Das Vereisungsverfahren wird in den letzten Jahren vermehrt als Bauhilfsmaßnahme im Tunnelbau zur Erschließung geologisch und hydrologisch schwieriger Baugrundverhältnisse eingesetzt. Der wesentliche Vorteil des Vereisungsverfahrens liegt dabei in den Funktionen des entstehenden Festkörpers, der sowohl statisch tragend als auch abdichtend gegen anstehendes Grundwasser wirkt. Trotz der zahlreichen Vorteile des Vereisungsverfahrens wird beim planmäßigen Einsatz des Verfahrens in der Praxis oftmals gezögert, da der Energieverbrauch aufgrund fehlender effektiver und zuverlässiger Berechnungsansätze falsch eingeschätzt wird. Weiterhin ermöglichen diese vorhandenen Berechnungsansätze zumeist nur eine unzureichende Berücksichtigung thermischer Einflüsse, wodurch sich weitere Unsicherheiten und Kostenrisiken ergeben.
In früheren Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen wurde bereits die Optimierung der Aufgefrierzeit von Vereisungsmaßnahmen in Abhängigkeit von der Grundwasserströmung untersucht. Um den planmäßigen Einsatz des Vereisungsverfahrens in der Praxis zu erhöhen, muss zusätzlich zur Aufgefrierzeit auch die erforderliche Kühlleistung und der damit verbundene Energieverbrauch betrachtet sowie optimiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine ganzheitliche Optimierung von Vereisungsmaßnahmen im Hinblick auf die Aufgefrierzeit und insbesondere den Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Aufgefrier- und Erhaltungsphase durchgeführt.
Dazu wurden zwei numerische Lösungsmodelle zur Bestimmung der Kühlleistung von Vereisungsmaßnahmen entwickelt. Zur Verdeutlichung der Praxistauglichkeit des detaillierten Lösungsmodells wurde weiterhin ein reales Vereisungsprojekt nachgerechnet. Durch numerische Simulation in der Planungsphase können folglich Optimierungskombinationen für die Aufgefrier- und Erhaltungsphase ermittelt werden, die zu deutlichen Zeit-, Energie- und Kosteneinsparungen führen.
