Demanega

Tunnelbauwerke wie die Umfahrungsstraße in Branzoll, die 4 Meter unterhalb der Geländeoberfläche im Lockergestein ausgeführt wird, werfen zahlreiche Schwierigkeiten auf. Führen die Tunnelbauwerke unter bewohnten Gebieten hindurch, sind die Erschütterungen von extremer Bedeutung.

Die Belastungsannahmen sind bei Tunneln im Lockergestein komplex. Während bei oberflächennahen Tunnelbauwerken im Lockergestein die gesamte Überlagerung als Belastung wirkt, bildet sich bei tiefliegenden Tunnelröhren im Lockergestein ein Druckgewölbe aus, welches den Überlagerungsdruck abmindert. Faktisch wird angenommen, dass zwischen vertikalen Ebenen ein Siloerddruck wirkt, der mittragende Schubspannungen aktiviert. Es wirken folglich Wandreibungskräfte, die die vertikalen Kräfte abmindern.

Die selbsttragende Wirkung, auf die teilweise im Fels gezählt werden kann, wirkt im Lockergestein wenig bis gar nicht.

Der Vortrieb in Lockergestein kann (oberflächennah) offen erfolgen. Im Gebirge mit geringer Festigkeit oder im Lockergestein werden in geschlossener Bauweise Bagger (Hydraulikbagger) erfolgreich eingesetzt. Findlinge werden durch Hydraulikhammer zerkleinert. Vollschnittmaschinen kommen zur Anwendung, wenn die Länge und Größe einen effizienten Einsatz möglich machen. Andernfalls werden Teilschnittmaschinen eingesetzt. Schildmaschinen sind erforderlich, wenn die Stehzeit der Ortsbrust gering ist oder wenn Grundwasser vorherrscht.

Schildvortriebe sind sowohl mit Tunnelbaumaschinen als auch mit Baggern oder Fräsen einsetzbar.

Lockergesteine werden auch bei Tunnelprojekten im Fels durchquert, bei denen in den ersten 50 bis 250 Metern Lockergestein-Geröllfelder auftreten.

Tunnelbauwerke im Lockergestein werfen stets die Frage nach der Bodenart sowie nach den Grundwasserverhältnissen auf. Kohäsionsloser, rolliger Boden verfügt über eine sehr kurze Stehzeit. Demgegenüber kann die Stehzeit bei bindigem bis stark versteiftem Boden bis zum Sicherungseinbau ausreichen. Im letzteren Fall erfolgt die Sicherung in Spritzbetonbauweise, eventuell mit Ankern und / oder Bögen.

Liegt Grundwasser vor und kann dieses nicht abgesenkt werden, wird im luftdruckgestütztem Schildvortrieb (Schild mit Überdruck aus Luft), mit erddruckgestütztem Schildvortrieb (Schild nutzt den Erddruck im Vortrieb) oder mittels Hydroschildvortrieb (Wasser und Bentonit bzw. Tonmineralen zur Stabilisierung in sehr weichen Böden) gearbeitet. Anschließend folgt der Tübbingausbau. Alternativ wird die Gefriermethode oder die Injektionszwiebelmethode angewandt (mit Spritzbetonbauweise).

Insofern eine Grundwasserabsenkung möglich ist, kann mit offenen Schilden mit Tübbingen gearbeitet werden. Bei abgesenktem Grundwasser kann der Messervortrieb unter atmosphärischem Druck erfolgen. In Abwesenheit von Grundwasser werden Rohrschirme, Jetschirme oder Spieße angewandt (mit anschließender Spritzbetonsicherung). Spieße sind Anker, die nahezu parallel (10 – 15°) zur Tunnelachse in Abständen von 30 bis 60 cm bei Längen von 3 bis 5 Metern.

Bei Gebirgen, in denen große Verformungen erwartbar sind, werden Stahlbögen eingesetzt, die seitlich gegen Knicken gesichert werden. Insbesondere in nachbrüchigem, nicht standfestem und druckhaftem Gebirge kommen Ausbaubögen zum Einsatz. Diese gehen mit dem Spritzbeton oder der Betonschale einen Verbund ein. Die Ausbaubögen können mit Ankern gesichert werden.

Gerade im urbanen Gebiet sind bei Tunnelbauwerken Hebungsinjektionen (Kompensationsinjektion) notwendig, um die Setzungen zu kontrastieren.

Die Neue Österreichische Tunnelbaumethode (NÖT) sieht grundsätzlich vor, dass das Gestein selbst als tragendes Element in Betracht gezogen wird. Dadurch, dass Gestein und Tunnelröhre eine Verbundkonstruktion bilden, fallen die konstruktiven Elemente relativ schlank und effizient aus. Ungünstige Spannungs- und Verformungszustände werden durch rasche Sicherung minimiert. Indem der Sohlschluss rasch erfolgen soll, wird eine geschlossene Röhre beabsichtigt. Die messtechnische Unterstützung und Optimierung von Vortrieb und Sicherung macht aus der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) eine semi-emprirische Tunnelbaumethode.

Literatur:

[1] Gerhard Girmscheid: „Baubetrieb und Bauverfahren im Tunnelbau“, Ernst und Sohn, Berlin 2013

[2] Helmut Prinz und Roland Strauß: „Ingenieurgeologie“, Springer Spektrum, Berlin 2017