelbohrmaschine in Echt-zeit nach den für eine Verwertung entscheidenden Para-metern ermöglicht. Die Verknüpfung dieser Resultate mit einer Rohmaterialdatenbank, die mit den Ergebnissen der Materialanalyse gespeist wird und sämtliche Informatio-nen betreffend des Ausbruchmaterials eines bestimmten Projektes enthält, stellt den Schritt zu einem modernen webbasierten Handel mit mineralischen Rohstoffen dar. Dieses System ermöglicht eine sofortige Klassifizierung des Ausbruchmaterials in Verwendungsgruppen und eine Vorselektion möglicher Industriezweige, die das durch-örterte Gestein als Basis für ihre Produkte verwenden können.

Schlüsselwörter: Untertagebau, Tunnelbau, Wiederver-wertung, Tunnelausbruchmaterial, Tunnelbohrmaschine, Rohmaterial, Datenbank, Materialanalyse, Rohstoff

Resource Efficiency in Tunnelling: On-site Analysing Possibilities for Valorisation of Tunnel Excavation Material

Abstract: Considering an increasing shortage of resources, recycling of high-quality tunnel excavation material is the

Dipl.-Ing. H. Erben ()Chair of Subsurface Engineering, Montanuniversität Leoben, Erzherzog-Johann-Strasse 3, 8700 Leoben, ÖsterreichE-Mail: hartmut.erben@unileoben.ac.at

Eingegangen am 13. Oktober 2013; angenommen am 24. Oktober 2013; online publiziert am 9. November 2013

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sicherheit beschritten werden. Dazu zählen neben immer effizienteren Recyclingmethoden von Bauschutt auch die Nutzung von bereits im Abbau befindlichen mineralischen „Rohstofflagerstätten“, wie sie beim Tunnelbau vorliegen.

In den nächsten Jahren werden in Europa im Zuge von Untertagebauarbeiten rund 800 Millionen Tonnen minera-lischer Rohstoffe zu Tage gefördert, die zu einem beträcht-lichen Teil bisherige Lagerstätten substituieren können [1]. Alleine im ostalpinen Raum, den Österreich zu einem Großteil bedeckt, befinden sich in etwa 200 km an Tunnel-bauwerken in Planung [2].

Dieser Problematik hat sich ein Konsortium, bestehend aus Vertretern von Baufirmen, Maschinenherstellern, Inge-nieurbüros und dem Lehrstuhl für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben im Zuge des DRAGON-Pro-jektes (Development of Resource-Efficient and Advanced Underground Technologies) angenommen, um praxis-taugliche Lösungen zu entwickeln.

Vor allem die rechtliche Situation erschwert die Verwer-tung von Tunnelausbruchmaterial zur Zeit noch erheblich und schreckt viele Betriebe der Mineralrohstoffindustrie vor einer Verwendung dieses gleichwertigen Materials, das sie zu wesentlich günstigeren Konditionen beziehen könnten, ab.

Eine gesetzlich bindende Regelung für die vereinfachte Verwertung von Tunnelausbruchmaterial würde neben dem neu geschaffenen Rohstoffpotential auch Betrie-ben der Mineralrohstoffindustrie ermöglichen, günstig bereits zerkleinertes Material zu beziehen, ihre bestehen-den Lagerstätten zu schonen und so die Lebensdauer des Betriebes erheblich zu verlängern.

1.2 Rechtliche Hürden bei der Verwertung von Tunnelausbruchmaterial

Die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial wird derzeit europaweit unterschiedlich gehandhabt. Als Vorbild dient in jedem Fall die Schweiz, die eine mustergültige Verwer-tung vorschreibt. Im Anschluss werden die rechtlichen Voraussetzungen bei der Wiederverwertung von Tunne-lausbruchmaterial in Österreich und der Schweiz dargelegt.

Österreich Die bundesgesetzlichen Grundlagen für die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial in Österreich sind vielfältig.

Als Basis für die Wiederverwertung von Tunnelaus-bruchmaterial dient die in § 1 des Abfallwirtschaftsgeset-zes (AWG 2002) festgelegte fünfstufige Abfallhierarchie:

1. Abfallvermeidung2. Vorbereitung zur Wiederverwendung3. Recycling4. Sonstige Verwertung5. Beseitigung

Aus der hierarchischen Anordnung ergibt sich die Forde-rung, dem Recycling von Tunnelausbruchmaterial gegen-über dessen Beseitigung den Vorzug zu geben. „Recycling“ ist dabei nach § 2 AWG jedes Verwertungsverfahren, durch das Abfallmaterialien zu Produkten, Sachen oder Stoffen entweder für den ursprünglichen Zweck oder für andere Zwecke aufbereitet werden.

Neben dem Abfallwirtschaftsgesetz gelten aber auch noch das Altlastensanierungsgesetz (ALSAG), die Abfall-rahmenrichtlinie, die Deponieverordnung (DVO 2008), der Bundesabfallwirtschaftsplan (BAWP 2011) und ent-sprechende Landesgesetze. Weiters ist für die Klärung eigentumsrechtlicher Fragestellungen eine grundsätzliche Unterteilung des gelösten Materials in bergfreie, bundes-eigene und grundeigene mineralische Rohstoffe nach dem Mineralrohstoffgesetz (MinroG 1999) notwendig.

Warum Tunnelausbruchmaterial grundsätzlich dem Abfallregime zuzuordnen ist, ergibt sich aus § 2 AWG:

§  2. (1) Abfälle im Sinne dieses Bundesgesetzes sind bewegliche Sachen,

1. deren sich der Besitzer entledigen will oder entledigt hat oder

2. deren Sammlung, Lagerung, Beförderung und Behand-lung als Abfall erforderlich ist, um die öffentlichen Inte-ressen (§ 1 Abs.  3) nicht zu beeinträchtigen.

Abb. 1: Abnahme abbaubarer Kiesreserven (nach Kündig et al., 1997, und Jäckli & Schindler, 1986; Resch & Jodl, 2009; verändert)

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unmittelbar als Substitution von Rohstoffen oder von aus Primärrohstoffen erzeugten Produkten verwendet werden“.

Daraus ergibt sich nun die eingangs erwähnte Pro-blematik bei der Verwertung von Ausbruchmaterial als Industriemineral außerhalb der Baustelle. Bleibt es als Zuschlagstoff oder Schüttmaterial auf der Baustelle, kommt es zeitnah zu der tatsächlichen Verwendung und die Abfalleigenschaft endet. Verlässt es jedoch die Bau-stelle, bleibt das aufbereitete Material solange Abfall, bis es seiner endgültigen Bestimmung gemäß eingesetzt wird, und jeder Betrieb, der weitere Veredelungs- und Ver-arbeitungsschritte – wie sie für die Erlangung bestimmter Produktqualitäten von Industriemineralen erforderlich sind – setzt, wird zum Abfallbehandler/-sammler. Dadurch entstehen für den Betroffenen besondere rechtliche Pflich-ten, die konkret im AWG geregelt sind.

Ein Merkblatt mit Fokus auf die Herausforderungen von Tunnelbauprojekten und der Zielsetzung, die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial zu vereinfachen, ist derzeit mit Beteiligung auf breiter Basis in Ausarbeitung.

Schweiz Ausbruchmaterialien gelten rechtlich gesehen in der Schweiz ebenfalls als Abfälle (USG Art. 7–6), da sie nicht zum Zweck der Nutzung abgebaut werden.

Im Umweltschutzgesetz ist ebenfalls definiert, dass der Verursacher für deren Entsorgung verantwortlich ist. Kon-kret steht dort: Die Entsorgung der Abfälle umfasst ihre Verwertung oder Ablagerung sowie die Vorstufen Samm-lung, Beförderung, Zwischenlagerung und Behandlung. Als Behandlung gilt jede physikalische, chemische oder biologische Veränderung der Abfälle (USG Art. 7–6bis).

Weiters ist im Umweltschutzgesetz USG die Verwer-tungspflicht gegeben, wenn dies wirtschaftlich tragbar ist und die Umwelt weniger belastet als eine andere Entsor-gung und die Herstellung neuer Produkte (USG Art. 30d).

Durch diese Sachlage hat jeder Projektwerber die Pflicht, das abgebaute Material zu verwerten.

Die Aushubrichtlinie schafft Möglichkeiten zur Wieder-verwertung und enthält klare Qualitätsanforderungen, die als Entscheidungsgrundlage für eine Verwertung dienen [3].

In der Aushubrichtlinie erfolgt unter Punkt „VII Entsor-gung“ eine Unterteilung in unverschmutztes, tolerierbares und verschmutztes Aushubmaterial. Wobei unverschmutz-tes Aushubmaterial sowohl auf der Baustelle, als auch außerhalb als Ersatz für Primärrohstoffe und als Schüttma-terial eingesetzt werden kann, während tolerierbares für alle gebundenen Baustoffe und als Straßenbaumaterial eingesetzt werden kann.

1.3 Referenzprojekte

Als Referenzprojekte im Zuge des DRAGON-Projektes die-nen sowohl Tunnelbaustellen, die sich bereits im Bau befin-den, als auch solche, die noch im Planungsstadium stehen. Diese Kombination erlaubt sowohl eine Planung hinsicht-lich effizienterer Nutzung von Tunnelausbruchmaterial bei zukünftigen Projekten als auch einen Rückblick auf vergan-

Auch wenn eines der Ziele bei der Errichtung eines Tun-nelbauwerks die Verwertung von Ausbruchmaterial ist, so liegt das Hauptaugenmerk dennoch auf der Vollendung des Bauvorhabens selbst. Durch diesen Sachverhalt liegt eine Entledigungsabsicht des Projektwerbers vor, § 2 AWG kommt zum Tragen und das Material ist rechtlich gesehen Abfall.

Eine Ausnahme von dieser Regelung bildet die Verwen-dung nicht kontaminierter Böden und anderer natürlich vorkommender Materialien, die im Zuge von Bauarbeiten ausgehoben werden, in ihrem natürlichen Zustand ver-bleiben und für Bauzwecke an dem Ort, an dem sie anfal-len, eingesetzt werden und so nicht die Abfalleigenschaft erhalten.

Die Begriffe „Böden“ und „andere natürlich vorkom-mende Materialien“ werden gemäß DVO unter dem Über-begriff Bodenaushubmaterial zusammengefasst,

§ 3. 9.: Bodenaushubmaterial ist Material, das durch Aus-heben oder Abräumen von im Wesentlichen natürlich gewachsenem Boden oder Untergrund – auch nach Umla-gerung – anfällt. Der Anteil an bodenfremden Bestandtei-len, z. B. mineralischen Baurestmassen, darf nicht mehr als fünf Volumsprozent betragen und es dürfen auch keine mehr als geringfügigen Verunreinigungen, insbesondere mit organischen Abfällen (Kunststoffe, Holz, Papier usw.) vorliegen; diese bodenfremden Bestandteile müssen bereits vor der Aushub- oder Abräumtätigkeit im Boden oder Untergrund vorhanden sein. Das Bodenaushubmate-rial kann von einem oder mehreren Standorten stammen, wenn das Vermischungsverbot eingehalten wird.

der auch Tunnelausbruch umfasst:

§ 3. 55.: Tunnelausbruch ist ein Bodenaushubmaterial, das insbesondere bei untertägigen Baumaßnahmen in Fest- oder Lockergestein anfällt.

Die ausdrückliche Einengung auf eine Verwendung des Ausbruchs vor Ort und im natürlichen Zustand schließt eine Aufbereitung des Materials auf der Baustelle – selbst zur Deckung des Eigenbedarfs – aus, ohne das Material ins Abfallregime zu überführen.

Um den Ausbruch jedoch als Baustoff für die Herstel-lung von zum Beispiel Spritz- und Innenschalenbeton her-anziehen zu können, sind Aufbereitungsschritte in Form einer Zerkleinerung und Klassierung notwendig. Durch diese Schritte wird das Material rechtlich gesehen zum Abfall, weil es nicht mehr in seinem natürlichen Zustand verbleibt. Dabei ist der Bauherr der Abfallbesitzer inklu-sive aller damit verbundenen gesetzlichen Verpflichtun-gen. Sollte dieser nicht über die nötigen Berechtigungen für die Behandlung, Verwertung und Lagerung von Abfall verfügen, so hat er dies an einen Berechtigten zu überge-ben, der sowohl die ausführende Baufirma als auch ein beauftragter Subunternehmer sein kann. Der Beauftrage ist damit je nach konkretem Auftrag Abfallsammler und/oder Abfallbehandler.

Durch die Aufbereitung allein ist das Abfallende aber nicht erreicht. Dieses stellt sich erst ein, wenn nach §  5 AWG „die aus ihnen (Anm.: Altstoffen) gewonnenen Stoffe

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ter und für die spätere Verwertung essentieller Parameter bestimmt und überwacht. Im Zuge des DRAGON Projektes wird der Fokus auf die chemischen und mineralogischen Eigenschaften, den Wassergehalt, die Korngrößenvertei-lung und Kornform gelegt.

Im Hinblick auf die chemische Zusammensetzung ist für eine Klassifizierung nach Verwertbarkeit vor allem der Anteil der Oxide/Elemente SiO2, FeO, Fe2O3, Al2O3, Na2O, K2O, CaCO3, CaO, MgO, MgCO3, TiO2, P2O5, Cr2O3, MnO, S und P von Interesse. Je nach Art der Verwertung rücken natürlich gänzlich andere Parameter und Grenzwerte in den Fokus der Analyse.

2.1.2 Technologien für die Bestimmung dieser Parameter

Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, der Mineralogie, des Wassergehaltes, der Korngrößenver-teilung und Kornform einer Probe sind im industriellen Umfeld bereits Stand der Technik.

Für die Bestimmung der chemischen Zusammenset-zung einer Probe wird neben der nasschemischen Analyse auch die Laserinduzierte Plasma-Spektroskopie (LIPS), die Röntgentransmissionsanalyse (RTA), die Röntgenfluores-zenzanalyse (RFA) und die Prompte-Gamma-Neutronen-Aktivierungs-Analyse (PGNAA) eingesetzt. Im Zuge dieses Projektes liegt der Fokus auf der Röntgenfluoreszenzanalyse, da diese neben einer weiten Verbreitung in der Industrie auch das Anforderungsprofil für einen untertägigen Einsatz erfüllt.

Die Mineralogie lässt sich unter anderem mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (RDA), der UV/VIS-Spektroskopie, der Infrarot-Spektroskopie (IR) und der Laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) bestimmen. Für einen automatisierten Einsatz im Untertagebau werden zur Entscheidungsfin-dung noch die technischen Möglichkeiten von LIF und IR abgewogen. Eine weitere Möglichkeit, die mineralogi-sche Zusammensetzung einer Probe zu ermitteln, ist die Berechnung auf Grundlage einer chemischen Analyse mit Hilfe des Programms A2M „A program to compute all pos-sible mineral modes from geochemical analyses“ [4].

Der Wassergehalt wird mittels Mikrowellentransmis-sionsmessung ermittelt, die eine verbreitete und gängige Möglichkeit zur Feuchtemessung in industriellen Prozes-sen darstellt.

Die Kenntnis der Korngrößenverteilung und der Korn-form des Tunnelausbruchmaterials ist sowohl für die Materialcharakterisierung und dessen Aufbereitbarkeit entscheidend als auch für das automatisierte Erkennen wechselnder geologischer Verhältnisse, die sich meist in den Brucheigenschaften des ausgebrochenen Gesteins widerspiegeln. Für diese Messungen werden optische Sys-teme eingesetzt, die eine dreidimensionale Vermessung des Ausbruchmaterials ermöglichen. Die Kalibrierung von Kamerasystemen für den Einsatz unter Umgebungsbedin-gungen mit hoher Luftfeuchte und Staub stellt hierbei eine besondere Herausforderung dar.

gene Baustellen und die Möglichkeit, in einem direkten Vergleich das Verbesserungspotential aufzuzeigen.

Konkret handelt es sich bei den im Bau befindlichen Projekten um den Koralmtunnel (32,9 Kilometer) und Crossrail, eine 180 Kilometer lange Regionalexpresslinie durch London, die auf einer Länge von 21 Kilometern als Tunnel ausgeführt wird.

Als Projekte im Planungsstadium, bei denen resultierend aus den Ergebnissen des DRAGON-Projektes vermutlich noch Optimierungspotential vorhanden sein wird, dienen der Semmeringbasis- (27,3 Kilometer), Brennerbasis- (55 Kilometer), Bosslertunnel (8,8 Kilometer) und der Mont-Cenis-Basistunnel (57 Kilometer) zwischen Lyon und Turin.

2. Materialanalyse und Datenverarbeitung

2.1 Materialanalyse im maschinellen Tunnelbau

Derzeit erfolgt nach jedem Abschlag eine Ortsbrustauf-nahme durch einen Geologen bzw. eine grobe Material-ansprache am stillgesetzten Förderband nach jedem Hub. Dieses System bietet nicht die Möglichkeit, das Roh-material in einem Ausmaß zu charakterisieren, wie es für einen potentiellen Zulieferbetrieb nötig wäre. Für die Vermarktung des Ausbruchmaterials ist eine ständige Qualitätskontrolle und -sicherung des Produktes zwin-gend erforderlich, um die Anforderungen des Abnehmers garantieren zu können. Dafür müssen Technologien her-angezogen werden, die eine Analyse von Teilen und des gesamten Gutstroms in Echtzeit (on-line) und vor Ort (on-site) ermöglichen.

Die Lösung dieses Problems kann über moderne Mate-rialanalyseverfahren erfolgen, wie sie in weiten Teilen der Mineralrohstoffindustrie bereits Stand der Technik sind. Die Herausforderung besteht in der Adaption dieser Technolo-gien an die rauen Umgebungsbedingungen des Tunnelbaus und im Speziellen den Einsatz in unmittelbarer Nähe zur Ortsbrust, damit sie auch unter Tage zuverlässig einsatzfähig sind und die Ergebnisse in einer Qualität und Geschwindig-keit zur Verfügung stehen, sodass rasche Entscheidungen hinsichtlich der Verwertbarkeit getroffen werden können. In diesem Bereich sind die Messgeräte neben Erschütterungen auch Staub und hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Diese äußeren Einflüsse haben erhebliche Auswirkungen auf die Messgenauigkeit und Lebensdauer der eingesetzten Geräte.

Die Entwicklung eines Systems, das auf alle Randein-flüsse Rücksicht nimmt und diese soweit wie möglich minimieren kann, erweist sich in der Praxis als äußerst schwierig.

2.1.1 Parameterauswahl

Je nach Verwertungsmöglichkeit für das konkret ausge-brochene Material gilt es unterschiedliche Parameter zu bestimmen. Von vornherein muss jedoch klar sein, dass es nicht möglich sein wird, eine vollständige Materialcha-rakterisierung eines vollkommen unbekannten Materials in Echtzeit zur Verfügung stellen zu können. Deshalb ist das Ziel eine Prozesskontrolle, die eine Auswahl bestimm-

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Bei Konzept 2 erfolgt die Materialanalyse über einem Bypass-Förderband, das mit Hilfe eines Probeneh-mers beschickt wird. Dieses System bietet die Möglich-keit einer Materialvorbereitung an die Erfordernisse der Messgeräte.

Konzept 3 verfolgt die Materialanalyse unter Laborbe-dingungen. Dabei wird eine Probe Ausbruchmaterial vom Hauptförderband entnommen und auf eine Korngröße von unter 100 µm gemahlen, um ideale Voraussetzungen für eine hochgenaue Bestimmung zu erhalten.

Abbildung 3 zeigt die Positionierung der Analyseeinhei-ten auf einer Tunnelbohrmaschine und eine Möglichkeit, wie der weitere Materialfluss gesteuert und qualitätsgesi-chert werden könnte.

2.2 Anwendungen für das Ausbruchmaterial

Die Verwertung und Vermarktung des Ausbruchmaterials kann nur gewährleistet werden, wenn sowohl das Mate-rial den Anforderungen der Abnehmerbetriebe entspricht als auch ein Markt dafür existiert.

Im Sinne einer Minimierung von Transportwegen wird das Material, soweit es den Anforderungen als Zuschlag-stoff für die Betonherstellung entspricht oder Schüttungen im direkten Zusammenhang mit den Bauarbeiten errich-tet werden, auf der Baustelle eingesetzt werden. Ist das Materialaufkommen qualitativ einwandfreien Zuschlages größer als der Eigenbedarf der Baustelle, wird als zweiter Verwertungsweg ein Verkauf/Weitergabe an lokale Bau-stoffproduzenten angestrebt.

Werden während des Projektes Lithologien durchörtert, deren Analyse aus der Vorerkundung eine Verwertbarkeit als Industriemineral ergeben hat, ist es das Ziel, dieses Gestein an mineralrohstoffverarbeitende Betriebe zu ver-kaufen, wobei je nach Qualität des angefallenen Materials der Transport auch über die nähere Umgebung hinausge-hen kann.

Ausbruchmaterial, das keiner höherwertigen Verwen-dung zugeführt werden kann und auch nicht im Rahmen des Bauprojektes benötigt wird, kann, sofern die Eignung nachgewiesen wird, als Material für den Landschaftsbau außerhalb der Baustelle eingesetzt werden.

Gestein, das sich aufgrund einer möglichen Hinter-grundbelastung oder unzureichenden technischen Eig-nung nicht verwerten lässt, muss wie bisher deponiert werden. Die zu deponierende Menge ist jedoch bei einem hohen Wiederverwertungsgrad des Tunnelausbruchmate-rials im Vergleich zu bisherigen Projekten um ein Vielfa-ches geringer.

Vereinfacht könnte eine mögliche Verwertungshierar-chie wie in Tab. 1 dargestellt aussehen.

Das Ziel der Verwertung von Tunnelausbruchmaterial ist nicht, als Konkurrenz zu lokal ansässigen Rohstoffbe-trieben aufzutreten, sondern diesen das Material zu einem angemessen Preis zur Verfügung zu stellen, um Lagerstät-ten zu schonen. Der niedrigere Preis resultiert schon allein aus den unsicheren Lieferbedingungen (Massen und Zeit) bedingt durch die variierenden Vortriebsgeschwindigkei-ten in Abhängigkeit von der angetroffenen Geologie.

2.1.3 Implementierung der Messeinrichtungen auf Tunnelbohrmaschinen

Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, wie eine Materialcharakterisierung und –analyse erfolgen könnte. Abbildung  2 zeigt drei Konzepte einer Analyseschaltung auf einer TBM. Bei Konzept 1 bleibt das Material am Haupt-förderband und die Analyseeinheiten sind über dem Band montiert.

Abb. 2: Konzepte zur Implementierung von Messeinrichtungen auf Tunnelbohrmaschinen

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Baustoffproduzenten und Betrieben der mineralrohstoff-verarbeitenden Industrie auch aus Abfallbehandlern, Deponiebetreibern und Behörden zusammensetzen. Jede Interessensgruppe bekommt somit einen Online-Zugang zu den für sie relevanten Informationen hinsichtlich dem bei einem konkreten Projekt anfallenden Tunnelausbruch.

Sämtliche Informationen zum aktuellen Bauprojekt (wie z. B. Daten von Erkundungsbohrungen, Vortriebsart, Parameter und Mengen des Ausbruchmaterials, …) wer-den in einer webbasierten Datenbank gespeichert, die in der Erkundungsphase vom Auftraggeber gespeist wird und in späteren Projektphasen in Abhängigkeit vom Bau-vertrag entweder weiterhin vom Bauherrn oder vom Auf-tragnehmer. Die Speisung während des Vortriebes erfolgt selbstständig durch den ständigen Informationsfluss von der Materialanalyseeinheit, die die Datenbank hinsichtlich tatsächlicher chemischer und mineralogischer Zusammen-setzung, Korngrößenverteilung und Massenstrom aktua-lisiert. Wird nun während des Vortriebs eine Abweichung

Zusätzlich wären auch Schritte des Gesetzgebers gefor-dert, die die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial für die Mineralrohstoffindustrie vereinfachen, um das im Tun-nelbau gewonnene Material bei nachgewiesener Eignung bevorzugt zu verwenden und so den Verwertungsgrad zu erhöhen.

2.3 Tunnelbezogene Rohmaterialdatenbank

Eines der Kernziele zum Erreichen höherer Verwertungs-quoten ist die effiziente, digitale Aufbereitung vorhande-ner Daten zu Material-, Massen- und Zeitparametern des Tunnelausbruchs und zugleich die Zugänglichmachung ausgewählter Informationen für einen breiten Interes-sentenkreis, der über die Baubranche hinausgeht. Eine möglichst große Reichweite bietet heutzutage nur ein webbasiertes System, auf das über das Internet zugegrif-fen werden kann. Der Interessentenkreis kann sich neben

Klasse 1: Verwertung als Baurohstoff auf der Baustelle vor Ort (Zuschläge für Innenschalen-, Tübbing- und Spritzbeton, Ringspaltmörtel, Tragschichten, …)

Klasse 1a: Verwertung als Baurohstoff außerhalb der Baustelle

Klasse 2: Verwertung als industrieller Rohstoff – entsprechend einem Anforderungskatalog von Industriebetrieben (Gips-, Ziegel-, Zement-, Glas-, Schleifmi�el-, chemische Industrie …)

Klasse 3: Keine höherwer�ge Verwendung

Klasse 3a: Material für Landscha�sbau: Dammschü�ungen, Verfüllungen, Straßenunterbau …

Klasse 3b: Deponierung

Abb. 3: Materialfluss auf einer TBM

Tabelle 1:

Verwertung von Aus bruch ma terial

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material mit sich bringt. Zu den schlagenden wirtschaft-lichen Vorteilen gehören, um nur einige zu nennen, die Einsparung von Transport-, Material-, Deponierungskosten und Logistikflächen. Für die Umsetzbarkeit der Maßnah-men zur Verwertung von Ausbruchmaterial ist aber auch der Gesetzgeber gefordert, wo es hinsichtlich der Klassi-fizierung und dem Abfallende von Tunnelausbruch noch Verbesserungspotential gibt.

Durch die durchgehende Analyse des Ausbruchmate-rials findet eine objektive geologische Dokumentation in bisher unbekanntem Ausmaß statt, die das Potential bie-tet, Konflikte über den tatsächlich angetroffenen Baugrund zu vermeiden. Weiters wird dadurch, für den Fall, dass das Material dennoch deponiert werden muss, eine Bepro-bungsqualität und -quantität erreicht, die bisher – speziell wegen der hohen Kosten – undenkbar gewesen ist.

Die Rohmaterialdatenbank, die das Bindeglied der ein-zelnen Neuentwicklungen ist, wird auch die Möglichkeit bieten, die unmittelbaren positiven Auswirkungen der Verwertung von Ausbruchmaterial auf die CO2-Bilanz des Gesamtprojektes abzubilden. Dies hilft dabei die Umwelt-verträglichkeit von Tunnelbauprojekten, egal welchen Umfangs, zu verbessern und erhöht damit die Wahrschein-lichkeit auf einen positiven Bescheid.

Literaturverzeichnis

1. STUVA Heft 8/2010: Haack, A.; Schäfer, M.: Tunnelbau in Deutsch-land Statistik 2009/2010, Analyse und Ausblick, Tunnel (2010), Nr. 8, S. 14–24

2. FFG-Abschlussbericht: Recycling von Tunnelausbruchmaterial, Wien, 2010

3. Entacher, M.: Wiederverwertung von Tunnelausbruchmaterial – Rechtliche Grundlagen in Österreich, der Schweiz und Italien, Dip-lomarbeit, Wien, TU, Fakultät für Bauingenieurwesen, 2010

4. Posch, M.; Kurz, D.: A2M — A program to compute all possible mineral modes from geochemical analyses, Computers & Geo-sciences 33 (2007), pp 563–572

von der vorhergesagten Geologie und damit von den pro-gnostizierten Mengen und dem Zeitpunkt des Anfalls einer bestimmten Materialklasse festgestellt, erhält der poten-zielle Abnehmer eine Benachrichtigung über einen eventu-ellen Lieferverzug oder -engpass.

Die Datenbank enthält neben projektspezifischen Infor-mationen auch Datensätze, die eine definierte Vorausset-zungsliste (chemische, mineralogische und technische Anforderungen) an eine wirtschaftliche Gewinn- und Auf-bereitbarkeit mineralischer Rohstoffe abbilden. Dadurch wird bereits in frühen Projektphasen ersichtlich, welcher Trassenverlauf das größte Potential zur Wiederverwertbar-keit bietet und damit möglichst kostengünstig, ressour-censchonend und wenig deponierungsintensiv ist.

Diese Form einer Rohmaterialdatenbank bildet die Basis einer völlig neuen Art von Materialbewirtschaftungs-konzept, die einen interaktiven Handel und Austausch von Material zwischen einem erweiterten Kreis von Interessen-ten ermöglicht. Das System in seiner Gesamtheit soll auch als Rohstoffbörse gesehen werden, die der effizienten Ver-marktung und Verwertung von Tunnelausbruchmaterial dienen soll. Industriebetriebe können bestimmte Anfragen (basierend auf Anforderungen an Materialeigenschaften, Menge, Bedarfszeitpunkt und maximale Transportwege) im System speichern und werden benachrichtigt, sobald eine Eingabe ihren Anforderungen entspricht.

3. Diskussion und Vorausschau

Die zur Zeit besonders in Österreich intensiv betriebene Forschung zur Verwertbarkeit von Tunnelausbruchmaterial bietet die einzigartige Chance, eine Vorreiterstellung auf diesem Gebiet einzunehmen. Neben Nachhaltigkeitseffek-ten und Umweltaspekten dieser Entwicklungen steht auch der nicht zu leugnende wirtschaftliche Vorteil zu Buche, den eine Vermarktung von hochqualitativem Ausbruch-