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Tụnnel

 

[englisch, von altfranzösisch ton(n)el »Tonnengewölbe«] der, -s/-, seltener -s, lang gestreckter unterirdischer Hohlraum zur Aufnahme von Verkehrswegen (im Gegensatz zum Stollen). Nach dem Zweck unterscheidet man Eisenbahn-, Straßenbahn- und U-Bahn-, Straßen-, Fußgänger- und Wasserstraßentunnel; nach ihrer Lage werden sie als Gebirgs-, innerstädtische und Unterwassertunnel bezeichnet. Tunnel werden in offener oder geschlossener Bauweise hergestellt.

 

 Offene Bauweisen

 

Wenn aufgrund geringer Bodenüberdeckung die Baugrube nach oben geöffnet werden kann, ist eine offene Bauweise möglich. Die Baugruben werden durch Spund-, Schlitz- oder Pfahlwände gestützt oder frei abgeböscht. Unterhalb des Grundwasserspiegels wird aus dichten Baugrubenwänden und Abdichtungsinjektionen oder Unterwasserbetonsohlen ein dichter Trog erstellt. Bei der Deckelbauweise werden zunächst Wände und Deckenplatte der Baugrube hergestellt, das Auffahren des Tunnels erfolgt danach, während die Fläche über dem Deckel dem Verkehr wieder zugänglich ist.

 

Für Tunnel unter Gewässern werden Teilstücke der späteren Tunnelröhre an Land betoniert, an den Stirnseiten wasserdicht geschlossen, an den Einsatzpunkt geschleppt und durch Entlüften und Ballastieren abgesenkt, zusammengekoppelt und abgedichtet. Zur Auftriebssicherung und als Schutz z. B. gegen havarierte Schiffe werden Unterwassertunnel meist überschüttet.

 

 Geschlossene Bauweisen

 

Klassische Bauweisen:

 

Für Festgestein wurden die heute weitgehend überholten klassischen Bauweisen entwickelt. Gemeinsam ist ihnen ein Pilotstollen zum Materialtransport und zur Entwässerung, von dem aus an vielen Stellen gleichzeitig ausgebrochen und gesichert werden kann. In standfestem Gebirge ist ein Vollausbruch ohne sofortige Sicherung des Querschnitts möglich, in gebrächem (brüchigem) Gebirge sind mehrere Arbeitsgänge zur Herstellung von Teilausbrüchen notwendig, in druckhaftem Gebirge kann der Querschnitt nur im Schutz eines voreilenden Ausbaus hergestellt werden. Bei den klassischen Bauweisen wurde je nach der Gebirgsfestigkeit mit mechanischen Werkzeugen (z. B. Drucklufthammer) oder durch Sprengen ausgebrochen. Bei der deutschen oder Kernbauweise erfolgt der Abbau durch neben- und übereinander vorgetriebene Stollen unter Belassen eines Erdkerns bis zum Schlussausbruch. Bei der belgischen oder Unterfangungsbauweise wird von einem Firststollen aus der ganze obere Teil des Hohlraums (Kalotte) ausgebrochen, das Gewölbe eingezogen und anschließend der untere Teil (Strosse) stufenweise oder als Ganzes abgebaut. Bei der österreichischen oder Aufbruchbauweise wird der Querschnitt in hintereinander liegenden Zonen zunächst ausgebrochen und mit Holz verbaut, anschließend wird abschnittsweise der Ausbau eingezogen. Bei der englischen oder Vortriebsbauweise wird das volle Profil abgebaut und das Gewölbe sofort eingezogen. Die italienische oder Versatzbauweise (nur für sehr schwieriges Gebirge) sieht die sukzessive Öffnung kleinerer Hohlräume vor, die sofort mit bleibendem oder vorübergehendem Mauerwerk versetzt werden und nur einen kleinen Arbeitsstollen offen lassen. Erst nach dem Schließen des Ausbaugewölbes wird das Lichtraumprofil durch Entfernen des Versatzmauerwerks freigelegt.

 

Moderne Bauweisen:

 

Beim Schildvortrieb wird ein meist kreisrunder Stahlzylinder in der Querschnittsgröße des späteren Tunnels mit hydraulischen Pressen vorgetrieben, die sich gegen das rückwärtig bereits fertig gestellte Gewölbe abstützen. Gleichzeitig wird an der in Vortriebsrichtung befindliche Stirnseite des Zylinders im Schutz des starren Stahlmantels (Schild) der eigentliche Bodenabbau oder Gesteinsausbruch vorgenommen, sodass das Gebirge zu keinem Zeitpunkt ungestützt ist. Der Vortriebsschild kann auch eine in Messer (Messerschild) oder Teilmesser längs aufgegliederte Röhre sein, bei der während des Vortriebs nicht der ganze Schild, sondern nacheinander einzelne stählerne Dielen in das Gebirge gepresst werden, sodass erheblich kleinere Reaktionskräfte abzutragen sind. Man unterscheidet offene und geschlossene Systeme, je nachdem, ob die Abbaufront (Ortsbrust) direkt zugänglich oder mit einem Medium zur Stützung gefüllt und vom rückwärtigen Schildteil durch ein Druckschott getrennt ist. Beim Hydroschild dient eine Tonsuspension als Stützflüssigkeit, die zusammen mit dem Ausbruchmaterial in Rohrleitungen abgepumpt und durch Siebe und Zentrifugen im Tunnel oder oberirdisch abgetrennt wird. Beim Druckluftschild dient Druckluft zur Stützung der Ortsbrust, wobei gleichzeitig das Grundwasser abgehalten wird. Der Abbau erfolgt in geschlossenen Systemen durch in den Schild eingebaute Tunnelbohrmaschinen (Schildvortriebsmaschinen), indem auf einer rotierenden Scheibe (Schneidrad) sitzende Rollen und Kratzmeißel über die Ortsbrust bewegt werden. Der Durchmesser des Schneidrads entspricht dem Tunneldurchmesser, weshalb der Abbau vollflächig über den gesamten Tunnelquerschnitt erfolgt (Vollschnitt). - Beim offenen Schildvortrieb wird meist ein mobiles oder im Schild fest eingebautes Abbaugerät verwendet, das die Ortsbrust abschnittsweise bearbeitet (Teilschnitt). Diese Teilschnittmaschinen bestehen v. a. aus einem beweglichen Ausleger, an dessen Ende z. B. ein meißelbesetzter Bohrkopf oder ein Löffelbagger das Gebirge auffährt. Das abgebaute Material wird mit einem Förderband und durch schienengebundene oder gleislose Fördersysteme von der Ortsbrust wegtransportiert. Der Ausbau hinter dem Schild besteht in der Regel aus vorgefertigten Beton- oder Stahlsegmenten, den Tübbings.

 

Beim Rohrvortrieb werden vorgefertigte Rohrschüsse von etwa 2 bis 4 m Länge in einem Vorpressschacht aneinander gereiht und taktweise unter manuellem oder mechanisiertem Aushub an der Ortsbrust vorgetrieben. Dies ist auch im Grundwasser möglich, wenn die Vortriebsrohre abgedichtet und unter Druckluft gesetzt werden. Mittels Durchpressung werden ganze Brückenquerschnitte unter ständigem Abgraben der Ortsbrust durch starke hydraulische Pressen durch Bahndämme gepresst, ohne dass der Zugverkehr unterbrochen werden muss.

 

Die weiteste Verbreitung, z. B. bei allen Tunneln der Bundesbahn-Neubaustrecken, findet die Spritzbetonbauweise oder neue österreichische Tunnelbauweise (NÖT). Dabei wird durch günstige Formgebung des Querschnitts sowie schnelles Einbringen eines Spritzbetongewölbes mit Stahlmatten und stählernen Bögen die Entfestigung des Gebirges unterbunden und damit seine Tragwirkung erhalten. Teilweise wird zunächst die Kalotte und erst später die Strosse vorgetrieben, bei langen Tunneln auch gleichzeitig in großem Abstand. Durch vorlaufende Sicherungen wurde die Anwendung der Spritzbetonbauweise auf immer weniger tragfähige Böden ermöglicht. Beim Gefrierverfahren zirkuliert in vorher eingebohrten Gefrierrohren um den Tunnelquerschnitt eine stark abgekühlte Flüssigkeit und gefriert das Porenwasser, sodass eine tragfähige temporäre Schale entsteht. Alternativ kann das Gebirge durch Poreninjektionen (Einpressen erhärtender Flüssigkeiten in die Poren des Gebirges) oder durch Düsenstrahlinjektionen (Zementierung des Gebirges, bei der unter hohem Druck aus einem vorgetriebenen Injektionsrohr austretende Zementsuspension den Boden aufreißt, sich mit ihm vermischt und anschließend aushärtet) voreilend gesichert werden.

 

Meist wird der vorläufige Ausbau (Tübbings, Extrudierbeton, Spritzbeton) durch eine Innenschale, teilweise auch abgedichtet, ergänzt.

 

 Tunnelbetrieb

 

Tunnel erfordern einen laufenden Unterhalt und verschiedene Betriebseinrichtungen wie Beleuchtung, Belüftung, Entwässerung und Signalisation sowie bei großen Tunneln eine zentrale Überwachungsstelle.

 

Die Beleuchtung von Straßentunneln ist erheblich schwächer als das Tageslicht, weshalb am Tunneleingang eine Adaptionsbeleuchtung eingerichtet wird. Sie verringert die Leuchtdichte auf einer Strecke, die einer Fahrzeit von etwa 10 s entspricht, und erlaubt so dem menschlichen Auge eine ausreichende Anpassung an die Lichtverhältnisse im Tunnel.

 

Belüftung:

 

In Straßentunneln wird die Luft ständig durch Auspuffgase verunreinigt. Als Leitparameter dient das Kohlenmonoxid, wobei nach internationalen Erkenntnissen eine Grenzkonzentration von etwa 200-250 ppm, d. h. 0,02-0,025 %, als ungefährlich angesehen wird. Alle anderen Verunreinigungsstoffe sind dann erfahrungsgemäß ausreichend verdünnt. Als Bemessungsgröße wird entweder der ungünstigste Betriebszustand für die Prognoseverkehrsmenge oder die maximal mögliche Verkehrsmenge zugrunde gelegt oder es wird eine bestimmte Lüftungskapazität vorgehalten und der Verkehr nur bis zu einer dafür ungefährlichen Dichte zugelassen. Bei nahezu allen Straßentunneln ist eine mechanische Zwangslüftung erforderlich. Bei der Längslüftung wird ein Luftzug im Verkehrsraum erzeugt, bei längeren Tunneln ist eine Querlüftung mit getrennten Zu- und Abluftkanälen erforderlich. Bei sehr langen Tunneln wird die Luft über zusätzliche Lüftungsschächte zur Geländeoberfläche ausgetauscht. — Zur Hilfeleistung bei Unfällen in Tunneln werden gelegentlich Rettungsschächte oder -stollen angelegt, bei Eisenbahnen werden ständig einsatzbereite Rettungszüge vorgehalten.

 

 Geschichtliches

 

Vorläufer der heutigen Tunnel waren die unterirdischen Be- und Entwässerungskanäle, die schon in babylonischer und assyrischer Zeit, von den Minyern in Orchomenos, von Griechen (Tunnel des Eupalinos von Megara für die Wasserleitung der antiken Stadt Samos durch den Berg Kastro, 1 km lang, um 530 v. Chr.), Etruskern und Römern (Ableitung des Fuciner Sees, 5,6 km langer Tunnel, Mitte des 1. Jahrhunderts n. Chr.) ausgeführt wurden. Der Tunnelbau lebte erst wieder auf mit der Einführung des Schwarzpulvers zum Gesteinsprengen im 17. Jahrhundert (z. B. 1679/81 der 157 m lange Malpas-Tunnel für den Languedoc-Kanal). 1824-42 baute M. I. Brunel unter Anwendung des Schildverfahrens den Tunnel unter der Themse in London. In Deutschland wurde der erste Eisenbahntunnel 1837/39 bei Oberau östlich von Meißen (Strecke Leipzig-Dresden) gebaut (512 m lang, abgetragen 1933/34). Die frühesten großen Alpentunnel sind: 1857/71 der über 12 km lange Mont-Cenis-Tunnel, 1872/82 der 15 km lange Gotthard-Tunnel (verbesserte Bohrmaschine, Dynamit als Sprengmittel), 1898/1906 der 20 km lange Simplon-Tunnel. Der längste Eisenbahntunnel ist der Seikantunnel in Japan. Zum Kanaltunnel Eurotunnel. In Deutschland sind rd. 550 km U-Bahn- und S-Bahn-Tunnel, rd. 250 km Eisenbahn- und rd. 62 km Straßentunnel in Betrieb.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Tunnelbauten: Offene und geschlossene Bauweisen