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Verfahren zur Herstellung eines Tunnels mit unterteiltem
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Querschnitt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (Veröffentlichung der Stadt
Bochum "Stadtbahntunnel Berliner Platz-Südring") werden die beiden zeitlich nacheinander
vorgetriebenen Tunnelröhren in Spritzbetonbauweise hergestellt, die auch als "Neue
Usterreichische Tunnelbauweise" bezeichnet wird.
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Hierbei wird jeweils zunächst ein Teilstück der Primär-Tunnelröhre
nach üblichen Verfahren ausgebrochen und mit mehrteiligen Stahlbögen ausgesteift,
die jeweils zum Ring geschlossen werden; anschljfßend wird dieser Abschnitt der
Röhre durch Aufspritzen von Beton ausgekleidet, wobei die Bögen mit eingespritzt
werden mm nach dem Aushärten des Spritzbetons eine ringförmige Verkleidung vorhanden
ist, welche die Außenschale der Tunnelröhre bildet. In diese Außenschale wird eine
Innenschale betoniert, die aus der Sohle des Tunnels, einem an der Außenschale anliegenden
Abschnitt und einer senkrechten Wand besteht, welche die Sohle mit dem ringförmigen
Teil der Innenschale verbindet und zusammen mit einem im Querschnitt etwa kreisbogenförmigen
Abschnitt der Außenschale einen Hohlraum begrenzt. Die Sekundär-Tunnelröhre wird
dann unmittelbar neben dem fertiggestellten Abschnitt der Primär-Tunne lröhre vorgetrieben,
wobei deren Außenschale in dem Bereich abgebrochen
wird, in dem
sia den mit dar senkrechten Wand gebildeten Hohlraum begrenzt. Dieser Hohlraum wird
daher in die Sekundär-Tunnelröhre einbezogen, so daß die schon fertiggestellte senkrechte
Wand eine Zwischenwand des Tunnelquerschnitts bildet. Die Sekundär-Tunnelröhre wird
ebenfalls in Spritzbetonbauweise fertiggestellt, wobei die teilringförmigen Außenschalen
beider Röhren aneinanderstoßen und die Zwischenwand durch eine entsprechende Spritzbetonwand
der Sekundär-Tunnelröhre ergänzt wird.
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Dieses Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung zweigleisiger
oder zweibahniger unterirdischer Fahrstrecken angewendet, für die zur Vermeidung
übermäßiger Setzungen des Erdreiches üblicherweise sei voneinander getrennte Tunnelröhren
hergestellt werden müssen. Im Vergleich zu zwei einzelnen, mit Abstand voneinander
verlaufenden Tunnelröhren hat ein nach diesem Verfahren hergestellter Tunnel mit
unterteiltem Querschnitt den Vorteil eines geringeren Gesamtquerschnitts bei gleichem
Nutzquerschnitt, ohne daß unzulässige Setzungen im Erdreich auftreten. Die Herstellung
in Spritzbetonbauweise hat aber den Nachteil, daß die Tunnelröhre unmittelbar nach
dem Ausbrechen an ihrer Wandung und auch an der Ortsbrust, also an der durch das
verbliebene Erdreich gebildeten Stirnseite des ausgebrochenen Tunnelabschnittes,durch
Spritzbeton und gegebenenfalls zusätzlich duch Anker gesichert werden muß, wenn
der den ausgebrochenen Abschnitt umgebende Boden nicht genügend standfest ist. Hierdurch
entstehen Zeitverluste und erhöhte Kosten.
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In allen Fällen, in denen die Standfestigkeit des Baugrundes sehr
gering ist, sind für den Tunnelvortrieb zusätzliche Maßnahmen erforderlich, beispielsweise
eine Aussteifung (sog.
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Vorpfändung) mit Blechen. Die Sicherungsmaßnahmen gemäß der "Neuen
Üsterreichischen Tunnelbauweise" sind in diesen Fällen allein nicht mehr ausreichend.
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Es sind auch andere Verfahren zur Herstellung eines Tunnels mit unterteiltem
Querschnitt bekannt. So werden beispielsweise Bahnhöfe für zweigleisige Strecken
im Untertagebau dadurch ausgeführt, daß zwei im Schildvortrieb hergestellte Einzel-Tunnelröhren
im Bahnhofsbereich durch Querstollen verbunden
werden, die eine
besondere Tragkonstruktion wie Kalottengewölbe und Stützen erhalten müssen (Zeitschrift
"Forschung + Praxis" 1975, Heft 19, Seiten 39 bis 49). Ein solcher Tunnelausbau
ist aber nur für kurze Strecken geeignet, wie sie sich beispielsweise aus der Länge
des Bahnhofs ergeben.
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Ausgehend von dem eingangs geschilderten Verfahren liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines solchen Tunnels mit unterteiltem Querschnitt
auchbeinig standfestem Boden mit verhältnismäßig geringem Aufwand für die notwendigen
Sicherungsmaßnahmen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Vorteile des bekannten
Messerschild-Vortriebes ausgenutzt, um den Vortrieb des Tunnels mit unterteiltem
Querschnitt auch in wenig standfestem Baugrund durchführen zu können.
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Der Meslsrschild-Vortrieb besteht im wesentlichen darin, daß eine
große Anzahl ringförmig, beispielsweise auf einer Zylindermantelfläche angeordneter
Messer an einem Rahmen derart gelagert sind, daß jeweils einzelne Messer axial vorgeschoben
werden können (Zeitschrift "Fortschritt + Praxis", 1975, Seiten 50 bis 53). Der
ringförmige Rahmen besteht aus einem Stützrahmen und einem Hubrahmen, die in Vortriebrichtung
hintereinander angeordnet sind. Mit dem Hubrahmen wird für jeden Hub nur ein einzelnes
Messer oder eine Messergruppe fest verbunden, so daß die Messer einzeln oder gruppenweise
unter gleitender Abstützung an dem Stützrahmen in den Boden vorgetrieben werden,
wobei die jeweils nicht bewegten Messer infolge der vom Bodendruck verursachten
Reibung festgehalten werden, die daher als Widerlager für die Vorschubkräfte wirkt.
Sobald alle Messer vorgeschoben sind, wird der Stützrahmen nachgezogen, wobei die
Messer als Widerlager dienen und Oher in
dieser Arbeitsphase alle
am Hubrahmen befestigt sind.
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Bei Verwendung eines Messerschildes kann der Hohlraum dadurch gesichert
werden, daß der Tunnel zunächst mit Streckenbögen, Baustahlmatten, Sicherungsblechen,
Spritzbeton oder mit Fertigteilen (Tübbings) ausgekleidet wird. Anschließend kann
die Innenschale in Form von geschaltem Beton oder Stahlbeton hergestellt werden0
Es ist aber auch möglich, die endgültige Auskleidung der Röhre in Ortbeton unmittelbar
dem Ausbruch folgend herzustellen, so daß ein kontinuierliches Ineinandergehen von
Ausbruchsarbeiten und Arbeiten für die Auskleidung möglich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Messerring des Schildes
beim Vortrieb der Sekundär-Tunnelröhre im Bereich der Zwischenwand so ausgebildet,
daß das dort an die Primär-Tunnelröhre angrenzende Erdreich ausgebrochen wird; entlang
der Zwischenwand brauchen dabei keine Messer vorhanden zu sein, im Gegensatz zu
den bisher bekannten Messerschilden, die eine zur vertikalen Achse symmetrische
Anordnung der Messer aufweisen. Da der Messerschild dabei die übliche Symmetrie
zur Vertikalachse verliert, ist in diesem Fall die gleichmäßige Verteilung der Friktion
zwischen Messern und Boden über den Außenumfang nicht mehr gegeben. Um die an der
offenen Seite des Messerschildes gegen den zuerst hergestellten Querschnitt auftretenden
Schnittkräfte abzutragen, ist in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, daß der asymmetrische Messerschild durch eine Leiteinrichtung an der
zuerst hergestellten Tunnelröhre bzw. einem bereits vorhandenen Bauwerk geführt
und gestützt wird.
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Im Schutze und mit Hilfe des Messerschildes wird die Sekundärröhre
aufgefahren und gesichert bzw. ausgebaut. Dadurch entsteht ein zusammenhängender
Tunnel aus zwei bzw. mehreren Querschnittste ilen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der folgenden Beschreibung.
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Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Querschnitt durch
zwei benachbarte Tunnelröhren nach Fertigstellung der Primär-Tunnelröhre und während
des Vortriebs der Sekundär-Tunnelröhre, Fig. 2 einen Ausschnitt der Stoßstelle der
beiden Tunnelröhren nach Fig. 1, in vergrößerter Darstellung, Fig. 3a im Querschnitt
hufeisenförmige Tunnelröhren in verbis 3d schiedenen Bauabschnitten der Tunnelherstellung,
Fig. 4 einen aus drei aneinandergrenzenden Tunnelröhren bestehenden Tunnel im Querschnitt
während des Vortriebs
der dritten Röhre, Fig. 5 einen Tunnel mit
einer in offener Bauweise hergestellten Primär-Tunnelröhre und einer Sekundär-Tunnelröhre
im Querschnitt während des Vortriebs der Sekundär-Tunnelröhre, Fig. 6 einen zur
Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten, bekannten Messerschild
in Seitenansicht.
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Fig. 1 zeigt einen Tunnelquerschnitt mit bereits fertiggestellter
Primär-Tunnelröhre 1 und im Bau befindlicher Sekundär-Tunnelröhre 2. Die Tunnelröhre
1 ist im Messerschild-Vortrieb mit im Querschnitt kreisförmigem Hohlraum hergestellt,
der durch eine Außenschale 3 gesichert wurde. Diese Außensckale kann durch Auskleidung
des Tunnels mit StolXenbögen, Baustahlgewebematten und Spritzbeton hergestellt sein
oder auch aus Fertigteilen, beispielsweise Tübbingen aus Beton, Stahlbeton oder
Stahl bestehen. In die Außenschale 3 ist eine Innenschale 4 einbetoniert, die durch
Einbringen von Beton in eine Schalung hergestellt ist, wobei der Beton durch eine
schlaffe oder eine vorgespannte Bewehrung armiert sein kann. Die Innenschale enthält
die Tunnelsohle 4a, eine teilzylindrische Auskleidung 4b der Außenschale 3 und eine
senkrechte Seitenwand 4c und kann monolithisch aufgebaut sein.
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An der Seitenwand 4c sind Konsolen 5 und 6 ausgebildet (vgl.
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Fig. 2), an denen später die Innenschale der Sekundär-Tunnelröhre
2 abgestützt wird und die während der BauauSführung der Tunnelröhre 2 Leitflächen
für die Abstützung und Führung eines Messerschildes 7 bilden, mit dem die Tunnelröhre
2 vorgetrieben wird. Die Seitenwand 4c der Tunnelröhre 1 bildet zusammen mit einem
Abschnitt 3a der Außenschale 3 einen Hohlraum 8, der beim Vortrieb des Messerschildes
7 durch Abbrechen des Abschnittes 3a der Außenschale 3 geöffnet wird. Außer den
Auflagerkonsolen 5 und 6 werden an der Innenschale 4 während
der
Herstellung der Tunnelröhre 1 at e Konstruktionselemente vorgesehen, die für den
späteren Anschluß der Innenschale der Tunnelröhre 2 erforderlich sind, beispielsweise
Bewehrungseisen, Fugenbänder und sonstige Verbindungselemente.
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Wie sich aus der schematischen Darstellung in Fig. 6 ergibt, besteht
der bekannte, zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren abzuwandelnde Messerschild
aus einem Stützrahmen 9, an dem ringförmig angeordnete Messer 10 axial verschibbar
geführt sind, sowie aus einem Hubrahmen 11, der mittels hydraulischer Zylinder 12
in Längsrichtung der Messer 10 verschiebbar ist. Die jeweils vorzuschiebenden Messer
werden fest mit dem Hubrahmen verbunden.
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Ein nach diesem Prinzip aurgebauter Messerschild wird zum Vortrieb
der Sekundär-Tunnelröhre 2 in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise ausgebildet.
An der der Tunnelröhre 1 zugekehrten Seite ist ein Segment des Stützrahmens 9 entfernt
und durch einen vertikalen Verbindungsrahmen 13 ersetzt, der den Stützrahmen an
seiner offenen Seite aussteift. Der aus den Messern 10 bestehende Messerring ist
ebenfalls ofren und endet an dem Verbindungsrahmen 13. In Fig. 1 sind nur einige
der Messer 10 schematisch angedeutet. Wie Fig. 2 zeigt, ist am oberen Ende des Verbindungsrahmens
13 ein breiteres Messer 10a gelagert, das bis an die Außenschale 3 reicht, die nach
Abbrechen des Abschnittes 3a in diesem Bereich endet0 An den von den Konsolen 5
und 6 der Innenschale 4 gebildeten Leitflächen ist der Verbindungsrahmen mittels
Gleitstücken 14 und 15 abgestützt und geführt. In Fig. 2 sind nur die beiden oberen
Gleitstücke 14 und 15 erkennbar, die - ebenso wie die nicht dargestellten unteren
Gleitstücke - an zwei rechtwinklig zueinander stehenden Flächen der Konsole anliegen.
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In den Fig. 3a bis 3d ist der Bauablauf rür die Herstellung eines
Tunnels mit zwei hufeisenförmigen Tunnelröhren schematisch
dargestellt.
Von einem Startschacht aus, der beispiels--weise durch eine offene Baugrube gebildet
sein kann, wird der Vortrieb der Primär-Tunnelröhre 1 begonnen. Dabei wird üblicherweise
zunächst eine dem Querschnitt des Messerschildes entsprechende Offnung in der Wand
der Baugrube ausgebrochen, an der die Tunnelröhre beginnen soll. Der Messerschild
wird in diese Öffnung eingesetzt und zunächst an der gegenüberliegenden Baugrubenwand
abgestützt, die beim ersten Vortrieb des Messerschildes als Widerlager dient. Diese
Abstützung kann entfallen, sobald die Reibung zwischen den jeweils stillstehenden
Messern und dem sie umgebenden Erdreich groß genug ist, um die beim Vortreiben einzelner
Messer entstehenden Kräfte aufzunehmen. Der innerhalb des Messerschildes befindliche
Boden wird abgebaut, und nach dem Vorschieben aller Messer wird der Stützrahmen
nachgezogen. Die dadurch freigelegte Wandung des gebildeten Hohlraumes wird ausgekleidet,
so daß die Außenschale 3 entsteht, die den Hohlraum sichert (Fig. 3a). Der Vortrieb
der Primär-Tunnelröhre endet mit dem Erreichen der Zielstation, die ebenfalls eine
Baugrube oder eine unterirdische Station, beispielsweise ein Bahnhof sein kann.
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Mit Abstand hinter dem Schildvortrieb, gegebenenfalls erst nach dessen
Beendigung, wird die innere Tunnelauskleidung hergestellt (Fig. 3b). Diese in einer
Schalung hergestellte Beton-Innenschale 4A entspricht im wesentlichen der Innenschale
4 nach Fig. 1, ist aber in Anpassung an den Hohlraumquerschnitt in der Grundform
hufeisenförmig. Die vertikale Seitenwand 4c der Innenschale 4A wird bereits bei
der Herstellung für den späteren Anschluß der Innenschale der Sekundär-Tunnelröhre
vorbereitet und daher mit entsprechenden Auflagerflächen und Anschlußelementen versehen.
Außerdem werden Seite und Stützflächen für den später beim Vortrieb der Sekundär-Tunnelröhre
verwendeten Messerschild vorgesehen. Hierfür sind eine obere Führungsschiene 17
und eine untere Führungsschiene 18 an der Außenseite der vertkalen Wand 4c angebracht.
Die obere Führungsschiene 17 ist stumpfwinklig ausgebildet und in einer Ecke angeordnet,
die von der vertikalen Außenfläche der Wand 4c und
einer Konsole
19 gebildet ist, die später als Auf Der für die Innenschale der Sekundär-Tunnelröhre
2 dient (vgl. Fig.
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3d), Die untere Führungsschiene 18 ist als Winkelschiene mit L-Profil
ausgebildet und in einer entsprechenden Ausklinkung am unteren Ende der Wand 4c
angebracht.
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Die Sekundär-Tunnelröhre 2 kann in entgegengesetzter Richtung, aber
aich in gleicher Richtung wie die Tunnelröhre 1 vorgetrieben werden. Beim Vortrieb
in gleicher Richtung können beide Tunnelröhren gleichzeitig hergestellt werden,
wobei der Vortrieb der Primär-Tunnelröhre 1 einen Vorlauf haben muß. Auch bei der
Herstellung der Innenschalen muß ein Vorlauf der in der Primär-Tunnelröhre 1 betonierten
Innenschalung vorgegeben werden, damit auf ihr der Messerschild für das Auffahren
der Sekundär-Tunnelröhre 2 abgestützt werden kann.
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Die gleichzeitige Herstellung beider Tunnelröhren bei geringem Vorlauf
der Primär-Röhre kann wegen der zu erwartenden Bodensetzungen zweckmäßig sein und
hat den Vorteil, daß beide Tunnelröhren mit geringem zeitlichem Abstand fertiggestellt
werden können, wodurch sich eine kurze Bauzeit für den Tunnel ergibt. Für diese
Bauausführung sind aber zwei Messerschilde erforderlich. Es kann daher aus Kostengründen
zweckmäßig sein, zunächst den Vortrieb der Pimär-Tunneiröhre bis zur Zielstation
zu führen und den dort ehgefahrenen Messerschild derart umzubauen, daß er für den
Vortrieb der Sekundär-Tunnelröhre verwendet werden kann. Soll diese Tunnelröhre
entgegengesetzt zur Vortriebsrichtung der Primär-Tunnelröhre vorgetrieben werden,
so genügt es, den Messerschild vor oder nach dessen Umbau durch Drehen um 1800 und
seitliches Verschieben an der Zielstation umzusetzen, so daß dort mit dem Vortrieb
der Sekundär-Tunnelröhre begonnen werden kann. Anderenfalls muß der Messerschild
zum Startschacht zurücktransportiert werden, so daß die Sekundär-Tunnelröhre von
dort aus mit dem umgebauten Messerschild vorgetrieben werden kann. Bn Rücktransport
des
Messrschildes durch die bereits fertiggestellte Tunnelröhre wäre möglich, könnte
jedoch dort noch auszuführende Arbeiten behindern und auch wegen der notwendigen
Demontagearbeiten unzweckmäßig sein. Der Messerschild wird daher im allgemeinen
über Tage, also mit Straßenfahrzeugen zurücktransportiert werden.
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Beim Vortrieb der Sekundär-Tunnelröhre wird der einseitig offene und
mit einem Verbindungsrahmen ausgesteifte Messerschild (vgl. Fig. 1 und 2) an den
Führungsschienen 17 und 18 mit Gleitstücken oder Rollen abgestützt und geführt;
durch Vorschub der Messer und Abbau des Bodens im Schild wird der Hohlraum für die
Sekundär-Tunnelröhre 2 hergestellt, wobei unmittelbar vorher oder gleichzeitig der
Abschnitt 3a der Außenschale 3 abgebrochen wird (Fig. 3c). In gleicher Weise wie
die Primär-Tunnelröhre wird nunmehr die Sekundär-Tunnelröhre 2 durch eine Außenschale
3A gesichert, die mit dem verbliebenen Teil der Außenschale 3 der Primär-Tunnelröhre
verbunden und auf deren Innenschale 4A abgestützt wird.
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In der Sekundär-Tunnelröhre 2 wird dann ebenfalls durch Betonieren
in einer Schalung eine Innenschale 4B angebracht, die auf der Innenschale 4A der
Nachbarröhre abgestützt wird (Fig. 3d). Die Innenschale 4B wird mit ihrer oberen
Iaangs-Stirnfläche auf der Konsole 19 aufgelagert und greift mit ihrem unteren Rand
in die Ausklinkung der Wand 4c ein; die Führupschienen 17 und 18 sind entfernt worden.
An den Stoßstellen der beiden Innenschalen werden die Verbindungen mittels der vorher
in der Wand 4c vorgesehenen Verbindungselemente hergestellt. Die obere und die untere
Verbindung können als biegesteifer oder als gelenkiger Anschluß, gegebenenfalls
mit Uberdeckungsstößen oder Muffen ausgebildet werden. Zur Abdichtung können Fugenbänder
oder andere Dichtungen vorgesehen sein.
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Die Führungsschienen 17 und 18 oder andere geeignete Führungsglieder
werden zweckmäßig jeweils während des Messervortriebs
eingebaut.
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Für die Herstellung der Innenschalen können auch Fertigteile verwendet
werden. In jedem Fall wird die Zwischenwand des fertigen Tunnelquerschnittes durch
eine Wand der Innenschale der Primär-Tunnelröhre gebildet; diese Wand, im Ausführungsbeispiel
die vertikale Wand 4c, könnte auch durch entsprechende Ausbildung der Innenschale
der Sekundär-Tunnelröhre verstärkt werden.
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Wie Fig. 4 zeigt, können nach dem geschilderten Verfahren auch Tunnel
mit mehrfah unterteiltem Querschnitt hergestellt werden. DiesgTunnel besteht aus
der Primär-Tunnelröhre 1 und zwei Sekundär-Tunnelröhren 2A und 2B, die beiderseits
der Tunnelröhre 1 liegen. Diese beiden äußeren Tunnelröhren sind jeweils auf einer
von zwei vertikalen Seitenwänden der Innenschalung der Primär-Tunnelröhre 1 abgestützt.
Die Darstellung in Fig. 4 zeigt schematisch den Bauzustand nach Fertigstellung der
Primär-Tunnelröhre und einer der Sekundär-Tunnelröhren, während der Hohlraum für
die zweite Sekundär-Tunnelröhre 2B mittels des Messerschildes gebildet wird.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Primär-Tunnelröhre 1A nach
einem konventionellen Verfahren in offener Bauweise hergestellt, Eine Seitenwand
dieser im Querschnitt rechteckigen Tunnelröhre ist bei der Herstellung so ausgebildet
worden,daß an ihr ein Messerschild geführt und später die Schale einer Sekundär-Tunnelröhre
2 abgestützt werden kann, die mittels des Messerschilds vorgetrieben wird.
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