Skript Hohlraumbau Booklet

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TU Bergakademie Freiberg
Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau
Institut für Geotechnik
Lehrstuhl für Gebirgs- und Felsmechanik I Felsbau
ManuskriptderVoriesung
"Hohlraumbau"
überarbeitete Version (Stand: April 2009)
Prof. Dr. -Ing. habil. H. Konietzky
Dr. - Ing. A. Hausdorf
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Trotz gründlicher Überarbeitung können inhaltliche Fehler nicht
völlig ausgeschlossen werden. Deshalb erfolgt die Freigabe
dieses Manuskripts unter Ausschluss jeglicher Gewährleistung
durch die Autoren und durch das Institut für Geotechnik.
Hinweise auf Fehler und Anregungen für inhaltliche und formale
Verbesserungen nehmen die Autoren gern entgegen.
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Geotechnik
Professur für Gebirgs- und Felsmechanik I Felsbau
Prof. Dr. - Ing. habil. H. Konietzky
Dr. - Ing. A. Hausdorf
Lehrveranstaltung
HOHLRAUMBAU
- Tunnel und Stollen,
Kavernen im Fels,
Rohrvortriebsarbeiten -
Gliederung der Vorlesung "Hohlraumbau"
o
Vorbemerkungen
1
Einleitung
2
1.1
Überblick über den Lehrgegenstand
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
Entwicklungsetappen des Hohlraumbaus
Historische Entwicklungsetappen
Technologische Entwicklungsetappen
Gesamteinschätzung der historischen Entwicklung
und erreichte Leistungen
1.3
Fachliteratur
Grundlagen
2.1
Begriffe
Gebirgsklassifizierung im Untertagebau
2.2
2.2.1 Anliegen der Gebirgsklassifizierung
2.2.2 Entwicklungsetappen der Gebirgsklassifizierung
2.2.3 Projektbezogene Gebirgsklassifizierung
2.2.4 Normen, Vorschriften, Empfehlungen
2.2.5 Erkundungshohlräume
3
Hohlbauwerke
Zur Planung von Hohlbauwerken
3.1
3.1.1 Bauherren und Betreiber von Tunneln, Stollen und Kavernen in
Deutschland
3.1.2 Tunnel- und Stollenplanung
3.1.3 Allgemeine Grundsätze
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
Tunnel
Eisenbahntunnel
Untergrundbahn- und Stadtbahntunnel
Straßen- und Autobahntunnel
Fußgängertunnel
Beispielhafte Bauausführungen
3.3 Stollen
3.3.1 Wasserstollen
3.3.3.1 Trinkwasserstollen
3.3.3.2 Triebwasserstollen
3.3.1.3 Abwasserstollen
3.3.2 Versorgungsstollen
3.3.3 Industriestollen
3.4 Kavernen im Fels
3.5 Unterirdisch vorgetriebene Rohre und Rahmen
4
Wahl von Bauweise und Bauform bei der Ausführung von
Hohl bauwerken
5
Hohlraumbau in geschlossener Bauweise
5.1 Standfeste und bedingt standfeste Gebirge
5.1.1 Tunnel- und Stollenausbruch mittels Bohr- und Sprengarbeit
("Sprengvortrieb"):
5.1.1.1 Vollausbruch oder Ausbruch in Teilquerschnitten
5.1.1.2 Sprenglochbohren und Sprengen
5.1.1.3 Berauben
5.1.1.4 Schuttern
5.1.1.5 Ausbau und Auskleidung
5.1.2 Kavernenbau im Fels
5.1.3 Tunnel- und Stollenausbruch mittels Vortriebsmaschinen
5.1.4 Geotechnische Gesichtspunkte beim Einsatz von Vortriebsmaschinen
im Fels
5.1.5 Mechanisches Vorschneiden von Hohlraumkonturen
5.2 Gebräche Gebirge
5.2.1 Klassische Bauweisen
5.2.1.1 Überblick
5.2.1.2 Gegenwärtige Bedeutung der klassischen Bauweisen
5.2.2 Moderne Bauverfahren
5.2.2.1 Neue Österreichische Tunnelbauweise
5.2.2.2 Weitere Bauverfahren unter wesentlicher Einbeziehung
von Spritzbeton zur Sicherung der Ausbruchkontur
5.2.2.3 Einschalige Auskleidungen bei Anwendung von Spritzbeton
zur Sicherung der Ausbruchkontur
5.2.2.4 Betonschalenbauweise "System Bernold"
5.2.2.5 Vorteile und Besonderheiten der modernen Bauverfahren
im Vergleich zu den klassischen Bauweisen
5.3 Druckhafte und rollige Gebirge
5.3.1 Bauverfahren mit vorläufiger Abstützung der Ausbruchkontur durch
einen Pfahlverzug
5.3.1.1 Getriebezimmerung
5.3.1.2 Kölner Bauweise
5.3.1.3 Messervortriebsverfahren
5.3.1.4 Ringbauweisen
5.3.1.5 Aufgelöste Kernbauweise
einen Vortriebsschild
5.3.2.1 Schildkonstruktionen
5.3.2.2 Bauvorgang beim Rohrschild -Vortrieb
5.3.2.3 Mechanische Vortriebsschilde
5.3.2.4 Auskleidung bei Rohrschild - Vortrieben
5.3.2.5 Messerschilde
5.3.2.6 Festgesteinseinsätze von Vortriebsschilden
vorgepresste Rohre oder Rahmen
5.3.3.1 Rohr- und Rahmenvortriebe im begehbaren Bereich
5.3.3.2 Durcrlpressen von Vorschub - Bauwerken durch Bahndämme
5.3.3.3 Microtunnelbau
5.4 Schwimmende Gebirge
5.4.1 Maßnahmen zur Entwässerung des Gebirges
5.4.2 Maßnarlmen zur Verfestigung und Abdichtung des Gebirges
5.4.2.1 Injektionen in Lockergesteinen
5.4.2.2 Gefrierverfahren beim Hohlraumbau
5.4.3 Anwendung von Druckluft zur Grundwasserverdrängung
6
Tunnel- und Stollenbau in offener Bauweise
6.1 Klassifikation der bekannten Bauverfahren
6.2 Baugrubenumschließung und Baugrubenaussteifung
6.3 Beherrschung des Grundwassers beim Hohlraumbau
6.3.1 Absenkung des Grundwasserspiegels
6.3.2 Grundwasserabsperrung (Wand-Sohle-Bauweisen, Deckel-Bauweise)
6.3.3 Grundwasserunterführung
6.4 Bauverfahren der Gruppe I
6.5 Bauverfahren der Gruppe 11 6.5.1 Bauverfahren mit nicht in das endgültige Hohlbauwerk einbezogener
Baugrubenkonstruktion (Baugrubenkonstruktionen, Hohlbauwerke )
6.5.2 Bauverfahren mit möglicher Einbeziehung der Baugrubenkonstruktion
in das endgültige Hohlbauwerk
6.6 Bauverfahren der Gruppe 111 6.7 Hohlraumbau in der Sohle flacherer Gewässer
6.8 Unterwasserbrücken und schwebende Tunnel in tieferen Gewässern
in der Praxis: lichte Querschnitte
2
zwischen< 1 m2 und ca. 1500 m
~
als
im
Bergbau
geomechanische Situation des Bauraums, um die Merkmale unter a) und b) bei höchster
Gesamtwirtschaftlichkeit zu erbringen
7' außerhalb des Bergbaus: möglichst weitgehende Abstimmung der Bautechnologie auf die
Richtungsgenauigkeit "'" langfristige Formbeständigkeit
Wasserdichtheit
verbindlich gefordert werden.
a) wesentlich längere Nutzungszeiträume und
b) höhere Anforderungen an die Qualität
der Bausausführun
i«::
Aufgabe des Hohlraumbaus außerhalb des Bergbaus: Bauwerke errichten, für die
Aufgabe des Bergbaus: möglichst billige Gewinnung mineralischer Rohstoffe
-7 im Bergbau: Orientierung auf das Offenhalten der Hohlräume
Unterschiede zwischen dem Herstellen von bergmännischen Hohlräumen
und dem Hohlraumbau außerhalb des Bergbaus:
1. Tunnel
2. Stollen
3. Untertägige Großräume
(z.B. Felskavernen, Parkhäuser u. a.)
Zum Lehrgegenstand zählen:
O. Vorbemerkungen
• für Freizeit- und Erholungszwecke
• filr städtische Einrichtungen •
• für industrielle Zwecke
.
r
~e Parkhäuser
~
I~ [ScfiiJtZbaUWerkeim-~iVilsChuiZ~
Kreuzun~
Untertägige Großräume:
Untertägige Großräume in Städten
Stollen:
Stollen für Transporte
Stollen als Hilfsbauwerke
--_ .. _..
Pilotstollen
• Zufahrts~tnllen
(zur Vorerkundung des Gebirges)
• Trinkwasserstollen
• Triebwasserstollen
• Injektionsstollen
(in Vorbereitung von Gebirgsinjekti• Kühlwasserstollen
onen)
• Abwasserstollen
• städtische Versorgungsstollen • Fensterstollen (als Zwischenangriffspunkte beim Bau hangnaher
• Industriestollen
Verkehrstunnel)
• Kabelstollen
• u.a. Stollen
• zur Bevorratung (Lagerkavernen )
Kavernen im Fels
Tunnel:
• Eisenbahntunnel
• Untergrundbahntunnel
• Straßen- bzw.
Autobahntunnel
• Fußgängertunnel
• Schifffahrtstunnel
"Hindernisse", die für den Bau von Tunneln u. Stollen ursächlich sein können: "Gebirge", Gewässer,
Stadt- und Industrieräume, bedeutende Verkehrswege (vgl. im 1. Lehrheft, S. 3)
1.1 Überblick über den Lehrgegenstand
zu 1.1 Überblick über den Lehrgegenstand
Definitionen zum Sachgebiet Hohlraumbau
Tunnel sind langgestreckte und für eine langfristige Benutzung vorgesehene unterirdische Transport- und Verkehrswege, die an ihren beiden Enden ins Freie münden.
Stollen im engeren Sinne sind dagegen Transportwege, die entweder nur in den unterirdischen Bauraum hineinführen oder in diesem selbst eine Verbindung zwischen
zwei anderen Hohlbauwerken herstellen oder als Hilfsbauwerke für die Ausführung
anderer definitiver Hohlbauwerke dienen.
Somit dienen die Stollen Le.S. im Grunde genommen den gleichen Zwecken wie
Schächte. Eine Abgrenzung zwischen den söhlig bis geneigt verlaufenden Stollen
und den geneigt bis senkrecht verlaufenden Schächten wird üblicherweise nur nach
der Art der in diesen Hohlräumen möglichen Förderung vorgenommen. So werden
geneigt verlaufende unterirdische Transportwege von dem Moment ab als Schächte
bezeichnet, wenn sie nicht mehr mit rad- oder raupenkettenangetriebenen Fahrzeugen befahren werden können.
Als entsprechende "Grenzneigungen" gelten z. B.
+ für Fahrzeuge mit 1-Achsantrieb
< 25 ... 28 % (= 14 ... 16°)
+ für Fahrzeuge mit Allradantrieb
< 45 %
(= 25°}
+ für Fahrzeuge mit Raupenkettenantrieb
< 50 %
(= 2r)
(beim Fahren auf zwischengelagertem Haufwerk sind mit
Raupenkettenfahrzeugen maximale Steigungen bis 33° zu bewältigen)
Als Stollen im weiteren Sinne wollen wir "echte Tunnel" kleineren Querschnitts bezeichnen, wobei als notwendiges Kriterium ein Ausbruchquerschnitt von
Q < 15 ... 16 m2 gilt. Allerdings werden zur Wasserüberleitung bestimmte Hohlbauwerke unabhängig von ihrem Querschnitt stets als Stollen bezeichnet.
Als Kavernen werden im Hohlraumbau Hohlbauwerke mit relativ großem Querschnitt
(Breite und Höhe) bei gleichzeitig nur relativ geringer Längserstreckung bezeichnet.
Bei den von uns hier irn Folgenden ausschließlich betrachteten Kavernen im Fels
werden heute lichte Querschnitte bis zur Größenordnung von< rund 1.500 m2 ausgeführt. Dahinter verbergen sich im Allgemeinen Bauwerksbreiten zwischen 15 und
25 m sowie Bauwerkshöhen zwischen 20 und 50 m.
Die häufigsten Kavernenlängen liegen zwischen 100 und 200 m.
'",
", ''4 Sfollen i.w. S. fumel-Ausbruchquerschnitf> 75 bis 16m 2 > Ausbruchquerschnitt vQn Stollen i. w. S. Lagerkavernen zur Lagerung I Speicherung von
• Nahrungs- und Genussmitteln (bei Gebirgstemperaturen oder im Gefrierbereich),
• Wasser,
• Rohöl und anderen Kohlenwasserstoffen,
• Erdgas und Druckluft,
• industriellen Reststoffen und nuklearen Abfällen,
• Archivalien und musealen Gütern.
Maschinenkavernen für die Unterbringung von
• Wasserkraftwerken (viel seltener Kern- oder Kohlekraftwerke),
• Produktionsstätten für Waren,
• Reparaturwerkstätten, (Fortsetzung auf nächster Folie)
-
-
Heute stehen beim Bau von Felskavernen im Vordergrund:
die bereits vor Beginn unserer Zeitrechnung angelegt worden sind.
- Grabkammern und
- künstliche Wohnhöhlen,
Als Ursprünge des Kavernenbaus im Fels gelten
Im Allgemeinen werden Felskavernen heute mit lichten Querschnitten von ~ 1.500 m2
(bei häufigsten Breiten von 15 m ... 25 m und Höhen ~ 50 m) sowie mit Längen von ~ 500 m
(am häufigsten 100 m ... 200 m) ausgeführt.
Kavernen im Fels
vielen Touristen - Regionen mit alpinem Charakter).
• lediglich bestimmte Funktionsräume in Felshänge "eingebaut" werden (Beispiele hierfür gibt es in
halten (z.B. die Bau - Ausführung auf dem Nord - Kap in Norwegen) oder
• Bauwerke ein übertägiges Eingangsgeschoss und bis zu mehrere "Untergrundgeschossen" er-
der Inka - Festung MACHU PICCHU in Peru) oder
• Bauwerke komplett in Felshänge "eingebaut" werden (geplant ist z.B. ein Kavernen -Hotel unter
- Kavernen für diverse touristische Service - Leistungen, wobei entweder
• Gaststätten
• Ausstellungshallen,
• Schwimmhallen und Sporthallen (Eishockey!),
• Kino- und Konzertsäle,
- Kavernen für Freizeit ~ Aktivitäten, darunter für
• Parkhäuser
• Abwasserkläranlagen,
• Trinkwasseraufbereitungsanlagen,
- Kavernen für kommunale Zwecke, darunter vorzugsweise für
Kavernen im Fels (Fortsetzung)
Unterfahrung von Schutzmauern durch die Verteidiger, um gegnerische Belagerungsbauwerke zu
zerstören (im Altertum waren das vor allem angeschüttete Erdrampen );
"vorbeugender" Bau von Flucht - Stollen für Herrscher - Familien und diesen Nahestehende
(z.8. wurde vor mehr als 4000 Jahren schon in Babyion im zeitweise ausgetrockneten Bett des
Euphrat ein rund 900 m langer Stollen in offener Bauweise ausgeführt);
-
zunächst an Küsten gegen "Beschuss von See";
seit den 1930ern vielerorts, z.B. im böhmischen Riesengebirge, auf der Halbinsel Kola und - gegenwärtig noch immer in Funktion - im Felsen von Gibraltar 1 Iberische Halbinsel.
-
Hohlbauwerke zur Unterbringung von Einrichtungen und Mannschaften:
- Vortrieb von Sprengstollen bzw. Sprengkammern unter vom Gegner besetzte Berggipfel und anschließendes Sprengen dieser Gipfel (1916/18 werden >100.000 Soldaten so "zersprengt" -+
1. Weltkrieg zwischen Österreich 1 Ungarn 1 Deutschland und Italien an der Alpen - Front).
Unterfahrung von Schutzmauern durch die Angreifer, um
a) die Befestigung zu erobern oder (zunächst)
b) die Schutzmauer zum Einsturz zu bringen;
-
Stollenbau als "Kriegslist" im Zusammenhang mit der Belagerung von befestigten Städten,
Burgen und Berggipfeln:
Hohlraumbau für militärische Zwecke
(
der Ausbau der Binnenwasserstraßen (Schifffahrtstunnel),
die Aufnahme des überregionalen Eisenbahnverkehrs (Bahntunnel),
die enorme Zunahme des Straßenverkehrs (Straßentunnel),
ökonomische Vorteile bei der Nutzung des unterirdischen Bauraums für Kraftwerke und Speicherzwecke sowie für kommunale Zwecke (Ver- und Entsorgungsstollen),
- der öffentliche Personennahverkehr (U-Bahnen)
-
In der jüngeren Zeit wirkten insbesondere stimulierend:
(geschütztes Wohnen in Höhlen, v. a. in Karsthöhlen)
seit ca. 15.000 Jahren: Bergbau - Tiefbau, zuerst auf "Feuerstein"
seit ca. 5.000 Jahren: Bergbau auf Kupfererze (Sinai)
seit dem 2. Jahrtausend v. u. Z.: künstliche Wohnhöhlen und Grabkammern sowohl in der geschlossenen Bauweise (Katakomben, Nekropolen in Felshängen) als auch in der offenen Bauweise
(Dolmen- und Kuppelgräber); dabei unterlagen Katakomben und Nekropolen im Verlaufe der Zeit oft
einen Nutzungswechsel (Wohnhöhle-Grabkammer-Versammlungsraum)
- seit ca. 3.000 Jahren: langfristig standsichere Trinkwasserstollen sowie "Qanate"
- seit dem Altertum: "Bergkeller" - und seit dem Mittelalter "Tiefkeller" - Anlagen zur Bevorratung von
Nahrungs- und Genussmitteln (in Sachsen und Thüringen z. B. seit dem Beginn des 16. Jahrhunderts "Höhler" zur Bevorratung von Bier)
-
Hohlraumbau als Spiegelbild der Entwicklung von gesellschaftlichen Bedürfnissen:
1.2.1 Historische Entwicklungsetappen
(
230
80
40
50
85
50
38
Gera
Glauchau
Hohenstein
Lichtenstein
Lommatzsch
Mittweida
Ronneburg
Zwickau
Zeitz
--------- ---
Waldenburg
80 200 90
60 Crimmitschau
----------
300 Anzahl
Altenburg
Stadt
4
8
3
2
2
3
2
2
4
9
3
9
Länge in km
--------------
Lößlehm / Löß

Rotliegendes
--------------
Unterer Buntsandstein, Lößlehm / Löß
--------------
--------------------
--------------
--------------------
--------------
Lößlehm / Löß, Phyllit
Schiefer, Diabas
Granulit
Rotliegendes
-
Glimmerschiefer
Lößlehm / Löß
Auesedimente, Zechsteinkalk
--------------------
Zechsteinkonglomerat
Lößlehm / Löß
Geologische Verhältnisse
--
----
-----
------------
----------
(Quelle: Meier, G.: Ingenieurgeologische Problemstellungen bei der Erkundung und Verwahrung von tagesnahen Hohlräumen und Altbergbau im mitteldeutschen Raum.
Halle: 12. Nationale Tagung für Ingenieurgeologie, 1999, Sammelband, S. 39 - 47)
Ausgewählte Städte mit Tiefkelleranlagen Technologische Entwicklungsetappen (1) den 1940ern: Entwicklung von Teilschnitt - Vortriebsmaschinen
um 1940: Einführung von Gesteinsbohrkronen mit Hartmetallschneiden
1950 effizient für den Hohlraumausbruch im Fels eingesetzt werden
um 1880: Beginn der Entwicklung von "Tunnelbohrmaschinen (TBM)"; sie können aber erst nach
-
ebenfalls auf Ammonsalpeter - Basis
• sprengölfreie pulverförmige Ammonsalpeter-Sprengstoffe sowie Sprengschlämme ("Slurries"),
(bis zu 6 Lafetten I Wagen)
• schwere, lafettengeführte Bohrhämmer auf selbstfahrenden "Bohrwagen"
heute sind weit verbreitet im Einsatz:
- seit 1973: Einsätze von "Hydraulik" - Bohrhämmern
-
-
- seit 1867 ... 1870: Sprengen mittels brisanter Sprengstoffe
schinen,
- seit der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts: Sprenglochbohren mittels druckluftangetriebener Bohrma-
- seit 1679 (Malpas - Tunnel): mittels Schwarzpulver als deflagrierendem Sprengstoff,
und Schmiedeeisen,
- über Jahrtausende hinweg: "von Hand" mittels Werkzeugen aus Feuerstein, Tiergeweihen, Bronze
Historische Entwicklung des Hohlraumausbruchs:
1.2.2
Technologische Entwicklungsetappen (2)
eingebürgert.
Microtunnelbau oder Microtunneling
Für die Schaffung von Hohlbauwerken mit nicht mehr begehbaren Querschnitten steht heute eine fast
schon nicht mehr zu überblickende Vielzahl an beinahe vollautomatischen Bauverfahren zur Verfügung; als einschlägige Sammelbegriffe haben sich
• mittels Grundwasserverdrängung durch Druckluft,
• mittels Grundwasserabsperrung durch "wasserdichte" Baugruben - Wand - Verbaue und
ebensolche Baugrubensohlen
• oder mittels Grundwasserunterführung.
bzw. - bei der offenen Bauweise - zu den "grundwasserschonenden u Bauverfahren
• mittels Druckluft - Stützung der Ortsbrust,
• mittels suspensionsgestützter Ortsbrust oder
• mittels "erddruckausbalancierender" Ortsbrustabstützung
zur Entwicklung einer Vielzahl von Bau- und Bauhilfsverfahren geführt, darunter - bei der geschlossenen Bauweise - zu Schildvortrieben
- geringe Gebirgsfestigkeit,
- häufige Unmöglichkeit einer Entwässerung des Gebirges,
- häufige Nähe der zu schaffenden Hohlbauwerke zur Erdoberfläche
Beim Hohlraumbau im Lockergebirge haben die schwierigen und häufig komplex in Erscheinung
tretenden Randbedingungen
1.2.2
zu 1.3 Fachliteratur
Prof. Dr. techno habil. Dimitrios Kolymbas
Universität Innsbruck
Institut für Geotechnik und Tunnelbau
Technikerstraße 13
A - 6020 Innsbruck
Geotechnik - Tunnelbau und Tunnelmechanik
Eine systematische Einführung mit besonderer Berücksichtigung
mechanischer Probleme
Springer - Verlag Berlin Heidelberg, 1998; ISBN: 3 - 540 - 62805 - 3
Barcode in der Universitätsbibliothek: 97.10354/48
Hauptpunkte des Inhaltsverzeichnisses:
21 Elektrische Einrichtungen
im Tunnelvortrieb
22 Beispiele durchgeführter Tunnelproiekte
2 Einrichtungen in Straßentunneln
. 23 Große Tunnelbauoroiekte der Zukunft
·3 Belüft --- -··1
•
I
Die Rolle der Mechanik
4 Beleuchtung von Straßentunneln
j
im Tunnelbau
I
I 25 Materialverhalten
5 Geotechnische Untersuchungen
I
!
26 Axialsymmetrische Spannungs6 Gebirgscharakterisierung
i
und Deformationszustände
27 Spannungs- und Deformationsfeld um
7 Vortrieb
einen kreisrunden Tunnel
28 Einige Näherungsformeln
8 Schildvortrieb
.29 Anker
9 Sprengvortrieb
30 Standsicherheit der Ortsbrust
10 Sicherung
31 Schrankentheoreme
· 11 Bohren, Brechen, Schneiden
I
32 Setzungen an der Oberfläche
12 Innenschale
13 Vergleich von TBM und Sprengvortrieb •33 Erddruck auf Schächte
14 Grund- und Bergwasser
.34 Stabilitätsprobleme im Tunnelbau
· 15 Schuttern
35 Frostausbreitung beim Gefrierverfahren
i
16 Neue Österreichische Tunnelbauweise 36 Messungen
17 Sicherheit beim Sprengvortrieb
37 Praxis der Ausbaudimensionierung
I
18 Druckluftverfahren
38 Quellen und Schwellen
19 Unterwasser -Tunnel
39 Wasserandrang
i
120 Schächte
40 Mechanik der Sprengung
· 1 Einführung
124
I
Zu 1.3 Fachliteratur
Monographien:
Deutsche Gesellschaft für Geotechnik (Herausgeber): Taschenbuch für den Tunnelbau. üährliche Erscheinungsweise), Essen: Verlag Glückauf
Deutsche Gesellschaft für Geotechnik (Herausgeber): Empfehlungen des Arbeitskreises Tunnelbau (ETB). Berlin: Ernst & Sohn, 1995
Kolymbas, D.: Geotechnik - Bodenmechanik und Grundbau. Berlin u. a. Orte:
Springer - Verlag. 1998, ISBN 3-540-62806-1
Kolymbas, D.: Geotechnik - Tunnelbau und Tunnelmechanik. Berlin u. a. Orte:
Springer - Verlag. 1998, ISBN 3-540-62805-3
Kühn, G.; Scheuble, L.; Schlick, H.: Rohrvortrieb für nichtbegehbare
leitungssysteme: Maschinen, Rohre, Arbeitsverfahren.
Wiesbaden und Berlin: Bauverlag, 1987, ISBN 3-7625-2516-1
Maidl, B.: Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band I: Konstruktion und
Verfahren. 3. Aufl. Essen: Verlag Glückauf, 2004, ISBN 3-7739-1331-1
Maidl, B.: Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band 11: Grundlagen und Zusatzleistungen für Planung und Ausführung. 3. Auf!. Essen: Verlag Glückauf, 2004,
ISBN 3-7739-1332-X
Maidl, B.: Tunnelbau im Sprengvortrieb. Berlin u. a. Orte: Springer-Verlag.
1997, ISBN 3-540-62556-9
Maidl, B.; Herrenknecht, M.; Anheuser, L: Maschineller Tunnelbau im Schildvortrieb. Berlin: Verlag Ernst & Sohn. 1995, ISBN 3-433-01275-X
Schad, H.; Bräutigam, T.; Bramm, S.: Rohrvortrieb - Durchpressung begehbarer leitungen. Berlin: Verlag Ernst & Sohn. 2008, ISBN 978-3-433-02912-1
Szechy, K.: Tunnelbau. Wien - New York: Springer - Verlag, 1969
Wittke, W. u. a.: Tunnelstatik - Grundlagen. Essen: Verlag Glückauf, 1999
Wittke, W. u. a: Statik und Konstruktion der Spritzbetonbauweise. Essen: Verlag
Glückauf, 2002
Wittke, W. u. a: Statik und Konstruktion maschineller Tunnelvortriebe. Essen: Verlag
Glückauf,2006
Zeitschriften:
•Tagungsberichte:
- Bauingenieur
•- Baugrundtagung - Tagungsberichte
- Geotechnik
- Eurock - Tagungsberichte
- Glückauf
- ITA (International Tunnelling
- Felsbau I Geomechanik und Tunnelbau
Association) - Tagungsberichte
- ISRM News Journal
- STUVA - Tagungsberichte
- Neue Bergbautechnik
("Forschung und Praxis")
- Tunnel
- Tunnels & Tunnelling International
- World Tunnellin
i
i
offene Bauweise
verschiedene Bauformen
i
i
i
i
i
i
geschlossene Bauweise
i
spezielle Untertage - Bauverfahren
von denen die bereits historisch überlieferten Bauverfahren gekennzeichnet werden durch
Bauweise
und
Betriebsweise,
die den Ablauf des Baugeschehens im Querschnitt
bzw. Längsschnitt des Bauwerks charakterisieren
i
Grenztiefen der offenen Bauweise sind
vom wirtschaftlichen Gesamtpotential
eines Landes bzw. eines Wirtschaftsraumes abhängig!
Z.
B.
I
:
geschlossene
Bauweise
wirtschaftlich
"-"---"-"---<-""--.........--"-"'---"--"--.........-1"-'
I
I
~
-20 ~
Z B
"-!-I-.,...-.,.........,..---..--.,..--.....,..---.,.,,- -12 m
offene
Bauweise
wirtschaftlich
GOK Dm
7~//~7/<"7/(7/~/A'//(/A
B. Grenztiefe der offenen
Bauweise beim U-Bahnbau
im Lockergebirge um 1970
(nach SZECHY, 1969)
}Z'
Die "Grenztiefe der offenen Bauweise" für eine gegebene Bauwerksart ist im Wesentlichen ab
hängig von:
- der Qualität der verfügbaren Baumaterialien,
- der Qualität und den Leistungsparametern der einsetzbaren Baumaschinen sowie
- den Beschaffungskosten für Baumaterialien und Baumaschinen.
i
Bauausführung in zwei grundsätzlichen Verfahrensweisen:
2.1 Begriffe
zu
2.1 Begriffe
Hohlbauwerke in offener Bauweise werden
entweder auf der Sohle offener Baugruben errichtet und danach mit
Verfüllmassen überdeckt (englisch: "cut and cover")
ri]"'>~>"'X~V~f"X~V'l7>">""
Baugrubensicherung
mit
Verfüllmoteriol
überdecken
Baugrubenaushub
Hoh!bouwerk errichten
I
((j) und 0
oder
OK(;
erfolgen entweder zeit! ich parallel oder(J) läuft (}) voraus)
nur zu bestimmten Anteilen von der Tagesoberfläche aus
errichtet und danach untertägig hergestellt
OK~ ..-.. : ..~oo F
I!::J
Z'~A&YdSJY7..«S? OKG
Phasen: I (übertägig)
1l (übertägig)
I1I (übertögig )
N (untertägig)
- Aushub (2-3m tief) - Herstellen vc;n - Decke betonieren - Hohlroumaushub
u Freimachen des
Betonwänden
und isolieren
- Sohle betonieren
Bauraumes von
(Schlitz-oder
- Einbau neuer Ver- - Bauwerk von
Versorgungsleitungen
Bohrpfahlwönde) sorgungsleitungen
innen isolieren
- Verfüllung
oder
als Senkkastengründungen (an Land) bzw. als Schwimmkastengründungen (in der Sohle seichter Gewässer) ausgeführt.
(J)offene 8augrube
(oberhalb des
Grundwasserspiegels)
OKG
~-
Senkkasten Hoh(.bauwerk •
daruber aufgehende 80ugrubensicherung
Tunnel
.L-----if
I
.,
Cl) 80ugrubenoushub
8ugsierschiff
IJ:~
-\f'
~
~r
\.\. TIu nnel
2
ocr;!;
~
unterhalb des Senkkostens
I,
V
Absen.ken ~n
SchwImmkasten
des
spateren Hohl •
bauwerks)
I Fertigteile
..
(jewossersohle
~ Baugrubenoushub
~ '!or dem Absenken
'J'
Vergleich der bei offener bzw. geschlossener Bauweise
entstehenden Baukosten in Abhängigkeit von der Höhe
der Firstüberdeckung sowie der anstehenden Gebirgsart
(Lockergestein oder Festgesteinl
Offene Bauweise
o
Huf
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Finltüberdeckung [mI
Quelle:
Hessisches Landesamt für Straßen- und Verkehrswesen: Wirtschaftliche Aspekte bei
Tunnelbauwerken in frühen Planungsphasen. Wiesbaden, 2005, Informationsheft
52-2006. - ISSN 0941-8881 -
Tunnelbau - Statistik 2008 I 2009 'W>I. . - _ _-
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Längenbezogener Anteil der geschlossenen bzw. offenen Bauweise bei den jeweils zum
Jahreswechsel im Bau befindlichen Verkehrstunneln
offene
Bauwolsan 19,8 %
Cuf-and-cover
Struktur des Verkehrstunnelbaus in Deutschland zum Jahreswechsel 2008 1 2009:
rechts: gesamter Verkehrstunnelbau
links: U-, Stadt- u. S- Bahnen
Quelle:
Haack, A.: Tunnelbau in Deutschland: Statistik (2008/2009) , Analyse
und Ausblick, In: Tunnel 28 (2009), Nr. 8, S. 16 - 29
Begriffe beim Ausbruch von Hohlräumen
in der geschlossenen Bauwciae;
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oder Vberdeckung
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Firste oder Scheitetbereich
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oder Stoß oder Parament
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Kalotte
CV Kern ® Strosse
Begriffe zum Ausbau und zur Auskleidung von Hohlräumen
in der geschlossenen Bauweise:
Ausbau oder Verbau sichert den frischen Ausbruch eines Hohlraumes.
Dieses kann durch vorübergehend (vorläufig) eingesetzte Sicherungselemente
(z.B. einzelne Stahlbögen) oder durch bleibende Sicherungselemente
(z.B. Gebirgsanker) geschehen.
Dagegen ordnet man dem Begriff Auskleidung alle Maßnahmen und Bauelemente
unter, die der Gewährleistung der Hohlraumstabilität unter den für den definitiven
Zweck des Hohlbauwerkes gültigen Lastannahmen dienen.
Spezielle Begriffe:
Ein Voreinschnitt ist ein von künstlichen
Böschungen umgrenzter ÜbergangsbeVoreinschniff
reich von der übertägigen Verkehrs- oder
Leitungstrasse zum Tunnel oder Stollen .
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OKG ...'"
Tunnel (Stollen)
Portal (Mundloch)
Fensterstollen sind Zwischenangriffspunkte für hang nahe Tunnel oder Stollen.
OKG Tunnel(Stollen)
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Fensterstollen
I
Gebirgsklassifizierung im Untertagebau
Anliegen deir Gebirgsklassifizierung
Nach der Bauausführung dienen Gebirgsklassifizierungen "als Abrechnungsgrundlage
sowie zur Vergleichbarkeit für nachfolgende Tunnelprojekte". (Empfehlungen des Arbeitskreises "Tunnelbau" ETB, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik
e.V., Serlin: Ernst & Sohn, 1995, S. 41)
fung des Ausbruchverfahrens und der Sicherungsmaßnahmen ein ständiges Vergleichen
der angetroffenen mit den prognostizierten Gebirgsverhältnissen und gegebenenfalls - in
Absprache zwischen Bauherrn und Unternehmer...., eine Änderung der Einstufung"
(MAIDL, B.: Handbuch des Tunnerl- und Stollenbaus, Band 11. Essen: Verlag Glückauf,
1988, S. 43)
Während der Bauau$führullg erfolgen für die spätere Abrechnung und für die Überprü-
-
"Sie dienen vor Baubeginn
- der Wahl des Bauverfahrens,
der Festlegung der erforderlichen Sicherungsmaßnahmen und
- der Kalkulation.
Gebirgsklassifizierungen werden auf der Grundlage von ingenieurgeologischen und
geomechanischen Untersuchungen erstellt.
2.2
2.2.1
Entwicklungsetappen der Gebirgsklassifizierung
Projektbezogene Gebirgsklassifizierung
Bewertu ngskrite rien:
erforderliche Aufwendungen für Ausbruch und Sicherungsmaßnahmen (z. B. in 0, A und eH)
2.2.3
heute:
aber: diese sind für einen Bauraum aus deutlich entfestigtem Fels oder aus Lockergesteinen un..
brauchbar!)
(1976),
werden mehrere Klassifizierungssysteme unter Einbeziehung von ausschließlich quantitativ erfassten
Parametern für den Hohlraumbau im Fels vorgeschlagen (z.B. Q - System (1974) und RMR - System
in den 1970ern:
schlug die "Stehzeit" und die "freie Stützweite" eines noch ungesicherten Hohlraumausbruchs im Fels
als quantitativ fassbare Einflussgrößen für K!assifizierungszwecke vor
H. LAUFFER (1958):
dieser Lehrveranstaltung)
vorwiegend qualitative Beschreibung des Gebirges im HinbliCk auf dessen Verformungsverhalten während und unmittelbar nach dem Hohlraumausbruch
(siehe die Untergliederung des Tunnel- und Stollenbaus in der geschlossenen Bauweise in
bis in die 1950er hinein:
11 Gebirgsklassen von 1 (f,fester, gesunder Fels") bis 11 ("Iocker gelagerter Sand")
(Quellen: LV "Analytische Gebirgsmechanik"; Szechy, K.: Tunnelbau. Wien, New York: Springer - Verlag, 1969;
MAIDL, B.: Handbuch des Tunn~l- und Stollenbaus, Band 11. Essen: Verlag Glückauf, 1988):
1946: Gebirgsklassifi:zierung nach der Belastung von eingebrachtem Stützausbau durch
K. TERZAGHI
2.2.2
"Vortriebsklassen für universellen Vortrieb durch Sprengen, Teilschnitt - Maschinen, Bagger und
händisches Lösen des Gebirges"
"Vortriebsklassen für Tunnelbohrmaschinen (TBM) und Schildmaschinen (SM)"
bei SM:
bei TBM: "Art der Ortsbruststützung und das nichtbehinderte I behinderte Lösen" des Gebirges an der Ortsbrust)
"Art und Umfang der Sicherung und der Einbauort" ...
"sowie die Einbaufolge und die daraus resultierende Behinderung des Lösens im Vollschnitt" ...
("Für die Einteilung der Vortriebsklassen" sind entscheidend:
Tabelle 2
(Für die Einteilung der Vortriebsklassen beim universellen Vortrieb sind die Ausbruchart, Art und Umfang der Sicherung
sowie der Einbauort [im Querschnitt, in Tunnellängsrichtung] und die Einbaufolge entscheidend.
Große Ausbruchquerschnitte können aus baubetrieblichen Gründen unterteilt werden.")
Tabelle 1 erfolgen soll. "Die Vortriebsklassen sind im Festgestein und im Lockergestein anwendbar".
• "geotechnischen Untersuchungen" des Bauraums "und deren tunnelbautechnischer Beurteilung,
• Form und Größe des Hohlraumes ( ... durch die Planung vorgegeben)",
• Festlegung auf eine bestimmte Vortriebsart
(universeller Vortrieb - Vollschnittbohren - Schildvortrieb mit bzw. ohne Vollschnittabbau der Ortsbrust)
und
• dem "Klassifizierungsschema nach DIN 18312"
die auf der Grundlage von
"generelle Einteilung in Vortriebsklassen für verschiedene Vortriebsarbeiten mit allgemein erfassbaren Randbedingungen",
Die "Empfehlungen des Arbeitskreises Tunnelbau (ETB)" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V.
(Berlin: Ernst & Sohn 1995) enthalten im Abschnitt 8 eine
2.2.4 Normen, Vorschriften, Empfehlungen
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saufbau entlang der Tunneltrasse (rechts: Norden; links: Süden
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....".
Quelle:
Hentschel, H.: Erkundungstollen unter dem Mont Raimeux. In: Tunnel 16 (1997), Nr. 6, S. 8 -14
Lage des Erkundungsstollens zum Haupttunnel: Abstand 17 ... 39 m.
Der Straßentunnel wird im auellfähiaen Gebirae mit Sohlaewölbe und im Kalk ohne Sohlaewölbe ausaeführt.
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Erkundungsstollen Raimeux
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Quelle: Flury, S.; Rehbock - Sander, M.: Gotthard - Basistunnel:
Stand der Planungs- und Bauarbeiten: In: Tunnel 4 / 1998, S. 26 - 30
Längsschnitt durch die Piora - Mulde mit Sondierbohrungen
Sondierstollen für den künftigen Gotthard - Basistunnel (GBT) in der Schweiz
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Fernbahnen
Straßen: innerstädtisch,
Fernstraßen,
Autobahnen
-
S-Bahn
OB
= OB, andere =kommunale Untern.
-
Kommunen
i. d. R. private Gesellschaften, die öffentliche Aufgaben wahrnehmen
private EVU
diverse Unternehmungen
Tunnel, Stollen und Kavernen werden in Deutschland mehrheitlich von "öffentlichen Bauherren"
erstellt und betrieben
Entsorgungs- und Lageraufgaben
Parkhäuser
-
1
WKW
KAVERNEN:
-
für
Führung von Produktenleitungen
unter Verkehrswegen
-
überwiegend private Energie - Versorgungs - Unternehmen (EVU)
Wasserverbände und Talsperrenverbände
Überleitung von Wasser aus Speichern
Betrieb von WKW
-
Telekom, OB, Bundeswehr
Kommunen (in ländlichen Bereichen "Zweckverbände")
Kommunen bzw. ihre speziellen Unternehmungen (Stadtwerke) oder spezielle
Kommunalverbände
Kommunen (ausnahmsweise Bundesländer oder BRO)
BRO
oder
Bundesländer
BRO
OB
Kommunen (gelegentlich OB)
Betreiber
Versorgung mit Gas, Wasser,
Elektrizität + Fernwärme in Kommunen
- Telekommunikation
_ Entsorgung
-
Stollen: zur / zum
den ÖPNV
Bauherren
Bauherren und Betreiber von Tunneln, Stollen und
Kavernen in Deutschland (nach GIRNAU I HAACK 1995)
-
TUNNEL: für
Bauwerke
3.1.1
Koblenz
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Rettungsplatz
gewinnungsanlage
"Schöne Aussicht"
Trinkwasser~
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Notausgang mit •
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............. Dembach
Autobahndreieck
Quelle: ce>
Notausgang mit
Rettungsplatz
WBI - Letter, Dezember 1999; Herausgeber: Prof. Dr. -Ing. W. Wittke,
Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau GmbH, Jenricistraße 50,52072 Aachen
Dernbacher Tunnel (Länge: 3305 m) mit sechs Autobahnunterquerungen
Köln
Die Darstellung zeigt eine entsprechende Lösung, wobei zu der bereits existierenden Bundesautobahn
A3 die Neubaustrecke "Köln - Rhein / Main" der OB AG hinzukam.
Für die zuletzt hinzukommende Trasse kam daher nur eine Tunnellösung in Frage.
Wenn in solchen Fällen das eine Verkehrssystem bereits existiert, dann muss für das neu hinzukommende Verkehrssystem mitunter auf äußerst gewundene Tunnel -Trassen- und Gradienten - Verläufe
zurückgegriffen werden, die sich dadurch nur äußerst kostenaufwändig realisieren lassen.
Raumordnerische Belange und ökologische Befunderhebungen führen gegenwärtig in bestimmten
Situationen zu einer "Bündelung" von Verkehrstrassen.
Bündelung von Verkehrstrassen Foto : M. Siegmundt
Im Bild zu sehen sind die Nordportale der drei, jeweils rund 500 m langen Tunnelröhren
unter dem Osterberg im Verlauf dieser Bündelungstrasse.
Auf einem ca. 25 km langen Streckenabschnitt zwischen Molsdorf und Traßdorf in Thüringen werden die A 71 (Verkehrsprojekt Deutsche Einheit Nr. 16) und die Neubaustrecke der Bahnlinie Erfurt - Ebenfeld (Verkehrsprojekt Deutsche Einheit Nr. 8) parallel geführt.
Bündelung von Verkehrstrassen bei Neubau 11,862
4,457
0,160
0,028
0,038
8,475
39
18
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110
Ausbruchvolumen
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Zuordnung der geplanten und gemeldeten Verkehrstunnelprojekte (U- und S- Bahn-, Fernbahn- und
Straßentunnel) auf die Bundesländer:
Baubeginn ab 2005; insgesamt 231 Tunnelprojekte;
Gesamtauffahrlänae: 475,4 km
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HB(3)
3,8 km
HH ('II
, 4.8 krn
Quelle: Haack, A. (Hrsg.): Unterirdisches Bauen in Deutschland. Gütersloh: Bauverlag BV GmbH , 2005. -ISBN 3-9803390-3-3
Ausbruchvolumen:
Verkehrstunnel: ~ 97 % Anteil am Gesamtausbruchvolumen
Stollen:
~ 3 % Anteil am Gesamtausbruchvolumen
Auffahrlänge: Verhältnis Verkehrstunnel : Stollen
Auffahrlänge und Ausbruchvolumen der zum Jahreswechsel 2004/2005 im Bau befindlichen Tunnel und Stollen:
Ei senbahntunnel
Fernbahn ,
Ei senbahntunnel
U- und S- Bahn
Straßentunnel
Versorgungsstollen
asser,
Abwasserstollen
Sonstige Stollen
Gesamt
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übrige internationale
Transitstrecken
Schnellfahrstrecken
> 150 km/h geplant
Schnellfahrstrecken
> 150 km/h
in Betrieb, im Bau oder Bau
beschlossen
Anschluss Ostschweiz
iln Gotthardachso
Aufwertung Simplonachse
Zuiahrtslinien
N cubaustrecken
Go t thard/Lötschbcrg
Tronsitsys:em :
Elomtlnto des Konzßptos :
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Teuscher, P.: AlpTransit, Lötschberg - Basistunnel - Projekt, Planungsmethodik und erste Erfahrungen
In: Forschung und Praxis Nr. 37, Vorträge der STUVA - Tagung 1997 in Berlin, Tagungsbeitrag,
S. 16 - 25; ISBN 3 - 87094 - 636 - 9
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Das Schweizerische AlpTransitkonzept Projekt Gotthard - Basistunnel
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. Längenprofilvergleich Basistunnel - Bergstrecke
500
NordponaJ
Erstfeld
'. Geologisches Längenprofil
"Die rund 125 km lange Gotthard - Basislinie" soll "sowohl dem Güter wie dem Reiseverkehr" dienen. "Die voraussichtlich 300 Züge pro Tag
teilen sich in ca. 20 % Reisezüge mit der maximalen Geschwindigkeit
von 200 - 230 km I h und ca. 80 % Güterzüge mit Geschwindigkeiten
über 120 km I h auf ... "
Die Gotthard-Basislinie wird neben mehreren kürzeren Tunneln
(mit Längen zwischen 5 und 8 km) vor allem mit dem 57 km langen
Gotthard - Basis - Tunnel aufwarten, so wie dieser oben (rechts oben im
Trassen - Verlauf, darunter mit seiner Gradiente) veranschaulicht ist.
Seine Ausführung wird nur mittels TBM - Vortrieben für wirtschaftlich
vertretbar gehalten und deshalb untersucht.
Quelle: Flury, S.; Märk~ E.: Die Festlegung des Tunnelsystems für den Gotthard - Basistunnel.
In: Forschung und Praxis Nr. 35. Düsseldorf: ALBA - Verlag, 1994.
Tagungsbeitrag zur STUVA - Tagung 1993 in Hamburg, S. 45 - 50
Projekt Gotthard - Basistunnel:
Vergleich verschiedener Tunnelvarianten
A
Risiko
"Neuland":
• Hohe Überlagerung
• Hohe Dtuckfestigkeiten
B
Erfahrungsbereich
c Qßß
pp
~
Sm
D
9m
12 m
Risiko bei gro.l3en Durchmessern am Beispiel TBM
Tunnelvarianten
700
•
Schichten mit
Ab.schniitsspefTung
;;; NuUungder
Sperrung durch
mehr6fD Fachd6enJte
111 Nutzung der Speo'rung
durch einen FaeI1dleNt
•
100
A
B
Kostenvergleich der Systeme
c
D
A
B
c
Schienten 01",.
Streckensperrwtg
1 Schicht 9
D
a StUf1(1en
Schichfb8darf für Erhaltungsarbeilen
"Nach einer ersten Grobauswahl verblieben 4 Tunnelsysteme in der
Endausscheidung . Diese wurden ... nun in einer Nutzwertanalyse mit
den drei wichtigsten Entscheidungskriterien
BAU (Herstellung und Baukosten),
BETRIEB (Betriebsführung und Unterhaltung) und
SICHERHEIT
näher untersucht".
Im Ergebnis der Untersuchungen wurde letztendlich die Querschnittsvariante D als Grundlage für die Erarbeitung des Vorprojektes bestimmt.
Quelle: Flury, S.; Märkt, E.: Die Festlegung des Tunnelsystems für den Gotthard - Basistunnel.
In: Forschung und Praxis Nr. 35. Düsseldorf: ALBA - Verlag , 1994.
Projekt Gotthard - Basistunnel: Zwischenangriffspunkte 7km
14 km
Zu gang
Amsteg
.
...",.
I
19km
I
Schacht
Sedrun
17 km
Zugang
Faido
...",.
...",.
ffi Rettungsstationen
bautechnisch schwierige
Fels formationen
Vorgeschlagenes Tunneisys tem 0
Das Vorprojekt zur
Querschnittsvariante D
bei n haltet:
- zwei Einspurröhren
(aber mit etwa der gleichen freien Querschnittsfläche wie die bestehenden doppelspurigen
Alpentunnel),
- zwei seitliche Zugänge,
Schacht
Sedrun
- einen Zugang über einen rund 800 m hohen
Schacht
- drei bis vier doppelte
Spurwechselverbindungen und
Lüflungsanlage+
Bahntechnik
40 m ca. 50 m
Rettungsstation
400m
"
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Fluchtstollen
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- weitere Verbindungen
zwischen den Tunnelröhren alle rund 650 m sowie
IE: - drei MultifunktionssteIlen.
ZugangsLCiflungsstollen
Multifunklionsste/len
Die Multifunktionsstellen (unteres Bild) sind an den Schnittpunkten von
direkten Zugängen von außen mit dem Tunnel angeordnet. Sie enthalten
die Lüftungszentralen und ermöglichen Energie - Einspeisungen .
An diesen Stellen vorgesehene Nothaltemöglichkeiten bieten gute Voraussetzungen zur Selbstrettung der Reisenden und zum zeitgerechten
Eingreifen von Rettungsmannschaften.
Quelle: Flury. S.; Märkl, E.: Die Festlegung des Tunnelsystems für den Gotthard - Basistunnel.
In: Forschung und Praxis Nr. 35. Düsseldori: ALBA - Verlag, 1994.
(
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Zugangsstonen
Amsteg
Kabelstollen
Amsteg
Multifunktion$·
stelle Sodrun
gelb
Südportal
bereits erstellte Bauwerke
noch ausz.:ubrechende
Tunnelröhren und Stollen
Zugangssto lien
Faido
Bodio
Montagokaverncn
~~~- "
-
BUlz.
BIlIsca
Qyelle' Zbinden, P.; Aemi, K.; Amold, A.; Neuenschwander, M.: Gotthard - Basistunnel - Bisherige Erkenntnisse über die Vortriebsarbeiten.
In: Forschung und Praxis Nr. 40. Gütersloh: Bauverlag, 2003. Tagungsbeitrag zur STUVA - Tagung 2003 in Dortmund, S. 17 - 27
Nordportal
El'Stfeld
~~~
Querschläge
Multifunktionsstelle Faido
Bodio
Umgohungs5tol/lc ~_
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Gotthard - Basistunnel: Stand der Bauarbeiten Mitte 2003
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Tunnel Tirol - Innovativer Güterverkehr durch di9 Alp9n ~ - --~
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Trassenkorridor Rosenheim Bozen
In Österreich hatte es sich eine aus 6 Gesellschaftern und 2 Beraterteams bestehende "Internationale Planungsgruppe IPG" zur "Aufgabe
gemacht, ein innovatives, ... trilaterales Tunnel - Projekt ... zu entwickeln
... , welches Deutschland mit Italien verbindet, und Österreich im Raum
Tirol" gänzlich unterquert.
Die angedachte Tunnel - Trasse wies die unwahrscheinliche Gesamtlänge von 160 km auf.
Dieses, auch kurz mit "Tunnel - Tirol" bezeichnete Projekt beinhaltete
"ein komplettes Lastenbeförderungssystem für LKW, Container und
Eisenbahnwaggons durch Österreich hindurch ...."
Quelle: Wagner, H.; Hackl, E.; Pfeil, H.: Tunnel Tirol- Innovativer Gütertransport durch die Alpen.
In: Forschung und Praxis I\lr. 35. Düsseldorf: ALBA - Verlag, 1994.
Tunnel Tirol - Innovativer Güterverkehr durch die Alp@n
SCHNITT 1 - 1
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Lichtraumprofil mit betrieblichem Querschnitt
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Konstruktion Linearmotor
Der Tunnel Tirol sollte aus 2 parallel verlaufenden Tunnelröhren mit
Querstollen und Weichenübergängen bestehen . Im Tunnel befinden sich
Eisenbahnschienen mit dazwischen liegenden Langstator - Linearmotorantrieb." Die LKW werden auf speziellen Plattformen mit an deren Unterseite integrierten Magnetmoduln befördert.
In der Zwischenzeit hat man die Idee des Tunnels "Tirol" jedoch aufgegeben.
Quelle: Wagner, H.; Hackl, E. ; Pfeil, H,: Tunnel Tirol - Innovativer Gütertransport durch die Alpen.
In: Forschung und Praxis Nr. 35. Düsseldorf: ALBA - Verlag, 1994,
Ausbau der Eisenbahnachse (München) - Brenner - (Verona) in Österreich
Nürnberg-Erfurt-Halie/Lelpzig-Berlin
Quelle: Mängel, S.: Die Bahnprojekte Deutsche Einheit - Besondere Problembereiche von der Planung bis zur Finanzierung. In: Forschung und
Praxis Nr. 35. Düsseldorf: ALBA - Verlag, 1994. Tagungsbeitrag zur STUVA - Tagung 1993 in Hamburg, S. 8 - 13
Dabei liegt der Schwerpunkt bei den Schienenwegen: 9 von insgesamt 17 Projekten betreffen Schienenverkehrsprojekte. "Neben dem Aus- und Neubau von rund 2000 km Strecke müssen ... einige
Hundert Brücken saniert, ersetzt oder neu errichtet werden und" (was uns hieran interessiert) auch
rund 50 km Tunnel gebaut werden.
Schienenverkehrsprojekte Deutsche Einheit
Projekt 9
Leipzig-Dresden
im Eurooäischen Schienenverbund
Länge: 115 km
"Im Jahre 1990 startete der Bundesverkehrsminister ein Lückenschlussprogramm zur schnellen Verknüpfung der durch die deutsche Teilung zerrissenen Verkehrswege" und "im April 1991 beschloss
das Bundeskabinett, ... 17 Verkehrsprojekte Deutsche Einheit zu beginnen."
Länge: 540 km
Projekt 8
Bebra-Erfurt
(Realisierung durch Rbd Erfurt)
Länge: 103 km
Projekt 7
Länge: 170 km
Projekt 6
Eichenberg-Halle
Helmstedt-Magdeburg-Berlln
Projekt 5
Länge: 163 km
(Realisierung durch PGS Schnellbahnbau Hannover-Berlin mbH)
Hannover-Berlln
Uelzen-Salzwedel-Stendal
Hamburg-Büchen-Berlin
Lübeck-Hagenow Land-RostockStralsund
Länge: 246 km
Projekt 4
Länge: 113 km
Projekt 3
Länge: 270 km
Projekt 2
Länge: 262 km
Projekt 1
Schienenverkehrsprojekte Deutsche Einheit .'"" "'.-
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Quelle: Mark, 0_: Planung des Tunnels Altenberg. In: Ingenieurbauwerke 2 (1986), Nr_ 7, S. 45 - 54
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Fil1erschicht
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Mögliches Tunnelprofil beim Bauen in offener Bauweise
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Nationale Planungen in
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Etappe 1/
Stage 1
Etappe 2/
Stage 2
Etappe 3/
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Verbindung zum europ.1lscMn
Hochgeschwind igkeit sn eW
Link-up with Ellrop ean high
spee d ne twork
I
"Swissmetro" ist ein Schweizer Vorschlag für ein Verkehrsmittel der Zukunft. Dieses Projekt wird von privaten Investoren getragen.
Es verbindet 4 innovative Technologien miteinander, und zwar
- ein vollständig unterirdisches Verkehrssystem
- ein Teilvakuum in den Tunneln zur Verringerung des Luftwiderstandes
- ein Fahrzeugantriebssystem mit Linearmotoren und
- ein magnetisches Trag- und Führungssystem (vgl. Transrapid).
Damit können mittlere und große Entfernungen rasch überwunden werden. So wird es z.B. möglich sein, in 57 Minuten von Zürich nach Genf
zu reisen, wozu man heute mehr als 3 h benötigen soll. An die beiden
Haupttransversalen Genf - St. Gallen und Basel - Bellinzona, die sich in
Zürich kreuzen, werden Stichverbindungen nach Chur und Sion angeschlossen.
Die in breiter Öffentlichkeit vorgestellte Vorstudie zur Machbarkeit des
Projektes im März 1993 ergab, dass sich eine "Swissmetro" technisch
wirklichen und wirtschaftlich betreiben lasse .... Es ist vorgesehen, dass
bis zum Jahre 2020 das ganze "Swissmetro" - Netz in Betrieb ist.
Quelle: ohne Verfasserangabe: Stand des Swissmetro - Projektes .
In: Tunnel 8 (1996), S. 42 - 45
Nationale Planungen in Italien
Quelle:
Hentschel, H.: Unter der Erde von Bologna nach Florenz.
In: Tunnel 8 (1999), S. 48 - 54
In Italien wird an einer neuen Hochgeschwindigkeits - Bahnlinie Neapel
- Mailand gearbeitet, die mit einem quasi 73 km langen Tunnel den
Apennin an seiner Basis unterquert.
Der zweigleisige Tunnel, der einen Ausbruchsquerschnitt von 135 m2
hat, wird seit September 1998 konventionell vorgetrieben (9 Hauptbauabschnitte, 13 Portale, mehr als 20 Zwischenangriffe, 12 Fensterstollen).
Von den 73 Tunnelkilometern werden 71,5 km in der geschlossenen
Bauweise und die restlichen 1,5 km in der offenen Bauweise errichtet.
Die neue Strecke ist bereits die dritte Verbindung zwischen Bologna und
Florenz. Die erste war 130 km lang, bestand aus 4 Tunneln mit Längen
zwischen 1500 und 2500 m, wurde 1864 eröffnet und unterquerte den
Apennin in 616 m Höhe.
Die zweite "Direttissima" ist 96 km lang, hat eine maximale Steigung von
12 Promille, wurde in der Zeit von 1913 bis 1934 errichtet, quert den
Apennin in 328 m Höhe und besteht aus einem 18 km langen Scheiteltunnel.
Die Planungen von 1992, die die dritte Strecke betreffen, sehen eine
nochmals kürzere Strecke von nur noch 78 km Länge vor. Der Scheitelpunkt liegt bei 413 m NN. Durch das Vorhandensein zahlreicher Fensterstollen kann an rund 40 Vortriebsorten gleichzeitig gearbeitet werden.
Die Strecke sollte am 27.12.2002 fertiggestellt sein.
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Neu-Ulm .21
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Streckenlänge : 4 km
NBS Wendlingen-Ulm
Streckenlänge: 58 km
Tunnel: - 2x24 km
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._- Bestand
•• - Planung
-
--- S-Bahn
freie Strecke
Sildquelle:
Textquellen : Tunnel, 8 (1996), S. 30 - 31 und
Geotechnik, 25 (2002), S. 153 - 156
Die Zulaufstrecken für den neuen Hauptbahnhof sollen überwiegend in Tunneln gebaut werden. Damit kann das gesamte Bahngelände in
der Innenstadt von Gleisen (derzeit rund 100 ha
Fläche) freigemacht werden.
Saur, R: Tunnelbau im Projekt Stuttgart 21 . In: Geotechnik, 25 (2002), Nr. 3, S. 153 - 156
Lage und Länge der Tunnel im Projekt Stuttgart 21
-
Tunnelbauvorhaben in den Projekten Stuttgart 21,
INBS Wendlingen - Ulm und Neu - Ulm
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Streckenlänge : 29,9 km
Tunnel: - 2x25 km
Zur Entlastung des Straßenverkehrs in Stuttgart
wird ein Anteil des öffentlichen Verkehrs von
mindestens 60 % angestrebt. Daher soll das
Angebot an Zugleistungen im Fernverkehr um
mehr als 50 % und im Regionalverkehr um 80
% gesteigert werden. Eine nur geringfügige
Verdichtung der Zugfolgen würde jedoch in der
gegenwärtigen Situation zum Stau im Kopfbahnhof führen. Bis zum Jahr 2013 soll Stuttgart daher einen Durchgangsbahnhof erhalten
Iund der Flughafen an das Fernverkehrsnetz
angebunden werden.
"
.
.
IDer neue Bahnhof wIrd 8glelslg angelegt mIt
jeweils 4 Richtungsgleisen, 3 Mittelbahnsteigen
sowie 2 außenliegenden Seiten bahnsteigen.
Auf den beiden außenliegenden Gleisen sollen
ausschließlich Regionalexpress- und Stadtexpresszüge verkehren, die inneren Gleise mit
den Mittelbahnsteigen werden jeweils von allen
Zugarten belegt.
PlanunaskonzeDt "Stuttaart 21" Stuttgart 21
Tunnelbau für eine unterirdische Standseilbahn inder Nähe des französischen Ortes Val d' Isere 2800 m...__
. 2700 m
2600 m.
2500 m...
. 2400m_ ..._
... 2300 m.._
.......... _.._2200m_
.. 2100m ._._
... _ 2000m._ . _
1900 m.lA DAlllt
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I
Längsschnitt mit geologischen Verhältnissen:
Der 1800 m lange Tunnel beginnt in einer Höhe von 1950 m und endet bei ca. 2700 m
NN. Die durchschnittlich Längsneigung beträgt 25°, der Maximalwert liegt bei 28°.
Die Auffahrung erfolgte mit einer 160 m langen und dabei 330 t schweren Vortriebsmaschine.
Die elektrohydraulischen Antriebsanlagen befinden sich in der Bergstation. Auf die Errichtung eines Stationsgebäudes im Tal wurde verzichtet, da die Kabinen in der Nacht
im Tunnel abgestellt werden. Die jeweils 272 Plätze umfassenden Kabinen erreichen
eine Maximalgeschwindigkeit von 12 m/s, was zum Inbetriebnahmezeitpunkt einen
Weltrekord darstellte.
Quelle:
Schweizer Baublatt / Schweizerischer Baukaderverband. - Rüschlikon
[u.a.]: Nr. 14, 20. 02. 1987. ISSN: 0036-7303
1840 1850 1860 1870
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1880
64,3
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7,0
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0.1
4,7
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1950 1960 1910 1980 1990 2000 407 km
1890 1900 1910 1920 1930 1940
13,3
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GesamtlAnge:
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16';8
----
130,7
Quelle: Grüter, R.; Schuck, W.: Sanierung alter Tunnel der Deutschen Bahn AG. In: Geotechnik 19 (1996) 3, S. 173 - 177
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Altersstruktur nach Länge
et
Altersstruktur der Tunnel im Bestand der Deutschen Bahn (nach Länge) 1 Erscheinen längere Tunnel für den Straßen- und Güterfernverkehr dennoch unabdingbar, dann
lenkt man diesen Verkehr nach dem Prinzip der rollenden Autobahn" ("roll- on, roll - off - motorwayH) auf die Schiene!
aber
- Straßen- und Autobahntunnel haben auch, verglichen mit Eisenbahntunneln, eine relativ geringere
Transportkapazität und
- weisen einen relativ störanfälligeren Tunnelbetrieb auf!
Vor allem wegen dieses Sachverhalts wagt man sich auch gegenwärtig noch nicht an den Bau von besonders langen Straßen ...... oder Autobahntunnel (~ 20 km Länge); denn
- die Aufwendungen für den Bau und den Betrieb einer künstlichen Tunnel - Belüftung sind enorm,
- bereits heute erscheint in den fortgeschrittenen Industriestaaten eine ökologisch unbedenkliche
Reinigung der Tunnel - Abluft unabdingbar (Kosten!);
1 Bereits bei relativ kurzen Tunneln ist daher ein "künstliches" Belüftungssystem zu installieren!
Dieses verursacht die mannigfaltigsten Unterteilungen der Standard-Querschnittsformen HUFEISEN,
KREIS und RECHTECK und kompliziert sowie verteuert dadurch den Entwurf und Bau dieser Tunnel.
Straßen- und Autobahntunnel weisen jedoch ein spezifisches Belüftungserfordernis auf, das aus
dem Gehalt der Kraftfahrzeug-Auspuffgase an CO, NOx und verschiedenen Kohlenwasserstoffen resultiert. Diese Schadstoffe müssen in der Tunnelatmosphäre bis zur Unschädlichkeit für den menschlichen Organismus verdünnt werden!
lassen. Diese Besonderheit vereinfacht die Trassierung und Ausführung von Tunneln für den Straßenverkehr im Vergleich zu Eisenbahntunneln.
Im Straßenverkehr sind im Allgemeinen größere Längsneigungen möglich als im Eisenbahnverkehr. So hat es sich in Deutschland durchgesetzt, für Tunnelabschnitte Längsneigungen bis 4 % zuzu-
3.2.3 Straßen- und Autobahntunnel
Der Laerdal - Tunnel zwischen Oslo und Bergen
- der längste Straßentunnel der Welt (Stand: 1996)
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1600
Hornsnipa
1200-
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AURLAND
UERDAL
800-
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Anorthosire
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14
16
18
24 km
Weakness zone
Weakness z-one > 10 m wide
Fault
Precamtxiangneiss
Ganze 26 Jahre nach der Inangriffnahme des S1. Gotthard - Straßentunnels, nämlich erst 1996, hat man sich in Norwegen an den Bau eines
noch längeren Straßentunnels herangewagt, an den 24,5 km langen
Laerdal - Tunnel zwischen Oslo und Bergen.
Quelle: Saebo, T; Helset, T.: Long as Laerdal. In: World Tunnelling Oktober 1996, S. 315 - 320
Altersstruktur der Bundesfernstraßentunnel in Deutschland
Tunne l der Bundesfernstraßen
Bestan d n ac h Anzahl und Länge (Stand: 31.12.2004)
250
200
Anzah l
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1 93 ~
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...
• Länge (km)
..
150
100
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Längste im Richtungsverkehr befahrene Straßentunnel in Deutschland
(Stand: 12/2004):
Name des Tunnels
Straße
Stand
Baulast
Rennsteigtunnel
A71
Betrieb
Bund
Tunnel Königshainer
Berge
Tunnel Berg Bock
A4
Betrieb
Bund
A71
Betrieb
Bund
Elbtunnel,
1.-3. Röhre
A7
Betrieb
Bund
Engelberg Basistunnel
Tiergartentunnel
A81
Betrieb
Bund
B96
Betrieb
Stadt
Röhrenlänge
[m]
7916
7878
3300
3300
2730
2730
2653
2653
2653
2500
2500
2400
2400
Lichte Weite
je Röhre [m]
9,50
9,50
9,50
9,00
15,50
10,75
Quelle:
Naumann, J.: Sicherheitstechnische Nachrüstung bestehender Tunnel.
In: Forschung und Praxis Nr. 41. Gütersloh: Bau - Verlag, 2005. Tagungsbeitrag zur
STUVA - Tagung 2005 in Leipzig, S. 125 - 128
Verkehrsprojekte Deutsche Einheit
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Quelle : http://www.urban21.de/infosite/rob_karten_abb/karte10B.htrn
Straßenverkehrsprojekte
Projekt 10: Vierstreifiger Neubau der Autobahn A 20, Lübeck - Stettin (323 km)
Projekt 11 : Sechsstreifige Erweiterung der Autobahnen A 2, Hannover - Berlin
(209 km) und A 10 Berliner Ring (Süd- und Ostring, 113 km)
Projekt 12: Sechsstreifige Erweiterung der Autobahn A 9, Berlin - Nürnberg
(371 km)
Projekt 13: Vierstreifiger Neubau der Autobahnen A 38, Göttingen - Halle - A 9
(186 km) und A 143 Westumfahrung Halle
Projekt 14: Vierstreifiger Neubau der Autobahn A 14, Magdeburg - Halle (102 km)
Projekt 15: Neubau der Autobahn A 44 , Kassel - Eisenach (64 km) und Neu- bzw.
sechsstreifiger Ausbau der Autobahn A 4 Eisenach - Görlitz
(386 km mit Königshainer Tunnel von ~ 3,3 km Länge )
Projekt 16: Vierstreifiger Neubau der Autobahnen A 71, Erfurt - Schweinfurt
(152 km, tunnelträchtigster neuzubauender Autobahnabschnitt, u.a. mit
Rennsteigtunnel von ~ 7,9 km Länge) und A 73 Suhl- Lichtenfels
(70 km)
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Trinkwasserstollen Jerusalem
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Dieser, für uns heute ungewöhnliche Stollenquerschnitt sowie die Tatsache, dass man dabei beim Vortreiben von den bei den Stollen-Enden aus (wir nennen das im Deutschen "Gegenortbetrieb bei dieser
stark geschlängelten Trassenführung nur 50 cm seitliche Abweichung am Durchschlagspunkt erfuhr,
wird dadurch erklärt, dass man beim Stollenbau einen natürlichen Wasserpfad (er existierte offenbar
infolge von 2 entsprechend ± offenen Kluftscharen im anstehenden Kalkstein) verbreitet hat.
Überliefert ist jedoch, dass 1. bereits um das Jahr 1000 v. u. Z. Kundschafter durch einen solchen
Wasserstollen in die Stadt eindrangen und für die Truppen des Königs David die Stadttore öffneten.
Und belegt werden kann, dass 2. etwa um 700 v. u. Z. die in diesem Bild rechts skizzierte, rd. 530 m
lange, dabei nur zwischen 58 und 65 cm breite, aber zwischen 1,6 mund 5,1 m hohe Stollenführung
von der GIHON - Quelle in den Siloah - Teich (das ist eine große Zisterne) fertiggestellt war.
Die wichtigste Wasserquelle des alten Jerusalem war stets die GIHON - Quelle.
Aus verteidigungstaktischen Überlegungen heraus hat man aber zu keiner Zeit versucht, diese Quelle
durch das Herabziehen der Stadtmauer bis in das Quelltal, das KIDRON - Tal zu sichern. Wann nun
der erste Stollen von dieser Quelle aus in die Stadt hinein tatsächlich gebaut wurde, das hat bis heute
so genau anscheinend noch niemand herausgefunden.
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Bei Variante 2: der Triebwasserführung übernimmt zunächst ein nur geringfügig geneigter Freispiegelstollen
Bild mit ,,2a" bezeichnet) den Wassertransport. Diese Stollen werden so projektiert, dass sich in ihnen beim Stollenbetrieb ein "freier Wasserspiegel" in einem Mindestabstand von etwa 0,5 bis 1 m zur Stollenfirste ausbildet.
Wie im Bild 2b dargestellt übergibt der Freispiegelstollen das Triebwasser in, zumeist mehrere am Hang verlegte stählerne Druckrohrleitungen, die dann die eigentliche Speisung der Turbinen übernehmen.
(Querschnittsformen: Hufeisenprofil oder Kreisquerschnitt)
Variante 2:
In einem Druckstollen wird das Triebwasser über den vollen Querschnitt den Turbinen im Krafthaus zugeleitet. Sofern
diese "Druckstollen" so steil verlaufen, dass sie nach Art von "Schächten" abgeteuft oder hochgebrochen werden müssen, spricht man von "Druckschächten". Druckstollen und Druckschächte müssen häufig Wasserinnendrücken standhalten, die die von außen angreifenden Gebirgsdrücke sowie d.ie ebenfalls von außen auf die Stollenauskleidung wirkenden Bergwasserdrücke absolut übertreffen. (bevorzugte Querschnittsform: Kreisquerschnitt)
Variante 1:
Ausaewählte Varianten der Triebwasserführuna bei einem Hochdruckwasserkraftwerk
Quelle: M. Siegmundt (internes Lehrmaterial)
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From 1975 on
From 1960 on
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1950 -1960
Before 1950
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Closed, Unlined Surge
Chamber with Air Cushion
Surge"
Chamber
2. eine besondere Modifikation der
herkömmlichen Wasserschlösser, die sog.
"Air cushion surge Chambers"
(Luftkissentoskammern )
1. unausgekleidete Druckstollen sowie
Hierunter sind 2 Entwicklungen hervorzuheben:
Dementsprechend groß ist in diesem Land der
einschlägige Erfahrungsschatz, die wichtigste
Grundlage für die Entwicklung von eigenständigen Entwurfskonzepten und Bauausführungen.
Zu den wesentlichen Bestandteilen dieser norwegischen Kavernenkraftwerke gehören inklusive ca. 3000 km Stollen der verschiedensten
Zweckbestimmung. Davon wurden allein im
Zeitraum von 1960 - 1985 durchschnittlich jedes
Jahr 100 km Stollen fertiggestellt.
In Norwegen befindet sich jedes 2. Wasserkraftwerk in Kavernenbauweise, das sind absolut rund 200 verschiedene Maschinenkavernen
fürWKW.
[Quelle: Broch, E.: Unlined High Pressure Tunnels and Air Cushlon Surge Chambers. In: International Symposium on Tunnelllng for
Water Resources and Power Projects (New Delhi 19 - 23.01.1988). Tagungsbericht, S. 429 -439]
Eigenständige Entwicklung im Druckstollenbau in Norwegen
1ft
Dimensionierungsregeln für den Entwurf von Druckstollen in Norwegen
[Quelle: Broch, E.: Unlined High Pressure Tunnels and Air Cushion Surge Chambers. In:
International Symposium on Tunnelling for Water Resources and Power Projects (New Delhi
19 - 23.01.1988). Tagungsbericht, S. 429 - 439]
In den Jahren vor 1970 war die Faustregel zur Bemessung unausgekleideter
Druckschächte in Norwegen eng verbunden mit der häufig vorkommenden
räumlichen Anlage der Wasserkraftwerksanlagen in dieser Zeit. Aus konstruktiven
Gründen schwankte die Neigung dieser Druckschächte zwischen 31° und 4r, am
häufigsten traten 45° auf. Die Grobabschätzung wurde mit Hilfe der Beziehung:
Ih>C' H
für jeden Punkt des Druckstollens vorgenommen.
h =vertikale Überdeckungsmächtigkeit (in m)
H Wassersäulenhöhe (in m)
c =eine Konstante, die 0,6 beträgt für Hangneigungen (ß) bis 35°
und bis auf 1,0 ansteigt für Hangneigungen von 60°
=
Geländeneigungen steiler als 60° sind in Norwegen weitgehend unbekannt. Diese
einfache Grobabschätzung musste natürlich unter der Beachtung der speziellen
geologischen Bedingungen vorsichtig angewendet werden.
Nach einigen Havariefällen wurde von Bergh - Christensen und Dannevig (1971)
eine neue Faustregel eingeführt, wobei die Geländeneigung direkt in die
Berechnung einging:
L>
YWasser' H
YFels • COS
mit
L=
ß=
ß
kürzester Abstand zwischen Untersuchungspunkt und Oberfläche
durchschnittliche Hangneigung
Quelle:
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HOt}
\:iCO
Vorarlberger Kraftwerke AG: Kraftwerk Langenegg. Informationsbroschüre
Kraftwerk Langenegg (Vorarlberg, Österreich):
Übersichtslängsschnitt (Darstellung fünffach überhöht)
1990
1995
2000
2005
Jahr
Veröffentlichung der Deutschen Gesellschaft für grabenloses Bauen und Instandhalten von
Leitungen e.V. (GSTT)
1985
Neubau
Sanierung
1. die Erweiterung vieler Kommunen um komplette Siedlungs- und Gewerbegebiete und
2. die Sanierung von inzwischen überalterten und deshalb schadhaft gewordenen
Abwasserführungen. (Sanierung = (3.. .4) x Neubau)
Der Bau von Abwasserstollen erfolgt v.a. im Zusammenhang mit 2 AufgabensteIlungen:
Quelle: 1000
2000
3000
Jahr
km!
Voraussichtliche Entwicklung
Leitungsneubau und Leitungssanierung
16.3/1'3
Projekt Wachau in der ,Bauphase VOEST-Stahlrohrdurchlässe sind Verbund bauwerke aus einem gewellten
Stahlrohr und dem umgebenden
Boden. Die Tragfähigkeit des Bauwerkes ergibt sich aus dem Zusammenwirken von Wellrohr und dem, beim Hinterfülien
eingebrachten,
verdichteten
Hinterfüllungsmaterial.
hrmontage
VOEST-Stah Iroh rdurch lässe bestehen
aus gewellten, gelochten und gebog,enen Stahlplatten aus St 37 nach DIN
17100, deren Blechdicke von der Überschüttungsl"löhe und der Verkehrslast
bestimmt wird. Durch Kombination verschiedener Plattenbreiten und Radien
lassen sich die nebenstehenden Profilformen herstellen: Kreis-, Ellipsen-,
Maul-, Tunnel-, Bogenform. Die Spannweite dieser Profile reicht von 1,5 m bis
14 m. Zur Verschraubung dienen
Schrauben M 20 der Güteklasse 8.8.
Rohrabzweigung in T-Form
Hauptrohrstrang
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Unser
Wellrohrsystem
Einstiegsöffnung mit schrägem
Materialeinführschacht
Zum Schutz 'gegen Korrosion werden
die Stahlplatten sowie die Schrauben
nach der Bearbeitung durch Tauchen
feuerverzinkt. Für die meisten Anwendungsfälle ergibt sicr'l dadurch ein ausreichender Korrosionsschutz. Als zusätzliche Maßnahme können di~ Bleche
noch mit einer Beschichtung auf Bitu-
men- oder Epoxydrlard-Basis versehen
werden. Durch das Zusammenwirken
von Verzinkung und Beschichtung
(DUPLEX-System) wird ein außerordentlich hoher Schutz erreicht.
Quelle: Deutsche Bauakademie der DDR, Institut für Tiefbau, Leipzig
Vereinigung unterirdischer Leitungen in Sammelkanälen (Bild links) bzw. in Versorgungsstollen (Bild rechts) Versorgungsstollen in geschlossener Bauweise:
(neben der Bezeichnung "Kollektor" ist einschlägig auch der Begriff "Leitungsstollen" gebräuchlich) werden wesentlich seltener gebaut. Je nach der angewendeten Bauform wird
zum einen das Hufeisenprofil (Bild rechts), zum anderen das Kreisprofil ausgeführt.
Versorgungsstollen in offener Bauweise:
Wie das Bild links zeigen soll, muss der nutzbare Querschnitt von Sammelkanälen außer
für eine, den geltenden Vorschriften entsprechende Anordnung von Leitungen und Kabeln
auch noch genügend Raum für Kontrollzwecke sowie Instandhaltungsarbeiten bieten.
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Kraftwerk 2 (1910 erbaut, 1957 Endausbau auf 30,1 MW)
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Kraftwerk 1(1898 - 1905)
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Das älteste Kraftwerk der Welt in Kavernenbauweise (Snoqualmie Falls, ca. 25 Meilen
östlich von Seattle / USA), dessen Bau 1898 begann und 1905 abgeschlossen wurde,
nutzt mit einer in 5 Maschinensätzen installierten Gesamtleistung von 11,9 MW eine
Wasserfallhöhe von rund 90 m - auch heute noch.
Kavernenbau im Fels Cao - Trois - Ponts
Waldeck 11
1971,.
hmax
hmax
hmax
=
=
=
33,0 m
43,0 m
54,0 m
bmax = 23,0 m
bmax = 27,5 m
bmax = 33,5 m
A = 670 m2
A = 760 m2
A = 1390m 2
Quelle:
hmax = 44,0 m
hmax = 48,5 m
bmax = 24,0 m
bmax = 26,0 m
Barth: Felsmechanische Probleme beim Entwurf der Kaverne des Pumpspeicherwerkes Waldeck 11.
In: Die Bautechnik 49 (1972) 3, S. 73 - 83
Markersbach:
Goldisthai:
Zum Vergleich die wichtigsten Kraftwerkskavernen in der Umgebung:
Säckingen:
Cao - Trois Ponts:
Waldeck 11 :
Regelquerschnitte von 3 Maschinenkavernen für Wasserkraftwerke
Säckingen
1966
1971
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Größenvergleich der Kernreaktor
Kaverne mit der Maschinenkaverne
des PSW Waldeck 11
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Quelle: Pahl, Schneider, Wallner, 1978; Studie der Bundesanstalt
für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
Querschnitt einer Kernreaktor Kaverne: "käseglockenförmiges"
Hohlbauwerk von bis zu 60 m 0
und> 60 m Höhe
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Planungen zur Unterbringung von Kernkraftwerken in Felskavernen Die Kaverne "Takayama Festival Art Museum" in Japan
die erste Felskaverne für ausschließlich zivile Nutzung Innenansicht der Kaverne nach Abschluss der Auffahrungsarbeiten
Grundriss des unterirdischen Museums mit Ausstellungstunnel und Ausstellungshalle
Quelle: Chikahisa, H. u.a.: Building a museum in a large rock cavern.
In: Tunnels & Tunnelling Januar 1999, S. 25 - 27
- als "Schutzrohre" oder
- als "Produkt- oder Mediumrohre"
Vortriebsrohre fungieren:
Den Vorpressrohren (-rahmen) obliegen während des Vorpressens die Funktionen eines "vorläufigen
Ausbaus" und nach Beendigung des Bauvorganges diejenigen einer "Auskleidung".
Hohlraumausbau und - auskleidung:
a) gelöst und über "Start" - Grube (bzw.- Schacht) ausgefördert oder - bei Zutreffen günstiger Voraussetzungen b) in die Umgebung des Vorpressstranges verdrängt.
Während des "Vorpressens" wird das im Rohr- oder Rahmen-Querschnitt anstehende Gebirge entweder
HohIraum bildung:
In eine zunächst hergestellte und für das "Vorpressen" eingerichtete "Start" - Grube (bzw. einen "Start"
- Schacht) werden einzelne Rohr- oder Rahmen - Schüsse mittels Hebezeug hineingehoben) auf der
Sohle von Grube bzw. Schacht zu einem Strang aneinandergefügt und dieser Strang sodann schrittweise ± horizontal in die beabsichtigte Richtung vorgepresst (Zwischenschritt ist jeweils das Hineinheben eines weiteren Rohr- oder Rahmen-Schusses).
Bauprinzip:
3.5 Unterirdisch vorgetriebene Rohre und Rahmen
i
Art der Behandlung
des anstehenden Gebirges
Manuelles, mechanisches oder hydropneumatisches Lösen und Wegfördern
Lösen mittels Bohrkronen oder Frässcheiben; Wegfördern durch ein die Löswerkzeuge antreibendes Schneckengestänge
Verdrängung des Gebirges mittels Pressgestänge oder "Bodendurchschlagsraketen"
oder mittels des Vortriebsrohres selbst
ca. 50 bis ca. 300 ... 500 mm
(ausgeprägte Abhängigkeit
vom anstehenden Gebirge!)
ca. 300 bis ca. 1200 mm
Anwendbare
Rohrdurchmesser
> 800 bzw. > 1000 mm
und
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=
Rohrvortriebsarbeiten im nicht begehbaren
Bereich
"Microtunnelbau"
I "Microtunneling"
.~
Für sämtliche Rohrvortriebsarbeiten ist seit 1992 die ATV DIN 18319 "Rohrvortriebsarbeiten"
verbindlich!
Rohrvortriebsarbeiten im begehbaren
Bereich
Seit dem Ende der 1980er Jahre wird in der BRD im Wesentlichen nur noch unterschieden in
Durchpressung
Durchbohrung
Durchörterung
Verfahren
Bis in die 1980er Jahre wurde im Allgemeinen nach dem Bauverfahren unterschieden:
Bauformen mit Abstützung des Ausbruchgewölbes durch
vorgepresste Rohre oder Rahmen ("Unterirdischer Rohrvortrieb")
800 mm Durchmesser
800 mm Höhe; 600 mm Breite
1200 mm Durchmesser
Daraus folgt:
Der nichtbegehbare Nennweitenbereich ist bei der geschlossenen Bauweise deshalb der maschinellen
Hohlraumbildung vorbehalten ("Mikrotunnelbau"), wie Sie im Hauptabschnitt 5 dieser Vorlesung noch
im Einzelnen erfahren werden.
Dennoch dürfen in Rohrleitungen von 600 mm bis 800 mm lichtem Durchmesser Personen arbeiten,
jedoch ist das Lösen von Erdreich bzw. Gestein vor Ort und dessen Transport dann nicht mehr zulässig.
Querschnitte, die diese Anforderungen nicht erfüllen, gelten als nicht begehbar.
bei Längen über 100 m:
Kreisquerschnitt
Rechteckquerschnitt
bei Längen zwischen 50 mund 100 m:
Kreisq uersch nitt
1000 mm Durchmesser
Rechteckquerschnitt
bei Längen bis 50 m:
Kreisquerschnitt
Rechteckquerschnitt
Begehbare Tunnel, Stollen oder Durchpressungen müssen nach den berufsgenossenschaftlichen Regeln [BGV C22, Bauarbeiten (VBG 37)] folgende Mindestlichtmaße aufweisen:
Quelle: Schad, H.; Bräutigam, T.; Bramm, S.: Rohrvortrieb - Durchpressung begehbarer Leitungen.
Ber/in: Verlag Ernst & Sohn. 2008, - ISBN 978-3-433-02912-1
Definition nichtbegehbare Querschnitte bei Verlag Ernst & Sohn, 1995
Empfehlungen des Arbeitskreises "Tunnelbau" (ETB), herausgegeben von der DGGT
logischen und hydrogeologischen Verhältnissen die Bauaufgabe abzuwickeln.
sie geeignet sind, auch bei gegenüber den Vertragsunterlagen bedingt veränderten geo-
heitsvorschriften zu entsprechen. Darüber hinaus sollte darauf Wert gelegt werden, dass
des vereinbarten Bauverfahrens mit seinen technischen Anforderungen und den Sicher-
Die Auswahl der Geräte ist Sache des Auftragnehmers. Sie haben den Erfordernissen
dem Auftraggeber abzustimmen.
Behandlung des Baugrundes angehalten. Die Bauweise und die Betriebsweise sind mit
der besonderen Verantwortung des Bauherren. Der Auftragnehmer ist zur sachgerechten
des Tragwerkes anzusehen. Er gilt als vom Bauherren bereitgestellt und unterliegt damit
Der Baugrund ist entsprechend den besonderen Gegebenheiten im Tunnelbau als Teil
Allgemeines:
Quelle: Baudurchführung und Bauverfahren Hohlraumbau in geschlossener Bauweise
Abtransport des beim "Ausbruch" anfallenden Haufwerks
SCHUTTERUNG:
b) zur Vermeidung von unzulässigen KontuNerschiebungen an Hohlraumumfang und jeweiliger Ortsbrust (die Sicherungsmaßnahmen an der Hohlraumkontur müssen prinzipiell solange wirksam sein, bis sie durch eine endgültige "Auskleidung" ersetzt werden)
a) zur Verhütung von Steinfällen als auch
umfasst alle Maßnahmen während und nach dem "Ausbruch" sowohl
SICHERUNG:
Lösen des im künftigen "Ausbruch - Querschnitt" anstehenden Gesteins aus dem natürlichen
Gebirgsverband
AUSBRUCH:
- Hohlraum - AUSBRUCH, - Hohlraum - SICHERUNG,
- SCHUTTERUNG.
Ein Vortrieb umfasst bestimmte Teil - Prozesse,
von denen zumindest 3 Teil - Prozesse unerlässlich sind:
Prozess des Hersteijens von Tunneln und Stollen in der geschlossenen Bauweise
Vortrieb:
5
4. manueller (auch: händischer) Hohlraum .. Ausbruch
b) mit "Hydraulikmeißel" oder Druckluft-Hammer
a) mit Tieflöffel mit schmalen Reiß - Zähnen
3. Hohlraum - Ausbruch mittels Bagger (excavator):
b) "Teilschnittmaschinen" (auch: Tunnelfräsen, Road header)
a) "Vollschnittmaschinen" (auch: Tunnelbohrmaschinen, TBM)
(auch: maschineller Vortrieb, kontinuierlicher Ausbruch):
2. rein mechanischer Hohlraum - Ausbruch mittels spezieller "Vortriebsmaschinen"
(auch: Sprengvortrieb, drill and blast, konventioneller Ausbruch, zyklischer Ausbruch)
1. Hohlraum - Ausbruch durch Sprengen
anstehendem Gestein aus dem natürlichen Gebirgsverband zutreffend:
Für den Teilprozess Ausbruch sind 4 Arten (= Ausbruch- oder Vortriebsweisen) des Lösens von
möglichen Tunnelbauverfahren.
Bedingungen" des Bauraumes abhängig und bestimmen demzufolge auch das I die zur Anwendung
Die Inhalte der Teil - Prozesse Ausbruch und Sicherung sind stets von den "geomechanischen
Bei Anstehen von Gesteinen mittlerer Festigkeit und insbesondere dan n, wenn deutlich geSChichtete
oder stärker zerklüftete Gebirge den Bauraum bilden , können Teilschnittmaschinen (Bild rechts
eingesetzt werden. Teilschnittmasch inen werden umgangssprachlich häufig auch als "Tun nelfräsen"
bezeichnet, denn der auf einem verschwenkbaren Ausleger montierte Schneidkopf "fräst" den erforderlichen Hohlraumquerschnitt aus dem anstehenden Gebirge förmlich heraus. Im Englischen werden
diese Maschinen in allgemeinen Zusammenhängen als "Road header" bezeichnet.
Beim Einsatz von Vortriebsmaschinen entsteht sehr viel Stau b: zu dessen Bekämpfung dienen die
Bedüsung der Schneidwerkzeuge mit Wasser oder eine Stau babsaugung und auch das unter leichten
Luftüberdruck - Setzen der Bedienungskabine.
Die Vollschnittmaschinen (Bild li nks) werden umgangssprachlich auch als "Tunnelbohrmaschinen"
schlechthin bezeichnet, im englischen Sprachraum noch kürzer als "TBM". Sie sind heute zum Lösen
von Gesteinen unterschiedlichster Festi gkeit. aber nicht all zu hoher Abrasivität in der Lage. Es werden
raktisch ausschließlich Kreisguerschnitte mit gegenwärtig maximal 15,20 m (Stand November 2005)
durch einen rotiere nden Bohrkopf "ausgebohrt".
Volischnittmascnine (links) und Teilschnittmaschine (rechts
zum rei n mechanischen Lösens des in der Ortsbrust anstehenden Gesteins Fotos: M. Siegmundt
Beim Anstehen von Gebirgsvarietäten mit einer
relativ geringen Verbandsfestigkeit (in der Literatur wird von RMR ~ 30 gesprochen) kann ein
Hohlraum - Ausbruch mittels Bagger zur Anwendung kommen: "Eingesetzt werden Tieflöffel mit
schmalen Reißzähnen. Zur Profileinhaltung sollten die Baggerlöffel bzw. Reißzähne um die
Längsachse nach beiden Seiten drehbar sein".
Hohl
Zur Hereingewinnung von festeren Gebirgspartien
in einem ansonsten durchaus .. baggerfähigen
Bauraum" können dieselben Tunnelbagger auch
mit solchen Hydraulikmeißeln ausgerüstet werden. Aber "auch Drucklufthämmer, die vom Baggerausleger aus betrieben werden", kommen einschlägig mitunter zur Anwendung (Zitate aus:
KOLYMBAS. 0.: Geotechnik-Tunnelbau und Tunnelmechanik. Springer: 1998)
U
)
unter Zuhilfenahme von Pressluft - Handhämmern, Keilhauen oder ähnlichem "Gezähe" angetroffen
werden. Insbesondere trifft dies bei der Bewältigung von Havariesituationen zu.
Nur beim Zusammentreffen von relativ geringen Hohlraum - Querschnitten und - Längen mit einem
geringfesten Gebirge kann heute auch noch ein rein manueller ("händischer Hohlraum - Ausbruch
Foto: W. Wittke
Hohlraumausbruch durch rein manuellen (händischen) Vortrieb 4 Ausbruch- oder Vortriebsweisen)
Ein "händischer" Hohlraum-Ausbruch wird heute nur noch bei Zusammentreffen von relativ ge
ringen Hohlraum - Querschnitten und Hohlraum - Längen mit relativ geringen Gebirgsfestigkei
ten (bzw. auch in Havarie - Situationen) zur Anwendung kommen.
Bagger für den Hohlraum - Ausbruch sind üblicherweise mit Tieflöffeln oder schmalen Reiß - Zähnen oder zum Ausbruch von eingelagerten Felsbänken mit Hydraulikmeißeln ausgestattet ..... (ETB
[1995], S. 53). Bagger kommen vorwiegend in "gebrächen" und "druckhaften" Gebirgen für den
Hohlraum - Ausbruch zur Anwendung.
Inzwischen arbeiten Vortriebsmaschinen heute erfolgreich in allen (wenn nicht zu abrasiven!)
Gebirgsqualitäten.
Ein rein mechanischer Hohlraum - Ausbruch mittels spezieller "Vortriebsmaschinen" kam zunächst im Bergbau (z.B. in Steinsalz- und in Braunkohle-Flözen) zur Anwendung;
Vortriebsmaschinen für "Fels" greifen erst seit dem Ende der 1960er Jahre spürbar in das Baugeschehen ein.
Auch heute noch überwiegt der "Sprengvortrieb" im Hohlraumbau bei Weitem.
Ein Hohlraum - Ausbruch durch Sprengen ist außerhalb des Bergbaus seit dem Bau des Malpas Schifffahrtstunnels von 1678 bis 1681 in Frankreich bekannt (ein Tunnel im Verlaufe des 240 km langen Canal du Midi zur Verbindung von Mitte/meer und Atlantik).
(Zu den
\
Hydro Rock Splitter in
Roc k
Enginee ring
. .•
Quelle: Hosang Rock Technology Co., Ud. Korea, Firmenprospekt, ca. 1999