Demanega

Historisch betrachtet geht der Tunnelbau aus dem Bergbau hervor. Während der Bergbau das Ziel verfolgt, Ressourcen aus dem Gebirge zu beziehen, führen Erfordernisse der Wirtschaftlichkeit dazu, Ressourcen tendenziell oberflächennah zu beziehen, Demgegenüber strebt der Tunnelbau in die Tiefe.

Die historische Sicherung durch Holzkonstruktionen und der folgende Ausbau durch Sichtmauerwerk, bedingten starke Auflockerungen des Gebirges. Inzwischen stehen weiterreichende Verfahren und Möglichkeiten zur Verfügung.

Ein Vollausbruch ist gebirgsschonend, weil dieser ohne mehrmalige Spannungsumlagerungen ausgeführt wird. Nachteilig wirkt sich die mangelhafte Anpassbarkeit, etwa bei unerwartet schlechten Gebirgsverhältnissen, aus. In der Regel werden beim Tunnelbaumaschinenvortrieb und Schildvortrieb Vollausbrüche durchgeführt.

Beim Teilausbruch werden die Ausbruchvorgänge so gewählt, dass keine unkontrollierten Bruchmechanismen entstehen. Die Teilausbrucharten werden nur bei Spreng- und maschinellem Vortrieb mittels Teilschnittmaschinen oder Schrämbaggern angewandt.

Der Kalottenvortrieb besteht vorerst im Auffahren und Sichern des Kalotten bzw. Firststollens. Anschließend wird durch die Unterfangungsbauweise (Belgische Bauweise). Die Paramentstollen oder Schächte werden alternierend bis zum Widerlager ergänzt. Infolgedessen können Standardmaschinen eingesetzt werden. Firststollen können als Erkundungsstollen konzipiert sein, die nachfolgend aufgeweitet werden. Nachteilig ist, dass die Kalotte gesichert werden muss. Der Sohlschluss erfolgt spät, sodass sich ein Seitendruck einstellt.

Aus der Deutschen Bauweise (Kernbauweise) entwickelte sich der Paramentvortrieb. Sind die Gebirgsverhältnisse schlecht, erfolgt der Ausbau mittels Spritzbeton, Bögen und Systemanker. Dabei werden zwei seitliche Sohlstollen zeitgleich eingetrieben. Die definitiven Widerlager werden bereits geschaffen. Mit dem Vortrieb der Kalotte (oberer Bereich) stützen die Sicherungsmaßnahmen der Kalotte an den Widerlagern ab. Am Schluss erfolgt der Ausbruch der Kernbereichs. Die Bauweise zeichnet sich durch geringe Setzungen aus. Allerdings erfolgt der Sohlschluss spät, durch die sukzessiven Bauabschnitte finden Spannungsumlagerungen statt. Der Geräteaufwand ist größer.

Tunnelbaumethoden sind:

• Offene Bauweise (Cut-and-cover): Der Tunnelgraben wird an der Oberfläche ausgehoben, die Tunnelwände und -decke werden gebaut und dann überdeckt. Selbstverständlich nur oberflächennah eisnetzbar.
• Sprengvortrieb: Geeignet für sehr harte Gesteinsschichten, schnelle Arbeitsweise bei stabilen Verhältnissen.
• Tunnelbohrmaschinen (TBM): Sehr effektiv und sicher, da die Maschine den Tunnel direkt absichert. Hohe Vortriebsgeschwindigkeit und reduzierter Einfluss auf die Umgebung. Allerdings kostenintensiv und im Verlauf des Tunnelbaus wenig anpassbar.
• Neue Österreichische Tunnelbauweise (NÖT): Der Tunnelquerschnitt wird schrittweise und stufenweise ausgebrochen. Die Stabilität des Tunnels wird durch gezielte Verstärkung des Gebirges mit Spritzbeton, Ankern und Stahlbögen erreicht. In der Regel wird der Sprengvortrieb angewandt, allerdings auch mit Tunnelbohrmaschine (ohne Tübbing) anwendbar.
• Unterwasser-Tunnelbau: Tunnelbau unter Gewässern, unter anderem durch Absenktunnel, wo vorgefertigte Tunnelsegmente am Gewässergrund platziert und miteinander verbunden werden.
• Tunnelbau im Gefrierverfahren: Bei sehr instabilen oder wasserführenden Böden wird das Erdreich vorab gefroren, um es stabil zu halten. Hohe Kosten und der hohe Energieaufwand reduzieren die Methode auf Spezialfälle.

Die Wahl der Methode hängt von zahlreichen Faktoren wie Geologie, Grundwasserverhältnissen, Tunnelgröße und Kostenrahmen ab.

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