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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels vorzugsweise aus Stahlbeton sowie ein Führungsjoch als Hilfsmittel zur Ausübung dieses Verfahrens.
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Aus der DE-PS 12 47 369 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels aus Stahlbeton bekannt, bei dem die Tunnelröhre abschnittsweise in einer Vorpreßgrube hergestellt, am vorderen Ende durch ein Stirnschott verschlossen und mittels Vorschubpressen im Takt der Herstellung der Abschnitte durch ein Dichtungsportal der Vorpreßgrube in eine zuvor freigebaggerte, mit Wasser gefüllte Vorschubrinne längs der Tunnelgradiente vorgeschoben wird, wobei diese Tunnelgradiente nicht nur im Grundriß und/oder Aufriß gleichmäßig gekrümmt, sondern auch gerade ausgebildet sein kann.
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Bei dem aus der DE-PS 12 47 369 bekannten Verfahren wird die abschnittsweise in der gegen das Gewässer abgedichteten, trockenen Vorpreßgrube hergestellte Tunnelröhre in die in der Gewässersohle vorbereitete Rinne mittels Vorschubpressen vorgeschoben, die jeweils auf den vorletzten Tunnelabschnitt einwirken, damit es nicht erforderlich ist, das völlige Erhärten des jeweils zuletzt betonierten Tunnelabschnitts abzuwarten. Um die Vorschubpressen an den jeweils vorletzten Tunnelabschnitt angreifen zu lassen, müssen besondere Widerlager an der Tunnelröhre angebracht werden, Außerdem ist es erforderlich, Stütz- und Trageinrichtungen vorzusehen, um den zuletzt betonierten und noch nicht völlig erhärteten Tunnelabschnitt gegen ein Absenken beim Vorschieben zu sichern.
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Aus der DE-PS 26 19 510 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels aus Stahlbeton bekannt, bei dem der zuletzt betonierte Tunnelabschnitt nach Erhärtung mit der auf Gleitführungen abgestützten Schalungsbodenplatte durch in diese eingeleitete Schubkräfte vorgeschoben und anschließend die Bodenplatte zur Herstellung des folgenden Abschnitts in ihre den Boden der Schalung bildende Lage zurückgezogen wird. Auf diese Weise lassen sich die Vorschubkräfte mittels der in der Art eines Schlittens wirkenden Schalungsbodenplatte in die Tunnelröhre, einleiten, ohne daß der zuletzt hergestellte Tunnelabschnitt mit diesen Vorschubkräften belastet wird. Dieser zuletzt hergestellte Tunnelabschnitt wird während des Vorschiebens der Tunnelröhre durch die Schalungsbodenplatte geführt, so daß ein Absenken dieses zuletzt anbetonierten Tunnelabschnitts verhindert wird.
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Bei den bekannten Verfahren wird die aus dem Dichtungsportal der Vorpreßgrube vorgeschobene Tunnelröhre, die auch als sogenannter Gliedertunnel aus einzelnen gegeneinander beweglichen und untereinander abgedichteten Abschnitten ausgebildet sein kann, auf Längsschwellen abgestützt und geführt, die nach dem Ausbaggern der Vorschubrinne in Unterwasserarbeit hergestellt und je nach Untergrund flach- oder tiefgegründet sind. Hierbei kann die Tunnelröhre gemäß der DE-PS 17 84 974 an ihrem vorderen Ende mit einem Schlitten versehen sein, der außer Führungsaufgaben beim Vorschieben der Tunnelröhre zugleich ein Nach- und Feinplanieren der Vorschubrinne bewirkt.
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Um besondere Vorbereitungen der Sohle der Vorschubrinne über die gesamte Länge der Tunnelröhre zu vermeiden, ist es aus der DE-PS 26 59 907 bekannt, in der Vorschubrinne im Abstand voneinander Führungs- und Tragkörper anzuordnen, deren obere Auflageflächen unter der Ebene des Rinnenbodens liegen. Bei diesem bekannten Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels wird die obere Schicht des Rinnenbodens bis zur Ebene der Auflageflächen durch die vorgeschobene Tunnelröhre verdrängt, wobei die Führungs- und Tragkörper fixe Punkte zur Auflage der Tunnelröhre bilden. Der jeweilige Auflagedruck der Tunnelröhre auf die Bettungsschicht läßt sich durch Fluten oder Lenzen von in der Tunnelröhre befindlichen Kammern steuern.
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Den bekannten Verfahren haftet insgesamt der Nachteil an, daß außer dem Freibaggern der Vorschubrinne aufwendige Vorarbeiten unter Wasser durchgeführt werden müssen, um die Tunnelröhre bei ihrem Vorschub unter Wasser auf der Sohle der Vorschubrinne abzustützen und zu führen. Diese in Unterwasserarbeit auszuführenden Vorarbeiten sind insbesondere dann aufwendig und schwierig, wenn die Tunnelröhre als Gliedertunnel aus einzelnen, in gewissen Grenzen gegeneinander beweglichen Abschnitten ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels aus Stahlbeton, aus einer Stahlkonstruktion mit z. B. Ballastbeton oder aus ähnlichen Baustoffen zu schaffen, bei dem die Tunnelröhre abschnittsweise in einer Vorpreßgrube hergestellt, am vorderen Ende durch ein Stirnschott verschlossen und mittels Vorschubpressen im Takt der Herstellung der Abschnitte durch ein Dichtungsportal der Vorpreßgrube in eine zuvor freigebaggerte, mit Wasser gefüllte Vorschubrinne längs der Tunnelgradiente vorgeschoben wird, ohne daß es aufwendiger Unterwasserarbeiten zur Herstellung von Führungs- und Tragkörpern auf der gesamten Länge der Vorschubrinne bedarf.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die im Bauzustand durchgehend einstückig als biegesteifer Stab ausgebildete Tunnelröhre frei auskragend bis zum ersten von mehreren Führungsjochen sowie zwischen Führungsjochen vorgeschoben wird, die in größerem Abstand entsprechend der Tunnelgradiente längs der Vorschubrinne zur Führung der Tunnelröhre in senkrechter und waagerechter Richtung angeordnet sind, und daß die Höhenlage der frei unter Wasser schwimmenden Kragarmspitze der Tunnelröhre während des Vorschubes gemessen und durch Ballastierung auf dem jeweiligen Sollwert gehalten wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Tunnelröhre als im Bauzustand einstückiger und biegesteifer Stab wird die Möglichkeit geschaffen, die elastische Tunnelröhre über die gesamte Vorschubstrecke von etlichen hundert Metern mit frei auskragender Kragarmspitze unter Wasser schwimmend vorzuschieben, so daß in größerem Abstand angeordnete Führungsjoche ausreichen, die Tunnelröhre während des Vorschubes zuverlässig in der vorgeschriebenen Sollage zu führen und zu halten. Die in Abständen von z. B. 80 bis 120 m angeordneten Führungsjoche stellen hierbei im Hinblick auf das Gesamtbauvorhaben keine ins Gewicht fallenden Hilfsmittel dar. Wegen ihres großen Abstandes wird durch sie die Schiffahrt nicht behindert. Durch die erfindungsgemäßen Führungsjoche ist es zusätzlich möglich, den seitlichen Strömungsdruck aus dem fließenden Wasser z. B. eines Flusses zuverlässig aufzunehmen. Da die Tunnelröhre während des Vorschubvorganges unter Wasser praktisch schwimmt, ergeben sich nur sehr geringe Auflagekräfte auf den Führungsjochen. Die unvermeidbaren Schwankungen im spezifischen Gewicht z. B. des Stahlbetons bzw. des Ballastbetons sowie die Maßtoleranzen bei der Herstellung der Tunnelröhre, die eine exakte Vorausberechnung des Auftriebes unmöglich machen, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren durch Ballastierung ausgeglichen. Diese Ballastierung erfolgt aufgrund von Höhenmessungen der Lage der Tunnelröhre während des Vorschubes, so daß eine rechnerisch exakte Bestimmung der erforderlichen Ballastierung möglich wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Durchbiegung der Kragarmspitze bei Überlast nach unten bzw. beim Aufschwimmen nach oben gemessen und hieraus rechnerisch die erforderliche Ballastierung bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Messung durch Höhenmessung innen in der Tunnelröhre z. B. mittels eines Laserstrahls am Stirnschott. Auf diese Weise ist es ohne Schwierigkeiten möglich, aufgrund der kontinuierlich oder in bestimmten Abständen erfolgenden Messungen rechnerisch exakt die jeweils erforderliche Ballastierung zu bestimmen, die entweder mittels Wasser oder Beton erfolgt. Wenn die Tunnelröhre frei aus dem Dichtungsportal der Vorpreßgrube auskragt, d. h. das erste Führungsjoch noch nicht erreicht hat, ist eine zusätzliche Kontrolle der statischen Gesamtkräfte über die Pressendrücke der Auflagerpressen in der Vorpreßgrube möglich.
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Beim weiteren Ausschieben der Tunnelröhre aus dem Dichtungsportal der Vorpreßgrube werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die senkrechten Auflagerkräfte der Tunnelröhre auf Quertraversen der Führungsjoche gemessen und hieraus rechnerisch die erforderlichen Ballastierungen bestimmt. Es ist somit auch bei einer zusätzlichen Führung und Abstützung der Tunnelröhre durch die Führungsjoche die Möglichkeit gegeben, die jeweilige Ballastierung aufgrund exakter Meßergebnisse zur Einhaltung der Solllage genau zu steuern.
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Mit der Erfindung wird weiterhin ein Führungsjoch zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, das mit einer Quertraverse ausgestattet ist, die mit Auflagern für die Tunnelröhre versehen und höhenverstellbar an seitlichen Stützen gelagert ist, an denen zusätzlich horizontal einstellbare seitliche Führungen für die Tunnelröhre ausgebildet sind. Derartige, z. B. im Abstand von 80 bis 120 m angeordnete Führungsjoche lassen sich ohne Schwierigkeiten nach dem Freibaggern der Vorschubrinne für die Tunnelröhre einbringen, ohne die Schiffahrt zu behindern.
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Zur Höhenverstellung der Quertraverse und zur Verstellung der seitlichen Führungen werden vorzugsweise hydraulische Pressen vorgesehen, die von einer oberhalb des Wasserspiegels liegenden Arbeitsplattform steuerbar sind. Die Auflager der Quertraversen und die Führungen der seitlichen Stützen werden vorzugsweise als Gleit- oder Rollenlager ausgebildet.
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Mit der Erfindung wird insgesamt ein Verfahren zur Herstellung eines Unterwassertunnels z. B. aus Stahlbeton einschließlich eines Hilfsmittels zu seiner Ausübung geschaffen, das den Aufwand für die Führung und Abstützung der Tunnelröhre beim Vorschub in der ausgebaggerten Rinne erheblich reduziert und gleichzeitig eine Steuerung bzw. exakte Einhaltung der Sollage während des Vorschiebens garantiert, so daß auch sehr lange Unterwassertunnel ohne Behinderung der Schiffahrt einstückig und damit frei von Abdichtungsproblemen hergestellt werden können.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist die Tunnelröhre im Bauzustand als durchgehend einstückig biegesteifer Stab auszubilden. Nach Abschluß der Vorschubarbeiten kann die durchgehende Biegesteifigkeit dadurch aufgehoben werden, daß an vorher festgelegten Stellen nachträglich ein Gelenk hergestellt wird, d. h. daß in diesen Bereichen z. B. zusätzliche Spannglieder oder ähnliche Konstruktionen wieder ausgebaut bzw. entlastet werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, das Bauwerk für den Endzustand als durchgehend einstückig biegesteifer Stab zu belassen. Hierbei werden konsequenterweise die vorgenannten Gelenke nicht erforderlich, damit entfallen auch Schwachstellen in der Gesamtkonstruktion.
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Auf der Zeichnung sind der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und ein Ausführungsbeispiel für einen Unterwassertunnel in Stahlbeton und ein erfindungsgemäßes Führungsjoch schematisch dargestellt, und zwar zeigt
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Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Tunnelröhre mit gekrümmter Sollage während des Vorschubvorganges,
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Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II durch die Kragarmspitze der Tunnelröhre,
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Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1 mit schematischer Darstellung eines Führungsjoches und
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Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Tunnelröhre in fertig vorgeschobenem Zustand.
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In den Fig. 1 und 4 ist eine Vorpreßgrube 1 zu erkennen, die seitlich neben einem Gewässer 2 ausgehoben und gegenüber diesem Gewässer 2 abgedichtet ist. Die Abdichtung umfaßt ein Dichtungsportal 3, welches mit Gleitdichtungen für eine Tunnelröhre 4 versehen ist, die abschnittsweise aus Stahlbeton in der Vorpreßgrube 1 hergestellt, am vorderen Ende durch ein Stirnschott 5 verschlossen und im Takt der Herstellung durch das Dichtungsportal 3 in das Gewässer 2 vorgeschoben wird. Für diesen Vorschub der Tunnelröhre 4 ist zuvor eine Vorschubrinne 6 ausgebaggert worden, die im Querschnitt in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist. Diese Darstellungen zeigen, daß die Vorschubrinne 6 mit Wasser gefüllt ist.
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Beim Ausführungsbeispiel soll die Tunnelröhre 4 einen Fluß unterqueren, dessen Gewässerufer 7 in Fig. 4 zu erkennen sind. Diese Darstellung zeigt auch, daß an dem der Vorpreßgrube 1 gegenüberliegenden Gewässerufer 7 eine Zielgrube 8 ausgebildet ist, die ebenfalls ein Dichtungsportal 9 zur Aufnahme der Tunnelröhre 4 umfaßt.
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In der Vorpreßgrube 1 sind mehrere Auflagerpressen 10 vorgesehen, auf denen der jeweils zuletzt hergestellte Abschnitt und ein hinteres Stück der fertigen Tunnelröhre 4 aufliegen. Damit ist die Tunnelröhre 4 im Bereich der Vorpreßgrube 1 justierbar gelagert, da die Auflagerpressen 10 in der Höhe verstellbar sind. Der zuletzt hergestellte Abschnitt der Tunnelröhre 4 wird jeweils an das Ende der fertigen Tunnelröhre 4 anbetoniert, so daß die gesamte Tunnelröhre 4 nach ihrer Fertigstellung keine Dehnungsfugen oder Gelenke aufweist. Das Vorschieben der Tunnelröhre 4 geschieht durch Vorschußpressen 11, die innerhalb der Vorpreßgrube 1 angeordnet und in Fig. 1 erkennbar sind.
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Die an der Stirnseite durch das Stirnschott 5 wasserdicht verschlossene Tunnelröhre 4 , die entsprechend der Länge der hergestellten Abschnitte im Takt aus dem Dichtungsportal 3 der Vorpreßgrube 1 vorgeschoben wird, bildet einen biegesteifen Stab, der frei auskragend unter Wasser schwimmt, bis er ein erstes von mehreren Führungsjochen 12 erreicht hat. Diese Führungsjoche 12 sind in größerem Abstand, d. h. in einem Abstand von z. B. ca. 80 bis 120 m entsprechend der Tunnelgradiente längs der Vorschubrinne 6 angeordnet. Das auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem die Gesamtlänge der Tunnelröhre 4 mit etwa 700 m angenommen worden ist, zeigt insgesamt sechs derartige Führungsjoche 12.
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Jedes Führungsjoch besteht beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 aus zwei seitlichen Stützen 13, an denen eine Quertraverse 14 höhenverstellbar gelagert ist. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt diese Höhenverstellung der Quertraverse 14 durch hydrauliche Pressen 15, die am oberen, aus dem Gewässer 2 herausragenden Ende der Stützen 13 angeordnet und über Zugstangen 16 mit der Traverse 14 verbunden sind. Zur Bedienung dieser hydraulischen Pressen 15 ist an jeder Stütze 13 oberhalb des Wasserspiegels eine Arbeitsplattform 17 angeordnet.
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Auf den Quertraversen 14 der Führungsjoche 12 sind Auflager 18 für die Tunnelröhre 4 angeordnet. Diese Auflager 18 können durch Gleit- oder Rollenlager gebildet sein. Auf ihnen liegt die Tunnelröhre 4 in senkrechter Richtung auf. Für die seitliche Führung der Tunnelröhre 4 an den Führungsjochen 12 sind an den Stützen 13 Führungen 19 vorgesehen, die in waagerechter Richtung durch z. B. hydraulische Pressen, - die ebenfalls von der Arbeitsplattform 17 bedient werden - einstellbar und ebenfalls aus Gleit- oder Rollenlagern gebildet sind.
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Die als biegesteifer Stab ausgebildete Tunnelröhre 4 wird frei auskragend aus dem Dichtungsportal 3 der Vorpreßgrube 1 vorgeschoben, wobei die Einspannteile in der Vorpreßgrube 1 liegt. Durch Verstellung der Auflagerpressen 10 wird die Tunnelröhre 4 in Übereinstimmung mit der Tunnelgradiente ausgerichtet. Da das vorgepreßte Tunnelstück stirnseitig mit Hilfe des Stirnschottes 5 wasserdicht abgeschottet ist, schwimmt die jeweils in das Gewässer 2 auskragende Tunnelröhre 4 praktisch im Wasser, wobei das Gewicht mit Hilfe von Ballast 20 so gesteuert wird, daß die unter Wasser schwimmende Tunnelröhre 4 die vorherbestimmte Lage einnimmt. Die jeweilige Höhenlage der Kragarmspitze, d. h. des vorderen Endes der Tunnelröhre 4 wird ständig gemessen, und zwar vorzugsweise durch eine Höhenmessung innerhalb der trockenen Tunnelröhre mittels z. B. eines Laserstrahles, der auf das Stirnschott 5 auftritt. Mit Hilfe dieser Höhenmessungen kann die Durchbiegung der frei auskragenden Tunnelröhre 4 genau ermittelt werden, und zwar unabhängig davon, ob sich die Tunnelröhre 4 infolge eines Übergewichtes nach unten durchbiegt oder infolge von Auftriebskräften nach oben ausweicht. Aufgrund der Messungen wird die Ballastierung der Tunnelröhre 4 rechnerisch exakt bestimmt, so daß die Lage der Tunnelröhre 4 unterhalb des Wassers genau gesteuert werden kann.
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In der voranstehend beschriebenen Weise ist es möglich, die Tunnelröhre 4 im Bauzustand aus der Vorpreßgrube 1 bis z. B. etwa 120 m frei auskragen zu lassen. Beim Ausführungsbeispiel befindet sich allerdings bereits im Abstand von etwa 100 m das erste Führungsjoch 12, welches die vorgeschobene Tunnelröhre 4 sowohl in der Höhe als auch in der Seitenlage führt. Die weiteren Führungsjoche 12 sind in Abständen von 80 bis 120 m angeordnet. Durch Höhenverstellung der Quertraversen 14 und seitliche Verstellung der Führungen 19 wird die Tunnelröhre 4 mittels jedes Führungsjoches 12 in ihre vorgeschriebene Position gebracht. Zwischen den einzelnen Führungsjochen 12 wird die Tunnelröhre 4 wiederum frei auskragend vorgeschoben. Da die Tunnelröhre 4 unter Wasser praktisch schwimmt, liegt sie mit sehr geringer Überlast auf den Auflagern 18 der Quertraversen 14 der Führungsjoche 12 auf, so daß in soweit weder große Kräfte auf die Führungsjoche 12 ausgeübt werden, noch hohe Reibungen an den Auflagern 18 und Führungen 19 entstehen. Bei der praktischen Ausbildung kann jede Stütze 13 z. B. aus Stahldalben mit seitlichen Führungsschienen bestehen, an denen die Quertraverse 14 höhenverstellbar geführt ist. Die Stützen 13 können z. B. auch aus Stahlgittermasten bestehen, die als Gründungskörper eine Stahlbetonkonstruktion haben, die z. B. unter einer Taucherglocke hergestellt worden ist.
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In Fig. 4 ist ein Bauzustand dargestellt, bei dem die Tunnelröhre 4 die Zielgrube 8 erreicht hat. Das vordere Ende der Tunnelröhre 4 ragt abgedichtet durch das Dichtungsportal 9 der Zielgrube 8 hindurch. Im Endzustand liegt die Tunnelröhre 4 insgesamt z. B. auf einem eingespülten Sandbett auf, so daß eine gleichmäßige Auflagerung des gesamten Tunnelbauwerkes erzielt wird. Anschließend werden die Führungsjoche 12 zumindest im oberen Teil entfernt, und die gesamte Vorschubrinne 6 wird verfüllt. Die eigentliche Tunnelröhre 4 kann hierbei mit Grobsand abgedeckt werden. Die an beiden Gewässerufern 7 nunmehr herzustellenden Anschlüsse sind in Fig. 4 gepunktet angedeutet.