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Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels aus vorgefertigten,
schwimmfähigen Tunnelabschnitten aus Stahlbeton Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines Unterwassertunnels aus vorgefertigten, schwimmfähigen Tunnelabschnitten
aus Stahlbeton, die nacheinander auf am Gewässergrund zuvor her-P 0 stellte
Auflagerschwellen abgesenkt werden, nach -
dem sie über die Einbaustelle geschwommen
worden sind.
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Bei bekannten Verfahren dieser Art werden die Tunnelabschnitte vor
dem Absenken an Seilen od. dgl. aufgehängt und dann durch zusätzlichen Ballast,
in der Regel durch Ballastwasser, so weit belastet, daß sie - gehalten durch die
langsam ablaufenden Seile - absinken. Die Führung des jeweils abzusenkenden Tunnelabschnittes
in horizontaler Ebene erfolgt entweder durch zuvor aufgestellte vertikale Führungsgerüste
oder durch Abspannseile, die mit nicht zu großer Neigung gegenüber der Horizontalen
verlaufen und mittels Winden je nach Bedarf verkürzt oder verlängert werden. Die
Notwendigkeit, die Tunnelabschnitte während des Absenkens und bis zu ihrer endgültigen
Verankerung zusätzlich durch Ballast zu belasten, macht eine Reihe von Maßnahmen
erforderlich. So sind beispielsweise bei Verwendung von Ballastwasser im Inneren
der Tunnelabschnitte Wasserkammern herzustellen, die später wieder entfernt werden
müssen. Außerdem sind Vorrichtungen zum wahlweisen Füllen und Entleeren der Wasserkammern
und zur Überwachung des Wasserstandes in diesen Kammern vorzuhalten.
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Erfindungsgemäß wird demgegenüber vorgeschlagen, daß die Tunnelabschnitte
mittels an ihnen befestigter Seile, die über an den Auflagerschwellen angebrachte
Umlenkrollen geführt sind und über Wasser an auf festen Gerüsten angeordneten Seilwinden
enden, unter Wasser gezogen und auf die Auflagerschwellen gepreßt und danach mit
den Auflagerschwellen verankert werden.
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Durch dieses neue Verfahren werden gegenüber den beschriebenen bekannten
Verfahren eine. Reihe von Vorteilen erreicht.
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1. Der Tunnelabschnitt wird zwangsweise in der planmäßigen Lage, die
durch die vier Umlenkrollen bestimmt ist, auf die Auflagerschwellen gepreßt, weil
der Tunnelabschnitt infolge seines Auftriebs stets die höchste von den Seilen zugelassene
Lage anstrebt und, falls er zufällig die Auflagerschwellen nicht in dieser planmäßigen
Lage berühren sollte, sich sofort wieder abhebt, weil die Seile dabei noch nicht
ihre geringste erreichbare Länge haben. Der Tunnelabschnitt schwimmt also so lange,
bis er mit den geringsten möglichen Seillängen zum Aufliegen kommt. Das verbürgt
die genaue planmäßige Lage sowohl in der Quer- wie auch in der Längsrichtung, während
beim Versenken mit Ballast und an Seilen hängend infolge der großen Seillängen bereits
geringe Strömungen zu erheblichen Abweichungen führen und der Tunnelabschnitt für
etwaige Berichtigungen der Lage wiederholt gehoben und abgesenkt werden muß, bis
schließlich eine ausreichend richtige Lage erreicht ist. Auch mit Abspannseilen
kann nur eine annähernd richtige Lage erreicht werden, weil sich der Tunnelabschnitt
infolge des Durchhanges dieser Seile ruckartig verschiebt.
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2. Der mit gezogenen Seilen versenkte Tunnelabschnitt wird beim Absenken
nur belastet durch den gleichmäßig verteilten und unveränderlichen Auftrieb und
erfährt auch danach infolge der Übereinstimmung der Abstützung der Seile mit der
der Anker keine Änderung seiner Biegebeanspruchungen bis zum Einschütten des fertigen
Tunnels. Demgegenüber wird der Tunnelabschnitt beim Versenken an Seilen hängend
durch den Ballast auf Biegung nach unten beansprucht und der Auftrieb beim Versenken
als nach oben gerichtete Belastung wirksam. Bei Kiesballast erhöht sich diese beim
weiteren Absenken um den Gewichtsverlust, den der Ballast nach und nach beim Eintauchen
erleidet. Falls der Tunnelabschnitt dann unmittelbar auf der Sohle abgesetzt wird,
bleibt die tatsächliche Belastung unbekannt, weil die Verteilung der Bodenpressung
nicht ermittelt werden kann, und wenn auf Schwellen oder Druckstempel abgesetzt
wird, verändert sich die Belastung abermals
entsprechend der Veränderung
der Auflagerpunkte. Der unveränderlichen Beanspruchung stehen mithin mehrere mehr
oder weniger genau erfaßbare Belastungsfälle gegenüber, die einen entsprechenden
Mehraufwand an statischen Berechnungen bedingen.
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3. Es kann auch angenommen #.%,crden, daß das Versenken der Tunnelabschnitte
mit gezogenen Seilen einen geringeren Zeitaufwand als das Versenken mit Ballast
erforderlich macht, weil der für das Aufbringen des Ballasts, dessen ständige Berichtigung
und zur Herstellung der planmäßigen Lage des Tunnelabschnittes erforderliche Zeitbedarf
erheblich größer ist als die für den einfachen Betrieb von vier Winden benötigte
Zeit. Dieser Umstand wird sich aber besonders vorteilhaft auswirken, wenn es sich
um das Versenken von Tunnelabschnitten in Schiffahrtsstraßen handelt, weil hier
die beim Versenken erforderliche Sperrung der Schiffahrt entsprechend kürzer gehalten
werden kann.
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Es ist zwar bereits bei einem Unterwassertunnel aus aneinandergereihten
schwimmfähigen Tunnelabschnitten bekannt, das der bereits verlegten Tunnelröhre
benachbarte Ende des als nächsten zu verlegenden Tunnelabschnittes mittels zweier
Seile so unter Wasser zu ziehen, daß sich dieses Ende mit dem Ende der bereits verlegten
Tunnelröhre mittels einer selbsttätigen Verriegelungsvorrichtung verbindet. Um dies
zu erreichen, sind die beiden Seile an dem Ende der Tunnelröhre festgemacht, führen
von dort lotrecht nach oben zu dem Ende des noch schwimmenden Tunnelabschnittes,
werden dort schräg nach unten umgelenkt und laufen nunmehr abwärts zu zwei Ballastkörpern
auf dem Gewässergrund, an denen sie nochmals umgelenkt werden, um dann aufwärts
zu zwei Seilwinden zu führen, die jeweils auf einem Arbeitsschiff' angeordnet sind.
Abgesehen davon, daß nicht bekannt ist, wie das andere Ende des Tunnelabschnittes,
bei dem das vorstehend erläuterte Verfahren nicht angewendet werden kann, abgesenkt
werden soll, weist dieses Verfahren den Nachteil auf, daß zusätzlich schwerere Ballastkörper
benötigt werden, die entweder verloren sind oder laufend verlegt werden müssen,
daß die Seilführung umständlich ist und daß die Seilwinden auf Arbeitsschiffen angeordnet
sind, die sich mit dem Seegang auf- und abwärts bewegen und damit ein stetiges Absenken
der Tunnelabschnitte praktisch verhindern.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nachstehend ist an Hand der Zeichnung das Verfahren nach der Erfindung
näher erläutert.
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In den A b b. 1 und 2 ist die Art der Versenkung und der Verankerung
der Tunnelabschnitte 1 dargestellt. Sie werden aus der Schwimmlage als Balken auf
zwei Stützen nach A b b. 1 mit an den vier Ecken befestigten Seilen 2 unter Wasser
gezogen und auf Auflagerschwellen 3 in der Baugrube abgesetzt. Da infolge des Auftriebs
der Abschnitte zunächst negative Auflagerkräfte aufzunehmen sind, werden die Abschnitte
nach dem Absetzen mit den Auflagerschwellen nach A b b. 2 .durch Anker 4 so verbunden,
daß die Auflagerschwellen danach als angehängter Ballast wirken. Der Hohlraum 5
bleibt zunächst offen.
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In den A b b. 3 und 4 ist die Herstellung der Auflagerschwellen 3
in Stahlbeton dargestellt. Da die planmäßige Lage des fertigen Tunnels von der genauen
Lage der Auflagerschwellen abhängt, werden sie nach A b b. 3 in der Weise hergestellt,
daß ein der Form der Auflagerschwellen entsprechender oben und unten offener in
Stahlbeton vorgefertigter Rahmen 6 an einem Gerüst 7 in vier Seilen 8 hängend und
mit den Nasen 9 seitlich geführt, bis unmittelbar über die Baugrubensohle abgesenkt
wird. Der Rahmen wird dann hier nach A b b. 4 in genauer Lage hängend durch Schüttrohre
10 mit Unterwasserbeton 11 oder mit Prcpakt-Beton bis zum oberen Rand
gefüllt und dadurch in dieser genauen Lage fest im gewachsenen Baugrund gegründet.
Durch gebrochene Innenflächen 12 oder auch andere geeignete Maßnahmen wird der Untenwasserbeton
11 fest mit dem Rahmen 6 verbunden. so daß die fertige Auflagerschwelle 3 mit ihrem
gesamten Gewicht als Ballast wirken kann.
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Um eine mittige Lagerung der Tunnelabschnitte auf den Auflagerschwellen
zu erreichen, wird der Rahmen 6 nach A b b. 4 in der Mitte mit einer Rippe 13 in
Stahlbeton versehen, die zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Auflagerung
der Abschnitte mit Holzfuttern 14 belegt wird.
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Nach A b b. 3 werden auf den vier Ecken des Rahmens 6 Führungsschienen
15 angeordnet, zwischen denen später die Tunnelabschnitte 1 beim Versenken
in ihre planmäßige axiale Lage gleiten. Ferner werden auf den vier Ecken Umlenkrollen
16 für die beim Versenken der Abschnitte benötigten Seile 2, sowie die Ankerlöcher
17 für die Anker 4 vorgesehen.
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In A b b. 5 ist die Verankerung der versenkten Tunnelabschnitte mit
der Auflagerschwelle dargestellt. Auf der Decke der Abschnitte werden Hebel
18 angeordnet, die mit ihrem äußeren Ende lotrecht über den Ankerlöchern
17 liegen und am anderen Ende mit der Spannvorrichtung 19 auf die
Decke der Abschnitte gezogen und hier befestigt werden. Die Anker 4 werden bereits
über Wasser in gehobener Lage in die gelenkartigen Enden der Hebel eingehängt. Nach
dem Absetzen des versenkten Abschnitts auf den Auflagerschwellen werden die Anker
von einer Taucherglocke aus mit ihren Hammerköpfen 20 in die Ankerlöcher 17 abgesenkt,
um 90° gedreht und mit den Spannvorrichtungen 19 so gespannt, daß der Tunnelabschnitt
fest auf den Auflagerschwellen liegt.
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In A b b. 6 ist die Herstellung einer schubfesten Verbindung der Tunnelabschnitte
1 mit den Auflagerschwellen 3 dargestellt. An die Tunnelabschnitte werden bereits
bei ihrer Herstellung auf den Unterflächen Querrippen 21 in einem solchen Abstand
von den Enden der Abschnitte anbetoniert, daß zwischen diesen Querrippen und den
Auflagerschwellen nach der Verankerung der Abschnitte mit diesen der Hohlraum 22
verbleibt. Ferner werden die Oberkanten der Längswände des Rahmens 6 niedriger gelegt
als die Oberkante der Rippe 13 und der Unterwasserbeton 11 entsprechend mit geneigter
Oberfläche so abgezogen, daß ein keilförmiger Hohlraum 23 unter den verankerten
Abschnitten verbleibt. Die beiden zusammenhängenden Hohlräume 22 und 23 werden bei
möglichst niedrigen. erforderlichenfalls künstlich erzeugten Temperaturen im Tunnel,
wenn also der Hohlraum 22 seine größte Weite hat, mit Beton ausgepreßt. Durch
diese Maßnahme werden die Tunnelabschnitte an ihren beiden Enden schubfest mit den
Auflagerschwellen verbunden, so daß diese nicht nur die lotrechten Belastungen bei
der späteren Einschüttung des Tunnels in den Baugrund übertragen, sonlern
auch
die bei Temperaturänderungen im Tunnel auftretenden Längskräfte in der Tunnelachse
in beiden Richtungen in den Baugrund ableiten und im besonderen die Zugbeanspruchungen
in den Stoßfugen der Tunnelabschnitte wirksam vermindern.
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Vor dem Einschütten des Tunnels und nach dem Schließen der Stoßfugen
zwischen den Tunnelabschnitten durch Einschweißen nichtrostender Federbleche und
Auspressen der Stoßlücken mit Beton werden die Tunnelabschnitte in der in A b b.
7 dargestellten Weise mit Beton unterfüllt. In die Sohlen der Tunnelabschnitte 1
werden Füllrohre 24 einbetoniert, die am oberen Ende mit dem Schieber 25 und der
Verschraubung 26 versehen sind und am unteren Ende in die flach trichterförmige
Unterfläche 27 des Betons übergehen. An den seitlichen Rändern der Tunnelabschnitte
wird der Spalt zwischen diesen und der Baugrubensohle mit Kies 28 zugeschüttet,
um ein seitliches Auslaufen des in den Hohlraum 5 eingepreßten Betons zu verhüten,
jedoch ein schnelles Entweichen des dabei verdrängten Wassers zu ermöglichen. Sodann
wird ein an das Füllrohr angeschlossener druckfester Behälter 29 mit Beton 30 etwa
bis zur Hälfte gefüllt, luftdicht verschlossen und der Luftraum 31 über dem Betonspiegel
an die Druckluftleitung 32 angeschlossen. Nach Aufgabe eines hinreichend hoch über
dem Außenwasserdruck liegenden Luftdrucks wird durch plötzliches Öffnen des Schiebers
25 sodann der Beton 30 aus dem Behälter 29 durch den Luftdruck schußartig unter
die Tunnelabschnitte gedrückt und der Hohlraum 5 bis zum Kies 28 so weit gefüllt,
daß eine ausreichende Verteilung der nach der Einschüttung des Tunnels zu erwartenden
Bodenpressung erreicht wird. Da der so eingepreßte Beton an der schalungsrauhen
Unterfläche der Tunnelabschnitte haftet, ergibt sich durch diese Maßnahme in Verbindung
mit der rauhen Baugrubensohle und der nach dem Einschütten des Tunnels eintretenden
Bodenpressung ein besonders großer Reibungswiderstand gegen Längenänderungen des
Tunnels und damit eine günstige Ergänzung zu der schubfesten Verbindung der Tunnelabschnitte
mit den Auflagerschwellen.