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Tunnelbauweisen

[655] Tunnelbauweisen. Der Tunnelbau umfaßt den Ausbruch oder die Lösung und Zerkleinerung, die Beseitigung und Förderung des gelösten Gebirges (Schuttes) sowie die zeitweilige und dauernde Sicherung des geschaffenen Hohlraumes gegen alle Veränderungen, welche durch die Bewegung des Bodens infolge Störung des Gleichgewichtes oder durch die Einwirkung von Luft und Wasser verursacht werden.

Die hierdurch bedingten Arbeiten sind somit: Gewinnungsarbeiten, Förderungsarbeiten, Ausbauarbeiten, Abführung des zufließenden Wassers, Beleuchtung und Lüftung der Baustellen, Angabe der Höhenlage und Richtung, geologische Erhebungen. Die Tunnelbauweisen bezeichnen die Reihenfolge der Gewinnung, der zeitweiligen und dauernden Abstützung der gewonnenen Hohlräume sowie die Formen und Stärken dieser Abstützungen; sie ändern sich mit Länge, Querschnitt und Lage des Tunnels zur Oberfläche sowie mit der Gebirgsbeschaffenheit, den Wasserzuflüssen und der Gesteinswärme. Im folgenden sollen nur die verschiedenen Tunnelbauweisen besprochen werden.

Stollen sind Tunnels von kleinen Abmessungen; die Querschnittfläche ist 4–15 qm groß und meist rechteckig, trapezförmig, seltener rund. Die Seiten f, s und u (Fig. 1) werden First, Sohle und Seitenwände oder Stöße, auch Ulmen, der Eingang m das Mundloch, das Ende o das Ort des Stollens, die Ortfläche o die Stollenbrust genannt. Der Neigungswinkel α, welchen die Sohle s mit der Wagerechten einschließt, kann o sein. Am günstigsten für den Arbeitsbetrieb ist α > o, da hierbei die Wasserabführung wie auch die Förderung, d.i. das Abfahren des ausgebrochenen Gebirges, im Gefälle nach außen am leichtesten und billigten erfolgt. Für α < o, d.h. für ein Gefälle vom Mundloch nach dem Ort, werden Förderung und Wasserhaltung um so schwieriger, je größer das Gefälle ist.

Die Stollen sind entweder Teile eines größeren Tunnels oder selbständige Bauten. Tunnels mit größeren Abmessungen beginnt man zumeist mit einem, zwei, ausnahmsweise auch mehreren Stollen, und zwar mit einem Firststollen F (Fig. 2), einem Sohlstollen S (Fig. 3), einem Sohl- und Firststollen (Fig. 4), zwei Sohlstollen O (auch Ortstollen genannt) und einem Firststollen F (Fig. 5) mit zwei Ortstollen O, einem Kernstollen K und einem Firststollen F (Fig. 6). Zur Erleichterung der Lüftung, Förderung und Entwässerung des Tunnelbaues werden auch (Fig. 7) Parallelstollen P in genügendem Abstande A ausgeführt und mit dem Sohlstollen S des Tunnels durch Querstollen Q verbunden [43], [53] (Simplontunnel). Man hat auch vorgeschlagen, zu diesem. Zwecke den Parallelstollen P unter den Sohlstollen S des Tunnels zu legen (Fig. 8). Zur Vermehrung der Angriffstellen des Tunnelbaues sowie zur leichteren Förderung und Lüftung werden Neben- oder Seitenstollen Q (Fig. 9) [8] ausgeführt; bei längeren Voreinschnitten finden Mundloch- oder Voreinschnittstollen M (Fig. 10) [2], [4] Verwendung, namentlich wenn englischer Einschnittbetrieb zweckmäßig erscheint, damit mit den Tunnelbauten vor Fertigstellung; der Voreinschnitte begonnen werden kann.

Zur Entwässerung des Gebirges über oder neben dem Tunnel können auch Entwässerungsstollen zweckmäßig sein, welche entweder nur während der Bauzeit oder auch nach Fertigstellung des Tunnels durch Ausmauerung oder durch trockene Steinauspackung des Stollenraumes wirksam erhalten werden [30].

Der Ausbruch des Stollens erfolgt mittels Bohr- und Sprengarbeit (s. Bd. 2, S. 206), der Hau- und Brecharbeit oder der Grabarbeit (s. Bodengewinnung und Bodenlösung, Bd. 2, S. 106 und 107). Nur in sehr festem Gestein kann der Stollen ohne Abstützung oder Zimmerung verbleiben [29], [37].

Die Art und Stärke der Zimmerung (vgl. a. Grubenzimmerung) ist von der Beschaffenheit des Gebirges sowie von den Abmessungen und der Benutzungsdauer des Stollens abhängig. In der Regel liegen die Gebirgsverhältnisse so, daß der größte Druck in der First, geringerer Druck an den Stößen und der kleinste Druck in der Sohle des Stollens auftritt. Dementsprechend würden zuerst die First, dann die Stöße oder Seitenwände und nur ausnahmsweise, in sehr ungünstigem Gebirge, die Sohle des Stollens abzustützen sein [5], [7], [8].

Die zeitweilige Abstützung oder Zimmerung erfolgt durch Rund-, seltener durch Kantholz, auch wohl durch Eisen (Altschienen, - oder -Eisen); die dauernde Abstützung durch Eisen, [655] Beton oder Mauerwerk (Ziegel, Bruchsteine, Quader). Für die Zimmerung des Stollens ergeben sich, der Gebirgsbeschaffenheit entsprechend, folgende Anordnungen:

Im festen Gebirge (Fig. 11) werden meist runde Querhölzer a, Kappen, unmittelbar auf das Gebirge gelegt und die Bühnenlöcher b auf der einen Seite des Stollens so ausgeschlitzt, daß die Kappen leicht eingebracht und mittels eines Keils befestigt werden können. Längsträger oder Verzugsbretter c werden bei größeren Längen und Abständen der Kappen erforderlich.

Im weniger festen Gebirge (Fig. 12) werden die Kappen a durch Ständer oder Stempel s gestützt, die, wenn erforderlich, auf Fußbrettern f stehen. Durch die über den Kappen und hinter den Stempeln angeordneten Verzugshölzer c werden die Stützpunkte des Gebirges nach Bedarf vermehrt; unter Umständen wird das Gebirge zur Vermeidung von Verwitterungen und kleinen Abbrüchen gegen das Stolleninnere ganz abgeschlossen. Bolzen d zwischen den Kappen bewirken den erforderlichen Längsverband. Im blähenden Gebirge (Anhydrit, Gips u.s.w.) ist ein dichter Abschluß schädlich und daher zu vermeiden, damit die Ausdehnungsmöglichkeit nicht ausgeschlossen wird [14], [6].

Im Gebirge, das auf die Länge des Abstandes der Stollenrahmen ohne Gefahr des Ablösens und Abbröckelns nicht standhält, wird der Vortrieb des Stollens (Fig. 13) durch Pfähle p bewerkstelligt, die über den Stollenkappen a und, wenn erforderlich, über den Stempeln s so vorgetrieben werden, daß der Ausbruch des Stollens unter dem Schütze dieser Pfähle erfolgen kann. Ob die Verpfählung nur in der First des Stollens oder auch an den Seitenwänden (Stößen) erforderlich ist, hängt von der Beschaffenheit des Gebirges ab. Zwischen Schwanz des vorderen und Kopf des folgenden Pfahles werden in der Regel Keile k eingetrieben, um die Pfähle dicht an das Gebirge anzudrücken und den größeren Zwischenraum, der zur Erleichterung des Vortreibens belassen wird, auszufüllen und Unregelmäßigkeiten im Ausbruch Rechnung zu tragen. Sohlenschwellen g werden nur im weichen Gebirge verwendet, um den Einheitsdruck auf die Bausohle zu vermindern und das Eindrücken der Ständer s in den Boden zu verhindern [3], [4], [37]. Die in festeren Schichten hinter den Pfählen verbleibenden Hohlräume sind mit Steinen gut auszupacken, um nachträgliche Ablösungen des Gesteins und die Stoßwirkungen auf die Zimmerung zu vermeiden.

Im stärker drückenden Gebirge (Fig. 14) [4], [5] werden die Köpfe der Pfähle auch wohl gemeinsam durch ein Querbrett q, Pfandblatt genannt, so unterstützt, daß sie gemeinsam in dem zum Nachtreiben der unteren Pfähle erforderlichen Abstande gehalten werden. Vor dem Anstecken der unteren Pfähle über dem letzten Rahmen halten große Keile k¹ das Pfandblatt; nach dem Eintreiben werden die Zwischenräume zwischen Pfandblatt q und Pfahl p durch den kleinen Keil k ausgefüllt; hierbei sind die Pfähle von den Keilen nicht unmittelbar abhängig, so daß die unteren Pfähle ohne Störung der Lage der oberen vorgetrieben werden können. Im weichen, druckhaften Gebirge ist dieser Vorgang auch zweckmäßig, während im weniger druckhaften Gebirge die unmittelbare Unterstützung jedes einzelnen Pfahles durch einen Keil vorzuziehen ist, damit jeder Pfahl sicher an das Gebirge anschließt. Bei größeren Abständen der Hauptgespärre H (Fig. 15 und 16) werden zur Unterstützung der Pfähle p in der Mitte Zwischengespärre Z angeordnet. Man kann hierdurch größeren Druckverhältnissen begegnen, auch die Pfähle unter den Kappen der vorletzten Gespärre leichter so vortreiben, daß sie gleich ohne[656] Verschwenkung in nahezu richtiger Lage sich befinden, wodurch das Eintreiben erleichtert und Gebirgsbewegungen besser vermieden werden.

Im stark drückenden Gebirge wird die Zahl der Stollenrahmen oder Gespärre noch vermehrt, im äußersten Falle so weit, daß die Gespärre dicht aneinander stehen, wie Fig. 17 (Stollenzimmerung in den Druckstrecken des Arlbergtunnels) [28], [41] zeigt. Eine Verstärkung der Stollenrahmen selbst kann in verschiedener Weise erfolgen. Die Unterstützung der Kappen in ihrer Mitte mittels einer Stütze oder mittels eines Sprengwerkes wäre wohl am wirksamsten, allein es wird hierdurch das für Förderung und Begehung erforderliche Lichtprofil des Stollens unverhältnismäßig stark eingeengt; daher wird in der Regel von dieser Anordnung kein Gebrauch gemacht. Man begnügt sich meist mit einer Verkürzung der Stützweite der Kappen und Vermehrung der Ständer, wie aus Fig. 18 und 19 ersichtlich ist, welche die Stollenzimmerung in einigen Druckstrecken des Simplontunnels darstellen [47], [53]. Die Kappen werden nicht nur durch die Hauptstempel, sondern auch noch durch Unterzüge unterstützt, die auf Nebenstempeln ruhen. Haupt- und Nebenstempel stehen auf einer Sohlschwelle.

Statt des Holzes wird auch Eisen zur Stollenzimmerung verwendet, was die Vorteile kleinerer Abmessungen der einzelnen Teile, daher geringeren Ausbruches, leichteren Vortriebes der Pfähle sowie längerer Dauer, dagegen die Nachteile der Schwierigkeit des Anpassens der fertigen Eisenteile an den oft verschieden gestalteten Stollenausbruch, der Verbindung der einzelnen Teile und ihres größeren Gewichtes sowie unter Umständen auch der größeren Rotten hat [1], [12], [13]. Auch hat man nur, wie Fig. 20 und 21 zeigen, die Kappen aus Eisen (Altschienen oder -Eisen), dagegen die Stempel aus Rundholz hergestellt, die oben zur Aufnahme der Eisenträger ausgeschnitten werden und zur Vermeidung des Aufspaltens einen Eisenring erhalten. Die hierdurch erreichte Verminderung der Kappenhöhe ermöglicht leichteren Vortrieb der Pfähle, dagegen ist die Verbindung der Kappen mit den Holzständern keine günstige.[657]

Die zur Stollenzimmerung verwendeten Eisenrahmen werden aus Altschienen, - oder -Eisen meist drei-, auch vierteilig hergestellt und die einzelnen Teile mit Laichen und Schrauben verbunden (Fig. 22). Die Längsverbände werden auch hier zweckmäßig durch Holzbolzen bewerkstelligt.

In den schweren Druckstrecken des Sohlstollens des Simplontunnels (weicher Glimmerkalk) [53] kam die aus Fig. 23 und 24 ersichtliche Zimmerung zur Anwendung. Die Stollenrahmen bestanden aus -Eisen, welche mit je zwei Kantholzrahmen zu einem Gespärre verbunden waren. Die Gespärre stellte man anfänglich dicht aneinander, später in Abständen, die mit Beton ausgefüllt wurden, wobei dann auch die Holzrahmen fortgelassen werden konnten. Dieser Vorgang hat sich bei bedeutendem Druck bewährt.

Schächte (vgl. a. Schacht, Schachtabteufen) erhalten rechteckige, kreisförmige, auch elliptische Querschnitte. Im festen Gebirge ohne Zimmerung oder auch bei Verwendung von Eisenrahmen kann der kreisförmige Querschnitt zweckmäßiger sein, bei Holzzimmerung aber ist der rechteckige Querschnitt besser. In Fig. 25 bezeichnen m, u und s das Mundloch, die Seitenwände und die Sohle des Schachtes [2], [8], [26]. Bei allen wasserführenden Schächten ist in der Sohle ein Sumpf zum Sammeln des auszupumpenden Wassers erforderlich. Der Winkel, welchen die Schachtachse mit der Bodenoberfläche einschließt, kann β 90° sein; dementsprechend heißt der Schacht ein senkrechter (seigerer) oder ein geneigter (tonnlägiger). Bei Herstellung der Schächte sind in jedem Falle Wasser und Ausbruchsmassen bis an das Schachtmundloch zu heben, wodurch die Arbeiten erschwert und verteuert werden. Unter sonst gleichen Verhältnissen ist deshalb der Schachtbau kostspieliger und zeitraubender als der Stollenbau. Die Schächte haben den Zweck, den Tunnelbau in Angriff nehmen zu können oder die Zahl der Arbeitsstellen im Tunnel zu vermehren, Förderschächte genannt, weil bis zu den Durchschlägen d (Fig. 26) oder bis zur Tunnelvollendung die ausgebrochenen Massen durch den Schacht nach oben und die erforderlichen Baustoffe und Geräte nach unten gefördert werden; durch jeden Schacht können zwei Angriffsstellen im Tunnel gewonnen werden, vorausgesetzt, daß von der Schachtsohle noch entsprechend lange Stollenstrecken bis an die Durchschlagsstellen d getrieben werden können; Schächte dienen auch dazu, den Tunnelbau vor Fertigstellung der Voreinschnitte e (Fig. 27) zu beginnen, Mundlochschächte genannt; schließlich werden Schächte zur Tunnellüftung (Lüftungsschächte), ausnahmsweise auch zur Entwässerung des Tunnels (Entwässerungsschächte) ausgeführt. Schächte werden entweder in der Tunnelachse (Fig. 28) oder seitwärts angeordnet (Fig. 29 und 30) [8]. Die erste Anordnung (Fig. 28)[658] hat den Vorteil, daß unmittelbar gefördert, Querstollen vermieden, auch die Absteckungsarbeiten vereinfacht werden. Anordnungen 29 und 30 sind häufig durch Geländebildungen bedingt; die Tunnelförderung kann hierbei etwas sicherer gestaltet und die Auffüllung des nachträglich zu schließenden oder die Aufmauerung des zu Lüftungszwecken offen bleibenden Schachtes Fig. 31 [42] belastet das Tunnelmauerwerk nicht oder in geringerem Maße, auch wird das dem Schachte zufließende Wasser vom Tunnel leichter ferngehalten; dagegen sind Förder- und Vermessungsarbeiten schwieriger.

Die Größe der Querschnitte der Förderschächte beträgt 6–18 qm. Lüftungsschächte können kleinere Abmessungen erhalten. Bei zu geringen Querschnitten bleiben Lüftungsschächte jedoch unwirksam. Da durch die Förderschächte nicht nur die Ausbruchsmassen aufwärts, die erforderlichen Baustoffe und Geräte abwärts gefördert werden, sondern auch die Arbeiter auf- und abwärts steigen, das zufließende Wasser in Röhren hochgehoben, Luft-, Licht- und Kraftleitungen durch den Schacht in den Tunnel geführt werden, so gibt man diesen Zwecken entsprechend dem Querschnitt größerer und tieferer Schächte vielfach mehrere Abteilungen (Trume); bei kleineren und wenig tiefen Schächten begnügt man sich mit einer Abteilung. In Fig. 32, 33, 34 ist Abteilung F zur Förderung, a für das Auf- und Abwärtssteigen der Arbeiter auf Leitern (Fahrten), L für die Leitungen bestimmt. Hierdurch werden Störungen leichter vermieden und die Sicherheit vermehrt [3].

Das Maß der Abstützung oder Zimmerung der Schächte hängt von der Gebirgsbeschaffenheit ab, so daß wie im Stollenbau, im festen Gebirge die Abstützung nur gering sein kann, während im losen und drückenden Gebirge stärkere Abstützungen mit Verpfählungen erforderlich sind (Fig. 35 und 36).

Hierbei werden die Rahmen oder Gespärre a größtenteils durch die Reibung, welche die Verkeilung erreichen läßt, und durch die Abstützung an der Sohle durch Vermittlung der Bolzen g in ihrer Lage gehalten. Wo Reibung nicht ausreicht und die Schächte auf andern Bauwerken wie auf der Stollen- oder Tunnelzimmerung ruhen und deren stärkere Belastung vermieden werden muß, werden die Schächte so gestaltet, wie in Bd. 5, S. 350, in Fig. 51 dargestellt [34]. Bei geneigten oder tonnlägigen Schächten (Fig. 37) geht mit zunehmender Neigung die Schachtzimmerung in die Stollenzimmerung über [42]. In drückendem Gebirge werden in den Schächten die Rahmen auch dicht aneinander gelegt (Schrotzimmerung), Pfähle entfallen dann (s. Grubenzimmerung), oder werden am zweckmäßigsten kreisförmig ausgeführt und brunnenartig abgesenkt (s. Gründung, Brunnengründung).

Die Rahmen der Schachtzimmerung werden statt aus Rund- oder Kantholz auch wohl aus -, - oder -Eisen hergestellt; das ist aber nur dort zu empfehlen, wo die Schachtzimmerung länger dauern muß, was wohl im Bergbau, kaum aber im Tunnelbau der Fall sein wird. In sehr wasserreichem, schwimmendem Gebirge erfolgt die Abteufung auch mittels Preßluft oder mittels des Gefrierverfahrens.

Das Gefrierverfahren (s. Gefriergründung) [25] besteht darin, daß 25–30 prozentige Chlorcalcium- oder Chlormagnesiumlauge, deren Gefrierpunkt bei – 40° C. liegt, bis auf – 30° C. in Kältemaschinen gekühlt und in doppelwandigen Röhren durch den Boden geleitet wird, der durch Gefrieren erhärten soll. Die Röhren werden entweder im Innern des Schachtes angeordnet, wobei sie nach Maßgabe der Abteufung des Schachtes nachgesenkt werden können, oder sie werden am äußeren Umfange des Schachtes gleich so tief eingebracht, als die Frostwirkung reichen soll. Der gefrorene Boden wird dann behufs Einbringung der Zimmerung durch die Spitzhaue, auch wohl durch Sprengen entfernt oder zumeist durch Dampf entsprechend tief wieder aufgetaut. Da das Gefrierverfahren recht kostspielig ist, so kommt es nur ausnahmsweise und für kurze Längen zur Anwendung, namentlich wenn bei tieferen Schächten einzelne stark wasserführende Schichten durchfahren werden müssen.

Tunnelzimmerung. Der zeitweilige Ausbau des ausgebrochenen Tunnels, also des Hohlraumes mit größeren Querschnitten als der Stollen, erfolgt nach verschiedenen Bauweisen ebenfalls in Holz oder Eisen. Holz kommt in der Regel als Rundholz, seltener in behauenem Zustande als Kantholz, sehr häufig auch frisch zur Verwendung, da die Zimmerung nur von kurzer Dauer ist. Die Verbindungen sind so einfach wie möglich und so anzuordnen, daß große Druckkräfte übertragen werden können. Von besonderer Wichtigkeit ist es, die lange Belastung der Zimmerung durch das Gebirge zu vermeiden, weil infolge ihrer Zusammendrückung, zumal infolge rascher Verminderung der Festigkeitsverhältnisse des im Tunnel (Nässe, mangelnder Luftzug) verwendeten Holzes größere Gebirgsbewegungen eintreten können, die sodann Verstärkungen der ursprünglich ausreichenden Zimmerung sowie auch des Mauerwerkes erheischen. Die Zimmerung muß ohne Schwierigkeit Verstärkungen ermöglichen, welche sich nachträglich als notwendig herausstellen, ferner tunlichst so angeordnet werden, daß bei ihrer Herstellung möglichst wenig Auswechslungen einzelner Hölzer erforderlich sind, damit die bei jeder Auswechslung vorkommenden Senkungen und die hiermit verbundenen Gebirgsbewegungen tunlichst eingeschränkt werden. Das Holz der Zimmerung wird in der Regel ein- bis dreimal, seiten öfter verwendet. In sehr drückendem, nassem und schlecht gelüftetem Tunnel ist das Holz oft schon nach einmaliger Verwendung unbrauchbar. – Das Eisen wird meist in der -, -, -Form oder als Altschiene, ausnahmsweise als Blech- und Fachwerksträger oder als Eisenrohr (Schild) verwendet. Einfachheit und leichte Lösbarkeit der Verbindungen sind besonders anzustreben.[659]

Das Holz hat den Vorzug, daß die Zimmerung an Ort und Stelle, im Tunnel, hergestellt und den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann sowie einfache Verbindungen und billige Ausführung ermöglicht. Die Eisenzimmerung wird in ihren Hauptteilen fertig in den Tunnel gebracht, kann also veränderten Verhältnissen nicht besonders angepaßt werden; die Verbindungen sind meist nicht günstig anzuordnen, schließlich ist der Preis ein verhältnismäßig hoher. Dagegen ist die Dauer der Eisenzimmerung eine größere wie die der Holzzimmerung. Zumeist kann aber die längere Dauer nicht ausgenutzt werden, da die Möglichkeit der Wiederverwendung der Eisenzimmerung bei einem andern Tunnelbau von besonders günstigen Zufälligkeiten abhängt. Holzzimmerung findet daher viel häufiger Verwendung als Eisenzimmerung; für kleine Querschnitte und nicht zu großen Gebirgsdruck jedoch wird der einfache und billige - oder -Eisenrahmen viel gebraucht, namentlich auch dann mit Vorteil, wenn der Eisenrahmen hinter dem Mauerwerk im Tunnel verbleibt, wodurch oft schwierige Auswechslungsarbeiten und Gebirgsbewegungen vermieden werden. – Bei Anwendung des Schildvortriebes in sehr ungünstigem Gebirge kann das Eisenrohr (Schild) überhaupt nicht entbehrt werden.

Nach der Bauart unterscheidet man: 1. Längsträgerzimmerung, 2. Querträgerzimmerung, 3. Eisenschildvortrieb.

1. Längsträgerzimmerung. Hierbei werden am Umfange des Tunnels parallel zur Achse Längsträger in der Regel auf die Länge einer Zone von etwa 3–9 m angeordnet, die entweder nur an den beiden Enden oder auch dazwischen gestützt werden; daher auch die Bezeichnung »Jochzimmerung«. Die Pfähle liegen senkrecht zu den Längsträgern. Die hauptsächlich gebrauchten Formen der Längsträgerzimmerung sind in Fig. 38–43 dargestellt [28], [37], [46], [49].[660] Die Längsträger b in der Nähe der First werden auch Kronbalken genannt Die Längsträger werden entweder nur durch die Endgespärre E (englische Zimmerung) oder auch noch durch Zwischengespärre F (Fig. 39) gestützt. Die Endgespärre erhalten die in Fig. 38–40 angegebenen Formen, namentlich wenn zonenweise gezimmert wird und der Gebirgsdruck an den Stirn- oder Brustseiten aufzunehmen ist, die Zwischengespärre die Formen Fig. 41–43; häufig und namentlich dann, wenn ein Brustdruck nicht vorhanden ist, wird zwischen End- und Zwischengespärren ein Unterschied nicht gemacht und erhalten alle Gespärre die Formen nach Fig. 41–43. Nur ausnahmsweise findet man noch andre hier nicht dargestellte Gespärreformen in Verwendung. Zur Aufnahme des Stirn- oder Brustdruckes durch die Endgespärre dienen zwei Brustschwellen S_o und S_u (Fig. 39 rechts und 40) oder nur eine Brustschwelle S (Fig. 39 links und 38). Bei hohen Querschnitten hat man auch drei Brustschwellen verwendet, namentlich dann, wenn Stollen sich nicht über Zonenlänge erstrecken [24]. Bei größerem Gebirgsdruck werden die Brustschwellen, um das Ausbiegen zu verhindern, noch durch Bruststreben m und n gestützt. Bei den Mittelgespärren nach Fig. 41 unterstützen lange Ständer die Längsträger; diese Anordnung wird Langständereinbau genannt. Bei den Gespärren Fig. 42 stehen die zentral gerichteten Streben d auf einer Zwischenschwelle S, die durch Ständer e und f, bei letzteren durch Vermittlung einer Langschwelle g zum Zwecke besseren Druckausgleiches und der Möglichkeit der weiteren Vermehrung der Ständer gestützt werden. Diese Anordnung erhält auch die Bezeichnung Zentralstrebeneinbau. In allen Fällen werden die Kronbalken b und die Längsträger c, Wandruten genannt, durch Bolzen p im erforderlichen Abstand gehalten. Der Längsverband in Schwellenhöhe wird durch Bolzen p bewerkstelligt. Der Gebirgsdruck wird unmittelbar von der Querverpfählung k aufgenommen und auf die Längsträger übertragen. Die in der First vorhandenen Kapphölzer a mit der darüberliegenden Längsverpfählung rühren von der Zimmerung des Firststollens her. Die Längsträgerzimmerung zeichnet sich infolge der meist auf Zonenlänge durchlaufenden Längsträger durch einen vorzüglichen Längsverband aus, so daß auch Druckausgleichung und große Stabilität auf größere Länge erreicht werden kann. Da aber die Querverpfählung k nach der verhältnismäßig stark gekrümmten Tunnelleibung nicht zweckmäßig vorgetrieben werden kann, so eignen sich die Längsträger für Getriebezimmerung, also im besonders drückenden oder schwimmenden Gebirge nicht; es muß in diesen Fällen die Querträgerzimmerung mit Längsverpfählung oder Schildvortrieb zur Anwendung kommen. Die Längsträgerzimmerung hat noch andre Formen angenommen, hierzu gehört namentlich die Bauweise mit Hilfslangträger [12], [9], die aber nur beschränkte Verwendung fand.

2. Querträgerzimmerung. Die Querträgerzimmerungen werden in Holz und Eisen ausgeführt, wie die Anordnungen Fig. 44–49 zeigen. Bei der Holzquerträger- oder Sparrenzimmerung (Fig. 44 und 45) sind Querträger oder Sparren a am Umfange des Tunnels angeordnet; sie werden durch Unterzüge u und Stempel d auf eine Mittelschwelle s abgestützt, die wieder durch Ständer e und f mit Vermittlung eines Unterzugs g, der besser über f statt über e zu legen wäre, gestützt werden. Bolzen b vermitteln den Längsverband und wo erforderlich auch den Querverband. Die Längspfähle K werden über den Querträgern a parallel zur Tunnelachse vorgetrieben, meist mit Verwendung eines Pfandblattes, wie dies aus Fig. 14, S. 656 – Getriebezimmerung im Stollenbau – zu ersehen ist. Da der Seitendruck meist geringer ist wie der Firstdruck, auch in den ebenen Seitenflächen eine Querverpfählung leichter vorzutreiben ist wie in den gekrümmten Flächen, so werden im unteren Teile statt der Querträger häufig wieder Längsträger mit Querverpfählung oder auch einfachem Bretterverzug verwendet. In stark drückendem Gebirge, wobei der Ausbruch nur unter dem Schutz der vorgetriebenen Pfähle ausgeführt werden kann und Bodenbewegungen vermieden werden sollen, ist die Querträgerzimmerung mit[661] der Längsverpfählung nicht zu entbehren; im übrigen wird aber die Längsträgerzimmerung wegen rascherer und leichterer Ausführung sowie des geringeren Holzverbrauches vorgezogen. Nur für Tunnels mit kleinen Querschnitten, wie z.B. für städtische Entwässerungskanäle, für Wassergewinnungs- und Wasserkraftanlagen, wählt man wie im Stollenbau auch im weniger drückenden Gebirge die Querträgerzimmerung mit Längsverpfählung (Fig. 46 und 47), weil hierbei keine besonderen Stollen, von welchen aus die Erweiterung auf den vollen Querschnitt vorzunehmen wäre, vorangehen. Hierbei ist es zweckmäßig, wegen der geringen Abmessungen als Querträger billige Altschienen oder -Eisen a zu verwenden, die unter Umständen auch hinter dem Mauerwerk verbleiben können, um umständliche Auswechslungen und die damit verbundenen Bodenbewegungen zu verhindern. Bei größeren Weiten können die Eisenrahmen a, um größere Abmessungen und Gewichte zu vermeiden, durch leichte Holzzimmerung abgestützt werden. Auch für größere Tunnels hat man statt der Holzsparren a in Fig. 44 Querträger aus -Eisen oder Altschienen verwendet, sie aber durch Holz abgestützt.

Reine Eisenzimmerungen für Tunnels mit großen Querschnitten sind aus den bereits angeführten Gründen nur in wenigen Fällen verwendet worden. Die meist gebrauchte Form, der Querträgerzimmerung in Eisen, zeigen Fig. 48 und 48a [1], [13]. Ein aus Blechwandträgern hergestellter mehrteiliger, der Form des Tunnelmauerwerkes angepaßter Eisenrahmen A, der durch zwei Querträger B₁ B₂ abgesteift ist, die auch als Rüstung für die Aufmauerung dienen, daher Bühnenträger genannt werden, trägt die aus Winkeleisen gefertigten, einzeln herausnehmbaren Auswechslungsrahmen a, deren Höhe etwa gleich der Stärke des Tunnelmauerwerkes ist. Ueber den Rahmen a befindet sich die Längsverpfählung K. Der Längsverband, die Verbindung der einzelnen Rahmen A untereinander, erfolgt durch Rundeisen b, auch wohl durch Rundholzbolzen. Die Schwierigkeit der Anpassung der fertig in den Tunnel gebrachten Eisenrahmen an die verschieden großen Ausbruchsräume, die großen Kosten in der Herstellung und infolge fehlender Gelegenheit zur Wiederverwendung sind die Hauptgründe, welche gegen die Verwendung dieser Zimmerung sprechen.

3. Der Eisenschild. Der Eisenschild besteht je nach den Druck- und Wasserverhältnissen und dem gewählten Bauvorgänge aus einem geschlossenen, meist kreisförmigen oder elliptischen, mehr oder weniger versteiften Eisenrohr (Fig. 49 und 49a) oder aus einem Halbrohr (Fig. 50 und 50a), einem Teilschilde oder auch nur aus einer Schutzhaube in der First des Tunnels [35], [36], [39], [44], [50]. Der Schild hat eine Schneide S und wird mit Hilfe von Schrauben oder Wasserpressen P, die am Umfange angeordnet sind und deren Füße F sich gegen das Mauerwerk oder die Eisenverkleidung des Tunnels oder gegen die mit kräftigem Längsverbände versehenen Lehrbogen der Tunnelverkleidung stützen, an oder in das Gebirge gedrückt und der gelöste Boden unter dem Schütze des Schildes entfernt. Die Zahl der Pressen ist tunlichst groß zu halten, um den Druck auf die Tunnelverkleidung zu mindern und die den Gebirgs- und Richtungsverhältnissen anzupassende Lenkung des Schildes zu erleichtern. Nach Vorschub des Schildes auf die Länge einer verhältnismäßig kurzen Zone wird der Tunnel unter dem Schütze des Schildes ausgemauert oder mit Eisen verkleidet. Es ist nötig, daß der Schild die Tunnelauskleidung M genügend weit übergreift. Weniger festes Gebirge wird mit einer von den Reibungsverhältnissen abhängigen Böschung in den Schild eintreten. Die Länge des Schildes ist daher abhängig von den Gebirgsverhältnissen, von der Länge der Zonen[662] und der Uebergreifung des fertigen Tunnels. Das Rohr des Schildes wird zumeist versteift, die Blechstärke des Rohres aber tunlichst dünn gehalten, damit der nach dem Vorschub des Schildes hinter der Tunnelverkleidung verbleibende Hohlraum möglichst klein wird. Teilschilde werden auf Schienen oder Gleitplatten vorgeschoben, die entweder auf dem Erdkörper oder besser, wie Fig. 50 und 50a zeigen, auf den vorher aufgemauerten Widerlagern liegen, da dann die Bewegung des Schildes nach abwärts vermieden wird. Teilschilde werden an den Auflagern auch mit Gelenken versehen. Der Schildvortrieb wird im sehr drückenden und wasserführenden Gebirge, im letzteren Falle auch mit Verwendung von Preßluft, sowie bei geringeren Ueberlagerungen des Tunnels gebraucht, um Boden- und Wassereinbrüche sowie Bodenbewegungen, die sich auf die Oberfläche fortpflanzen, zu verhindern.

Der Arbeitsvorgang. Art, Umfang und Reihenfolge des Ausbruches, der Zimmerung und Ausmauerung oder Eisenverkleidung des Tunnels sind verschieden und ändern sich mit der Beschaffenheit des Gebirges, der Querschnittsgröße, der Länge und dem Zwecke des Tunnels sowie mit der zur Verfügung stehenden Bauzeit. Tunnel mit kleinen Querschnitten werden in der Regel wie die Stollen in einem Teile ausgebrochen, während bei größeren Tunnels der Querschnitt geteilt wird; hierbei wird, abgesehen vom Schildvortrieb, der Ausbruch zumeist mit einem Richtstollen in der Sohle oder in der First des Tunnels begonnen. Die Richtstollen haben den Zweck, das Gebirge aufzuschließen, damit für die weiteren Arbeiten, namentlich für Zimmerung und Mauerung, zweckmäßige Anordnungen getroffen werden können, sodann die Bestimmung der Richtung und Höhenlage des Tunnels zu erleichtern, eine größere Zahl von Arbeitsangriffstellen zu gewinnen und eine Entwässerung des Gebirges vor Ausführung der weiteren Arbeiten zu erreichen. Der Sohlstollen ist in dieser Hinsicht dem Firststollen vorzuziehen, weil hierbei die Förderung vereinfacht wird, da die Förderbahn während des Tunnelbaues nahezu unverändert liegen bleiben, die Vermehrung der Arbeitsstellen durch Aufbrüche oder Firstschlitze günstig und die Entwässerung in der Sohle am wirksamsten erfolgen kann. Da aber die Ausbrucharbeiten zweckmäßig von oben begonnen und nach unten fortgesetzt werden, so ist außer dem Sohlstollen in der Regel noch ein Firststollen oder ein Firstschlitz erforderlich. Stollenausbruch oder Firstschlitz sind indessen kostspieliger als der übrige Ausbruch; deshalb werden die Ausbruchkosten in diesem Falle größer sein wie beim Firststollenbetrieb, der nur einen Stollen erfordert. Bei längeren Tunnels oder im ungünstigen wasserführenden Gebirge werden aber die Mehrkosten des zweiten Stollens durch die Vorzüge des Sohlstollens aufgewogen, so daß nur im kurzen Tunnel, im wenig nassen und wenig drückenden Gebirge der Firststollen als Richtstollen zweckmäßig sein und der Sohlstollen also entbehrt werden kann. Die Richt- und Förderstollen werden in der Regel von beiden Tunneleingängen (Mundlöchern) gegen die Mitte tunlichst rasch getrieben, damit die übrigen Arbeiten, auch der Durchschlag, d.i. das Zusammentreffen der beiderseits vorgetriebenen Stollen, baldigst erfolgen kann. Nach dem Durchschlage werden in der Regel Förderung, Lüftung, Entwässerung, unter Umständen auch die Arbeitsdispositionen verbessert. Der Stollenvortrieb wird auch mit Hilfe von Schächten beschleunigt; doch bedarf namentlich die Anordnung tiefer Schächte reiflicher Ueberlegung, da die Schwierigkeiten hauptsächlich infolge größeren Wasserzudranges hierbei recht bedeutend werden können und die Ausbaukosten des Tunnels von den Schächten aus wesentlich größer werden als von den Mundlöchern. Die Ausbauarbeiten aber bis nach den Durchschlägen des Stollens zu verschieben, ist nicht zu empfehlen, da der Stollen in diesem Falle zu lange »auf dem Holze steht«.

Die Aufbrüche sind kleine Schächte, welche vom Sohlstollen nach der Tunnelfirst führen (Fig. 51 und 51a) [28], [30], [42], [48]; sie ermöglichen eine größere Zahl von Arbeitsangriffstellen nicht nur für den Firststollen, sondern auch für alle andern Tunnelarbeiten, so daß jeder Aufbruch zur Tunnelbaustelle werden kann. Form und Querschnittsgrößen sind so zu bemessen, daß ein leichter Verkehr der Arbeiter sowie die Aufbringung der Baustoffe und namentlich der längeren für die Zimmerung erforderlichen Hölzer möglich ist; sie werden daher meist 1,5–5,0 m lang und 1,5–2,5 m breit, auch schräg gemacht. Die Entfernung der Aufbrüche a (Fig. 52) ist von dem erforderlichen Arbeitsfortschritte abhängig und bewegt sich für die Erreichung des Firststollens von etwa 60–120 m, ausnahmsweise mehr. Nach Herstellung des Firststollens können für Vollausbruch und Mauerung noch Zwischenaufbrüche im Abstande von 4–8 Zonenlängen angeordnet werden. Die Ausbruchsmassen aus dem Firststollen und dessen Erweiterungen werden nicht nur durch die Aufbrüche A, sondern auch, um die Förderwege im[663] Firststollen kurz zu halten, noch durch besondere, 1–1,5 m weite Schüttlöcher S (Fig. 52), die nach Bedarf und meist im Abstande von etwa 10–30 m angeordnet werden, in die im Sohlstollen bereitstehenden Förderwagen geschüttet.

Absenkungen (Fig. 53) vom Firststollen nach der Tunnelsohle [14] können zur Vermehrung der Arbeitsstellen beim reinen Firststollenbetrieb, wobei also ein Sohlstollen fehlt, und bei Ausführung des Gewölbes vor den Widerlagern angewendet werden. Da aber hierbei Förderung und Wasserhaltung sehr erschwert und verteuert werden, so sind sie wenig zweckmäßig und finden daher nur ausnahmsweise Verwendung, wie z.B. Fig. 54, wobei die volle Ausmauerung schwieriger Strecken bei der zweiten Bauweise (s. S. 665) vor Herstellung des Sohlschlitzes vorgenommen wird.

Diese Arbeitsvorgänge ergeben verschiedene Bauweisen, von denen die gebräuchlichsten im folgenden kurz besprochen werden sollen.

Erste Bauweise. Tunnels mit kleinen Querschnitten, wie namentlich für Entwässerungs-, Wasser- und Kraftgewinnungsanlagen, werden in der Regel nach Art des Stollenvortriebes in einem oder zwei Teilen ausgebrochen (Fig. 55 und 56) und durch Querträgerzimmerung mit Längsverpfählung abgestützt. Die Mauerung wird in der Regel mit dem Sohlgewölbe begonnen, falls solches erforderlich ist; ausnahmsweise wird das Sohlgewölbe nach Fertigstellung des Firstgewölbes ausgeführt [33], [34], [40]. – Bei Verwendung von leichten Eisenrahmen für die Abstützung bleiben[664] diese häufig hinter dem Mauerwerk im Tunnel, um die mit der Beseitigung verbundenen Erschwernisse und Gebirgsbewegungen zu vermeiden.

In den Fig. 57–60 ist der Bauvorgang beim 2200 m langen Kraftwassertunnel des Elektrizitätswerkes an der Sihl (Schweiz [Weber]) dargestellt, der durch Moräne und Findlinge mit einem Ausbruchquerschnitt von 2,4 m Höhe und 2,2 m Breite mit Hilfe von eisernen dreiteiligen Schienenrahmen als Querträger getrieben wurde. Die Ausmauerung erfolgte mit den Widerlagern, beginnend mit Formsteinen aus Sandbeton [40].

Die Fig. 61 und 62 zeigen den Vorgang beim Kanalbau in Köln (A. Hüser-Oberkassel) [51]. Der Ausbruchquerschnitt hatte 5,0 m Weite und 3,5 m Höhe; der Scheitel lag nur 3,54 m unter Bodenoberfläche (Güterbahnhof Köln); auf 75 m Länge war mit dem Tunnel Kies und Sand zu durchfahren. Die vierteiligen Querrahmen im Abstande von 0,75 m bestanden aus alten Eisenbahnschienen, die noch durch Holzeinbau gestützt wurden. Die Ausmauerung wurde in Stampfbeton ausgeführt; die Schienenrahmen verblieben hinter dem Mauerwerk.

Zweite Bauweise. Bei größeren Querschnitten wird der Ausbruch in der Regel in Teilen des Gesamtquerschnittes, mit dem First- oder Sohlstollen beginnend, von oben nach unten in der aus den Fig. 63–66 ersichtlichen Reihenfolge ausgeführt. Die Mauerung wird mit dem Firstgewölbe begonnen. Erst nach dessen Fertigstellung werden der Ausbruch des unteren Tunnelquerschnittes fortgesetzt und die Widerlager eingebaut; das Gewölbe muß also nach dem Ausbruche für die Widerlager bis zu deren Fertigstellung durch Holzstempel gestützt, unterfangen werden. Für den oberen Tunnelteil wird bis zur Fertigstellung des Gewölbes in der Regel die Längsträger- oder Jochzimmerung verwendet. Die Arbeit des Unterfangens ist schwierig und mit großer Vorsicht auszuführen, auch ist das gleichzeitige Unterfangen gegenüberliegendes Widerlager zu vermeiden. Die Gewölbekämpfer werden mit Schlitzen versehen, auch wird das ganze Gewölbe an das Gebirge angemauert und der vordere Teil auf biegungsfeste Holzschwellen gelegt. Schwellen auf volle Gewölbebreite sind verfehlt. Ebenso sind Zementeisenunterlagen an Stelle der Holzschwellen nicht zu empfehlen.

Diese Bauweise wird auch die belgische oder französische genannt; sie hat den Vorteil einer raschen Sicherung der Decke und billiger Zimmerung, dagegen den Nachteil, daß[665] das fertige Gewölbe durch die Stützung auf Holzstempel und den immerhin mangelhaften Anschluß der Widerlager an die Kämpfer Bewegungen ausgesetzt ist, die meist zu nicht bemerkbaren Rissebildungen am nicht mehr zugänglichen Rücken des Gewölbes Veranlassung geben, wodurch das Mauerwerk vorzeitigen Zerstörungen, zumal bei größerem Wasserzudrange, ausgesetzt ist. – In sehr festem Gebirge leidet das Gewölbemauerwerk häufig durch die Sprengwirkungen beim Ausbruch des unter den Kämpfern liegenden Tunnelteiles. Diese Bauweise soll daher nur im wenig festen, aber nicht drückenden und wenig wasserführenden Gebirge, bei kleiner Weite und geringem Gewichte des Gewölbes, wie etwa im eingleisigen Eisenbahntunnel, und auch in diesem Falle nur mit größter Vorsicht, verwendet werden [6], [14].

In Fig. 67–74 ist der Bauvorgang im eingleisigen Cremolino-Tunnel (Italien), welcher größtenteils Serpentin durchfährt, dargestellt. Der Ausbruch, wurde mit dem Firststollen als Richtstollen begonnen, ein Sohlstollen daher nicht ausgeführt. Im festen Gebirge genügten eben leichte Längsträgerzimmerung und kleine Gewölbestärke. Trotzdem wurden die Gewölbskämpfer (Fig. 72 und 73) vorsichtshalber durch Querträger gegeneinander verspannt. Das Gewölbemauerwerk wurde in Ziegeln ausgeführt [42].

Fig. 75–79 zeigen den Bauvorgang im eingleisigen Krähbergtunnel (Odenwald) der Buntsandstein durchfährt. Hierbei wurde der Sohlstollenbetrieb gewählt und der Firststollen von vorn und durch Aufbrüche betrieben. Das Gebirge war für die Bauweise günstig (mittlerer Buntsandstein), da der Gebirgsdruck gering war, weshalb auch Zimmerung und Gewölbe leicht und billig gehalten werden konnten [17], [55],

Dritte Bauweise. Die Teilung des Querschnittes und die Reihenfolge der Ausmauerung geschieht nach Fig. 80. Der Ausbruch wird zumeist mit dem Sohlstollen 1 begonnen, der auch den übrigen Ausbrucharbeiten voraneilt (Fig. 81 und 82). Dem Sohlstollen folgt der Firststollen 2 und die übrigen Ausbrucharbeiten 3–9, der Vollausbruch. In mehreren Fällen wurde der Firststollen nur auf Zonenlänge ausgebrochen (Fig. 83); in wenigen Fällen auch der Sohlstollen nicht über die in Ausführung begriffene Zone verlängert, was eine Vermehrung der Angriffstellen ausschließt. Vollausbruch, Zimmerung und Mauerung bleiben in jedem Falle auf Zonenlänge Z beschränkt. Erst nach Vollendung der Ausmauerung einer Zone wird mit dem Ausbruche der Nachbarzone begonnen [3], [24]. Der zeitweilige Ausbau erfolgt mit Längsträgerzimmerung (Fig. 84 und 85), wobei die Längsträger nur an den beiden Enden, nicht aber dazwischen gestützt werden. Die Endstützen werden entweder durch das fertige Gewölbe einerseits und durch ein Gespärre mit zwei Brustschwellen anderseits (Fig. 84) oder aber in der Aufbruchzone durch zwei Gespärre (Fig. 85) gebildet. Da die Längsträger ohne Zwischenstützen bleiben, so können die Zonen nur kurze Längen von 3–6 m erhalten. Die Mauerung kann mit dem Sohlgewölbe 10 (Fig. 80) beginnen, da Zwischenstützen fehlen, sodann folgen Widerlager 11, 12 und das Firstgewölbe 13; sie findet unter dem Schütze der Längsträger statt. Die Längsträger in der Nähe des Scheitels, Kronbalken genannt, etwa vier bis sechs, bleiben hinter dem Gewölbe und werden erst nach dessen Vollendung in den erweiterten Firststollen[666] vorgezogen, um in nächster Zone Verwendung zu finden. Zur Erleichterung des Vorziehens werden zwischen den Kronbalken vom Gewölbe nach dem Gebirge kleine Stützpfeiler aufgemauert. Der von den Kronbalken eingenommene Raum wird nachträglich mit Steinen trocken ausgepackt. Bei großem Firstdruck ist das Vorziehen der Kronbalken nicht möglich; sie werden dann eingemauert und verbleiben hinter dem Gewölbe. Dieser Vorgang ist als englische Bau weise bekannt. Die Vorzüge dieser Bauweise bestehen im wesentlichen in dem zonenweisen Vorgang, wobei das Gebirge auf kurze Strecken freigelegt wird, die Zimmerung nur kurze Zeit bestehen bleibt, jede Zone zu beiden Seiten Stützen gegen Längsbewegungen findet und die Mauerung mit dem Sohlgewölbe begonnen werden kann. Als Nachteile sind namentlich anzusehen die große Stärke und geringe Länge der Kronbalken, ihre Auflagerung auf dem Gewölbe, das Vorziehen, wobei das Gewölbe leidet und die verbliebenen Räume doch nur mangelhaft ausgefüllt werden können, oder die Kronbalken verbleiben hinter dem Gewölbe, was nach dem Verfaulen zu Gebirgsbewegungen Veranlassung geben kann. – Diese Bauweise wird nurmehr sehr wenig gebraucht, allein aus ihr sind die beiden folgenden Bauweisen, welche ausgedehnte Verwendung finden, hervorgegangen.

Vierte Bauweise. Ist unmittelbar aus Bauweise drei hervorgegangen. Die Teilung des Querschnittes, die Reihenfolge des Ausbruches und der Mauerung zeigen die Fig. 86 und 87. – Zur Abstützung des ausgebrochenen Raumes wird Längsträgerzimmerung mit Zwischengespärren verwendet. Die Längsträger werden an den Enden nicht wie bei der dritten Bauweise durch das fertige Gewölbe der vorhergehenden Zone gestützt; sie erhalten auch dort besondere Endgespärre (Fig. 88, Tunnel bei Oberwappenoest) [16]. Die Mauerung beginnt mit den Widerlagern; das Sohlgewölbe wird erst nach Fertigstellung des Firstgewölbes eingezogen. [667] Abweichungen hiervon bedingen besondere Anordnungen und sind Ausnahmen. Ausbruch, Zimmerung und Mauerung bleiben wie bei der dritten Bauweise auf Zonenlänge beschränkt, während Sohl- und Firststollen fortlaufen – Die Zahl der Aufbrüche wird so vermehrt, daß ununterbrochener Arbeitsbetrieb und der verlangte Baufortschritt gesichert sind. Um eine größere Zahl von Aufbrucharbeitsstellen zu ermöglichen, müssen Sohl- und Firststollen genügend weit voran sein. – Die Zonenlänge Z kann infolge der Zwischenstützung der Längsträger größer gewählt werden wie bei Bauweise drei und beträgt 5–10 m; auch können infolge der Zwischenstützen die Längsträger aus zwei Stücken mit halber Zonenlänge bestehen. Diese Bauweise, bei welcher die Hauptvorteile der Bauweise drei beibehalten, dagegen ihre Nachteile zum Teil beseitigt sind, hat namentlich bei deutschen und österreichischen Tunnelbauten vielfache und vorteilhafte Verwendung gefunden. Sie hat bei den Tunnelbauten der Badischen Bahnen und der Oesterreichischen Alpenbahnen (Arlberg-, Wocheiner- und Karawankentunnel) [30], [48], [49], [57] eine gründliche und zweckmäßige Durchbildung erfahren. Die Zonenlängen bewegten sich hierbei in der Regel von 5–9 m. Aufbrüche zum Zwecke der Herstellung des Firststollens wurden in etwa 60–70 m Abstand angeordnet; Zwischenaufbrüche nach hergestelltem Firststollen für Vollausbruch und Mauerung erhielten in der Regel den Abstand von vier Zonenlängen. Die bei diesen Tunnelbauten erzielten Leistungen waren dementsprechend auch besonders hohe.

In Fig. 89–95 ist der Bauvorgang des 6339 m langen zweigleisigen Wocheiner Tunnels (österr. Alpenbahnen), der Kalksteine der oberen Trias, des Jura und der Kreide durchfährt, dargestellt. Der Bau wurde namentlich durch bedeutende Wassereinbrüche sehr erschwert [57].

Fünfte Bauweise. Die Teilung des Querschnittes erfolgt in der Regel so wie für die vierte Bauweise (Fig. 86 und 87), Der Arbeitsvorgang bleibt aber nicht auf eine Zone[668] beschränkt; es befindet sich vielmehr eine größere Zahl unmittelbar aneinander schließender Zonen im Bau (Fig. 96–101). Die Arbeit und Arbeitsverteilung wird hierdurch etwas vereinfacht und verbilligt, allein es wird auch das Gebirge auf eine größere Tunnellänge freigelegt und es besteht die Gefahr, daß die Zimmerung zu lange stehenbleibt, bevor das Mauerwerk fertiggestellt ist, wodurch leicht größere Gebirgsbewegungen, ja auch Niederbrüche oder Verbrüche hervorgerufen werden können. Dieser Vorgang erscheint daher nur im fetteren Gebirge, das auch Veränderungen durch Luft- und Wasserzutritt nicht unterworfen ist, zulässig, und auch hierbei wird man eine zu große Längserstreckung des Baues vermeiden, damit das Gebirge nicht zu lange auf der Zimmerung ruhe, die auch sonst noch vielerlei Zufälligkeiten ausgesetzt ist. Es kann hierbei Längs- oder Querträgerzimmerung verwendet werden. In der Regel gebraucht man Längsträgerzimmerung mit Zwischengespärren, da hierbei nur fetteres Gebirge in Frage kommt. Auch wird durch Aufbrüche eine Vermehrung der Angriffsstellen für den Firststollen, die Vollausbruch- und Maurerarbeiten ermöglicht.

In den Fig. 102 und 103 ist der Arbeitsvorgang im 1700 m langen Stockhaldetunnel (Badische Staatsbahnen), der in der Hauptsache Dolomite des Muschelkalkes durchfährt, dar gestellt; die Arbeitsstrecken wurden, mit Ausnahme des Sohl- und Firststollens, auf sechs Zonen mit je 8 m Länge beschränkt. Die verwendete Zimmerung war ungefähr der in Fig. 41 dar gestellte Langständereinbau [30].

Sechste Bauweise. Der Ausbruch wird mit dem Sohlstollen 1 begonnen (Fig. 104) dem nicht der Firststollen, sondern der Firstschlitz 2 folgt, der nach 3 erweitert wird, worauf mit dem Ausbruche der Strossenteile 4 der Vollausbruch beendet ist und die Ausmauerung von unten beginnen kann. Im festen Gebirge, das mit Bohr- und Sprengarbeit gewonnen wird, sind zur Aufteilung der Bohrmannschaft und der Bohrgeräte für den Firstschlitz und dessen Erweiterungen Fußgerüste erforderlich (vgl. Fig. 105, 3557 m langer Wasserfluhtunnel [Schweiz], Gebirge: Nagelfluh). Auch wird der Sohlstollen 1 (Fig. 106) nach beiden Seiten 2 auf vollen Tunnelquerschnitt erweitert und dann der Firstschlitz 3 in voller Tunnelbreite ausgeführt. Bei dem 5311 m langen Gravehalstunnel (Norwegen) [45], zumeist fester Granit, wurde zur Aufteilung der Bohrmaschinen für den Firstschlitz der aus Fig. 107 ersichtliche Gerüstwagen angeordnet. Auf der Nordseite des Simplontunnels hat man anfänglich die Firstschlitzbauweise[669] nach Fig. 108 und 109 angewendet [43]. Die Gerüste waren für Bohrarbeit und zeitweilige Ablagerung der Ausbruchmassen bestimmt; das Mauerwerk wurde mit den Firstschlitzen hochgeführt. Im festen Gebirge ist die Firstschlitzbauweise zweckmäßig, weil die Verspannung des Gesteins geringer, daher die Lösung billiger ist wie im Firststollen und dessen Erweiterungen, eine bessere und leichtere Lüftung und Förderung möglich ist und die Entwässerung der oberen Tunnelteile sicherer erreicht wird. Die Zahl der Angriffswellen für Firstschlitz und Vollausbruch läßt sich wie bei den übrigen Bauweisen nach Bedarf vermehren, wenn der Sohlstollen entsprechend weit vorgetrieben ist.

Aber auch im drückenden Gebirge kann die Firstschlitzbauweise vorteilhaft sein. Nach Fig. 110 wird der Sohlstollen 1 auf 2 erweitert, um gleich den unteren Bock mit der Mittelschwelle einbringen zu können (Fig. 111), sodann kann der Schlitz 4 nach der First ausgeführt werden. Um die Herstellung des Firstschlitzes mit großen Abmessungen zu erleichtern, wird häufig ein kleiner, kurzer Hilfsstollen 3 vorgetrieben. Im Firstschlitz wird sodann der obere Bock unmittelbar auf den unteren gesetzt (Fig. 111) und daher das Sacken der oberen Zimmerung beim Unterfangen der Mittelschwelle durch die unteren Ständer vermieden. Hierauf folgen die Erweiterungen 5, mit dem Ausbruche der Strossenteile 6 ist der Vollausbruch beendet und es kann mit der Aufmauerung der Widerlager begonnen werden.

Die Abstützung des Tunnels kann durch Längs- oder Querträgerzimmerung erfolgen; im letzteren Falle wird dieser Vorgang österreichische Bauweise genannt, obwohl auch der Vorgang mit dem Firststollen und Anwendung der Querträger- oder Sparrenzimmerung häufig als österreichische Bauweise bezeichnet wird. Der Vorteil der Firstschlitzbauweise im Druckgebirge besteht hauptsächlich darin, daß die Zimmerung von unten nach oben eingebracht, die Unterfangung der oberen Zimmerung durch die Stempel und damit auch stärkere Bewegungen der Zimmerung nach abwärts vermieden werden. Diese Bauweise empfiehlt sich daher auch für das Durchfahren von Niederbrüchen. In Fig. 111–114 ist der Bauvorgang in einem Teile des 904 m langen zweigleisigen Remsfelder Tunnels, der Schieferton, Röth, Letten, Schutt und Buntsandstein durchfährt, dargestellt. In einem etwa 260 m langen Stücke wurde Querträger- oder Sparrenzimmerung verwendet [20]. Fig. 115–121 zeigen den Bauvorgang in den Druckstrecken des 5865 m langen eingleisigen (1,0 m Spurweite) Albulatunnels, der teilweise nach der Firstschlitzbauweise mit Längsträgerzimmerung hergestellt wurde. Das Gebirge im Tunnel bestand aus Albulagranit, Tonschiefer, Zellendolomit, Casannaschiefer [56].

Siebente Bauweise. Hier wird der Ausbruch nur in dem Umfange ausgeführt, als für die Herstellung des Mauerwerkes erforderlich ist. Es verbleibt ein Gebirgskern K (Fig. 122 und 123) bis nach Vollendung des Mauerwerkes stehen, der eine Stütze für Zimmerung und Mauerung bilden kann. Diese Bauweise wird daher Kernbauweise, zuweilen auch deutsche Bauweise genannt. Teilung des Querschnittes, Reihenfolge des Ausbruches und der Mauerung zeigen Fig. 122 und 123. Das Sohlgewölbe wird, wenn erforderlich, am Schlusse, also nach Beseitigung des Kerns K, ausgeführt. Der Ausbruch beginnt mit dem Firststollen 1 (Fig. 122) oder mit zwei Sohl- oder Ortstollen (Fig. 123) oder, bei sehr großen Querschnitten, mit einem Kernstollen in der Sohle oder höher, zwei Ortstollen und einem Firststollen. Es sind auch noch verschiedene andre Anordnungen getroffen worden, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.[670]

Bei kleinen Querschnitten und im Druckgebirge ist es schwierig, einen Kern K zu erhalten, der sich zur sicheren Abstützung eignet; dann ist auch der Raum in den Schlitzen 3, 5 (Fig. 122) und in den Ortstollen 1, 3 (Fig. 123) so schmal, daß Förderung und Mauerung erschwert und verteuert werden. Das ist der Grund, warum man von dieser seinerzeit mehrfach verwendeten Bauweise längere Zeit keinen Gebrauch machte. Allein in manchen Fällen werden die Vorteile dieser Bauweise die Nachteile überwiegen, und sie kann dann zweckmäßige Verwendung finden. So wird es sich bei geringen Ueberlagerungen des auszuführenden Tunnels (städtische Entwässerungskanäle und Untergrundbahnen) meist empfehlen, noch vor Vollausbruch die beiderseitigen Widerlager in zwei vorher zu treibenden, tiefliegenden Ortstollen mit höherer Ueberlagerung auszuführen, um dann sowohl den für das Firstgewölbe ausgebrochenen Raum sowie die Rüstung für das Gewölbe selbst auf den gemauerten Widerlagern und auch auf dem Kern abstützen zu können, wodurch Bewegungen der geringen Ueberlagerung der Tunnelfirst, die in den städtischen Straßen große Uebelstände zur Folge haben, vermieden werden können. Auch für die Herstellung von Tunnels mit großen Querschnitten, wie für Schiffahrtskanäle oder mehrgleisige Eisenbahnen, wenn Parallel- oder Zwillingstunnels nicht ausgeführt werden können, ist die Kernbauweise kaum durch eine andre Bauweise zweckmäßig zu ersetzen, da eine Auszimmerung des voll ausgebrochenen Raumes eines großen Tunnels nicht nur sehr kostspielig, sondern auch größeren Bewegungen ausgesetzt ist und wie jeder Holzeinbau mit Zunahme des Umfanges an Verläßlichkeit abnimmt.

Fig. 124 und 125 zeigen die Kernbauweise bei einem der ältesten Eisenbahntunnels Deutschlands, dem Königsdorfer Tunnel (Cöln-Aachen), der schon im Jahre 1857 in sehr druckhaftem Gebirge (teilweise Schwimmsand) ausgeführt wurde [4].

Fig. 126–132 zeigen die Kernbauweise in Anwendung auf den Bau eines im Jahre 1902 ausgeführten, 360 m langen Abwässerungskanals unter der Hafenstraße in Hamburg,[671] in tonhaltigem Sande und sandigem Lehm. Die Straße, auf der sehr lebhafter Fuhrwerks- und Straßenbahnverkehr stattfindet, liegt nur 2–8 m über dem Scheitel des Tunnels. Der Vollausbruch für den Tunnel betrug etwa 30 cbm für den laufenden Meter. Der Kern hatte eine Breite von etwa 2 m. Die Zimmerung erfolgte mit dreiteiligen, nach der Gewölbeform gebogenen - Querträgern. Die Bauweise hat sich bewährt [54].

Achte Bauweise. Hier erfolgt der Ausbruch des Gebirges unter dem Schütze eines Eisenschildes, der in der Regel mit Wasserpressen vorgetrieben wird. Im festeren Gebirge und bei kleinen Querschnitten erhält der Schild die Form Fig. 133 mit kurzer Länge, da das Gebirge auf kurze Zeit nahezu senkrecht stehen bleibt. Im weniger festen und losen Boden, der wegen geringer Kohäsion und Reibung nur unter einer größeren oder geringeren Böschung in Ruhe bleibt, wird der Schild zur Vermeidung großer Längen schräg geschnitten (Fig. 134) oder erhält wagerechte Abteilungen (Fig. 135), unter denen der Boden unter dem entsprechenden Böschungswinkel, also mit geringer Fußbreite, zur Ruhe kommt. Auch wird der Schild am Ende durch eine mit Türöffnungen versehene Blechwand abgeschlossen, wodurch die Sicherheit gegen Einbrüche größerer Bodenmassen erhöht wird. In diesen Fällen wird die Auskleidung (Mauerwerk oder Eisen), in der Sohle beginnend, nach oben ausgeführt und in der First geschlossen. Zur Vermeidung großer Schildlängen und daher großer Eisenstärken werden die Zonenlängen für den Ausbau kurz gehalten. Namentlich ist die starke Belastung des frischen Mauerwerkes durch die Füße der Wasserpressen tunlichst zu vermeiden. Das geschieht durch großflächige Füße; auch wurden an den Auflagerstellen der Füße durchlaufende Gußeisenstangen von 4 bis 6 cm Stärke in das Mauerwerk eingesetzt und auf diese Weise der Druck der Pressen auf eine größere Länge und Tiefe des Mauerwerks verteilt. Auch hat man die Füße der Pressen gegen die mit kräftigen Längsverbänden versehenen und hinten abgestützten Lehrbogen und nicht gegen das Mauerwerk gesetzt. Allerdings wird auch die Ansicht vertreten, daß das Mauerwerk durch starkes Zusammenpressen an Fertigkeit gewinne und daher das Anstemmen der Füße der [672] Pressen dem Mauerwerk gar nicht schädlich sei. Das kann aber nur unter ganz bestimmten Bedingungen und ausnahmsweise der Fall sein. Der nach dem Vorschieben des Schildes hinter dem Mauerwerk oder der Eisenverkleidung verbleibende Hohlraum muß so rasch wie möglich ausgefüllt werden, um Bodenbewegungen, die sich namentlich bei geringen Ueberlagerungen des Tunnels bis auf die Oberfläche fortsetzen können, zu vermeiden. Zu diesem Zwecke wird in der Regel Zementmörtel mit Hilfe von Preßluft hinter die Tunnelverkleidung gespritzt; trotzdem sind aus diesem Grunde Bodenbewegungen wiederholt vorgekommen. Man kann den Schildvortrieb bei nicht zu ungünstigen Bodenarten auf den oberen Teil des Tunnels beschränken und verwendet in diesem Fall den Halb- oder Teilschild. Hierbei können, wie Fig. 136–138 zeigen, vorerst in zwei Sohl- oder Ortstollen 1 und 3 die Widerlager 2 und 4 aufgemauert werden. Auf den fertigen, oben mit Gleitplatten versehenen Widerlagern, die dem oberen Tunnelausbruche genügend weit vorausgeeilt sind, wird der Halbschild entweder mit Gleitschuhen oder Rollen aufgesetzt und dann mit Hilfe der am Umfange angeordneten Wasserpressen vorgetrieben, hierbei der Ausbruch 5 bewerkstelligt und unter dem Schütze des Schildes auch das Gewölbemauerwerk ausgeführt.

Auch hat man mit dem Vortrieb des Halbschildes und dem Ausbruch für den oberen Tunnelteil begonnen, das Gewölbe hergestellt und dann erst das Gewölbe durch die Widerlager unterfangen, ein Vorgang, der dem erst besprochenen weit nachsteht und dieselben Mängel besitzt wie die zweite oder belgische Bauweise.

Bei Verwendung des Eisenschildes im wechselnden Gebirge, also in Schichten von verschiedener Festigkeit, kann es auch zweckmäßig sein, den gleichmäßigen Vorschub des Schildes durch Vorarbeiten mit Hilfe von Holzzimmerung zu sichern. Der Schild tritt dann an die Stelle der vollen Auszimmerung, unter deren Schutz die Tunnelmauerung oder Eisenverkleidung eingebracht werden kann.

In einigen Fällen hat sich auch ein dem Schildvortrieb vorangehender Richtstollen in der Sohle oder in der Mitte des Tunnelquerschnittes als zweckmäßig erwiesen.

Neunte Bauweise. Der Schildvortrieb mit Verwendung von Preßluft kommt namentlich in sehr wasserreichem und schwimmendem Gebirge zur Anwendung. Die Preßluft hat hierbei dem Wasserdruck das Gleichgewicht zu halten, das Eindringen des Wassers oder des schwimmenden Gebirges in den Arbeitsraum des Schildes zu verhindern, was namentlich deshalb Schwierigkeiten macht, weil die Wasserdruckhöhen an höchster und tiefster Tunnelkante verschieden sind. Zu geringer Luftdruck kann ein Ansteigen des Wassers in der Sohle, zu großer ein Ausblasen der Preßluft und rasche Druckverminderung sowie ein Aufwühlen und eine Bewegung des den Tunnel überlagernden Bodens zur Folge haben. Diese Uebelstände haben zu verschiedenen Vorschlägen und Anordnungen geführt, die aber nur teilweise befriedigten. So haben Greathead-London [44], [50] und Haag-Berlin [38] Schildanordnungen vorgeschlagen, wobei die Preßluft auf die wagerechte Wasserfläche einwirken, daher der Einfluß des Druckunterschieds vermieden werden soll. – Bei Verwendung von Preßluft sind Luftschleusen erforderlich, die den fertigen Tunnel von dem Arbeitsraum trennen. Die Luftschleusen vermitteln den Verkehr der Arbeiter und die Förderung aus dem Arbeitsraum nach außen und umgekehrt. Bei Anordnung Fig. 139 und 140, welche der Ausführung von Ph. Holzmann in Frankfurt für die Hamburger Sielbauten ähnlich ist [54], hat der kreisförmige Eisenschild zwei Mittelwände m₁ und m₂. Der Arbeitsraum D vor der mit verschließbaren Oeffnungen a versehenen Mittelwand m₁ ist durch wagerechte Wände in drei Abteilungen geteilt, um die Böschungsfüße des in den Arbeitsraum tretenden Bodens zu kürzen und größere Unterschiede der Wasserdruckhöhen in der Weise unschädlich zu machen, daß bei Arbeiten in der obersten Abteilung die unteren Abteilungen geschlossen bleiben und umgekehrt. Zur Versteifung erhalten die Abteilungen außerdem senkrechte, aber durchbrochene Wände.[673] Die Mittelwand m₂, welche den Raum C abschließt, erhält zur Sicherung entweder nur eine Verschlußtür bei b oder auch noch eine Hilfsschleuse S₂, um verschiedenen Luftdrucken in den Räumen B und C–D Rechnung tragen zu können. Die Wasserpressen p, deren Kolben durch die Wand m₂ mit entsprechender Dichtung durchgehen, stützen sich gegen die Wand m₁ und das Tunnelmauerwerk bei M anderseits. – Die Hauptschleuse S₂ für Personen und Materialförderung trennt den mit Preßluft erfüllten Raum B von dem fertigen Tunnel A und kann dem Arbeitsfortgange entsprechend dem Schilde nachgeschoben werden.

Die Vorteile der achten und neunten Bauweisen mit dem Eisenschild bestehen in der großen Sicherheit beim Vortriebe im rolligen und wasserreichen Boden, zumal bei geringer Gebirgsüberlagerung des Tunnels, in der leichten und geschützten Ausführung des Tunnelmauerwerkes sowie in der Möglichkeit eines raschen Bauvorganges; dagegen sind als Nachteile anzusehen die Schwierigkeiten im ungleichartigen Boden, wobei besondere Nachhilfen erforderlich sind, die schwierige Einhaltung der Richtung und Höhe zumal in schärferen Bögen, die unter Umständen ungünstige Beanspruchung des frischen Mauerwerkes durch die Füße der Pressen und auch durch das Vorziehen des Schildmantels; ferner die hinter dem Mauerwerke nach dem Vorschieben des Schildes verbleibenden Hohlräume, die nicht rasch genug durch Ausspritzen gefüllt werden können. Bei Verwendung von Preßluft treten noch die Erschwernisse durch die verschiedenen Wasserdrucke an oberer und unterer Tunnelkante sowie der Einbau von Luftschleusen hinzu. Die Bauweisen acht und neun werden also nur in sehr ungünstigem Gebirge, bei geringer Ueberlagerung des Tunnels und im wasserreichen Gebirge (Arbeiten im Grundwasser und unter Wasserläufen) [23], [27] zweckmäßige Verwendung finden und können in diesen schwierigen Fällen durch andre Bauweisen zweckmäßig nicht ersetzt werden.

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Dolezalek.