DE1759253A1

DE1759253A1 - Unterwassertunnel

Info

Publication number: DE1759253A1
Application number: DE19681759253
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Polensky & Zoellner
Current assignee: Polensky & Zoellner
Priority date: 1968-04-13
Filing date: 1968-04-13
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1267703A; DE1759253C3; NL6905689A; NO133596B; NL159452B; ES364983A1; NO133596C; SE344605B; FR2006180A1

Description

"Unterwassertunnel"

Die Erfindung betrifft einen Unterwassertunnel, bei dem die Tunnelröhre selbst den Überbau einer Unterwasserbrücke bildet, deren Pfeiler auf der Gewässersohle gegründet sind.

Es sind Vorschläge für einen derartigen Unterwassertunnel bekannt geworden, bei dem die Überbauten aus vorgefertigten Tunnelröhren aus Stahlbeton bestehen, die so dimensioniert sind, daß sie nach dem Einschwimmen und Absenken auf die Pfeiler ein Mehrgewicht gegenüber dem Auftrieb haben. Hierbei ergibt sich zwar ein stabil gelagertes Bauwerk, die Lastverhältnisse und die Dimensionierung wird Jedoch verhältnismäßig ungünstig, da sich die Spannungen aus Eigengewicht, Verkehrslast und Katastrophenlast addieren und eine entsprechend kräftige Bemessung des Querschnittes erforderlich machen.

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us. v. 4.9.1367)

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und den Unterwassertunnel so auszubilden, daß er mit dem geringsten Aufwand an Material und Zeit auf sehr einfache Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß das Verhältnis von Hohlraum- zu Wandquerschnitten der Tunnelröhre derart gewählt ist, daß die den Überbau bildende Tunnelröhre in betriebsbereitem Leerzustand einen so großen Auftrieb hat, daß mindestens der Schwebezustand erreicht wird.

Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, daß die ständigen Lasten unter normalen Umständen" im Überbau keine Biegespannungen erzeugen, so daß dieser nur auf die Biegespannungen bemessen werden muß, die im Katastrophenfall eintreten. Der Auftrieb kann auch etwas größer sein als das Eigengewicht des Überbaues, der dann an den Pfeilern so verankert werden muß, daß er sich nicht abhebt.

Besonders zweckmäßig ist es, die Tunnelröhre derart auszubilden, daß die minimale Betriebslast und die maximale Katastrophenlast im Überbau der Unterwasaerbrücke Spannungen erzeugen, die annähernd gleich groß sind, aber en.fcgegeage.~- setztes Vorzeichen haben. Im normalen Betrieb wird dann die ' Resultante aller auf die Tunnelröhre einwirkenden Kräfte, zu denen in erster Linie ständig wirkende Lasten^ wie lig&agewichb und Auftrieb gehören, nach oben gerichtet sein,

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während im Falle einer Katastrophe, bei der alle dem Verkehr dienenden Hohlräume der Tunnelröhre mit Wasser gefüllt sind, die Resultante aller äußeren Kräfte nach unten gerichtet ist. Im betriebsbereiten Leerzustand hat die Tunnelröhre dann das Bestreben, im Wasser nach oben zu steigen und muß an den Pfeilern verankert werden. Im Falle einer Katastrophe jedoch übt die Tunnelröhre als Überbau auf die Pfeiler positive Auflagerdrücke aus. Eine Tunnelröhre mit diesen Eigenschaften kann durch eine geschickte Querschnittsausbildung durch sorgfältiges Abwägen der Hohlraumquerschnitte gegenüber den Wandquerschnitten geschaffen werden.

Da bei einer Tunnelröhre der im vorstehenden näher erläuterten Art und Konstruktion die verschiedenen Belastungszustände nur verhältnismäßig kleine, positive und negative Biegemomente im Tragwerk erzeugen, können die hieraus resultierenden, zu beiden Seiten der Spannungs-KuIlinie auftretenden Zugspannungen durch eine annähernd ζentrisehe Druekvorspannung der lunnelröhre leicht überdrückt werden, so daß in Tunnelröhren aus Beton keine der Dichtheit abträglichen Zugrisse auftreten können. Die einzelnen Teile der Tunnelröhre sind zweckmäßig so lang, daß sie jeweils ein Brückenfeld überspannen und von Pfeilermitte zu Pfeilermitte reichen. lieben den Vorteilen einer statisch bestimmten Lagerung hat eine solche Ausbildung den Vorzug, daß die Stoßstellen in der Kammerwand durch eine die Stoßstelle umreichende Gummidruckdichtung auf

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einfache Weise abgedichtet werden können und besondere Zwischenstücke nicht erforderlich sind.

Die Tunnelröhre kann sowohl in Längs- als auch in Querrichtung aus kleinen vorgefertigten Elementen vorher zusammengesetzt sein. Nebeneinanderliegende Teile der Tunnelröhre können hierbei auch in Querrichtung zusammengespannt werden.

In der Tunnelröhre können Schotte angeordnet sein, die sich bei Wassereinbruch selbsttätig schließen. Diese Schotte wird man zweckmäßig im Bereich von kämmerartigen Erweiterungen an den Stoßfugen zwischen zwei Tunnelrohrabschnitten über den Pfeilern anordnen.

Um ein vollständiges Fluten eines oder mehrerer Tunnelrohr-'-abschnitte bei Wassereinbruch im Katastrophenfall möglichst zu verhindern, wird eine Druckluftanlage vorgesehen, die bei einem Wassereinbruch automatisch Druckluft in den bedrohten Abschnitt der Tunnelrohre pumpt. Sobald hierdurch ein Druckausgleich geschaffen ist, kann dann kein weiteres Wasser in die Tunnelröhre eindringen. Etwa Eingeschlossene können dann über Druckluftschleusenj die an den geschlossenen Schotten anzubringen sind, ordnungsgemäß ausgeschleust werden.

Die Pfeiler der Brücke bestehen zweckmäßig aus vorgefertigten, flutbaren Stahlbeton- oder Spannbetonrohren, die an ihrem

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Kopf durch, vorgefertigte Jochbalken miteinander verbunden und mit durch die Rohrwandungen hindurchgeführten Zuggliedern in der Gewässersohle verankert sind. Die Stahlbetonrohre haben eine hohe Tragfähigkeit, lassen sich leicht an Ort und Stelle bringen und mit dem Baugrund verbinden, wobei ein guter Korrosionsschutz der in den Rohrwandungen verlaufenden Zugglieder gewährleistet ist.

Zum Herstellen des Unterwassertunnels wird nach der Erfindung so vorgegangen, daß zunächst die Rohre für die Pfeiler eingeschwommen und auf der Gewässersohle abgesetzt werden, worauf im Schutz der den Pfeilerschaft bildenden Rohre der Pfeilerfuß in Unterwasserbeton hergestellt wird. Sodann werden die vorgefertigten Jochbalken auf die Einzelstützen der Pfeiler aufgesetzt und mit diesen durch Ortbeton unter Wasser verbunden. Daraufhin wird dann die den Überbau bildende Tunnelröhre in ihren Teilen eingeschwommen, auf den Pfeilern abgesetzt und untereinander wasserdicht und mit den Pfeilerköpfen zug-, druck- und schubfest verbunden.

Die Rohre des Pfeilers werden zweckmäßig in die Gewässersohle eingespült, oder eingebohrt und dann mit einem Fundament am Fuß verschlossen. Die rohrförmigen Pfeiler werden für die Montage zweckmäßig durch wiedergewinnbare Führungsrohre bis über die Wasseroberfläche verlängert. Diese Verlängerungsrohre sind zugleich Transportschleusen für die Arbeiten auf den Jochbalken im Schutz einer Taucherglocke und dienen beim

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In-St ellung-bringen der Tnnnelröhre als Führung.

Die Erfindung wird durch die Zeichnung an einem Aus führung sbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

ig. 1 einen Unterwassertunnel nach der Erfindung in einer seitlichen Teilansicht,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem senkrechten Querschnitt nach Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm der im Schnitt B-B wirksamen Spannungen bei Betriebslast,

Fig. 4 ein der Fig. 3 entsprechendes Diagramm der im Schnitt B-B auftretenden Spannungen bei Katastrophenlast.

Eine Tunnelröhre 10, die aus mehreren, nebeneinanderliegenden vorgefertigten Einzelröhren 10a, 10b und 10c aus Spannbeton besteht, bildet den Oberbau einer unter Wasser liegenden Brücke. Die' Brücke ist auf Pfeilern 11 gelagert, die auf der Gewässersohle 12 gegründet sind. Die Tunnelröhre 10, die beispielsweise einen Meeresarm durchquert, ist so tief unterhalb der Wasseroberfläche 13 angeordnet, daß auf dem Gewässer verkehrende Schiffe gefahrlos darüber hinwegfahren können.

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Jeder Pfeiler 11 wird von drei nebeneinanderstehenden Einzelstützen 11a, 11b und 11c gebildet, die aus vorgefertigten, vorgespannten Stahlbetonrohren bestehen. Diese Einzelstützen 11a, 11b und 11c sind durch Zugglieder (14 verankert, die vorzugsweise vom Überbau durch die Rohrwandungen hindurch bis in den Boden geführt werden. Am Pfeilerfuß sind die Rohre der Einzelstützen 11a, 11b und 11c mit Unterwasserbeton 16 ausgefüllt.

An ihrem Kopf sind die Einzelstützen 11a, 11b und 11c eines jeden Pfeilers 11 durch Jochbalken 17 verbunden, die aus vorgefertigten Teilen bestehen und unter Wasser durch Ortbeton mit dem Pfeilerkopf fest verbunden worden sind.

Die Tunnelröhre 10 besitzt drei große Tunnelräume 18 für den Verkehr. Zwischen diesen Verkehrsräumen 18 sind kleinere Tunnelräume 19 für die Frischluftzufuhr vorgesehen. Für die Abluft der Verkehrsräume 18 können die halbmondförmigen Räume 25. oberhalb und unterhalb der Fahrbahnen genutzt werden.

Die Tunnelröhre 10 besteht aus mehreren Abschnitten von der Länge a eines von zwei Pfeilern 11 begrenzten Überbau- - feldes 21, das z. .B-. etwa 100 m lang sein kann. Über den Pfeilern 11 sind die Abschnitte der Tunnelröhre 10 in der Kammerwand gestoßen und durch eine die Stoßstelle umreichende Gummidruckdichtung abgedichtet.

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Im Bereich der Kammern 22 sind in der Tunnelröhre Schotte angeordnet, die sich bei einem Wassereinbruch automatisch schließen und den jeweils betroffenen Abschnitt der Tunnelröhre 10 absperren.

Der Querschnitt der Tunnelröhre kann.so gewählt werden, daß die im Betriebszustand auftretenden Momente etwa ebenso groß sind, wie die Momente, die im Katastrophenfall auftreten, jedoch das entgegengesetzte Vorzeichen haben, wie jene. Dies ist dann der Pail, wenn die Resultierende R₁ aller im betriebsbereiten Leerzustand auftretenden äußeren Kräfte ebenso groß, aber entgegengesetzt gerichtet ist,, wiedie Resultierende R-γ aller im Katastrophenfall auftretenden äußeren Lasten, wem also R^ = - R-j-y ist.

Bei einer solchen Ausbildung treten in der Tunnelröhre zu beiden Seiten der Spannungs-NuIlinie nur verhältnismäßig kleine Spannungen auf und die Zugspannungen können durch .· Aufbringen einer Längsvorspannung V überdrückt werden.. , Man erkennt in den Fig. 3 und 4, daß bei einer Überlagerung der im betriebsbereiten Leerzustand unter Rj und im Katastrophenfall unter Rj₁ auftretenden Spannungen mit einer für beide extreme Lastfälle gleich großen zentrischen Druckvorspannung V alle möglicherweise auftretenden zum Verschwinden gebracht werden können. Aus &±,eseia Srun<3*. ist die .Tunnelröhre 10 ;Ln Längsrichtung zentrisch

Eine Anpassung der VorSpannkraft durch eine andere Führung .

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der Spannkabel an eine andere Verteilung der Resultierenden, z. B. bei größerem Röhreneigengewicht im Verhältnis zur Wasserverdrängung ist natürlich auch ohne weiteres möglich.

Bei der Herstellung der Tunnelbrücke werden zuerst die die Pfeiler bildenden Rohre eingeschwommen, auf der Gewässersohle 12 abgesetzt und sofort bis auf die erforderliche Tiefe eingespült. Alle diese wie auch die folgenden Arbeiten können von der Gewässeroberfläche aus mit Hilfe von Schiffen, Hubinseln oder anderen Hilfseinrichtungen durchgeführt werden.

Nachdem die Einzelstützen 11a, 11b und 11c durch Jochbalken 17 miteinander verbunden sind, die als Ganzes oder in vorgefertigten Einzelteilen auf den Stützen montiert und durch Ortbeton unter Wasser im Schutz einer Taucherglocke miteinander verbunden werden und nachdem von hier aus die Verankerung mit dem Untergrund durchgeführt worden ist, wird die Tunnelröhre 10 vorzugsweise in ihrer ganzen Breite und in der Länge eines ganzen Überbaufeldes 21 eingeschwommen und auf die Stützen 11 abgelassen. Die Hohlräume 18 sind hierbei an beiden Enden durch die endgültigen Notverschlüsse einerseits und durch Hilfsschotte andererseits verschlossen.

Damit sich die im betriebsbereiten Leerzustand unter Auftrieb stehende Tunnelröhre 10 nicht von den Pfeilern 11 abhebt, 1st sie an den Steuerkopf en bzw. dem Jochbalken 17

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an die Zuganker 14- ζ. B. mit Muffenverbindungen anzuschließen.

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Claims

Pl 184-
2. 1. 1970

Patentansprüche

1. Unterwassertunnel, bei dem die Tunnelröhre selbst den Überbau einer Unterwasserbrücke bildet, deren Pfeiler auf der Gewässersohle gegründet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hohlraum- zu Wandquerschnitten der Tunnelröhre derart gewählt ist, daß die den Überbau bildende Tunnelröhre in betriebsbereitem Leerzustand einen so großen Auftrieb hat, daß mindestens der Schwebezustand erreicht wird. .

2. Tunnel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelröhre (10) derart ausgebildet ist, daß die minimale Betriebslast (Hj) und die maximale Katastrophenlast· (Rjj) im Überbau (10) der Unterwasserbrücke Spannungen erzeugen, die annähernd gleich groß sind, aber entgegengesetzte Vorzeichen haben.
3. Tunnel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelröhre (10) aus Beton besteht und in Längsrichtung annähernd zentrisch vorgespannt ist.
4. Tunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich

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net, daß die einzelnen Teile (10a, 10b und 10c) der Tunnelröhre (10) so lang sind, daß sie jeweils ein Brückenfeld (21) überspannen und von Pfeilermitte zu Pfeilermitte reichen.
5· Tunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tunnelröhre (10) Schotte (23) angeordnet sind, die sich bei Wassereinbruch selbsttätig schließen.
6. Tunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckluftanlage vorgesehen ist, die bei einem Wassereinbruch automatisch Druckluft in den bedrohten Abschnitt der Tunnelröhre (10) pumpt.
7· Tunnel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfeiler^ (11) aus vorgefertigten, flutbaren Stahlbeton- oder Spannbetonrohren (11a, 11b und 11c) bestehen, die an ihrem Kopf durch vorgefertigte Jochbalken (17) miteinander verbunden und mit durch die Rohrwandungen hindurchgeführten Zuggliedern (14-) in der G-ewässersohle (12) verankert sind.
8. Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels nach "*" einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Rohre für'die

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Pfeiler (11) eingeschwömmen und auf der Gewässersohle (12) abgesetzt werden, worauf im Schutz der den Pfeilerschaft (11a, 11b und 11c) bildenden Rohre der Pfeilerfuß in Unterwasserbeton (16) hergestellt wird; daß sodann die Jochbalken (17) auf die Einzelstützen (11a, 11b und 11c) der Pfeiler (11) aufgesetzt und mit diesen durch Ortbeton unter Wasser verbunden werden und daß schließlich die den Überbau bildende Tunnelröhre (10) in Einzelteilen eingeschwömmen wird, die auf den Pfeilern (11) abgesetzt und untereinander wasserdicht und mit den Pfeilerköpfen zug-, druck- und schubfest verbunden werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Pfeilerschäfte bis zur Wasseroberfläche (13) reichende Schleusenrohre aufgesetzt werden, die beim In-Stellung-bringen der !Punne!röhre (10) als Führung dienen.

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