DE3702254A1 - Verfahren zum herstellen eines ein gewaesser querenden tunnels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines ein Gewässer querenden Tunnels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein ein Gewässer, z.B. einen Fluß, querender Tunnel kann entweder in offener Bauweise, z.B. in verbauter Baugrube oder als Unterwassertunnel, bei dem einzelne aus Stahl oder Stahlbeton bestehende vorgefertigte Abschnitte der Tunnelröhre eingeschwommen und abgesenkt werden, oder in geschlossener Bauweise, z.B. im Schild- oder Rohrvortrieb mittels eines Vortriebsschildes hergestellt werden. Während die Herstellung eines Tunnels in verbauter Baugrube den Nachteil hat, daß das zu querende Gewässer während der Bauzeit zumindest abschnittsweise gesperrt bzw. eingeengt werden muß, hat die Herstellung eines Tunnels in geschlossener Bauweise den Nachteil, daß die Tunnelröhre zur Einhaltung der Mindestüberdeckung im Scheitelbereich, um Ausbläser zu verhindern, in eine aus Gründen optimaler Gradientenführung unerwünschte Tiefe unterhalb der Gewässersohle gelegt werden muß.

Zur Vermeidung dieser Nachteile werden deshalb oft einzelne Tunnelabschnitte vorgefertigt, die über das Gewässer eingeschwommen und durch Ballastierung abgesenkt werden. Auch dieses Verfahren ist jedoch nicht frei von Nachteilen. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Tunnelabschnitte in einer zuvor auszubaggernden Rinne in der Gewässersohle verlegt. Dabei besteht ein Problem darin, daß diese Rinne nur bis an die beiden Ufer des Gewässers heranreichen kann, weil diese in der Regel entweder bebaut oder mit Deichen oder anderen Schutzbauwerken gesichert sind. Aus diesem Grund müssen zwischen diesem im Strombereich liegenden Teil der Tunnelröhre und den im Uferbereich liegenden Teilen Übergangsbauwerke errichtet werden, die nicht nur aufwendig sind, sondern oft auch die bestehende Ufergestaltung empfindlich stören. In den Uferbereichen, die meist der Gewinnung der erforderlichen Tiefe dienen, wird die Tunnelstrecke je nach den örtlichen Gegebenheiten entweder in offener oder geschlossener Bauweise hergestellt.

Diese Übergangsbauwerke haben aber noch eine weitere Aufgabe. Für die in einem Tunnel, insbesondere in einem Straßentunnel unterzubringenden Fahrspuren wird im Bereich der Absenkstrecke in der Regel ein Rechteckquerschnitt gewählt, der sich leicht herstellen und absenken läßt, während sich für die umweltschonendere geschlossene Bauweise als Querschnitt die Kreisform anbietet. Da in einem Rechteckquerschnitt die erforderlichen Lüftungskanäle seitlich des Verkehrsraumes, bei einem Kreisquerschnitt aber oberhalb und unterhalb des Verkehrsraumes angeordnet werden, hat das Übergangsbauwerk, wenn es nicht ohnehin Lüftungsstationen aufnimmt, im wesentlichen die Aufgabe, ein Verbindungsglied zwischen dem Kreisquerschnitt und dem Rechteckquerschnitt zu bilden und insbesondere ein Verziehen der Lüftungsquerschnitte zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, um bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art auf die aufwendigen und die Uferlandschaft störenden Übergangsbauwerke verzichten zu können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die in geschlossener Bauweise herzustellenden, im Uferbereich liegenden Teile der Tunnelröhre unmittelbar an den im Strombereich liegenden, in offener Bauweise hergestellten Teil anzuschließen. Dies gelingt einmal dadurch, daß die Innenquerschnitte der nach unterschiedlichen Verfahren hergestellten Teile der Tunnelröhre in einander entsprechender Weise ausgebildet, d.h. die Lüftungskanäle an entsprechenden Stellen des Querschnitts angeordnet werden und zum anderen dadurch, daß der im Absenkverfahren herzustellende, im Strombereich liegende Teil der Tunnelröhre zuerst fertiggestellt und so jeweils ein Bezugspunkt geschaffen wird, an den die in geschlossener Bauweise aufzufahrenden, im Uferbereich liegenden Teile der Tunnelröhre herangeführt und angeschlossen werden können. Dies gelingt besonders einfach dann, wenn an den Endteilen der Tunnelröhre im Strombereich muffenförmige Ausbildungen geschaffen werden, in welche der Vortriebsschild der geschlossenen Bauweise eingefahren werden kann. Der aus Toleranzgründen notwendige Ringspalt kann relativ leicht gedichtet werden, z.B. durch Injektion eines erhärtenden Materials in den Boden oder durch aufblasbare Packer.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die herzustellende Tunnelröhre,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vortriebsstrecke im Uferbereich entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Absenkstrecke im Strombereich entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine andere Querschnittsausbildung für die Tunnelröhre im Strombereich,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch den Stoß zwischen Vortriebsbereich und Absenkbereich der Tunnelröhre,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Stoßes gemäß Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt und

Fig. 8 einen Horizontalschnitt durch eine mehrspurige Tunnelröhre, bei welcher der Vortriebsbereich aus zwei Tunnelröhren besteht.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Gewässer, z.B. einen Flußlauf 1, der von seitlichen Uferzonen 2 begrenzt wird, die zur Sicherung gegen Hochwasser Dämme 3 aufweisen. Unterhalb dieses Flußlaufes, dessen ursprüngliche Sohle bei 4 angegeben ist, soll zur Verbindung der Ufer ein Tunnel 5 errichtet werden. Fig. 1 zeigt einen Bauzustand während der Errichtung dieses Tunnels, der nachstehend näher erläutert wird.

Die Errichtung des Tunnels 5 erfolgt im Strombereich 6 und in den Uferbereichen 7, 7′ auf unterschiedliche Weise. Im Strombereich 6 wird zunächst eine Rinne 8 ausgehoben, deren Sohle 9 und Böschungen 10 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Die Länge der Rinne 8 wird so gewählt, daß die Böschungen 10 möglichst wenig in die Uferzonen 2 eingreifen und ihre Sohle 9 so, daß die Tunnelachse 11 möglichst hoch zu liegen kommt, die Scheitelüberdeckung 12 also möglichst gering wird. Dadurch können die in Fahrtrichtung des Tunnels gesehen vor und hinter dem Tiefstpunkt des Tunnels gelegenen Gefälle und Steigungen gering und der für die festigkeitsmäßige Auslegung des Tunnels wesentliche Wasserdruck niedrig gehalten werden.

In die Rinne 8 werden zur Herstellung des im Strombereich 6 liegenden Teils 5 a der Tunnelröhre 5 einzelne Tunnelabschnitte 5′, die andernorts hergestellt wurden,

eingeschwommen, durch Ballastieren abgesenkt und gegründet. Die Tunnelabschnitte 5′ bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Stahlbeton; sie sind zum Einschwimmen an den Stirnseiten durch Schotts abgedichtet, die entfernt werden können, sobald die stirnseitige Dichtung zwischen benachbarten Tunnelabschnitten 5′ wirksam geworden ist. Anschließend wird die Rinne 8 wieder verfüllt und das ursprüngliche Gewässerprofil wieder hergestellt. Damit ist das aus mehreren miteinander verbundenen Tunnelabschnitten bestehende Mittelstück 5 a des zu erstellenden Tunnels 5 fertiggestellt, ohne daß für dieses eine landseitige Anbindung besteht. Ein behelfsmäßiger Zugang kann durch ein Steigrohr 13 an einem oder an beiden Enden des Mittelstücks 5 a hergestellt werden.

Sodann werden gleichzeitig, oder, wie in Fig. 1 angedeutet, nacheinander im Bereich der landseitigen Enden des zu errichtenden Tunnels Baugruben 14, 14′ ausgehoben, von denen aus jeweils die im Uferbereich 7, 7′ liegenden Teile 5 b, 5 c der Tunnelröhre 5 im Tunnelvortrieb in geschlossener Bauweise in Richtung auf das abgesenkte Mittelstück 5 a hergestellt werden. In Fig. 1 ist im linken Teil der Darstellung im Uferbereich 7 ein Schildvortrieb mit einem Vortriebsschild 15 dargestellt, der sich in Richtung des Pfeils 16 auf das Ende 17 des äußersten Abschnitts 5′ des Mittelstücks 5 a des Tunnels hin bewegt. Der Schildvortrieb ist ein bewährtes und erprobtes Verfahren mit großer Zielgenauigkeit und geringen Herstellungstoleranzen. Dabei wird ein Vortriebsschild im Untergrund vorangetrieben, in dessen Schutz die den Gebirgsdruck aufnehmende Tunnelauskleidung hergestellt wird.

Ein Tunnelvortrieb in Lockerböden, für den dieses Verfahren in erster Linie geeignet erscheint, verwendet in der Regel einen Schildvortrieb mit kreisförmigem Querschnitt. Ein solcher Querschnitt mit der typischen Querschnittsaufteilung für einen Straßentunnel ist beispielhaft in Fig. 2 angegeben, die einen Querschnitt durch die Tunnelröhre 5 b im Uferbereich 7 entlang der Linien II-II in Fig. 1 zeigt. Der herzustellende Kreisquerschnitt wird gegen das Gebirge 18 durch die Tunnelauskleidung 19 gestützt, die in an sich bekannter Weise aus einzelnen Tübbingringen besteht; selbstverständlich sind auch andere Auskleidungsformen denkbar. Der Verkehrsraum 20 wird nach unten durch die Fahrbahnplatte 21 und nach oben durch eine Deckenplatte 22 begrenzt. Die übliche Führung der Tunnellüftung erfolgt in einem unterhalb der Fahrbahnplatte 21 liegenden Zuluftkanal 23 und einem durch die Deckenplatte 22 begrenzten Abluftkanal 24.

Nach der Erfindung werden auch die Tunnelabschnitte 5′ für das Mittelstück 5 a der Tunnelröhre 5, deren Montage durch Einschwimmen und Absenken weiter oben erläutert wurde, so ausgebildet, daß sie denselben Innendurchmesser und denselben inneren Querschnitt besitzen wie die in geschlossener Bauweise hergestellten Teile 5 b und 5 c der Tunnelröhre 5. Lediglich die äußeren Abmessungen dieser vorzugsweise aus Stahlbeton herzustellenden Tunnelabschnitte 5′ sind größer als der äußere Durchmesser des im Vortriebsverfahren hergestellten Teils 5 b der Tunnelröhre 5, da die Abschnitte 5′ zum Zweck der Auftriebssicherheit im Gewässer ein größeres Eigengewicht aufweisen müssen als die landseitigen Teile 5 b, 5 c der Tunnelröhre 5.

Ein Ausführungsbeispiel für den Querschnitt eines solchen Tunnelabschnitts 5′ ist in Fig. 3 dargestellt, die einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 zeigt. Die Außenwand 25 des Abschnitts 5′ folgt hier in ihrer Kreisform derjenigen des im Vortrieb hergestellten Teils 5 b der Tunnelröhre 5 mit entsprechend größerer Wanddicke. In der inneren Ausgestaltung bestehend aus Verkehrsraum 20, Fahrbahnplatte 21, Decke 22, Zuluftkanal 23 und Abluftkanal 24 stimmen beide Querschnitte überein. Dies gilt auch für den in Fig. 4 alternativ dargestellten Querschnitt mit hufeisenförmiger Außenwand 26 und ebener Grundfläche 27, die in manchen Fällen günstiger gegründet werden kann.

Durch die größere Wanddicke der Abschnitte 5′ ist es möglich, die Endteile 17 der jeweils äußeren Abschnitte 5′ in Form einer Steckmuffe auszubilden. Dies ist in Fig. 5 angedeutet, die einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch den Scheitelbereich der Tunnelröhre 5 im Bereich des Übergangs vom Mittelstück 5 a zu dem Teilstück 5 b im Uferbereich zeigt. Hier ist durch Verringerung der Dicke der Außenwand 25 des Abschnitts an seinem stirnseitigen Ende 17 ein Muffenring 28 geschaffen, in den der Schild der Vortriebsmaschine 15 einfahren kann. Der Innendurchmesser des Muffenrings 28 ist aus Toleranzgründen etwas größer als der Außendurchmesser des Schildmantels 29, so daß etwaige Ungenauigkeiten ausgeglichen werden können.

Um nun den zwischen dem Druckschott 30 des Vortriebsschildes 15 und dem Endschott 31 des Tunnelabschnitts 5′ befindlichen Raum von Boden und Wasser befreien und ihn unter atmosphärischen Druck bringen zu können, ist es erforderlich, den Ringspalt 34 zwischen dem Muffenring 28 und dem Schildmantel 29 abzudichten. Hierzu wird zunächst eine vorläufige Abdichtung hergestellt, beispielsweise in Form einer wasserundurchlässigen Bodeninjektion 32, die z.B. durch in der Wand 25 des Tunnelabschnitts 5′ vorgesehene Injektionskanäle 33 eingepreßt werden kann. Möglich erscheint auch eine an sich bekannte, nach Art eines Packers ausgebildete Gummidichtung, die im Ringspalt 34 angeordnet und aktiviert wird. Eine endgültige Fugendichtung 35, beispielsweise aus einem geeigneten Dichtungsband aus elastischem Material, wird eingebaut, nachdem der Schildmantel 29 eine innere Stahlbetonauskleidung 36 erhalten hat.

Bereits nach dem Wirksamwerden der vorläufigen Dichtung 32 können das Druckschott 30, das Endschott 31 und die maschinelle Einrichtung der Tunnelbaumaschine entfernt werden. Der Tunnel ist dann mit einem gleichbleibenden Querschnitt durchgängig. Der Schildmantel 29 der Tunnelbaumaschine verbleibt im Boden; er ist verloren.

Um den Schildmantel 29 ausbauen und gegebenenfalls wiedergewinnen zu können, ist es auch, wie in Fig. 6 dargestellt ist, möglich, den Muffenring 28′ so langgezogen auszubilden, daß er den Schildmantel 29 in seiner Länge überdeckt, so daß die ersten Tübbingringe der Tunnelauskleidung 19 hinter dem Ende des Schildmantels 29 in analoger Weise an den Muffenring 28′ angedichtet werden können. In diesem Fall kann im Schutz des Muffenrings 28′ die gesamte Schildkonstruktion ausgebaut und wiedergewonnen werden.

Wenn die Dicke der Tunnelauskleidung 25 nicht ausreicht, um den Muffering 28 zu bilden, ist es auch möglich, am Ende 17 des abgesenkten Bereichs 5 a der Tunnelröhre eine glockenförmige Verdickung 37 vorzusehen, wie in Fig. 5 gestrichelt angedeutet und in Fig. 6 dargestellt.

Wie bei mehrspurigen Fahrbahnen der Anschluß der Vortriebsstrecke an die Absenkstrecke bewerkstelligt werden kann, zeigen die Fig. 7 und 8.

Der Horizontalschnitt der Fig. 8 zeigt die große Breite der Tunnelabschnitte 5′′ im Strombereich, die zumindest im Endbereich neben der Außenwand 38 eine Zwischenwand 39 aufweisen. In diesem, wie ein Endschott wirkenden Querschnitt sind nebeneinander zwei kreisförmige Muffenringe 40, 41 gebildet, in welche, wie vorbeschrieben, die Vortriebsschilde 42, 43 eingefahren und die Ringspalte durch Injektion von erhärtendem Material 32 gedichtet sind. Dabei ist in dem linken Teil der Darstellung der Schild 42 gerade eingefahren; die Druckschotts 44 und 45 sind noch vorhanden. Im rechten Teil der Darstellung ist der Teil 5 b der Tunnelröhre 5 auch im Bereich des Schildmantels fertiggestellt und der Tunnel durchgängig.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines ein Gewässer querenden Tunnels, bei dem der im Strombereich liegende Teil der Tunnelröhre in offener und der bzw. die anschließenden, im Uferbereich liegenden Teile der Tunnelröhre in geschlossener Bauweise mittels eines Vortriebsschildes hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der im Strombereich liegende Teil (5 a) der Tunnelröhre (5) hergestellt und danach der bzw. die im Uferbereich liegenden Teile (5 b, 5 c) der Tunnelröhre (5) vom Land aus aufgefahren werden, wobei deren vortriebsseitige Enden unmittelbar und gedichtet an das diesen jeweils im Innenquerschnitt entsprechende Ende (17) des bereits hergestellten Teils (5 a) der Tunnelröhre (5) angeschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endteil (17) des bereits hergestellten Teils (5 a) der Tunnelröhre (5) muffenartig ausgebildet ist und der Vortriebsschild (15) in dieses eingefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die muffenartige Ausbildung des Endteils (17) sich über eine Länge erstreckt, die größer ist als die Länge des Mantels (29) des Vortriebsschildes (15), der nach Dichtung des in dessen Schutz hergestellten Teils (5 b, 5 c) der Tunnelröhre gegen das Endteil (17) ausgebaut wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur vorläufigen Dichtung der Fuge der diese umgebende Bereich des Bodens mit einem erhärtenden Material injiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei großer Breite des in offener Bauweise herzustellenden Teils (5 a) der Tunnelröhre (5) der bzw. die anschließenden Bereiche (5 b bzw. 5 c) in zwei oder mehr nebeneinanderliegenden Röhren aufgefahren und diese jeweils an ein entsprechend ausgebildetes Endteil des bereits hergestellten Teils der Tunnelröhre angeschlossen werden.