Messerbauweise

Tunnelbau

Der Tunnelbau macht sich vielfach die Jahrtausende alten Erkenntnisse des Bergbaus zu Nutze. Dabei wurden Stollen vorgetrieben, die mit Stempel und Verbau gesichert wurden. Später kamen Techniken aus dem Bau von Tonnengewölben hinzu.

Voraussetzung

Voraussetzung eines Tunnelbauvorhabens ist die genaue Kenntnis der geologischen Beschaffenheit und Festigkeit des Gebirges, der Gesteinsschichtung und -zusammensetzung und ihres Verlaufs sowie der Wasserführung der Gesteinsschichten, der auftretenden Drücke und die bodenmechanische Analyse. Umgrenzung des lichten Raumes, Stärke der Auskleidung, Abdichtung, Wasserführung und Belüftung werden im „Entwurfsquerschnitt“ beschrieben. Im modernen Tunnelbau werden Brandschutzthemen in Form von Fluchtwegen, Notausstiegen, Brandmelde- und Sprinkleranlagen frühzeitig in die Planung mit einbezogen.

Tunnelbaugeräte

Bohrwagen mit zwei Lafetten für Sprengvortrieb

Zum Tunnelbau finden unter anderem folgende Maschinen Verwendung:

• Geräte zum Lösen des Gesteins (z. B. Bagger, Bohrhämmer, Drehschlagbohrmaschinen, Schrämmaschinen, Tunnelbohrmaschinen, Schildvortriebsmaschinen), Sprengmittel
• Geräte zum Laden des Gesteins (z. B. Schutterbänder, Stollen- oder Schaufellader, Radlader)
• Geräte zum Transport des Gesteins (z. B. Loren, Feldbahnen, Tiefmuldentransporter, Transportbänder)
• Geräte zum Betonieren (z. B. Betonpumpen, Betonspritzgeräte (sog. Spritzbüffel), pneumatische Betonfördermittel, Schalwagen)

Bauweisen und Vortrieb

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen offener Bauweise, bei der der Tunnel von oben her gebaut wird und bergmännischer Bauweise, bei der der Tunnel von einem oder beiden Endpunkten her vorangetrieben wird. Der Durchstich, also der Tag an dem sich die beiden Vortriebsenden treffen, wird mit einer Feier begangen.

Tunnelbau in festem Gestein

Bohrarbeiten beim Bau der Tunnel der Jungfraubahn in den Schweizer Alpen (um 1900)

Im Gebirge erfolgt der Ausbruch meist durch Schießen (Sprengvortrieb); das Gestein wird anschließend mit Abbaumaschinen entfernt und durch Fördermittel abtransportiert. Die allgemeinen Ausbrucharbeiten umfassen Bohr- und Sprengarbeiten, das Gesteinaufladen, der Abtransport des Abraums, die Durchführung von Sicherheitsmaßnahmen (Stollen- oder Tunnelzimmerung) und die Auskleidung.

Vortrieb ist dabei die Bezeichnung für die Bauweise, aber auch die gewonnene Strecke, die in Meter pro Tag angegeben wird.

• Bei der traditionellen Bauweise wird ein Richtstollen als First- bzw. Sohlstollen ins Gebirge vorgetrieben. Anschließend erfolgt der Gesteinsausbruch abschnittsweise bis zur Erstreckung des Gesamtquerschnitts. Danach schließen sich Sicherung gegen Nachbrechen und Vollausbau als weitere Arbeitsschritte an. Die traditionelle Bauweise erfordert zur Sicherung einen großen Aufwand an Holz.
• Beim modernen Vollausbau werden freigelegte Flächen durch Spritzbeton, Felsanker, Stahlbögen und andere Bauelemente gesichert. Durch Einsatz von vollautomatischen Großmaschinen kann die Auszimmerung entfallen. Diese Methode nennt man die Spritzbetonbauweise oder auch Neue Österreichische Tunnelbauweise.

Tunnelbau in nicht standfestem Gestein

Bei nicht standfestem Gestein wird der Ausbruch z. T. noch nach traditioneller, aber modifizierter Bauweise vorgenommen:

• Bei der Kernbauweise oder deutschen Bauweise werden zuerst zwei seitliche Sohlstollen als Raum für die Widerlager und ein Firststollen ausgebrochen, bevor man sich durch die Firste zu den Sohlstollen vorarbeitet. Erst nach Fertigstellung der Tunnelwandung wird der Massivkern herausgebrochen.
• Bei der Unterfangbauweise oder belgischen Bauweise beginnt man mit dem Ausbau und der Abstützung der Firste (= Kalotte). Daran schließt sich die Ausführung des Widerlagers abschnittsweise durch seitliches Einschlitzen von einem Richtstollen aus an (= Strossenbau).
• Bei der Alten österreichischen Bauweise wird ein Sohlstollen vorangetrieben, der vergrößert wird. Daran schließt sich das Aufschlitzen bis zum First an. Von dort aus erfolgt der Vollausbruch.
• Bei der Vortriebsbauweise oder englischen Bauweise erfolgt der Vollausbruch nacheinander, an den sich das Einziehen des Gewölbes unmittelbar anschließt.
• Bei der Versatzbauweise oder italienischen Bauweise beginnt man mit dem Ausbruch des unteren Drittels und dem sofortigen Einziehen des unteren Widerlagerteils und Sohlengewölbes.

• Zu den modernen Bauverfahren gehört die Ringbauweise, die mit dem Ausbruch und Ausräumen der Kalotte beginnt. Daran schließt sich das Verlegen mehrteiliger Ringschwellen an, wobei der Ring von Sohl- oder Ringschwelle, Lehrbogen, Reiter und Ausbruchbogen gebildet wird. Nach dem Aufbringen von Spritzbeton kann die Strosse ausgeräumt und das Sohlgewölbe hergestellt werden.
• Die Messerbauweise bedient sich die Firste sichernder, stählerner, zugespitzter Kanaldielen, die am Rand des Gewölbes als Vortriebsmesser bei gleichzeitigem Vortrieb der Tunnelbrust ins Gebirge vorgetrieben werden. Das Gewölbe wird abschnittsweise produziert.
• Bei der Schildvortriebsweise, die im Lockergestein ihre Anwendung findet, wird ein als Deckschild bezeichneter Stahlzylinder im Querschnitt des späteren Tunnelprofils mit hydraulischen Pressen vorangetrieben, die sich ihrerseits gegen das fertige Gewölbe abstützen. In seinem Schutz kann durch eine rotierende Bodenfräse im Vortriebsverfahren die Tunnelröhre ausgeräumt und durch Felsanker und Spritzbeton befestigt werden. Im nächsten Arbeitsgang wird das Gewölbe nach Einziehen der Pressen mit Beton- oder Stahltübbings ausgekleidet. Bei wasserführenden Gesteinsschichten kann der Arbeitsraum durch eine Rückwand abgeschlossen und so unter Überdruck gesetzt werden, dass kein Wasser einbricht.
• Beim Gefrierverfahren können zur Unterfahrung schwerer Bauwerke Rohrschirmdecken eingesetzt werden, wobei dicke Stahlrohre unter die Fundamente vorgetrieben und mit Stahlbeton ausgegossen werden. Vereinzelt wird wassergesättigter, schwimmender Beton vor dem Ausbruch vereist bzw. versteinert.

Offene Bauweise

Die offene Bauweise wird bei geringer Überdeckung verwendet. Ein typisches Einsatzgebiet sind Unterpflasterbahnen). Allerdings wird dort zunehmend auch bergmännisch gebaut, um Verkehrsbehinderungen und Belästigung der Anwohner zu vermeiden und um sich das Umlegen von Versorgungsleitungen zu ersparen.

• Bei der herkömmlichen offenen Bauweise bleibt die Baugrube während der gesamten Bauzeit offen. Die seitlichen Verbauwände werden vor oder beim Bodenaushub niedergetrieben.
• Bei der Deckelbauweise werden Bohrpfähle aus Stahl oder Stahlbeton errichtet, zwischen denen die Baugrube ausgehoben wird. Sobald die Höhe erreicht ist, in der Bagger bzw. Radlader arbeiten können, wird die Grube zur Aufrechterhaltung des darüber fließenden Straßenverkehrs abgedeckelt. Die Deckelbauweise findet z. B. beim Bau von Unterpflasterbahnen Anwendung.

Querschnitt des Warnowtunnels

• Zur Querung von Gewässern wird die Einschwimm- und Absenktechnik in Deutschland selten angewandt. Bei ihr werden an Land vorgefertigte Senkkästen (Caissonverfahren) oder Tunnelstücke eingeschwommen und im ausgespülten Flussbett versenkt. Beispiel: Warnowtunnel

Siehe auch

• Tunnel, Alter Elbtunnel, Neuer Elbtunnel, Eurotunnel, Warnowtunnel, Trägerbohlwand, Rohrschildtechnik, Bewehrte Erde

Weblinks

• Dokumentation der Ortsumgehung Hornberg, B33
• Buschtunnel Aachen-Ronheide: Deutschlands ältester noch befahrener Eisenbahntunnel bekommt eine zweite Röhre
• Gotthard-Basis-Tunnel, im Bau
• Vor der Hacke ist es dunkel – Artikel zu Innovationen im Tunnelbau auf dem Geowissenschaften-Portal planeterde
• Bilder von Eisenbahn-Tunnelportalen in Deutschland
• Tabelle aller deutschen Eisenbahn-Tunnel, sortiert nach verschiedenen Kriterien
• Historische Eisenbahntunnel in den Alpen