DE102010013255A1

DE102010013255A1 - Anordnung und Verfahren zur Errichtung eines Tunnels im Offshore-Bereich

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Publication number: DE102010013255A1
Application number: DE201010013255
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Anordnung und Verfahren zur Errichtung längerer Tunnel im Offshore- bzw. Gewässerbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Tunnelbaustrecke in mehrere Tunnelabschnitte unterteilt ist, an deren jeweils gemeinsamen Verbindungspunkten im Zuge der Tunnelerrichtung spezielle Schachtbauwerke installiert werden, die als Start- und/oder Zielbauwerke für die Errichtung der jeweils angrenzenden Tunnelstrecken dienen, in entsprechenden Docks errichtet, an die jeweils vorgesehenen Offshore-Positionen eingeschwommen, dort auf den Gewässerboden abgesenkt werden, und die in vorteilhafter Weise annähernd als zylindrische Hohlkörper 1 mit Kreisring-Querschnitt ausgeführt sind, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist, wobei die Schwimmfähigkeit der Schachtbauwerke wie in 1 dargestellt, mittels eines oder mehrerer Auftriebskörper 2 sichergestellt ist, die vorzugsweise auf der Außenseite im oberen Bereich der Schachtbauwerke angebracht sind, und die genannten ggf. unterteilbar ausgeführten Auftriebskörper nach Duchführung der Schwimm- und Absenkphasen der Schachtbauwerke von diesen getrennt, und an anderer Stelle erneut verwendet werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Errichtung eines Tunnels im Offshorebereich, insbesondere zum Transport von aus Windkraft im Offshorebereich erzeugter elektrischer Energie an Land.
1. Problembeschreibung
Die Überleitung elektrischer Energie aus dem Offshorebereich (z. B. aus Windkraftnutzung) in Stromversorgungsnetze kann mittels Hochspannungs-Transportleitungen in Tunnelbauwerken erfolgen, die insgesamt Längen von bis zu 50 km und darüber hinaus aufweisen können.
Zur Realisierung derartiger Tunnelbauwerke kann in Betracht gezogen werden, erhebliche Abschnittslängen dieses Tunnels im Offshorebereich mittels der bekannten Tunnelsegment-Absenkmethode (Beispiel: Bosporus-Querung) /1/ sukzessive zu errichten. Das Verfahren erscheint auch für längere Bauabschnitte sicher realisierbar, da grundsätzlich erprobte Bautechnologie eingesetzt wird.
Nachteile bei der Anwendung der Tunnelelement-Absenkmethode im Offshore-Bereich werden jedoch insbesondere in folgenden Bereichen gesehen:

a) Die Tunnelelement-Absenkmethode verursacht vergleichsweise hohe Baukosten je Tunnel-Laufmeter
b) Eine Bauzeitverkürzung ist bei der Tunnelelement-Absenkmethode schwierig realisierbar, da die Tunnelelemente sukzessive verlegt werden müssen, was bei einem langen Offshore-Tunnel zu erheblichen Bauzeiten (viele Jahre) führen kann
c) Es besteht eine starke Abhängigkeit der Baubedingungen und des Baufortschritts während der Tunnelelement-Einbauphase von den Offshore-Witterungsbedingungen, da Verlegeschiffe ab bestimmten Windbedingungen und Wellenhöhen für die Verlegearbeiten nicht mehr einsetzbar sind
d) Mögliches Eindringen von Wasser im Bereich der Dichtungen an den Stoßbereichen zweier Tunnelelemente stellt einen grundsätzlichen Nachteil der Tunnelelement-Absenkmethode dar, insbesondere auch nach eventuellen unterschiedlichen Setzungen aneinander grenzender Tunnelsegmente
e) Die Sicherheit der auf dem Gewässerboden verlegten Tunnelelemente gegen unabsichtliche (z. B. Unterwasserfahrzeuge) oder absichtliche Beschädigungen (z. B. Sabotage) kann aufgrund der vergleichsweise geringen Verlegetiefe im Offshore-Bodenbereich nicht uneingeschränkt sichergestellt werden
f) Verlegearbeiten im Offshorebereich nach der Tunnelelement-Absenkmethode können sich sehr nachteilig auf die ökologischen Verhältnisse im Bereich der Tunneltrasse auswirken, z. B. durch den Einsatz von Saugbaggern, durch Unterwasser-Einbauarbeiten von Bettungsschichten im Zuge der Errichtung eines tragfähigen Verlegebetts, durch die Überdeckung der abgesenkten Tunnelelemente mit Sand und Sedimentgestein sowie durch häufigen Transportverkehr der Verlege- und Versorgungsschiffe.

2. Aufgabenstellung
Die Aufgabenstellung besteht somit erfindungsgemäß darin, eine Anordnung und/oder ein Verfahren zur Errichtung eines Tunnels im Offshorebereich zu finden, um die in der Problembeschreibung dargestellten Nachteile soweit als möglich zu vermeiden bzw. in Vorteile bei der Bauausführung umzugestalten.
3. Lösung
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung und ein Verfahren zur Errichtung eines Tunnels im Offshorebereich gelöst, wie sie in den Patentansprüchen dargestellt sind. Die gesamte Tunnelbaustrecke wird hierbei in mehrere Tunnelabschnitte unterteilt, an deren jeweils gemeinsamen Verbindungspunkten im Zuge der Tunnelerrichtung spezielle Schachtbauwerke installiert werden, die als Start- und/oder Zielbauwerke für die Errichtung der jeweils angrenzenden Tunnelstrecken dienen. Mit dieser Anordnung lässt sich die Gesamtbauzeit insbesondere längerer Gesamt-Tunnelstrecken erheblich verkürzen, da die Schachtbauwerke und somit Teil-Tunnelstrecken im Offshorebereich zeitlich unabhängig voneinander errichtet werden können.
Die Schachtbauwerke können hierbei in einem Trockendock errichtet werden, ggf. ähnlich wie es für die vier Säulen der Bohrplattform „Sea Troll” nach dem Prinzip der sogenannten Condeep Struktur (Abk. für concrete deep water structure) /2/ beschrieben ist. Dabei kam im Trockendock von Stavanger u. a. ein besonderes Verfahren der österreichischen Firma Gleitbau zum Einsatz, das mittels einer Gleitschalung den Bau in einem Zug ermöglichte und damit die Bauzeit gering halten konnte.
Die z. B. in Trockendocks errichteten Schachtbauwerke werden an die vorgesehenen Einbauorte eingeschwommen. Einen möglichen Querschnitt durch ein Schachtbauwerk im schwimmenden Zustand zeigt 1. Das Schachtbauwerk ist hierbei in vorteilhafter Weise annähernd als zylindrischer Hohlkörper mit Kreisring-Querschnitt (1) ausgeführt, wodurch die aus Stabilitätsgründen erforderliche Mantel-Wanddicke minimiert werden kann. Die Schwimmfähigkeit des Schachtbauwerks wird hierbei mittels eines oder mehrerer Auftriebskörper (2) sichergestellt, wie beispielhaft in 1 dargestellt, die Wasseroberfläche (3) ist angedeutet.
Nach dem Einschwimmvorgang an die vorgesehene Position wird das jeweilige Schachtbauwerk zunächst auf den Gewässerboden abgesenkt. Das jeweilige Schachtbauwerk kann hierbei durch geeignete bautechnische Maßnahmen insbesondere im inneren unteren Bereich des Schachtbauwerks z. B. durch Einsatz von Bohrgeräten, Baggern und/oder Saugbaggern weiter in den Untergrund abgesenkt werden. Alternativ und/oder ergänzend hierzu kann z. B. durch den teleskopförmigen Einbau weiterer, konzentrischer Mantelkörper auf der Innenseite der Schachtbauwerke unter weiterer Entnahme von Bodenmaterial eine weitere Vertiefung der Baugrube unterhalb des jeweiligen Schachtbauwerks erfolgen. Die zusätzlichen Mantelkörper werden hierbei in geeigneter Weise gegen die Innenseite des Schachtbauwerks, bzw. gegeneinander abgedichtet.
Das Schachtbauwerk ist hierbei so dimensioniert, dass sich dessen oberer Rand unter Berücksichtigung der höchsten zu erwartenden Wellen und eines zusätzlichen Sicherheitsabstands stets oberhalb des Wasserspiegels des umgebenden Gewässers befindet.
Nach Erreichen der erforderlichen Aushubtiefe wird im Bereich unterhalb der Schachtbauwerke jeweils eine Schachtbodenplatte z. B. durch Verwendung von unter Wasser abbindendem Beton errichtet, die so dimensioniert ist, dass sie nach dem Trockenlegen des Schachtinneren dem von unten wirkenden Wasserdruck widersteht, weiteren Wasserzutritt unterbindet, und ein Aufschwimmen des Schachtbauwerks verhindert.
Nach Trockenlegen des Schachtinneren durch Abpumpen des Wassers kann das Schachtinnere sodann betreten werden.
Die Schachtbauwerke dienen nunmehr als Ausgangs- bzw. Zielschächte für die Errichtung der anschließenden Tunnelbaustrecken, die z. B. mittels Tunnelbohrmaschinen oder ggf. mittels Sprengvortrieb errichtet werden.
In Sonderfällen können die wie beschrieben errichteten Schachtbauwerke jedoch auch als Ausgangs-, Zielschächte und Verbindungsschächte für nach der Tunnelelement-Absenkmethode errichtete Tunnel dienen /1/.
In unmittelbarer Nähe der Schachtbauwerke ist die Installation weiterer Einrichtungen zur Unterbringung von Mannschaften, Werkstätten, Baumaterialien sowie Versorgungseinrichtungen z. B. zur Stromerzeugung vorgesehen. Diese Einrichtungen können hierbei auf einer oder auf mehreren schwimmenden oder fest im Gewässerboden installierten separaten Plattformen in der Umgebung der Schachtbauwerke errichtet werden. Hierbei ist insbesondere auch denkbar, dass das Schachtbauwerk einen Stützpfeiler einer größeren Plattform darstellt, auf der die vorgenannten Einrichtungen in räumlich konzentrierter Form installiert sind, wobei die Plattform gegebenenfalls auf weiteren Pfeilern im Gewässerbodenbereich abgestützt ist. Es ist auch denkbar, Teile der Plattform als schwimmende Einrichtungen auszuführen, z. B. als Hotelplattform für die Mannschaften, wie das z. B. für die Troll Plattform /2/ beschrieben ist. Plattformen und Schachtbauwerke können hierbei mit Gangways verbunden sein, um den Mannschaften unabhängig von den jeweils herrschenden Wellen- und Witterungsbedingungen im Offshorebereich einen sicheren Zugang zu den jeweiligen Einrichtungen zu ermöglichen.
Die Schachtbauwerke dienen auch der Frischluftzufuhr bzw. Abluftabfuhr aus dem Bereich der angeschlossenen Tunnelbaustrecken, wobei die entsprechenden Belüftungseinrichtungen incl. Ventilatoren in die Schachtbauwerke integriert bzw. auf angeschlossenen Plattformen installiert werden können.
Die Schachtbauwerke dienen ebenfalls zum Ausbringen des aus den angeschlossen Tunnelabschnitten zu entfernenden Bodenmaterials, welches zur Vermeidung einer Gewässerverschmutzung vorzugsweise an Lastschiffe übergeben, und mittels dieser an geeigneter Stelle, z. B. zur Aufschüttung im Landbereich entsorgt werden kann.
Desweiteren können die Schachtbauwerke zum Einbringen der für die Tunnelerrichtung erforderlichen Baumaschinen sowie von Baumaterial, z. B. von Tübbingen, sowie nach Tunnelerrichtung zum Bergen evtl. eingesetzter Tunnelbohrmaschinen genutzt werden.
Nach Errichtung der an die Schachtbauwerke angrenzenden Tunnelabschnitte können die Schachtbauwerke in wesentlichen Teilen wieder zurückgebaut werden, um z. B. keine Hindernisse für die Schifffahrt bzw. Gefahrenquellen für die Tunneleinrichtungen darzustellen. Zu diesem Zweck wird zu Beginn des Rückbaus eines Schachtbauwerks der Schachtbereich, der sich oberhalb der Tunnelfirste der angeschlossenen Tunnelbereiche befindet, wasserdicht versiegelt, z. B. durch Betonieren einer annähernd waagrechten Deckplatte. Danach wird der nach oben überstehende Teil des Schachtbauwerks entfernt, und schließlich der im Gewässerboden verbleibende Schachtbereich mit Material aus dem Gewässerbodenbereich überdeckt.
4. Literatur

/1/ Tunnelverlegung nach der Absenkmethode am Bosporus, heruntergeladen am 27.03.2010 unter http://de.wikipedia.org/wiki/Marmaray
/2/ Condeep – Wikipedia, heruntergeladen am 27.03.2010 unter http://de.wikipedia.org/wiki/Condeep
/3/ Sea Troll – Wikipedia, heruntergeladen am 27.03.2010 unter http://de.wikipedia.org/wiki/Sea Troll
/4/ DNF-Magazin, DNF-Ausgabe 6-2003, heruntergeladen am 27.03.2010 unter http://www.norwegenportal.de/PDF/dnf-magazine/2003-6.pdf

Claims

Anordnung und Verfahren zur Errichtung längerer Tunnel im Offshore- bzw. Gewässerbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Tunnelbaustrecke in mehrere Tunnelabschnitte unterteilt ist, an deren jeweils gemeinsamen Verbindungspunkten im Zuge der Tunnelerrichtung spezielle Schachtbauwerke installiert werden, die als Start- und/oder Zielbauwerke für die Errichtung der jeweils angrenzenden Tunnelstrecken dienen, in entsprechenden Docks errichtet, an die jeweils vorgesehenen Offshore-Positionen eingeschwommen, dort auf den Gewässerboden abgesenkt werden, und die in vorteilhafter Weise annähernd als zylindrische Hohlkörper 1 mit Kreisring-Querschnitt ausgeführt sind, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist, wobei die Schwimmfähigkeit der Schachtbauwerke wie in 1 dargestellt, mittels eines oder mehrerer Auftriebskörper 2 sichergestellt ist, die vorzugsweise auf der Außenseite im oberen Bereich der Schachtbauwerke angebracht sind, und die genannten ggf. unterteilbar ausgeführten Auftriebskörper nach Duchführung der Schwimm- und Absenkphasen der Schachtbauwerke von diesen getrennt, und an anderer Stelle erneut verwendet werden können.
Anordnung und Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Absenken der Schachtbauwerke aus deren Bodenbereich sukzessive Bodenmaterial z. B. unter Einsatz von Bohrgeräten, Baggern und/oder Saugbaggern entfernt wird, so dass die Schachtbauwerke, unterstützt durch ihr Gewicht, bis in die gewünschte Bodentiefe weiter abgesenkt werden können, und nach dem Absenken der Schachtbauwerke ergänzend weitere, konzentrische Mantelkörper auf der Innenseite der Schachtbauwerke teleskopförmig an den Mantel angrenzend oder nach Art von Tübbingen eingebaut werden können, wobei unter weiterer Entnahme von Bodenmaterial eine weitere Vertiefung der Baugrube unterhalb des jeweiligen Schachtbauwerks erfolgt, und die eingebauten Mantelkörper in geeigneter Weise gegen die Innenseite des Schachtbauwerks, bzw. gegeneinander abgedichtet werden.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schachtbauwerke so dimensioniert sind, dass sich deren oberer Rand unter Berücksichtigung der höchsten zu erwartenden Wellen und eines zusätzlichen Sicherheitsabstands stets oberhalb des Wasserspiegels des umgebenden Gewässers befindet, und dass nach Erreichen der erforderlichen Aushubtiefe im Bereich unterhalb der Schachtbauwerke jeweils eine Schachtbodenplatte z. B. durch Verwendung von unter Wasser abbindendem Beton errichtet wird, die so dimensioniert ist, dass sie nach dem Trockenlegen des Schachtinneren dem von unten wirkenden Wasserdruck widersteht, weiteren Wasserzutritt unterbindet, und ein Aufschwimmen der Schachtbauwerke verhindert, und dass nach Trockenlegen der Schacht-Innenbereiche durch Abpumpen des Wassers mit den eigentlichen Bauarbeiten zur Errichtung der an die Schachtbauwerke anschließenden Tunnelabschnitte in ähnlicher Weise begonnen werden kann, wie dies im Zuge der Errichtung landgestützter Tunnelbaustrecken üblich ist.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den Schachtbauwerken aus die Tunnelerrichtung z. B. mittels maschineller Vortriebstechniken unterhalb des Gewässerbodens erfolgt, oder die Schachtbauwerke als Zielbauwerke im Zuge der entsprechenden Tunnelerrichtung dienen, oder dass die Schachtbauwerke auch als Ausgangs-, Zielschächte und Verbindungsschächte für nach der Tunnelelement-Absenkmethode errichtete Tunnel dienen können.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe der Schachtbauwerke Flächen und Einrichtungen zur Unterbringung von Mannschaften, Werkstätten, Baumaterialien sowie Versorgungseinrichtungen z. B. zur Stromerzeugung eingerichtet sind, wobei diese Einrichtungen, Plattformen und Schachtbauwerke so z. B. mit Gangways verbunden sind, dass den Mannschaften unabhängig von den jeweils herrschenden Wellen- und Witterungsbedingungen im Offshorebereich ein sicherer Zugang zu den jeweiligen Einrichtungen ermöglicht wird und Materialien mittels mechanischer Transporthilfen, z. B. Kränen, an die jeweils erforderlichen Örtlichkeiten verbracht werden können.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Anspruch 5 genannten Einrichtungen auf dem Schachtbauwerk selbst oder auf einer oder auf mehreren schwimmenden oder fest z. B. mittels Pfeilern im Gewässerboden installierten separaten Plattformen in der Umgebung der Schachtbauwerke errichtet werden.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport von Bohrmannschaften, von Ausrüstungsmaterial und von Abraummaterial aus dem Schacht- und Tunnelbereich zwischen Land und Schachtbauwerken mittels Schiffen oder mittels Hubschraubern erfolgt, und hierfür Schiffsanlege-Einrichtungen bzw. ein Hubschrauber-Landeplatz im Bereich der Schachbauwerke, z. B. mittels damit verbundener Plattformen errichtet werden.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die Schachtbauwerke Frischluft in die Tunnelbereiche eingeführt, und Abluft aus den Tunnelbereichen abgeführt wird, und entsprechende Ventilationsanlagen in die Bereiche der Schachtbauwerke und/oder daran mittelbar oder unmittelbar angeschlossener Einrichtungen (z. B. Plattformen) integriert sind.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das im Zuge der Schacht-Errichtung bzw. Tunnelerrichtung anfallende Abraum-Material mittels Stetigförderern (z. B. Förderbändern, Materialseilbahnen) oder anderen bedarfsweise genutzten Lasttransportmitteln an Lastschiffe zur Entsorgung übergeben wird.
Anordnung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schachbauwerke nach Fertigstellung der angrenzenden Tunnelabschnitte zurückgebaut werden, indem zu Beginn des Rückbaus eines Schachtbauwerks der Schachtbereich, der sich oberhalb der Tunnelfirste der angeschlossenen Tunnelbereiche befindet, wasserdicht gegenüber den Tunnelbereichen versiegelt wird, z. B. durch Betonieren einer annähernd waagrechten Deckplatte, danach der nach oben überstehende Teil des Schachtbauwerks nach dessen Flutung, z. B. an einer vorbereiteten Trennfuge entfernt wird, und schließlich der im Gewässerboden verbleibende Schachtbereich mit Material aus dem Gewässerbodenbereich überdeckt wird.