AT519368B1 - Unterwassertunnel - Google Patents

Abstract

Ein Unterwassertunnel (1) weist wenigstens zwei miteinander verbundene Betonelementen (5) auf, die wenigstens eine Röhre (6) mit einem Verkehrsweg aufweisen, wobei der Unterwassertunnel (1) frei schwebend im Wasser angeordnet und nur an seinen beiden Enden mit dem Boden verbunden ist. Die Betonelemente (5) weisen wenigstens eine Kammer (11) zur vertikalen Niveauregelung auf und sind beweglich miteinander verbunden und gegeneinander verspannt, indem zwischen den aneinander angrenzenden Betonelementen (5) aktive Steuerelemente (32), wie Druckmittelzylinder, angeordnet sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Unterwassertunnel mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Betonelementen, die wenigstens eine Röhre mit einem Verkehrsweg aufweisen, wobei der Unterwassertunnel frei schwebend im Wasser angeordnet und nur an seinen beiden Enden mit dem Boden verbunden ist, und wobei die Betonelemente wenigstens, eine Kammer zur vertikalen Niveauregelung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass und wobei die Betonelemente beweglich miteinander verbunden und gegeneinander verspannt sind.

[0002] Ein derartiger Unterwassertunnel ist beispielsweise aus CH 706 389 A1 und der DE 2 009 399 A1 bekannt. Aus CH 545 893 A, CN 201826327 U, CN 105780810 A, CN 103741717 B, und JPH 11181811 A sind ebenfalls Unterwassertunnel bekannt, die in der Regel dazu dienen, Gewässer, wie Seen oder Meeresbuchten, mit keinen oder geringen Fließgeschwindigkeiten miteinander zu verbinden.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Unterwassertunnel der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der möglichst einfach errichtet und an unterschiedliche Betriebssituationen angepasst werden kann.

[0004] Gelöst wir diese Aufgabe mit einem Unterwassertunnel mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0005] Die bewegliche Verbindung zwischen den einzelnen Betonelementen bietet den Vorteil, dass sowohl den vertikalen als auch horizontalen Verformungen bzw. Bewegungen durch Umlenkkräfte entgegengewirkt und damit die gesamte Röhre ohne weitere Maßnahmen von außen, wie z.B. einer Abspannung, im Gleichgewicht gehalten werden kann.

[0006] Bei der Erfindung sind aneinander angrenzende Betonelemente einzeln gegeneinander verspannt. Damit kann die Verspannung benachbarter Betonelemente besser an die jeweilige Belastungssituation angepasst werden.

[0007] Dafür sind zwischen den aneinander angrenzenden Betonelementen aktive Steuerelemente, wie Druckmittelzylinder, angeordnet.

[0008] Zusätzlich ist es möglich, dass die Betonelemente mittels Spannseilen gegeneinander verspannt sind, welche im Bereich der beiden endseitigen Betonelemente fest verankert sind und durch Kanäle in den mittleren Betonelementen durchlaufen.

[0009] Damit ist es nicht erforderlich, die einzelnen Betonelemente jeweils gegeneinander zu verspannen, was die Herstellung des erfindungsgemäßen Unterwassertunnels vereinfacht und verbilligt.

[0010] Die bewegliche Verbindung der Betonelemente miteinander kann beispielsweise über ein Gelenk mit einer definierten Schwenkachse erfolgen.

[0011] Alternativ kann die bewegliche Verbindung aber auch durch die bereits erwähnten, aktiven Steuerelemente erfolgen, wenn diese über den gesamten Umfang der Betonelemente verteilt sind.

[0012] Die bewegliche Verbindung kann im Rahmen der Erfindung aber beispielsweise auch durch elastische Dichtungselemente zwischen den Betonelementen hergestellt werden.

[0013] Eine Kombination der vorstehend genannten Verbindungsmöglichkeiten, entweder kombiniert an einer einzigen Verbindung zwischen benachbarten Betonelementen oder derart, dass einzelne Verbindungen nach der einen Art und andere Verbindungen nach einer anderen Art hergestellt werden, gegebenenfalls auch in Kombination mit hier nicht beschriebenen Verbindungsformen, sind im Rahmen der Erfindung möglich.

[0014] Da der erfindungsgemäße Unterwassertunnel frei schwebend und bei normalem Betrieb vollständig unter Wasser angeordnet ist, um den Verkehr an der Wasseroberfläche nicht zu behindern und/oder das Landschaftsbild nicht zu stören, d.h. keine Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen er - abgesehen von den Enden mit den Ein- bzw. Ausgängen - mit dem Grund, dem Ufer oder der Wasseroberfläche verbunden ist, ist zur vertikalen Niveauregelung des erfindungsgemäßen Unterwassertunnels an wenigstens einem Teil der Betonelemente wenigstens eine Kammer vorgesehen, die entleert oder geflutet werden kann. Durch die damit mögliche Änderung des Auftriebs kann das Niveau des Unterwassertunnels unter Wasser konstant gehalten werden, auch wenn sich die Belastungsverhältnisse durch sich durch den Unterwassertunnel bewegende Personen und/oder Fahrzeuge ändern.

[0015] Erfindungsgemäß können zusätzlich an der Außenseite von Betonelementen aktivierbare Schwimmkörper angebracht sein, mittels derer der Unterwassertunnel an der Wasseroberfläche schwimmen kann. Dies kann einerseits für die Montage des Unterwassertunnels, aber auch aus Sicherheitsgründen für eine Evakuierung oder für Servicezwecke vorteilhaft sein. Diese Funktion könnte theoretisch aber auch von den erwähnten Kammern für die Niveauregelung oder zusätzlichen Kammern übernommen werden.

[0016] Falls der Unterwassertunnel in einem ggf. langsam fließenden Gewässer angeordnet ist, können erfindungsgemäß an einem oder mehreren bzw. allen Betonelementen Antriebsmittel, z.B. Düsen oder Propeller, angeordnet sein, deren Wirkrichtung im Wesentlichen horizontal und quer zur Längserstreckung des Unterwassertunnels liegt. Damit kann auf eine horizontale Abspannung des Unterwassertunnels gegenüber dem Gewässergrund oder dem Ufer verzichtet werden.

[0017] Für den Fall, dass der Unterwassertunnel, ggf. mit Hilfe der Schwimmkörper, zwischen einer unteren Betriebsposition und einer oberen Serviceposition an der Wasseroberfläche verstellbar ist, ist bei der Erfindung bevorzugt, dass an wenigstens einem Ende, bevorzugt an beiden Enden des Unterwassertunnels, eine Schleuse zur vertikalen Höhenverstellung des bzw. der Enden des Unterwassertunnels angeordnet ist.

[0018] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

[0019] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, den Schutzbereich nicht beschränkender, Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt: [0020] Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterwas sertunnels von der Seite, [0021] Fig. 2 einen Schnitt durch ein Betonelement des Unterwassertunnels von Fig. 1, [0022] Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Betonelements, [0023] Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch eine Schleuse des Unterwassertunnels, [0024] Fig. 5 eine schematische Stirnansicht der Schleuse in einer Betriebsstellung, [0025] Fig. 6 eine schematische Stirnansicht der Schleuse in einer Servicestellung, [0026] Fig. 7 eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Verbindung zwischen Be tonelementen, und [0027] Fig. 8 eine erfindungsgemäß Ausführungsform einer Verbindung zwischen Betonele menten.

[0028] In Fig. 1 ist ein Unterwassertunnel 1 dargestellt, der zwei Uferbereiche 2, 3 eines Gewässers 4, wie z.B. eines Sees, miteinander verbindet. Der Unterwassertunnel 1 ist aus einer Mehrzahl von Betonelementen 5 hergestellt, die in ihrem Inneren Röhren aufweisen, von denen eine Röhre 6 einen Weg bzw. eine Straße 7 für den Personen- und/oder Güterverkehr aufweist. Die drei anderen Röhren 8, 9, 10 sind für Infrastrukturleitungen, wie Strom, Wasser und dergleichen, oder als Stauraum vorgesehen. Es versteht sich, dass die Anzahl und Dimension der Röhren 6, 8, 9, 10 für den Personen- und/oder Güterverkehr bzw. die Infrastruktur auch größer oder kleiner sein kann.

[0029] Die Betonelemente 5 müssen nicht ausschließlich aus Beton hergestellt werden, sondern können auch Komponenten aus anderen Werkstoffen, wie z.B. Stahl, Glas und/oder Kunststoff, aufweisen, wobei der Anteil der jeweiligen Werkstoffe an der Form bzw. dem Volumen und der Masse nicht beschränkt und den jeweiligen Anforderungen an das Design und die konstruktiven Notwendigkeiten angepasst werden kann.

[0030] Die Dimensionen und das Gewicht der Betonelemente sind so ausgelegt, dass der Auftrieb und das Gewicht bei einer definierten, beispielsweise durchschnittlichen, Belastung etwa gleich groß sind, die Betonelemente 5 und damit der Unterwassertunnel 1 in der unter Wasser befindlichen Position im Wasser schweben.

[0031] Zusätzlich weisen die Betonelemente 5 Kammern 11 auf, die mittels nicht dargestellter Pumpen und Ventile geflutet bzw. entleert werden können, um den Auftrieb der einzelnen Betonelemente 5 steuern zu können. Damit kann nicht nur einer wechselnden Gewichtsbelastung durch den Verkehr Rechnung getragen werden, sondern bei Bedarf auch eine mögliche Neigung bzw. ein Verdrehen des Unterwassertunnels 1 um seine Längsachse kompensiert werden.

[0032] Im Bereich der Außenwand 12 der Betonelemente 5 sind Kanäle vorgesehen, in denen Spannseile 14 lose verlaufen. Diese Kanäle und Spannseile 14 sind je nach Bedarf um den Umfang der Betonelemente 5 verteilt und drücken die einzelnen Betonelemente 5 an ihren Stirnseiten 26 gegeneinander. Die Spannseile sind an Endringen 15 befestigt, die sich an den freien Enden der beiden endseitigen Betonelemente 5 des Unterwassertunnels 1 befinden (Fig. 4).

[0033] Vorzugsweise an der Außenseite einzelner oder aller Betonelemente 5 können zusätzlich aktivierbare Schwimmkörper 16 angebracht sein, mittels derer der Unterwassertunnel 1 an bzw. auf der Wasseroberfläche schwimmen kann. Diese Schwimmkörper 16 sind bevorzugt aus Stahl hergestellt, können aber auch aus anderen Werkstoffen bestehen, und werden bei Bedarf ebenfalls mittels nicht dargestellter Pumpen und Ventile geflutet bzw. entleert, um den Auftrieb des Unterwassertunnels 1 steuern zu können.

[0034] An einzelnen oder allen Betonelementen 5 können des Weiteren Antriebsmittel 17, z.B. Düsen oder Propeller, angeordnet sein, deren Wirkrichtung im Wesentlichen horizontal und quer zur Längserstreckung des Unterwassertunnels liegt. Mit diesen Antriebsmitteln können Strömungen kompensiert werden, welche in geringem Ausmaß auch bei im Wesentlichen stehenden Gewässern, wie Seen, in einem größeren Ausmaß aber beispielsweise durch Flut und Ebbe, wie in Meeresbuchten, auftreten können.

[0035] Der erfindungsgemäße Unterwassertunnel 1 ist im Wesentlichen dafür konzipiert, unter Wasser angeordnet und benutzt zu werden. Es kann allerdings aus Sicherheitsgründen für eine Evakuierung oder für Servicezwecke vorteilhaft sein, den Unterwassertunnel 1 bei Bedarf an die Wasseroberfläche 18 zu heben. Dafür ist an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, des Unterwassertunnels 1 eine Schleuse 19 zur vertikalen Höhenverstellung des jeweiligen Endes des Unterwassertunnels 1 angeordnet.

[0036] Mit diesen Schleusen 19 kann der gesamte Unterwassertunnel 1 in gestreckter Lage an die Wasseroberfläche 18 gehoben werden, wobei die Schleusen 19 so ausgeführt sind, dass sie einen unteren Betriebszugang 20 und einen oberen Servicezugang 21 in den Unterwassertunnel aufweisen. Jeweils ein endseitiges Betonelement 5 ist an einem in Führungen 33 in der Schleuse 19 vertikal verschiebbaren Schleusenschwert 22 befestigt, das gegenüber dem Betonelement 5 und der Führung 33 in der Schleuse 19 abgedichtet ist. Der Endring 15 stützt sich über Druckmittelzylinder 13 am Schleusenschwert 22 ab, womit der Unterwassertunnel 1 insgesamt unter Zugspannung gesetzt werden kann.

[0037] In der in Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung führt an einem Ende des Unterwassertunnels 1 ein Zugangstunnel 23 zum Betriebszugang 20 der Schleuse 19. Der Zugangstunnel 23 ist mittels eines hinteren Schwertes 24 gegenüber der Schleuse 19 verschließbar.

[0038] Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, kann das endseitige Betonelement 5, das dicht mit dem Schleusenschwert 22 verbunden ist, mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebes von der unteren Stellung (Fig. 5), in der es sich auf Höhe des Betriebszuganges 20 befindet, durch Anheben des Schleusenschwertes 22 auf die Höhe des Servicezuganges 21 gehoben werden (Fig. 6).

[0039] Das andere, in Fig. 1 links dargestellte Ende des Unterwassertunnels 1 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Treppe oder einen Lift 25 als Zutrittsmöglichkeit zum Betriebszugang 20 auf. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, beispielsweise nur an einem Ende des Unterwassertunnels 1 eine Schleuse 19 vorzusehen und das andere Ende fest unter Wasser oder im Bereich des Wasserspiegels 18 oder über Wasser anzuordnen. Es versteht sich, dass bei der Erfindung eine oder zwei Schleusen 19 vorteilhaft sind, aber auch keine einzige Schleuse 19 vorhanden sein muss.

[0040] In Fig. 7 ist eine nicht erfindungsgemäße Möglichkeit dargestellt, wie die einzelnen Betonelemente 5 aneinander angeordnet werden können.

[0041] Bei der ersten Variante gemäß Fig. 7 sind an Stirnrändern 26 der Betonelemente 5 Dichtleisten 27 aus Stahl angebracht, zwischen denen elastische Dichtungselemente 28 aufgenommen sind. Durch die mit Hilfe der Spannseile 14 aufgebrachte Druckkraft wird eine im Rahmen der Kompressibilität der Dichtungselemente 28 bewegliche, dichte Verbindung zwischen den einzelnen Betonelementen 5 hergestellt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine passive Verbindung zwischen den Betonelementen 5.

[0042] Zusätzlich sind zur Abdichtung an der Innenfläche 29 und der Außenfläche 30 der Außenwand 12 der Betonelemente 5 Membranen 31 angebracht.

[0043] In Fig. 8 ist dargestellt, wie die einzelnen Betonelemente 5 aneinander angeordnet werden können.

[0044] In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 sind als Abdichtung nur die Membranen 31 vorgesehen. Zwischen den Stirnrändern 26 sind Druckmittelzylinder 32 angeordnet, welche aktive Steuerelemente zwischen den aneinander angrenzenden Betonelementen 5 bilden, mit denen die Lage der Betonelemente 5 zueinander eingestellt werden kann. Die Druckmittelzylinder 32 sind je nach Bedarf um den gesamten Umfang der Betonelemente 5 verteilt. Diese aktiven Steuerelemente können zusätzlich oder alternativ zu den Spannseilen 14 vorgesehen sein. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 Unterwassertunnel 2 Uferbereich 3 Uferbereich 4 Gewässer 5 Betonelement 6 Röhre für den Personen- und/oder Güterverkehr 7 Weg, Straße 8 Röhre für Infrastruktur 9 Röhre für Infrastruktur 10 Röhre für Infrastruktur 11 Kammern 12 Außenwand 13 Druckmittelzylinder 14 Spannseile 15 Endringe 16 Schwimmkörper 17 Antriebsmittel 18 Wasseroberfläche 19 Schleuse 20 Betriebszugang 21 Servicezugang 22 Schleusenschwert 23 Zugangstunnel 24 hinteres Schwert 25 Treppe oder Lift 26 Stirnränder 27 Dichtleisten 28 Dichtungselement 29 Innenfläche 30 Außenfläche 31 Membran 32 Druckmittelzylinder 33 Führungen

Claims (16)

1. Patentansprüche

   1. Unterwassertunnel mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Betonelementen (5), die wenigstens eine Röhre (6) mit einem Verkehrsweg aufweisen, wobei der Unterwassertunnel (1) frei schwebend im Wasser angeordnet und nur an seinen beiden Enden mit dem Boden verbunden ist, wobei die Betonelemente (5) wenigstens eine Kammer (11) zur vertikalen Niveauregelung aufweisen, und wobei die Betonelemente (5) beweglich miteinander verbunden und gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aneinander angrenzenden Betonelementen (5) aktive Steuerelemente (32), wie Druckmittelzylinder, angeordnet sind.
2. 2. Unterwassertunnel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonelemente (5) mittels Spannseilen (14) gegeneinander verspannt sind, welche im Bereich der beiden endseitigen Betonelemente (5) fest verankert sind und durch Kanäle in den mittleren Betonelementen (5) durchlaufen.
3. 3. Unterwassertunnel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aneinander angrenzende Betonelemente (5) einzeln gegeneinander verspannt sind.
4. 4. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonelemente (5) gelenkig miteinander verbunden sind.
5. 5. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonelemente (5) mittels Federn gegeneinander verspannt sind.
6. 6. Unterwassertunnel nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsstellen zwischen den Betonelementen (5) mittels die Verbindungsstellen überbrückenden Membranen (31) abgedichtet sind.
7. 7. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite von Betonelementen (5) zusätzlich aktivierbare Schwimmkörper (16) angebracht sind, mittels derer der Unterwassertunnel (1) an der Wasseroberfläche (18) schwimmen kann.
8. 8. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an Betonelementen (5) Antriebsmittel (17), z.B. Düsen oder Propeller, angeordnet sind, deren Wirkrichtung im Wesentlichen horizontal und quer zur Längserstreckung des Unterwassertunnels (1) liegt.
9. 9. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Ende des Unterwassertunnels (1) eine Schleuse (19) zur vertikalen Höhenverstellung des Endes des Unterwassertunnels (1) angeordnet ist.
10. 10. Unterwassertunnel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse (19) einen unteren Betriebszugang (20) und einen oberen Servicezugang (21) in den Unterwassertunnel (1) aufweist.
11. 11. Unterwassertunnel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein endseitiges Betonelement (5) an einem in der Schleuse (19) vertikal verschiebbaren Schwert (22) befestigt ist, das gegenüber dem Betonelement (5) und der Schleuse (19) abgedichtet ist.
12. 12. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 9 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Ende des Unterwassertunnels (1) ein Zugangstunnel (23) zum Betriebszugang (20) der Schleuse (19) führt.
13. 13. Unterwassertunnel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugangstunnel (23) mittels eines hinteren Schwertes (24) gegenüber der Schleuse (19) verschließbar ist.
14. 14. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszugang (20) über eine Treppe oder einen Lift (25) zugänglich ist.
15. 15. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Pumpen und Ventile, mit denen die Kammern (11) geleert und geflutet werden können.
16. 16. Unterwassertunnel nach einem der Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch Pumpen und Ventile, mit denen die Schwimmkörper (16) geleert und geflutet werden können. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen