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Tunnel

Tunnelbau.

Am günstigsten für den Bau eines Tunnels ist Felsen, der gesund und dauerhaft und nicht allzu hart ist. Große Härte des Gesteins verteuert das Bohren und Sprengen. Ungünstig ist Gebirge, das unter dem Einfluß der Luft rasch verwittert, sich aufbläht und gewaltigen Druck äußert, wie manche Tongattungen, namentlich aber weiches, von Wasser durchdrungenes Erdreich, wie Schwimmsand und Schlamm.

1. Querschnitt eines Tunnels.

2. Richtsstollen.

Gekrümmte Tunnel, zumal von solcher Ausdehnung, daß man das Tageslicht nicht mehr von Ende zu Ende sieht, sollte man tunlichst vermeiden. In einzelnen Fällen sind sie aber bei Alpenbahnen das alleinige Mittel, die Linie zu verlängern, um Höhen zu gewinnen.

3. Englische Tunnelbauweise.

Das sind die Kehrtunnel, bei denen die Linie, fortwährend ansteigend, im Innern des Berges oft einen vollen Kreis beschreibt, wie auf der Gotthardbahn, Albulabahn und Simplonbahn. Vgl. Gebirgseisenbahnen.

Sehr lange Tunnel, so alle Alpentunnel, macht man gerade wegen der leichtern Absteckung der Tunnelachse, u. man läßt die Bahn von den beiden Mundlöchern gegen die Mitte hin sanft ansteigen zur leichtern Ableitung einbrechender Wässer.

4–6. Verladung.

Beim Aufsuchen der Lage für einen Tunnel kommt auch in Betracht, ob man durch Schächte und Stollen an Zwischenpunkte gelangen und weitere Angriffsstellen für den Bau zu schaffen vermag. In der Regel wird ein Tunnel zumindest von beiden Mundlöchern aus gleichzeitig in Angriff genommen, und zwar beginnt man damit, einen Stollen längs der Tunnelachse zu treiben (Richtstollen,), dessen Vortrieb man möglichst beschleunigt. Im günstigen Falle werden die beiden Hälften des Richtstollens gleichlang, und der Durchschlag erfolgt in der Mitte des Tunnels. Der Querschnitt eines Tunnels ist hufeisenförmig (Fig. 1), entweder elliptisch oder aus Kreisbogen zusammengesetzt. Das Deckengewölbe oder die Kappe (Kalotte) a f b ruht auf den Widerlagern a d, b e, und bei starkem Seitendruck, namentlich wenn die Gefahr besteht, daß die Sohle d e emporgetrieben wird, fügt man am Boden noch ein umgekehrtes Gewölbe (Sohlengewölbe) d s e ein. Die üblichen Abmessungen gewöhnlicher Tunnelquerschnitte sind innerhalb der Mauerung (im Lichten):

Der Richtstollen kann in den First f (Fig. 2) oder auf die Sohle s verlegt werden, und man unterscheidet danach Tunnelbauweisen mit Firststollenbetrieb oder mit Sohlenstollenbetrieb. Je rascher und ungehinderter der Richtstollen vorschreitet, desto mehr Angriffspunkte gewinnt man für die Ausweitung zum vollen Profil, die immer in einzelnen Längen (Ringen) von 4–8 m erfolgt. Ist ein Ring ausgebrochen, so wird er womöglich sofort ausgemauert. Da der Richtstollen zugleich als Förderstollen und zur Entwässerung dient, so ist Sohlenstollenbetrieb am zweckmäßigsten. Die Förderbahn bleibt im Sohlenstollen liegen, bis der Tunnel fertig ist._– Die wichtigsten Tunnelbauweisen sind die englische, die österreichische, die belgische und die Kernbauweise. Bei allen diesen wird die ausgegrabene Höhlung durch Holzeinbau gestützt, den man beim Ausmauern nach und nach herausnimmt.

1) Englische Tunnelbauweise (Fig. 3). Sohlenstollenbetrieb. Vom Sohlenstollen (1) aus werden im Innern des Berges Aufbrüche a gemacht bis oberhalb des Deckengewölbes. Man wählt zu den Aufbrüchen Stellen, an denen sich das Gebirge auf etwa 0,5 qm Deckenfläche kurze Zeit ohne Stützung hält, dann schlägt man die Decke des Sohlenstollens durch und gräbt unter gehöriger Stützung empor, worauf man nach beiden Seiten in der Richtung der Tunnelachse einen Firststollen (2) vortreibt. Ist der Firststollen auf Ringlänge gediehen, so kann nach beiden Seiten die Ausweitung für den obern Teil der Kappe sich anschließen (3); dann geht man seitlich herab und nimmt die Strossen (4) heraus, worauf man die Seitenwände des Sohlenstollens durchschlägt und den Aushub für die Widerlager herstellt (5). Das Gebirge wird durch die Verladung gestützt, das sind (Fig. 4–6) Bretter von etwa 1,5 m Länge, die auf den wagerecht in der Achsenrichtung liegenden Kronbalken k ruhen. Die Kronbalken sind solang wie ein Ring, also 6–8 m, 30–50 cm dick, an den Enden durch Säulen oder Stempel b gestützt und durch Riegel r gegeneinander verspreizt. Ist man bis auf die Höhe der Strosse herabgelangt, so wird an jedem Ende des Ringes eine Brustschwelle s₁ eingelegt und die Stützung b auf sie übertragen. Über der Kappe des Sohlenstollens, auf den Seitenteilen (5) (Fig. 3), folgt eine zweite Brustschwelle s₂, (Fig. 5.), auf die man die obere Brustschwelle abstützt. Dann werden durch Einbruch in die Seitenteile (5) die Hauptständer h unter die untere Brustschwelle gebracht, welche die Stützung auf die Sohle des Baues übertragen.

Bei starkem Gebirgsdruck kann auch in der Mitte des Ringes noch eine gleiche Unterstützung nötig werden, während anderseits in standfähigem Gebirge eine Brustschwelle an jedem Ende des Ringes ausreicht.

7 u. 8. Österreichische Bauweise.

Wo ein Sohlengewölbe vorweg als nötig erkannt wird, macht man es bei der englischen Bauweise zuerst. Dann mauert man die Widerlager, stellt die Lehrbogen für das Gewölbe auf und überträgt auf sie zunächst die Stützung der Kronbalken (vgl. Fig. 12). In dem Maße, wie die Mauerung vorschreitet, werden die im Wege stehenden Einbauhölzer (mit Ausnahme der Verladung, die drinnen bleibt) beseitigt, wobei sie meist abgehackt oder abgesägt werden müssen. Die englische Bauweise hatte sich bei dem Bau des Hauensteintunnels auf der Linie Olten-Basel (1853–57) bestens bewährt. Sie ist von da durch Etzel und Pressel in Österreich eingeführt worden und hat hier die österreichische Bauweise verdrängt. Sie war beim Arlberg und bei den neuern österreichischen Alpentunneln (Tauerntunnel 8526 m, Karawankentunnel 7976 m, Wocheiner Tunnel 6339 m) sowie auch beim Simplontunnel im Gebrauch.

9–12. Österreichische Bauweise.

2) Die österreichische Bauweise. Die Stützung des angegrabenen Gebirges erfolgt durch Laden (hier Pfähle genannt), die nicht wie vorhin senkrecht zur Tunnelachse liegen, sondern, wie bei einer Stollenzimmerung, in der Richtung der Achse vorgetrieben werden und daher durch Sparren unterstützt werden müssen (Fig. 7 u. 8). Die Sparren ruhen auf Kronbalken (Fig. 8 u. 9), und diese sind wieder abgestempelt und verspreizt. Sohlenstollenbetrieb. Vom Sohlenstollen wird in die Höhe geschlitzt (Fig. 7) und dann ausgeweitet. Der Aushub für die Widerlager wird ganz ähnlich ausgezimmert wie ein Schacht; die Pfähle werden hier lotrecht hinabgetrieben (Fig. 10).

Ausmauerung (Fig. 11 u. 12) wie bei der englischen Bauweise, nur mit dem Unterschiede, daß ein etwaiges Sohlengewölbe zuletzt hergestellt wird. Eine der österreichischen Bauweise ähnliche ist unter der Bezeichnung Blocksystem in Amerika gebräuchlich.

3) Die belgische Bauweise stammt aus dem Jahre 1828. Firststollenbetrieb (Fig. 13 u. 14). Die Decke wird durch fächerförmig gestellte Stempel gestützt, die auf Brustschwellen ruhen. Nach Vollendung des Ausbruches für die Kappe wird die Bogenrüstung auf gestellt (Fig. 15) und zunächst die Kappenwölbung vollendet (Fig. 16). Dann gräbt man auf die Sohle hinab, unterfängt mittels Säulen die Rüstung, die das Kappengewölbe noch trägt (Fig. 17), macht den Aushub für die Widerlager und mauert die Widerlager herauf (Fig. 18). Nach belgischer Art hat man die Tunnel der Mont Cenis-Bahn gebaut und auch den Gotthardtunnel in Angriff genommen, war aber hier gezwungen, schließlich zur englischen Bauweise überzugehen. Bei Wassereinbrüchen kann der Mangel eines Sohlenstollens verhängnisvoll werden. Die Förderung ist schwierig. In mittelfestem, trockenem Gebirge, namentlich wenn nur die Verkleidung der Kappe nötig, ist die belgische Bauweise gewiß vorteilhaft (vgl. Fig. 19a).

4) Die Kernbauweise ist französischen Ursprungs und 1803 bei dem ersten, 8 m weiten Tunnel angewendet worden, der mittels Zimmerung und Mauerung hergestellt wurde, d.i. der Tunnel bei Tronquoy im Zuge des Kanals von St.-Quentin (Fig. 19b). Zuerst wurde der Stollen 1 getrieben und darin der untere Teil der Widerlagemauer ausgeführt. Dann folgte der Stollen 2 für den obern Teil des Widerlagers und ein Stück Gewölbe. Der Schluß des Gewölbes wurde in Querschlägen 3 ohne Lehrgerüste, auf der Erdunterlage, hergestellt, worauf man den Kern 4 herausnahm.

Bei Pouilly (1824) hat man, nachdem die Widerlager in Seitenstollen gemauert waren, bereits einen Firststollen getrieben, dann seitlich ausgeweitet, die Kappe auf die Widerlager gesetzt, wobei das Lehrgerüst auf dem in der Mitte stehengebliebenen Kern aufruhte. Endlich bei Roubaix (1828) war der Vorgang schon fast genau zu der Bauweise ausgebildet, die man 1837 bei Königsdort anwandte und seither in Deutschland als deutsche Bauweise bezeichnete. Die Fig. 20–23 stellen das beim Bau des Königsdorfer Tunnels eingehaltene Verfahren dar und bedürfen wohl keiner weitern Erklärung mehr. Die Beschränktheit des Raumes in den engen Stollen, die Stützung des Einbaues auf den Kern sind Nachteile, die namentlich in beweglichem Gebirge zu Mißerfolgen führten, so daß die Bauweise heute wohl gänzlich verlassen ist.

13–18. Belgische Bauweise. Friststollenbetrieb.

Für die Tunnelbauweisen mit eisernem Einbau ist das Verfahren vorbildlich geworden, das M.J. Brunel bei dem alten Tunnel unter der Themse angewendet hat, um durch den Schlamm vorzudringen. Er nannte seine Vorrichtung einen Schild. Der Schild war von denselben Abmessungen wie die Masse des Ziegelgemäuers, nämlich 37,5 Fuß breit und 22 Fuß hoch und wurde in einem Abstande von etwa 8 Fuß vor dem Ziegelgemäuer hergeschoben. Er bestand aus zwölf ganz gleichen Abteilungen, die lotrecht nebeneinander standen und unabhängig voneinander auf eine kurze Strecke vorgeschoben werden konnten. Jede Abteilung war gebildet durch einen eisernen Rahmen von etwa 3 Fuß Breite, so daß ein kleiner Spielraum zwischen den Rahmen blieb, und enthielt drei Stockwerke oder Zellen übereinander für die Arbeiter. Die Abteilung hat zwei gußeiserne Fußplatten, die auf dem Boden aus Ulmenbohlen liegen. Auf diese Platten stützt sie sich mittels zweier gelenkiger Beine, deren Längen sich durch Schrauben verändern lassen. Die Abteilung besitzt ein eisernes Dach, das rückwärts bis über das Mauerwerk reicht, und ein paar Schraubenwinden am obern und untern Ende, um sie vorwärts zu schieben. Die Rahmen waren durch nahezu lotrechte gelenkige Arme aneinander gehängt, so daß ein Rahmen an seinen beiden Nachbarn Unterstützung fand, wenn man seine Füße lüpfte, um ihn vorzuschieben. Die Flächen zu beiden Seiten des Schildes, die sich von der Brust des Aushubes nach rückwärts zum Mauerkörper erstreckten, waren durch Eisenplatten geschützt. Jeder Rahmen hatte an der Brust von oben bis unten eine Reihe von Laden oder Verkleidungsbohlen, je 3 Zoll dick und 6 Zoll breit. Jede Bohle wurde gegen das Erdreich davor angedrückt durch ein paar Schraubenwinden, die sich gegen den Rahmen stemmten. Der Vorgang beim Tunneln mittels dieser Maschine ist nun folgender: Man nimmt den obersten Laden an der Vorderseite des Rahmens heraus, beseitigt etwa 3 Zoll des dahinter befindlichen Erdreichs, setzt den Laden wieder ein, stemmt seine Schrauben nicht gegen den unmittelbar dahinter befindlichen Rahmen, sondern gegen die beiden benachbarten, und schraubt ihn vorwärts, bis er fest gegen das Erdreich drückt.

19–23. Französische oder Kernbauweise.

In dieser Weise fährt man fort, bis man die ganze Reihe von Laden um 3 Zoll vorgesetzt hat und alle Schrauben sich gegen die Rahmen zu beiden Seiten des eignen Rahmens stemmen. Nun kürzt man die Füße des Rahmens und setzt sie vor, worauf der Rahmen mittels seiner großen Stützschrauben um sechs Zoll vorgeschoben wird. Angenommen, er habe sich vorher 3 Zoll hinter den anstoßenden Rahmen befunden, so befindet er sich jetzt 3 Zoll vor ihnen. Man wiederholt die ganze Verrichtung des Vorsetzens der Laden, wobei man ihre Schrauben auf ihren zugehörigen Rahmen zurückversetzt. Nachdem man diese gesamte Verrichtung an sechs abwechselnden Rahmen gleichzeitig vorgenommen, wird sie an den sechs andern Rahmen vollführt, bis der ganze Schild so weit vorgeschoben ist, um die Herstellung eines neuen Ringes von Ziegelgemäuer zuzulassen. Die Ringe haben nur die Länge eines Ziegels und keinen Verband unter sich.

Ržihas Bauweise (Fig. 24 u. 25). Da beim Tunnelbau alles Einbauholz verloren ist, während es bei andern Hilfsbauten sich wieder verwenden läßt und bei überhandnehmendem Gebirgsdruck die Einbauhölzer sich derart häufen, daß der Raum beengt wird, und trotzdem der Holzeinbau öfter versagt, suchte Ržiha eine starre Eisenkonstruktion herzustellen, deren Einzelteile sich leicht zusammensetzen, auseinandernehmen und wieder verwenden lassen. Bei den ältern Bauweisen wird ein schwieriger Holzeinbau gemacht, nur um schließlich die Bockgestelle (Unterstützungen des Lehrgerüstes) aufstellen zu können. Ržiha ging von dem Gedanken aus, das Bockgestell sofort als Träger des Gebirgsdruckes zu benutzen, also die Bölzung zu sparen.

Querschnitt 24 u. 25. Ržihas Bauweise. Längsschnitt.

Ein eiserner Lehrbogen, Tunnelrahmen (Fig. 24), wird als Hauptträger aufgestellt. Auf ihm wird ein Kranz von kleinen Rahmen aus Altschienen ringsum gut befestigt. Für ein etwaiges Sohlengewölbe ist noch ein Sohlenteil anzubringen. Die Verpfählung läuft, wie beim Stollenbau, in der Längsrichtung. Beim Mauern wird ein Kranzrahmen mich dem andern herausgenommen. In jedem Tunnelrahmen befinden sich drei Querträger aus Altschienen zu den Rüstungen (Bühnen). Der Tunnel wird mittels Sohlenstollens aufgefahren (Fig. 24 links und 25), dessen Geviere gleichfalls aus Altschienen gebildet werden. Der Abbau erfolgt in der Regel in drei Stufen, jede in der Höhe eines Bühnenträgers, wie der Längsschnitt Fig. 25 zeigt. Diese Bauweise ist unter andern in Deutschland und in Böhmen mehrfach angewendet worden, vermochte aber nicht den Holzeinbau zu verdrängen, indem der starre Einbau stört, da man zur Einhaltung genauer Abmessungen gezwungen ist, was gerade in druckhaftem Gebirge oft unmöglich wird.

Die Ausführung von Tunneln unter Wasser hat durch das von Greathead beim Bau der elektrischen City- und South London-Bahn (eröffnet 1890) angewendete Verfahren eine eigenartige Gestaltung erhalten. Die kreisrunde Tunnelröhre wird gebildet aus eisernen, segmentweise zusammengeschraubten und innen mit Zementmörtel verkleideten Ringen C, C. Am vordem Ende ( ›vor Ort‹) der Arbeitsstrecke (Fig. 26 u. 27) ist über die fertige Röhre T ein nur wenig weiteres Röhrenstück S geschoben. Dieses wird um eine gewisse Länge vorgedrückt und darunter die fertige Röhre um einen Ring (50–60 cm in der Tunnelrichtung) verlängert. Der ausschiebbare vordere Rohrteil S enthält vor Kopf eine mit (im Notfalle verschließbaren) Öffnungen oder auch mit Zellen versehene Wand, den sogen. Schild. Zwischen diese Wand und den schon fertigen Teil des Tunnels ist eine zweite Wand oder ein rückwärts abgeschlossener, mit Luftschleuse L versehener Raum eingeschaltet. Der so entstehende hinten abgeschlossene Raum D wird mit Druckluft gefüllt, die dem äußern Druck des Wassers das Gleichgewicht hält, also dieses am Eintritt verhindert. Zwischen die Schildwand und den fertigen Tunnel sind am Umfange mehrere Wasserdruckpressen P eingesetzt, die mit starkem Druck den Schild vorwärts in das Erdreich treiben.

26 u. 27. Tunnelbau unter Wasser.

Das in die Öffnungen langsam eindringende Erdreich wird durch die Luftschleuse hinausgefördert, oder bei breiiger Beschaffenheit auch durch ein Rohr am Boden des Tunnels von der Druckluft hinausgedrückt. Der Zwischenraum zwischen dem Schildrohr und dem fertigen Tunnelrohr wird durch Gummiringe F, F₁ gedichtet und der durch Vorrücken des Schildrohrs entstehende kleine Hohlraum außen am Tunnelrohr durch rückwärtiges Einpressen von dünnem Zementbrei ausgefüllt.

Tunnel von geringer Tiefe unter der Oberfläche werden in der Regel im offenen Einschnitt hergestellt, übermauert oder, wie bei Unterpflasterbahnen, auch wohl mit Eisenträgern und zwischengespannten Gewölbklappen abgedeckt und dann überschüttet, bez. überpflastert. Bei größern Tiefen erfolgt die Herstellung des Tunnels auf bergmännischem Wege, d.h. durch unterirdisches Vorgehen von beiden Enden.