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Tunnel [1]

[646] Tunnel, künstlich hergestellter Hohlraum von größerem, verschiedenartig gestaltetem röhrenförmigem Querschnitte, der unter der Erdoberfläche oder unter Gewässern, horizontal oder geneigt in gerader Linie oder in Krümmungen angelegt, zur freien, sicheren, ungehinderten Durchführung von zu bewegenden Massen, insbesondere von Verkehrsanlagen wie Straßen, Eisenbahnen, Bergwerksbahnen, Kanälen u.s.w. dient.

Je nach der Art und Weise der Anlage und Herstellung der Tunnels und dem Zwecke, für den sie bestimmt sind, unterscheidet man Tunnels in der Tiefe des Gebirges, Bergtunnels für Fußgänger, Straßen und Eisenbahnen; Tunnels unter Wasser für die Unterführung von Bächen, Flüssen, Seen, Meerengen u.s.w., Unterwassertunnels und Tunnels für die Anlage von Eisenbahnen und Tramways unter Straßenzügen und verbauten Stadtgebieten, Untergrundtunnels. Häufig werden überwölbte Einschnitte oder Galerien auch als Tunnel bezeichnet, die aber größtenteils in offenen Einschnitten hergestellt, dann aber eingewölbt und überschüttet oder mit Holz- oder Eisenkonstruktionen überdeckt werden. Sehr lange Tunnels in Gebirgsstöcken von hoher Lage werden oft Alpentunnels genannt. Die elf längsten im Betriebe befindlichen Alpentunnels in Europa sind: der Simplontunnel (19,731 km, Seehöhe 704 m), der St. Gotthardtunnel (14,912 km), der Mont-Cenis-(Frejus-) Tunnel (12,233 km), der Arlbergtunnel (10,248 km), der Tunnel unter dem Paß von Giovi bei Genua (8,800 km), der Tauerntunnel (8,456 km, Seehöhe 1225 m), der Tunnel durch den Col di Tenda (8,100 km), der Karawankentunnel (7,969 km, Seehöhe 638 m), der Wocheinertunnel (6,334 km, Seehöhe 333 m), der Albulatunnel (5,866 km), der Bosrucktunnel (4,765 km, Seehöhe 723 m) und der Sasagotunnel (4,646 km). Die höchste Lage über See hat der Albulatunnel, und zwar 1823 m. Genannt sei ferner (noch im Bau): der Lötschbergtunnel (Bern–Simplon, 13,735 km).

Dem Tunnelbau müssen umfassende geologische Untersuchungen der Gebirgsgegenden vorangehen, um hierdurch die Lage, Länge, das Profil, die Konstruktion und Ausführungsweise des Tunnels bestimmen zu können, wobei nicht nur auf die Baukosten und zukünftige Erhaltung, sondern bei Eisenbahntunnels auch auf die Zweckmäßigkeit für den Betrieb Rücksicht zu nehmen ist. Zur Ueberwindung von größeren Höhenunterschieden zwischen zwei Punkten werden, wenn die vorhandene Länge nicht hinreicht, große künstliche Entwicklungen, durch Anlage von spiralförmigen Kehrtunnels, ausgeführt, wie bei der Gotthard- [1] und Albulabahn [2]. Abweichend von bestehenden doppelgleisigen Alpentunnels wurde für den Simplontunnel zwei eingleisige sogenannte Paralleltunnels, auch Zwillingstunnels genannt, in einem Achsenabstand von 17 m ein vollständig neues Bausystem angewendet, welches sich durch Ausführung eines Doppelstollens charakterisiert; vorerst wird nur ein Stollen zu einem eingleisigen Tunnel ausgemauert, dagegen wird durch den Parallelstollen von 2,4 m Höhe und 3,2 m Breite eine außerordentlich ergiebige und sichere Ventilation erzielt, die eigentlichen Bergwasser werden in einen großen Kanal durch den Stollen abgeführt und müssen nicht die Arbeitsstrecken des Tunnels passieren. Der Stollen ist ferner für die Förderung der Ausbruchmassen aus dem Tunnel außerordentlich wertvoll; durch denselben verkehren auch die Arbeiter und erfolgt der Baumaterialientransport. Zu diesem Zwecke werden in Entfernungen von je 200 m beide Stollen durch unter einem Winkel von etwa 45° auf die Tunnelachse angelegte Querstollen verbunden [3].

Die Tunnelquerprofile nähern sich, wenn starker Seiten- und Sohlendruck vorhanden ist, der Kreisform, im übrigen einer mehr oder weniger gestreckten Parabelform; für Tunnelbauten ohne Sohlengewölbe[647]

wird die überhöhte Hufeisenform gewählt; bei Tunnels mit Sohlengewölbe wird auch die gestreckte Eiform angewendet, welche den allgemeinen Annahmen über Größe und Richtung der Drücke am meisten entspricht. Die Untergrundbahnen in größeren Tiefen, auch Tiefbahnen genannt, haben in der Regel ein kreisrundes Profil und jene bei Stadtbahnen oder Tramways, wenn es bloß überdeckte Einschnitte sind, gewöhnlich eine rechteckige Querschnittsform, die als Unterpflasterbahnen bezeichnet werden. Bei Eisenbahntunnels ist überdies die Einhaltung der für die freie Strecke vorgeschriebenen Umgrenzung des lichten Raumes mit Rücksicht auf die Anzahl der durchführenden Gleise und ihrer Spurweite sowie eines entsprechenden Spielraumes für Reparaturen und Rüstungen unbedingt erforderlich (s. Bd. 1, S. 490).

Obgleich man für jeden Tunnel mit Rücksicht auf seinen Zweck, die Gebirgsart u.s.w. ein statisch richtiges Profil festsetzen könnte, so wird doch in der Regel hiervon kein Gebrauch gemacht; man setzt vielmehr je nach der örtlichen Verschiedenheit und Wahl des Verkleidungsmaterials ein oder mehrere Normalquerprofile fest, wobei auch bis zu einem gewissen Grade bei der Wahl der Form die statischen Verhältnisse berücksichtigt werden. Ausgeführte Tunnelprofile für normalspurige zweigleisige Hauptbahnen sind in Fig. 1–8, für normalspurige eingleisige Bahnen in Fig. 9–13 und für schmalspurige eingleisige Lokalbahnen in Fig. 14–17 dargestellt.

Beim Längenprofil der Eisenbahntunnels ist auf die Entwässerung und Lüftung besondere Rücksicht zu nehmen, weshalb bei längeren Tunnels die horizontale Lage vermieden wird. Bei Ueberschreitung von Gebirgsrücken erhalten Tunnels auf der Scheitelhöhe nach beiden Richtungen geringen Fall. Starke Steigungen werden wegen der nassen, schlüpfrigen Schienen im Tunnel möglichst zu vermeiden gefacht, um die Zugkraft nicht zu beeinträchtigen.

Nach gepflogenen Vorerhebungen und festgestellter Tunneltrasse wird zur Absteckung (s.d. und Geodäsie, Geodätische Instrumente, Grubenmessung, Polygonisieren, Trassierung, Triangulierung, Vorarbeiten) der Bahnachse über Tag geschritten, wobei die bekannten geodätischen Operationen mit großer Sorgfalt anzuwenden, nach Maßgabe des Baufortschrittes fortzuführen und durch häufige Kontrollmessungen die notwendige Genauigkeit zu sichern sind. Ein gutes Beispiel bietet die Absteckung des Simplontunnels, wie sie in der Schweizer. Bauzeitung 1901, S. 221, beschrieben ist. Wegen der Arbeitsvorgänge bei der Bauausführung eines Tunnels s. Tunnelbauweisen, Bohr- und Sprengtechnik. – Die Ausmauerung des Tunnels soll sich in druckhaftem Gebirge auf den ganzen Profilumfang (Gewölbe, Widerlager und Sohlengewölbe) erstrecken und ist derart in Quader- oder Bruchsteinmauerwerk, ausnahmsweise auch mit Ziegelmauerwerk in Zementmörtel, auszuführen, daß sie dem Gebirgsdrucke sicher zu widerstehen vermag; in günstigerem Gebirge kann die Ausmauerung auch teilweise unterbleiben; in fetterem Gebirge genügt zuweilen die Wölbung allein oder in Verbindung mit einer leichten Verkleidung des unteren Profils. Die Verkleidung kann in Mauerwerk oder in Stampfbeton oder mittels Betonsteinen erfolgen [4]. Nur höchst seiten kann das Gewölbe entbehrt werden (vgl. Fig. 18), und selbst in feuern Gebirge ist dasselbe zum Schütze gegen Ablösungen aus Klüften und infolge der Verwitterung ratsam. Bei langen Tunnels sind im Widerlagermauerwerk in Entfernungen von etwa 50 m gegenübergestellte geräumige Nischen zur Sicherung der Arbeiter zu empfehlen. Um die Kopfböschung der Voreinschnitte über dem Tunnel zu stützen, einzelne herabfallende Steine aufzufangen oder Ablösungen von der Kopfböschung zu verhindern und um dem Tunnel einen passenden, mitunter auch dekorativen Abschluß zu geben, werden Tunnelportale errichtet. Alle Baumaterialien sollen wegen der ungünstigen Verwendungsverhältnisse von bester Qualität sein und zur Mauerung in feuchten Tunnels nur Zementmörtel gebraucht werden. Von großer Wichtigkeit für die Erhaltung des Mauerwerks und Sicherheit des Betriebes sind Anordnungen zur Trockenerhaltung des Mauerwerks. Wo die natürliche Lüftung nicht ausreicht, ist die künstliche Lüftung durch Zuführung frischer sauerstoffreicher Luft zu bewirken. Ebenso wichtig sind die Entwässerungsarbeiten behufs Ableitung des aus dem aufgeschlossenen Gebirge zufließenden Wassers oder unter Umständen auch zum Fernhalten Stärkerer Wasserzuflüsse, wozu verschiedene Hilfsmittel mit Anwendung von Dampfkraft erforderlich werden, sofern nicht Wasserkräfte verfügbar sind [5]. – Die Beleuchtung der Arbeitsstellen im Tunnel während der Bohrarbeiten geschieht noch zumeist durch offen brennende, mit Rüböl gespeiste Grubenlampen (s. Geleucht), versuchsweise, namentlich an ausgedehnten Baustellen, durch größere, mit Reflektoren versehene Lampen, endlich auch durch Gas und elektrisches Licht. Beachtung verdient auch die Notwendigkeit, die Gesundheitsverhältnisse der Tunnelarbeiter durch zu treffende Maßnahmen zu sichern, namentlich die Berufskrankheit Anchylostomiasis einzuschränken.

Im Handbuch der Ingenieurwissenschaften, 1. Teil, Bd. 5, 3. Aufl., Leipzig 1902, dann in Rölls Encyklopädie, Wien 1892, sind Zusammenstellungen über Länge, Gebirgsart, Ausführungsmethoden und Baukosten einer ganzen Reihe hergestellter größerer Tunnels, ebenso diesbezügliche Literaturangaben enthalten, worauf wir verweisen.

Bei den Unterwassertunnels ist für die anzuwendende Baumethode die Höhenlage zur Bettsohle von maßgebendem Einfluß. Tunnels, welche bei geringer Tieflage unter Wasser mit dem Scheitel in der Höhe der Bettsohle liegen, werden in Abschnitten zwischen trockengelegten Fangdämmen wie gewöhnliche Fundierungen hergestellt. Im milden Gebirge ohne oder mit geringem Wasserzudrang benutzt man bei größeren Tieflagen des Tunnels zur Stützung des Gebirges den Schild (vgl. a. Tunnelbauweise 8. und 9.). Derselbe schließt als eine dem Tunnelprofil angepaßte Scheibe den Tunnelraum im ganzen Profil gegen das Gebirge senkrecht ab und greift mit einem ungeteilten oder aus einzelnen dicht zusammenschließenden[648] Teilen bestehenden zylindrischen Rand entsprechend weit nach rückwärts über die fertige Tunnelauskleidung. Durch Abnützung des Schildes rückwärts wird der Gebirgsdruck der Brust aufgenommen; ein ähnlicher kürzerer Rand greift vorwärts einschneidend in das zu durchfahrende Gebirge. Brunel hat beim Themsetunnel 1825 zuerst die Schildkonstruktion benutzt. Die kreisförmige Schildform hat Greathead bei der zweiten Untertunnelung der Themse in London zunächst des Tower angewendet, welche Type 1869/70 beim Bau eines Wasserleitungstunnels in Cleveland und 1886 bei der 5,1 km langen normalspurigen City and South London-Eisenbahn (Fig. 19), dann der Central London-Eisenbahn [6], der Waterloo and City Railway [7] und der Greath Northern and City Railway ohne die geringste Erdbewegung mit großem Vorteil zur Verwendung kam, wobei die hinter dem Schilde freigewordene, profilmäßig fertige Zone sofort eine definitive Auskleidung durch einen aus mehreren gußeisernen Segmenten mittels Innenflanschen und Verschraubung zusammengesetzten Ring von 2,3–5,79 m innerem Durchmesser erhielt [8]. An mit dem Schilde hergestellten (als Röhrentunnelbahnen bezeichneten) Eisenbahnen wurde beim Bau der am[649] 1. Januar 1903 eröffneten elektrischen Great Northern and City Railway die reine Eisenkonstruktion verlassen; die Firsthälfte des Ringes ist aus Gußeisen, die Bodenhälfte aus Mauerwerk, wobei erstere mit Hilfe einer Fußplatte auf letzterer aufsitzt [9]. Bei Herstellung des Tunnels auf der Pariser Stadtbahn wurde der Chagnaudische Schild angewendet, der aus einer Schnecke und an zwei nach Form des herzustellenden Gewölbes gekrümmten Bögen befiehl, welche mit ihren Füßen, die durch Zugbänder verbunden sind, auf zwei Längsträgern ruhen [10]. Bemerkenswert ist auch der Holzmannsche[650] Brustschild, welcher in ähnlicher Weise wie beim Spreetunnel in Berlin bei Herstellung des Stammsieles in Hamburg zur Anwendung kam und aus einer eisernen durch Scheidewände in mehrere Kammern zerlegten mit einer Luftschleuse ausgerüsteten Röhre vom Querschnitte des auszugrabenden Profils besteht [10]. Auf Grund der Erfahrungen bei dem East Boston-Tunnel bietet der Ersatz gußeiserner Wandungen in Tunnels mit Schildvortrieb durch Beton, je größer der Tunnelquerschnitt und je fetter das zu durchfahrende Gebirge ist, nicht unwesentliche Kostenersparnis [12]. Beim Baue der zwei eingleisigen Paralleltunnels der Pennsylvania and Long Island Railroad unter dem North River bei New York wurde zum ersten Male die gußeiserne Tunnelröhre von 5,79 m innerem Durchmesser, die in der gewöhnlichen Weise mit Schildvortrieb ausgeführt wird, in Entfernungen von je 4,6 m durch eingetriebene eiserne Pfähle mit schraubenförmigen Enden unterstützt [9a]. Aus Fig. 20 sind einige Querschnitte von Tunnelringen und aus Fig. 21 die Flanschenverbindungen der Segmente zu entnehmen. Seither wurde nach diesem System 1890 der Tunnel unter dem St. Clairfluß (Fig. 22 und 23) und der die Themse in London unterfahrende Straßentunnel bei Blackwell ausgeführt, wobei das Wasser mit Druckluft zurückgehalten wurde (Fig. 24 und 25) [13]. Die neuesten Bestrebungen gehen dahin, den Schild mit Grabevorrichtungen zu verbinden und auch die Wirkungen des Luftdruckes auf die Zurückhaltung des Wassers durch besondere Vorrichtungen zu regeln. Die Kombination von Schild und Druckluft hat sich bei den unter Wasser liegenden Teilen des Themsetunnels der City and South London Eisenbahn, des St. Clairtunnels, des Clydetunnels in Glasgow, des Severntunnels und den letzten Teilen des Hudsontunnels zwischen New York und Jersey City [9a] in jeder Beziehung als die zweckmäßigste bewährt, ebenso beim Spreetunnel zwischen Stralau und Treptow [14], Fig. 29–31. Auch ist noch das Dowdsche Tunnelbausystem anzuführen. Zu erwähnen wären noch der Unterwassertunnel unter der Themse der Bakerstreet and Waterloo-Eisenbahn [15], dann der kreisrunde Tunnel mit Druckluftbetrieb unter der Themse zu London zwischen Greenwich und Millwall, der von einem gußeisernen Mantel umgeben ist ([16], Fig. 32–34; Fig. 34 stellt das Detail einer Verbindung der einzelnen gußeisernen Segmente der Verkleidung dar); ferner der Pennsylvania Railroad-Tunnel unter dem North River and East River zwischen New York City and Jersey ([17], Fig. 35), der im Bau befindliche Unterwassertunnel unter dem Harlemfluß in New York ([18], Fig. 36) und der Tunnel[651] der Whitchapel- and Bowr unter dem Regentskanal in eisernen Röhren von 5,48 m Durchmesser [19].

Untergrundtunnels in Städten liegen meist in geringer Tiefe unter der Straßenoberfläche. Die Art der Ausführung hängt von den lokalen Verhältnissen, dann davon ab, ob die Untergrundtunnels außer- oder innerhalb des Grundwassers gelegen sind (Fig. 26 und 27). Im ersten Falle ist die Ausführung eine Kombination zwischen bergmännischer und Einschnittsherstellung, im zweiten Falle ist im allgemeinen Schild und Druckluft die beste Ausführungsart. Herstellungen dieser letzteren Art sind die 1896 eröffnete Glasgow subway and Cable traction (Fig. 28) [20], dann die Pariser Stadtbahn [21] und die Berliner Hoch- und Untergrundbahn [22]. Interesse erwecken die im Projekte befindlichen Unterseeeisenbahntunnels zwischen Schottland und Irland von 40,2 km Länge und 40,6 km Zufahrtsrampen [23], dann der Unterwassertunnel zwischen Spanien und Marokko über die Meerenge von Gibraltar von 32 km Länge und 9 km langen Zufahrtsrampen [24], endlich der 3,3 km lange Unterseeeisenbahntunnel unter dem Meeresarm Solent, der die Insel Wight von der englischen Küste trennt [25] und der Tunnel unter der Newa für eine Trambahn, für Fußgänger und Wagenverkehr [26].

Aus nachstehender Zusammenstellung sind einige wichtige Angaben und die Flächendimensionen der hauptsächlichsten Untergrundbahnen zu entnehmen.

Die sechs elektrisch betriebenen Untergrundbahnen (Tunnelröhrenbahnen) in London, genannt »Tubes«, und zwar die City and South London (13 km), die Central London (11 km),[652] die Great Northern and City (5,6 km), die Baker Street and Waterloo (7,5 km), die Great Northern, Picadilly and Brompton (15,2 km) und die Charing Cross Euston and Hampstead (13 km) in der Gesamtlänge von 65,3 km mit einer Gleislänge von 130 km haben einen Kostenaufwand für den Bau von 513 Millionen Mark erfordert.

In Fig. 38 ist die Tunnelierung des Wienflusses mit nebenanliegender Stadtbahn dargestellt. Hierher gehören ferner Zulaufstollen bei Wasserleitungen und Wasserwerksanlagen (Fig. 39, [27]) sowie Bergwerkstollen und die Tunnels oder unterirdischen Zugänge auf den Bahnhöfen, um von einem Bahnsteig auf den andern zu gelangen, ohne die Bahnhofgleise überschreiten zu müssen. Kanaltunnels (s.d. und Bd. 7, S. 634), Fluß- und Bachtunnels wurden vornehmlich auf der Brennerbahn mit Vorteil angewendet, um bei tiefen Schluchtübersetzungen und hohen Aufschüttungen die Herstellung langgestreckter Durchlässe für Wasserläufe und Wege an der Dammsohle zu umgehen, die zumeist kostspielig, schwierig und zeitraubend sind (Fig. 37). Allgemeines über Tunnels s. [28].

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Ziffer.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5., Fig. 6., Fig. 7., Fig. 8., Fig. 9., Fig. 10., Fig. 11., Fig. 12., Fig. 13., Fig. 14., Fig. 15., Fig. 16., Fig. 17.

Fig. 18.

Fig. 19.

Fig. 20.

Fig. 21., Fig. 22.

Fig. 23.

Fig. 24.

Fig. 25.

Fig. 26.

Fig. 27.

Fig. 28.

Fig. 29.

Fig. 30., Fig. 31.

Fig. 32.

Fig. 33., Fig. 34., Fig. 35.

Fig. 36.

Fig. 37.

Fig. 38.

Fig. 39.