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Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels
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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 1 247 369 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels
aus Stahlbeton bekannt, bei dem die Tunnelröhre abschnittsweise in einer Vorpreßorube
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 1 247 369 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 2 619 510 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.
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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 gemaß der DE-PS 1 784 974 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 2 659 907 bekannt, in der
Vorschubrinne im Abstand voneinander Führungen und Tragkörper anzuordnen, deren
obere Auflaqeflächen unter der Ebene des Rinnenbodens liegen. Bei diesem bekannten
Verfahren zum Herstellen eines Unterwassertunnels ird die obere Schicht des flinnenbodens
bis zur Ebene der Auflageflächen durch die vorgeschobene Tunnelröhre verdrängt,
wobei die Führung 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 rammern 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 Herstelluna der Abschnitte durch ein Dichtungsportal
der Vorpreßrube in eine zuvor freigebaggerte, mit Wasser gefüllte Vorschubrinne
längs der Tunnelgradiente vorgeschoben wird, ohne daß es aufwendiger Unterwasserarbeiten
zur Herstellung von Führung und Tragkörpern auf der gesamten Lange der Vorschubrinne
bedarf.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch das erfindunesgemäße
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 den 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 Vorschubstrece von etlichen hundert Metern mit frei
auskragender ragarmspitze 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 erfindungsgemäaen
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
Auflagerkräfte 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 Ballastieruno zu bestimmen, die entweder
mittels Wasser oder Beton erfolgt.
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Wenn die Tunnelröhre frei aus dem Dichtungsportal der Vorpreßgrube
auskragt, d.h. das erste Führungsioch noch nicht erreicht hat, ist eine zusätzliche
Kontrolle der statischen Gesamticräfte über die Pressendrüce der Auflagerpressen
in der Vorpreßrube 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 Führungejoche gemessen und
hieraus rechnerisch die erforderlichen Ballastierungen bestimmt. Es ist somit auch
bei einer zusätzlichen Führung und Abstützung der Tunnelröhre durch die Führungsioche
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.
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im Abstand von 80 bis 120 m angeordnete Führungajoche 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 lieqenden Arbeitsplattform steuerbar sind. Die Auflager der Quertraversen
und die Führungen der seitlichen Stützen werden vorzugsweise als Gleit- oder Rollenlager
ausgebildet.
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tiit 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 oarantiert,
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
Führungsioch schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 einen schematischen
Längsschnitt durch eine Tunnelröhre mit gekrümmter Sollage während des Vorschubvorganges,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II durch die Kragarmspitze der
Tunnelröhre, Fio. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. l mit
schematischer Darstellung eines Führungsoches und 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 aus9ebaggert
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
eine Dehnungsfugen oder Gelenke aufweist. Das Vorschieben der Tunnelröhre 4 geschieht
durch Vorschubpressen 11, die innerhalb der Vorpreßgrube 1 angeordnet und in Fig.
l 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 Führungsioche 12.
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Jedes Führungsjoch besteht beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
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3 aus zwei seitlichen Stützen 13, an denen eine Quertraverse 14 höhenverstellbar
gelagert ist. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt diese Höhenverstellung der Quertraverse
14 durch hydraulische 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 Wasser spiegels 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 Vorpreßrube 1 voroeschoben, wobei die Einspannstelle
in der Vorpreßgrube 1 liegt.
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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 abqeschottet 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 l<ragarmspitze,
d.
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h. des vorderen Endes der Tunnelröhre 4 wird ständiq gemessen, und
zwar vorzugsweise durch eine Höhenmessung innerhalb der trockenen Tunnelröhre mittels
z.B. eines Laserstrahles, der auf das Stirnschott 5 auftrifft. 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 Auftriebakräften nach oben ausweicht.
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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.
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etwa 120 m frei auskragen zu lassen. Beim Ausführungsbeispiel befindet
sich allerdings bereits im Abstand von etwa 100 m das erste Führungajoch 12, welches
die vorgeschobene Tunnelröhre 4 sowohl in der Höhe als auch in der Seitenlage führt.
Die weiteren Führungajoche 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 Führungajoches 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 ausgebübt 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 Tunnelbauerkes 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 Geässerufern 7 nunmehr herzustellenden Anschlüsse sind in Fig. 4 gepunktet
angedeutet.
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Bezugsziffernliste: 1 Vorpreßorube 2 Gewässer 3 Dichtungsportal 4
Tunnelröhre 5 Stirnschott 6 Vorschubrinne 7 Gewässerufer 8 Zielgrube 9 Dichtungsportal
10 Auflagerpresse 11 Vorschubpresse 12 Führungsjoch 13 Stütze 14 Quertraverse 15
Presse 16 Zugstange 17 Arbeitsplattform 18 Auflager 19 Führung 20 Ballast