Beim Tunnelbau in Gebirgsregionen verschmutzt das aus der Tunnelwand austretende Wasser und das während des Tunnelvortriebs entstehende Bauwasser häufig und wird eingeleitet, da es sich mit feinkörnigem Aushubmaterial aus dem Bohren und Abtransport von Bauschutt, Zement aus dem Betonieren und der chemischen Injektion, Verpressmaterialien oder auslaufendem Öl verschiedener Untertagebaumaschinen vermischt. Menge und Beschaffenheit dieses Schlammwassers variieren je nach Tunnelgröße und -länge, Vortriebsmethode, geologischen Gegebenheiten, Quellwasservorkommen usw. Da Tunnelbauarbeiten relativ lange dauern, führt die direkte Einleitung von Schlammwasser in Flüsse, Seen, landwirtschaftliche Gewässer usw. zu Wasserverschmutzung und schädigt die Lebens- und Umwelt.
Im Allgemeinen betreffen die Umweltprobleme, die bei trübem Wasser während des Tunnelbaus auftreten, den Gehalt an Schwebstoffen, den pH-Wert (Wasserstoffionenkonzentration) und den Ölgehalt. Je nach Bauvorhaben können die Grenzwerte für aufbereitetes Wasser den biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB), den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und den Chromgehalt umfassen. Auch Quellwasser mit Schwermetallen kann problematisch sein. Bei Aushubarbeiten in Bereichen, in die Industrieabwässer eingedrungen sind oder in denen schwermetallhaltiger Boden abgetragen wird, muss gesondert geprüft werden, wie mit diesen Problemen umzugehen ist.
Bei der Planung der Abwasserbehandlung ist es notwendig, die zu erwartende Abwassermenge festzulegen und die Abwassernormen zu verstehen.
Das im Tunnelbau verwendete Rohwasser wird in zwei Kategorien unterteilt: Grundwasser und Bauwasser. Oftmals besteht eine große Diskrepanz zwischen der prognostizierten und der tatsächlichen Menge an Grundwasser, was eine genaue Rohwasserprognose in der Planungsphase erschwert. Daher wird ein Verfahren angewendet, bei dem zu Beginn des Tunnelvortriebs eine einfache Trübwasseraufbereitung installiert und mit zunehmender Quellwassermenge im Verlauf des Vortriebs weitere Anlagen hinzugefügt werden. Steigt die Quellwassermenge weiter an und bestehen keine Probleme mit der Zusammensetzung des Quellwassers, kommt häufig die sogenannte Klarwasserabtrennung zum Einsatz. Dabei werden Klarwasser und Trübwasser getrennt, und das klare Wasser, das keine Feinerde oder Zement enthält, wird über ein separates System abgeleitet.
Vor Baubeginn müssen die Quelle des verschmutzten Wassers, dessen Vorkommen und Ausmaß sowie die einschlägigen Gesetze und Vorschriften und Grenzwerte ermittelt und eine geeignete Aufbereitung durchgeführt werden, bevor das Wasser eingeleitet wird. Darüber hinaus müssen Menge und Qualität des eingeleiteten Wassers gemäß den geltenden Vorschriften, wie beispielsweise Verordnungen, gemessen und dokumentiert werden.
In diesem Beitrag werden die zu beachtenden Punkte und die zu ergreifenden Maßnahmen im Umgang mit SS, pH-Wert und Ölgehalt erörtert, die allgemein als Quellen der Wasserverschmutzung gelten.
[SS (Schwebstoffe)]
Die Partikelgrößenzusammensetzung der im Abwasser während des Tunnelbaus enthaltenen Bodenpartikel variiert je nach Gesteinsart und -eigenschaften, Aushubverfahren und Entwässerungsmethode. Feine Partikel wie Schluff und Ton machen jedoch oft einen großen Anteil aus. Da sich diese Partikel sehr langsam absetzen und der Absetzvorgang lange dauert, werden physikalische und chemische Verfahren angewendet, um die Partikel zu aggregieren und Flocken (große, durch Flockung entstehende Partikel, flockige Aggregate aus Schwebstoffen) zu bilden und so das Absetzen zu beschleunigen. Es gibt zwei Arten von Flockungsmitteln zur Flockenbildung: anorganische und polymere. Das hauptsächlich zur Behandlung von trübem Wasser im Tunnelbau verwendete anorganische Flockungsmittel ist PAC (Polyaluminiumchlorid). Polymere Flockungsmittel werden von vielen Herstellern unter ihren eigenen Produktnamen vertrieben, und es gibt viele verschiedene Produkte, wobei anionische Flockungsmittel am häufigsten verwendet werden. Diese anorganischen und polymeren Flockungsmittel werden oft kombiniert, um einen Synergieeffekt zu erzielen.
[pH-Wert (Potenzial des Wasserstoffs)]
Der pH-Wert von Quellwasser, das beim Tunnelbau anfällt, liegt üblicherweise zwischen 6,5 und 7,5, steigt aber durch die Zugabe von Spritzbeton, chemischem Verpressmörtel usw. häufig auf 9 bis 13 an. Je nach Gesteins- und Bodenart des umgebenden Untergrunds kann das Quellwasser selbst stark sauer oder stark alkalisch sein. Bei der Einleitung in öffentliche Gewässer muss der pH-Wert auf die zulässigen Einleitungsnormen eingestellt werden. Die pH-Wert-Anpassung kann vor oder nach der Sedimentation erfolgen. Ersteres wird zunehmend angewendet, da die Koagulationsbehandlung im optimalen pH-Bereich durchgeführt werden kann. Im letzteren Fall enthält trübes Wasser jedoch viele Substanzen, die die Neutralisationsreaktion hemmen, sodass im Vergleich zur Neutralisation nach der Sedimentation etwas mehr Neutralisationsmittel benötigt wird. Kohlendioxid wird üblicherweise für alkalische Abwässer verwendet, verdünnte Schwefelsäure kann jedoch vorübergehend eingesetzt werden, wenn der pH-Wert besonders hoch ist. Gelöschter Kalk oder Natronlauge werden für saure Abwässer verwendet.
[Öl (n-Hexan-extrahierbare Substanzen)]
Wenn Öle und Fette aus Tunnelbohrmaschinen (Gesteinsbohrer, Blockbagger, Lokomotiven, Schienen, Aushubtransporter usw.) ins Grundwasser gelangen, kann ihre Konzentration 10–15 ppm erreichen. Hauptproblematisch ist die Entstehung unangenehmer Gerüche und deren Übertragung auf Meeresfrüchte. Selbst geringe Konzentrationen können Gerüche verursachen, daher sollte eine möglichst vollständige Entfernung angestrebt werden. Gelangt Öl in das Rohwasser, werden im Rohwassertank absorbierende, gewebeartige Polyethylen-Materialien eingesetzt.
(Referenz: „Von der Untersuchung und Planung bis zum Bau von Gebirgstunnelbaumethoden“, Japanische Geotechnische Gesellschaft)
Umweltverträglichkeitsprüfung
(Umweltverträglichkeitsbewertung)
Überblick über den Japan-Korea-Tunnel
