Forschungsprojekt LUQUAS : Forschung für sichere Tunnelbaustellen

Um die Luftqualität nachhaltig zu verbessern und gesetzliche Grenzwerte für Schadstoffe einzuhalten, sollen im Rahmen des Forschungsprojekts LUQUAS praxisnahe Maßnahmen entwickelt werden. Ziel ist es, durch eine Kombination aus Bewetterungssteuerung, Entstaubungs- und Sprühnebelsystemen eine Reduktion der Schadstoffe in der Atemluft zu erreichen und somit die Arbeitssicherheit zu erhöhen. 

Ein besonderer Fokus liegt dabei auf alveolengängigem Quarzfeinstaub, der beim Tunnelbau typischerweise durch Arbeiten wie Bohren, Sprengen, Fräsen oder Schuttern freigesetzt wird. Aufgrund seiner geringen Partikelgröße (< 4 μm) kann dieser Staub tief in die Lunge eindringen und dort Erkrankungen verursachen.  
Diese Risiken führten zur arbeitsrechtlichen Neuregelung der Grenzwerteverordnung 2021, bei der Quarzfeinstaub offiziell als eindeutig krebserregend eingestuft wurde. In der Folge wurde der maximale Arbeitsplatzgrenzwert für Quarzfeinstaub deutlich verschärft, nämlich von zuvor 0,15 mg/m³ auf 0,05 mg/m³. Diese Absenkung trägt dem wissenschaftlichen Erkenntnisstand Rechnung und verdeutlicht den Handlungsdruck, unter dem vor allem staubintensive Branchen wie der Erd-, Fels- und Tunnelbau stehen. 

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Die neue Regelung stellt hohe Anforderungen an die betriebliche Praxis. Neben der konsequenten Einhaltung des neuen Grenzwertes erfordert sie auch eine vorausschauende Arbeitsvorbereitung. Dabei sind technische und organisatorische Schutzmaßnahmen gezielt zu planen und umzusetzen. Insbesondere Koordinator:innen im Sinne des Bauarbeitenkoordinationsgesetzes (BauKG) sind verpflichtet, kollektive Maßnahmen zur Staubreduktion – etwa durch geeignete Bewetterungssysteme oder Sprühnebelsysteme – frühzeitig zu berücksichtigen. Nur durch ein systematisches Staubmanagement kann der Schutz der Beschäftigten langfristig gewährleistet werden. 

Zentral ist die Entwicklung eines leistungsfähigen Sprühnebelsystems, dessen Tröpfchengröße und Verteilung so optimiert werden, dass lungengängige Feinstäube effektiv gebunden und aus der Atemluft entfernt werden können. Ein weiterer Fokus liegt auf der Identifikation jener Zeitpunkte im Bauprozess, zu denen besonders hohe Staubkonzentrationen auftreten. Durch ein besseres Verständnis dieser Belastungsspitzen können Bewetterungskonzepte gezielt angepasst werden. In diesem Zusammenhang wird untersucht, welchen Einfluss verschiedene Bewetterungsstrategien auf die Staubverteilung im Tunnel haben, und wie sich diese optimieren lassen. 

Für die Umsetzung dieser Maßnahmen ist die Weiterentwicklung geeigneter Messtechnik erforderlich, die unter den extremen Bedingungen im Tunnel zuverlässig funktioniert. Die Sensoren müssen robust gegenüber Sprengdrücken, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung sein und eine kontinuierliche Überwachung der Luftqualität ermöglichen. Zudem wird erforscht, wie mobile Messstationen in den Arbeitsprozess integriert und Messdaten für eine adaptive Bewetterung genutzt werden können. 

Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Simulation und Modellierung der optimalen Bewetterungskonzepte für verschiedene Tunnelgeometrien und Bauverfahren. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in Simulationsmodelle ein, die eine effiziente Anordnung der Lüftungs- und Entstaubungssysteme ermöglichen sollen. Dadurch können bereits in der Planungsphase präzisere Konzepte für die Luftreinhaltung erstellt werden, um Gesundheitsrisiken zu minimieren und die Arbeitssicherheit nachhaltig zu verbessern. 

Die Forschungsergebnisse sollen langfristig in Regelwerke und Sicherheitsrichtlinien für den Untertagebau integriert werden. Neben dem Tunnelbau profitieren auch der Kraftwerksbau, der U-Bahn-Bau sowie der unterirdische Leitungsbau von den entwickelten Lösungen. Die Verbesserung der Luftqualität hat nicht nur positive Auswirkungen auf die Gesundheit, sondern verringert auch krankheitsbedingte Ausfälle und steigert die Produktivität.  

Besonders für den Neubau von Tunneln konnten im Rahmen des Forschungsprojekts bereits wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Die entwickelten Konzepte und Technologien tragen dazu bei, Schadstoffbelastungen signifikant zu reduzieren und die Luftqualität beim Neubau auf einem hohen Standard zu halten. 

Weiters wurde erkannt, dass auch im Bereich der Tunnelinstandsetzung weiterhin erheblicher Forschungsbedarf besteht. Dies liegt unter anderem an der eingeschränkten zeitlichen Flexibilität, da Verkehrswege nur begrenzt oder teilweise gesperrt werden können. Die Umsetzung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung gestaltet sich daher komplexer, da bauliche und betriebliche Einschränkungen berücksichtigt werden müssen. Insbesondere die Integration effizienter Entstaubungssysteme und adaptiver Lüftungssteuerungen in bestehende Tunnelstrukturen stellen eine große Herausforderung dar und erfordern weitere Forschung, um praxisgerechte, wirtschaftliche und baustellentaugliche Lösungen zu entwickeln. 

Mögliche Folgeprojekte könnten sich daher vertieft mit der Entwicklung mobiler, kompakter Sprühnebelsysteme befassen, die über integrierte Wasseraufbereitungseinheiten verfügen. Ziel wäre es, die Anwendbarkeit solcher Systeme unter realen Bedingungen zu untersuchen und in Abstimmung mit vorhandenen, optimierten Belüftungstechnologien eine wirksame Staubniederschlagung zu ermöglichen. Parallel dazu könnten alternative Filtertechnologien erforscht werden, wie etwa Gleichstromzyklonabscheider, die hohe Abscheidegrade bei minimalem Druckverlust versprechen. 

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Gerade im Kontext der Tunnelinstandsetzung, bei der große Luftvolumenströme häufig an einem der Portale gefiltert werden müssen, stellen die räumlichen und logistischen Bedingungen eine besondere Herausforderung für die Entstaubungstechnik dar.  
Ergänzend dazu bietet sich eine systematische Analyse des Zusammenhangs zwischen Baustellenlogistik und Staubkonzentration an. Durch die Kombination von Verkehrsflussanalysen, Strömungssimulationen und Staubmessungen könnten Optimierungspotenziale identifiziert werden, die eine gezielte Steuerung ermöglichen. 

Solche Untersuchungen sind nicht nur technologisch anspruchsvoll, sondern angesichts der verschärften gesetzlichen Vorgaben und der realen Gesundheitsrisiken von hoher Dringlichkeit. Gerade bei der Instandsetzung von Bestandsanlagen, in denen der laufende Verkehr möglichst wenig beeinträchtigt werden darf, sind innovative Konzepte zur Staubminderung entscheidend – sowohl im Hinblick auf den Schutz der Arbeiter:innen als auch auf die nachhaltige Erhaltung der Infrastruktur.