Verbundprojekt: Weiterführung der Entwicklung von Ausbau von Grubenbauen für ein HAW-Endlager in Tongestein - AGEnT 002 in der Fördermaßnahme BMUKN-Forschungsförderung zur nuklearen Sicherheit

Abstract

Tongesteine stellen eines der drei potenziellen Wirtsgesteine für ein zukünftiges Endlager für hochradioaktive Abfälle in Deutschland dar. Das ausgeprägte Sorptionsvermögen sowie die weitgehende Undurchlässigkeit für Fluide machen sie zu einem vielversprechenden natürlichen Barrieregestein. Gleichzeitig stellen ihre vergleichsweise geringen Festigkeiten, ihr zeit- abhängiges rheologisches Verhalten sowie die Abhängigkeit der Materialeigenschaften vom Wassergehalt besondere Anforderungen an die Gebirgsbeherrschung und die Auslegung des technischen Ausbaus. Im Rahmen des FuE-Vorhabens AGEnT Herold et al. (2020) wurden systematisch die Anforderungen an stützende Ausbausysteme für Grubenbaue in einem HAW-Endlager im Tongestein unter- sucht, grundlegende Ausbaukonzepte entwickelt und deren Wechselwirkungen mit dem Wirtsgestein bewertet. Aufbauend auf diesen Ergebnissen verfolgt das Folgeprojekt AGEnT 002 das Ziel, diese Konzepte zu vertiefen und weiterzuentwickeln, um ein belastbares Gesamtkonzept für langlebige Strecken und Streckenkreuze in Tongesteinen zu erarbeiten. Die Arbeiten wurden am Beispiel generischer Parametersätze mit geringer, mittlerer und hoher Festigkeit umgesetzt. Die Projektergebnisse sind im vorliegenden Abschlussbericht dokumentiert. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen die Weiterentwicklung der Ausbaukonzepte für langlebige Grubenräume, einschließlich der detaillierten tragwerksplanerischen Auslegung der Tübbing- schale (Kapitel 4), die Dimensionierung von Streckenkreuzen (Kapitel 5 und 6) sowie die hydromechanisch gekoppelten 3D-Gesamtsystembetrachtungen (Kapitel 7) über die Betriebs- dauer des Endlagers. Ergänzend werden zeitabhängige, rheologische Prozesse im Tongestein, Korrosion der Ausbaumaterialen sowie deren Einfluss auf die mechanische Funktionsfähigkeit des Ausbausystems untersucht. In diesem Zusammenhang erfolgt die Entwicklung und Validierung eines Kriechansatzes (Kapitel 3). Parallel wird das Ausbaukonzept in ein erstes digitales Modell nach der BIM-Logik (Building Information Modelling) überführt (Kapitel 8). Damit wird eine integrale Visualisierung der Planungsstände und Bauphasen des Ausbausystems und letztlich auch des Endlagerbergwerks ermöglicht. Mit dem Projekt AGEnT 002 kann das Wissen zur mechanischen und konstruktiven Auslegung von Ausbausystemen für ein HAW-Endlager im Tongestein wesentlich erweitert werden. Die erzielten Ergebnisse bilden eine technische Grundlage für die weitere Entwicklung und Bewertung von Endlagerkonzepten im Tongestein im Rahmen der nationalen und internationalen Endlagerforschung und liefern zugleich einen wichtigen Beitrag für die künftige sicherheitsgerichtete Auslegung und Planung von Grubenbauen in tiefen geologischen Formationen.