Ringraumverpressung

Die Ringraumverpressung ist ein zentrales Verfahren der Bau- und Geotechnik, bei dem der Ringraum zwischen einem eingebauten Bauteil und dem umgebenden Boden oder Fels mit einer fließfähigen Suspension oder einem Mörtel gezielt gefüllt wird. So werden Dichtigkeit, Tragfähigkeit und Formschluss hergestellt, Setzungen reduziert und Hohlräume zuverlässig verschlossen. In Anwendungen wie Tunnelbau, Rohrvortrieb, Bohrpfahl- und Ankertechnik verbindet die Ringraumverpressung die Disziplinen Baugrund, Beton- und Stahlbau. Für Bauvorhaben, die späteren Betonabbruch und Spezialrückbau erfordern, schafft sie sichere Ausgangsbedingungen, etwa für ein erschütterungsarmes Öffnen und selektives Trennen, zum Beispiel mit Betonzangen für selektives Trennen oder mit Stein- und Betonspaltgeräten von Darda der Darda GmbH.

Definition: Was versteht man unter Ringraumverpressung

Unter Ringraumverpressung versteht man das Hinterfüllen und Verdichten des annularen Zwischenraums zwischen Bauteilen (z. B. Tübbingausbau, Rohre, Verrohrungen, Bohrpfähle, Manschettenrohre) und der anstehenden Umgebung mit einem geeigneten Injektionsgut. Ziel ist das kraft- und formschlüssige Anbinden des Bauteils, die Abdichtung gegen Wasser und Bodenluft, die Minimierung von Verformungen sowie die dauerhafte Sicherung des Bauwerks. Verpresst wird mit geregelten Drücken und Fördermengen, häufig mehrstufig (Primär-, Sekundärverpressung), über Injektionsstutzen, Verpressschläuche oder Manschettenrohre. Im Unterschied zur Riss- oder Hohlraumverpressung in massivem Beton bezieht sich die Ringraumverpressung auf den umlaufenden Spalt zwischen zwei „Schalen“. Sie folgt den anerkannten Regeln der Technik, einschließlich abgestimmter Materialrezepturen, Druckstufen und Dokumentation.

Anwendungsbereiche und typische Einsatzfälle

Die Ringraumverpressung wird überall dort eingesetzt, wo ein Bauteil in Boden oder Fels eingebracht und umlaufend hinterfüllt werden muss:

• Tunnelbau und Rohrvortrieb: Hintergrouting beim Schildvortrieb (TBM) zur Hinterfüllung zwischen Tübbingausbau und Gebirge; Ringraumverpressung beim Microtunneling und Rohrvortrieb zur Reduzierung von Reibung, zur Setzungsbegrenzung und zur Abdichtung.
• Bohrpfähle, Mikropfähle, Anker: Verpressen des Ringraums zwischen Verrohrung/Ankerstange und Bohrlochwand zur Lastübertragung und Korrosionssicherung.
• Leitungsbau und Brunnen: Ringraumverfüllung von Schutz- und Ausbaubrohren sowie Brunnenfiltern, inklusive Dichtungsschichten (z. B. Ton-/Bentonitanteile).
• Geothermie und Erdwärmesonden: Thermisch leitfähige Verpressmörtel zur Verfüllung und Abdichtung der Sondenbohrung.
• Bestandsbauwerke und Sanierung: Hinterfüllung von Schachtringen, Schleusenkammern, Hüllrohren und Durchpressungen; Abdichtung von Ringfugen.
• Felsabbruch und Tunnelbau: Temporäre Stabilisierung von Lockerzonen oder Klüften im Nahbereich des Ausbruchs und nachlaufende Ringraumverfüllung hinter Ausbaukörpern.

Baustoffe und Mischungen für die Ringraumverpressung

Die Wahl des Injektionsguts richtet sich nach Funktion, Einbaubedingungen und Umwelteinflüssen. Gängig sind:

• Zement- und Zement-Bentonit-Suspensionen mit einstellbarer Viskosität, Sedimentationsstabilität und Filterstabilität; Wasserzementwert und Bentonitanteil steuern Fließfähigkeit und Dichtigkeit.
• Zweikomponenten-Hinterfüllmörtel für TBM-Vortrieb mit definierter Gelzeit; A-Komponente (Zementleim) und B-Komponente (z. B. Beschleuniger) reagieren erst im Mischkreuz nahe der Austrittsdüse.
• Verpresmörtel mit Feinsanden und ggf. quellfähigen Additiven zur Schrumpfkompensation sowie Zusätzen für Frost- und Sulfatbeständigkeit.
• Spezielle Systeme für sensible Bereiche (z. B. Trinkwasserschutz), abgestimmt auf Auslaugverhalten und Umweltverträglichkeit.

Entscheidend sind Rheologie (Pumpfähigkeit, Fließgrenze), Erstarrungsverhalten (Gelzeit, Endfestigkeit), Filterstabilität (keine Wasserabsonderung) und das Schwind- bzw. Quellverhalten. Prüfkriterien können u. a. Dichte, Auslaufzeit, Siebrückstand und Druckfestigkeit sein.

Verfahrensablauf und Ausführungsschritte

1. Planung und Bemessung: Ermittlung des Ringraumvolumens (Geometrie, Ovalisierung, Überbohrung), Zuschlag für Verluste und Setzungen, Festlegung von Druckstufen, Gelzeit und Nachverpressung.
2. Einrichtung: Positionierung der Injektionsleitungen/-stutzen; Dichtigkeitscheck; Bereitstellung der Misch- und Pumpentechnik; Kalibrierung der Mess- und Protokolltechnik.
3. Mischen: Homogene Aufbereitung von Suspension/Mörtel; Kontrolle von Dichte, Temperatur und Auslaufzeit; kontinuierliche Versorgung ohne Stillstandszeiten.
4. Verpressen: Injektion von „unten nach oben“ oder abschnittsweise gegen die Entlüftung; Steuerung von Druck und Fördermenge; Vermeidung von Kurzschlüssen und Materialentmischung.
5. Entlüften und Nachverpressen: Systematisches Ausblasen der Restluft; bei Volumenverlusten oder Setzungen gezielte Sekundärverpressung.
6. Kontrolle und Dokumentation: Laufende Aufzeichnung von Druck, Menge, Zeit; stichprobenartige Materialprüfungen; Sichtkontrolle an Entlüftungen und Fugen.

Start- und Endkriterien

Typische Abbruchkriterien sind ein stabiler Enddruck im Zielkorridor, Austritt an definierten Entlüftungen mit homogener Konsistenz sowie das Erreichen des berechneten Volumens zuzüglich Sicherheitszuschlägen. Bei TBM-Hinterfüllung kommt die zeitnahe Verpressung nach Ringbau zum Tragen, um Setzungen zu minimieren.

Bemessung von Volumen, Drücken und Zeiten

Die Dimensionierung basiert auf Geometrie, Baugrund, Bauzustand und Funktion. Einflussgrößen sind:

• Ringraumgeometrie (Segmentdicke, Rohrdurchmesser, Überbohrung, Exzentrizitäten) und erwartete Ovalisierung.
• Baugrund (Durchlässigkeit, Kornband, Porenwasserdruck, Lockergestein vs. Fels).
• Einbaubedingungen (Vortriebsgeschwindigkeit, Temperatur, Verpresswege, Leitungslängen).
• Materialparameter (Gelzeit, Sedimentation, Schwindmaß, frühe Festigkeit).

Verpressdrücke werden so gewählt, dass eine sichere Umhüllung und Abdichtung entsteht, ohne das Umfeld zu schädigen (z. B. hydraulisches Aufbrechen des Bodens). Die Gelzeit muss zum Prozess passen: kurz genug gegen Setzungen, lang genug für sicheren Transport und Einbau.

Qualitätssicherung und Dokumentation

Ein wirksames QS-System koppelt Material-, Prozess- und Ergebnisprüfung:

• Frischmaterialprüfungen: Dichte, Auslaufzeit/Viskosität, Temperatur, Sedimentationsneigung, Siebrückstand.
• Prozessdaten: Kontinuierliche Aufzeichnung von Druck, Fördermenge, Volumen, Zeiten; Ereignisprotokolle (Stopps, Rezepturwechsel).
• Ergebnis-Checks: Sicht-/Austrittkontrolle an Entlüftungen, Nachverpressmengen, ggf. Dichtigkeitsprüfungen; entnommene Proben für Druckfestigkeit.

Eine klare Zuordnung von Rezeptur, Abschnitt und Zeitpunkt erleichtert spätere Nachweise, z. B. vor nachfolgenden Arbeiten wie Entkernung, Schneiden oder Rückbau.

Herausforderungen, Risiken und Abhilfe

• Unvollständige Füllung durch Lufttaschen oder Kurzschlüsse: Entlüftungspunkte planen, Verpressreihenfolge anpassen, Nachverpressung einplanen.
• Materialentmischung und Filterkuchenbildung: Rezeptur an Baugrund anpassen, Scherenergie und Mischzeit kontrollieren, Fließgrenze justieren.
• Blow-outs/unkontrollierte Austritte: Druckstufen begrenzen, Beobachtungspunkte setzen, sukzessive Drucksteigerung, umgebungsabhängige Sperren.
• Setzungen durch Schrumpf: schrumpfarm oder quellfähig einstellen, Sekundärverpressung.
• Zeitfenster: Gelzeit auf Förderstrecke und Taktung abstimmen; Redundanz für Misch-/Pumptechnik vorsehen.

Schnittstellen zu Rückbau, Entkernung und Schneidarbeiten

In Projekten, in denen nach der Ringraumverpressung selektiv geöffnet, getrennt oder rückgebaut wird, wirkt die Verfüllung als stabilisierendes Medium und als Dichtung. Das reduziert unkontrollierte Bewegungen und erleichtert die sichere Sequenzierung mechanischer Verfahren. Für ein erschütterungsarmes Vorgehen kommen insbesondere folgende Werkzeuge der Darda GmbH in Betracht:

• Betonzangen zum gezielten Abbeißen und Öffnen von Betonquerschnitten an Schächten, Tübbingkanten oder Ausbauteilen, wenn der hinterfüllte Ringraum das Bauteil stabilisiert und Wasserzutritte minimiert.
• Stein- und Betonspaltgeräte zum kontrollierten Aufweiten von Trennfugen oder zum Ausbrechen kleinerer Segmente ohne Schlag- und Sprengwirkung, was in dichtstoffgefüllter Umgebung die Risiken für Nachbarbauwerke senkt.
• Hydraulikaggregate zur Versorgung der genannten Werkzeuge, mit fein dosierbarer Leistung für präzise Arbeitsschritte im begrenzten Bauraum.
• Kombischeren und Multi Cutters für das Lösen von Einbauteilen, Verschraubungen und Einbaustählen; Stahlscheren für Bewehrung und Profile beim selektiven Rückbau.

Die Koordination von Injektionsprotokoll, Bauteilaufriss und Werkzeugwahl verhindert Beschädigungen von Injektionsleitungen und erhöht die Arbeitssicherheit im Betonabbruch und Spezialrückbau sowie bei Entkernung und Schneiden.

Ringraumverpressung im Tunnelbau und Rohrvortrieb

Beim Schildvortrieb werden Segmentringe unmittelbar nach dem Einbau hinterfüllt. Der Hinterfüllmörtel muss kurzfristig pumpfähig, setzungsarm und frühfest sein, um Hohlräume zu schließen und Auflasten aus dem Gebirge zu übertragen. Im Microtunneling reduziert die Ringraumverpressung die Reibungskräfte, stabilisiert den Baugrund und dichtet gegen Wasserzutritt ab. Eine konsistente Druckführung verhindert Hebungen an der Geländeoberfläche. Für spätere Arbeiten am Ausbau, etwa bei Umbauten oder Anbindungen, profitieren Teams von der ringraumverfüllten, dichten Umgebung, wenn kontrollierte Eingriffe mit Betonzangen geplant sind.

Ringraumverfüllung bei Pfahl- und Ankerarbeiten

Bei Bohrpfählen, Mikropfählen und Bodennägeln stellt die Ringraumverpressung die kraftschlüssige Verbindung zur Bohrlochwand her. Entscheidend sind eine ausreichende Penetration des Mörtels in die Bodenstruktur und das Vermeiden von „Waschungen“ in wasserführenden Schichten. Manschettenrohre erlauben abschnittsweises Verpressen; mit Nachverpressungen können Volumenverluste kompensiert werden. Für spätere lokale Öffnungen, z. B. Inspektionsfenster in Pfahlköpfen, sind präzise Werkzeuge wie Stein- und Betonspaltgeräte hilfreich, um Bewehrungen freizulegen, ohne das Verpressgefüge zu schädigen.

Arbeitsschutz und Umweltaspekte

Beim Umgang mit Zementleimen, Bentonite und Beschleunigern sind geeignete Schutzmaßnahmen zu treffen. Verpressdrücke und -mengen sind so zu wählen, dass umliegende Bauwerke und Leitungen nicht beeinträchtigt werden. In sensiblen Bereichen (z. B. Wasserschutz) sollten Systeme mit geprüfter Umweltverträglichkeit eingesetzt werden. Rechtliche Vorgaben und Genehmigungsauflagen sind projektspezifisch zu prüfen; Hinweise hierzu sind stets allgemein und unverbindlich zu verstehen.

Planung, Logistik und Digitalisierung

Eine robuste „Takt-Logistik“ aus Mischen, Pumpen, Leitungspflege und Datenaufzeichnung verhindert Prozessabbrüche. Digitale Protokolle, Sensorik an Pumpen und eine systematische Datenhaltung erleichtern Nachweise gegenüber der Bauüberwachung und schaffen Transparenz für nachfolgende Gewerke. Bei Bauabläufen mit Sondereinsatz oder beengten Platzverhältnissen (Schächte, Tunnelröhren) bewährt sich die enge Abstimmung zwischen Verpresskolonne und Teams für Entkernung und Schneiden, die beispielsweise mit Betonzangen arbeiten.

Praxisnahe Hinweise für eine verlässliche Ringraumverpressung

• Frühzeitig dimensionieren: Ringraumvolumen realistisch ansetzen (Toleranzen, Ovalisierung, Ausbrüche) und Zuschläge kalkulieren.
• Rezeptur testen: Vorabversuche zur Rheologie, Filterstabilität und Gelzeit; bei Bedarf an Baugrund anpassen.
• Kompatibel denken: Injektionsleitungen so führen, dass spätere Trenn- und Rückbauarbeiten nicht behindert werden; Schnittebenen früh definieren.
• Entlüftung ernst nehmen: Lufttaschen verhindern vollständige Umschließung; Entlüftungspunkte und Sichtfenster einplanen.
• Dokumentation nutzen: Protokolle aktiv für die Feinplanung von Betonzangen- und Spaltgeräteeinsätzen verwenden.