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Tunnelbau der Eisenbahnen

[381] Tunnelbau der Eisenbahnen (railways tunnelling; construction de tunnels de chemins de fer; costruzione di gallerie ferroviarie).

Tunnel sind unter der Erdoberfläche hergestellte röhrenförmige Bauwerke, die bewegten Massen, namentlich denen des Verkehrs, einen freien, sicheren Durchgang gestatten. Je nach den verschiedenen Verkehrsarten, die durch den Tunnel geführt werden, unterscheidet man Schiffahrts-, Fußgänger, Straßen- und Eisenbahntunnel. Nur letztere kommen hier in Betracht.

Die Notwendigkeit einer Tunnelanlage ergibt sich aus Hindernissen, die sich der Trassenführung des Verkehrswegs entgegenstellen, wie große Höhen, deren Ersteigung unmöglich oder deren offene Durchschneidung zu kostspielig ist, breite und tiefe Wasserflächen, deren Überbrückung zu teuer oder wegen der Störung des Schiffsverkehrs untunlich ist, oder endlich wertvolles, namentlich städtisches Gebiet, das unverändert erhalten werden soll.

Inhaltsübersicht: Richtungsverhältnisse. – Neigungsverhältnisse. – Längenverhältnisse. – Lichtraumverhältnisse. – Der Stollen: Bohr- und Sprengarbeit; Bohrarbeit; Anordnung der Bohrlöcher; Schutterung; Wertung der Bohrarbeiten für den Richtstollenbetrieb; Hau- und Brecharbeit; Grabarbeit; Stollenzimmerung. – Der Schacht: Stellung der Schächte; Tiefen der Förderschächte; Ausbruch des Schachtes; Größe der Förderschächte; Abstützung oder Zimmerung; Ausmauerung; Abstand der Förderschächte; Verschluß der Förderschächte. – Der zeitweise Ausbau: Holzzimmerung: 1. Längsträgerzimmerung (Langständerbau, Brustschwellenbau, Mittelschwellenbau), 2. Querträgerzimmerung; Eisenzimmerung. – Der dauernde Ausbau: Form und Stärke des Mauerwerks; Nischen und Kammern; Tunnelmündungen. – Die Bauweisen: Erste Bauweise; zweite Bauweise (belgische Bauweise); dritte Bauweise (englische Bauweise); vierte Bauweise; fünfte Bauweise; sechste Bauweise (Firstschlitzbauweise); die Schildbauweise; Bauweisen nach dem Gefrierverfahren. – Förderung. – Lüftung.

Richtungsverhältnisse.

Der Tunnel kann den Richtungen folgen, die für die betreffende Bahnlinie im allgemeinen zulässig sind. Mehrfach hat man zur Verminderung des Krümmungswiderstandes die Bogenhalbmesser im Tunnel gegenüber denen auf offener Strecke vergrößert. Auch Korbbögen sind zulässig.

Größere Unterschiede der Halbmesser sind wegen plötzlicher Änderung der Gleichgewichtslage der Fahrzeuge bei großer Fahrgeschwindigkeit zu vermeiden, da Übergangsbogen zwischen den einzelnen Kreisbögen meist nicht eingeschaltet[381] werden. In stark gekrümmten, längeren Tunneln kann die Lüftung Schwierigkeiten machen. Ausführung, Richtungsbestimmung und Lüftung können oft durch mehr oder weniger geneigte Seitenstollen erleichtert werden.

Lange Scheiteltunnel werden mit Rücksicht auf tunlichste Kürze, leichtere Richtungsbestimmung und Lüftung gerade geführt. Die Überführung in die offene Bahnstrecke geschieht oft im Bogen, da die Tunnelachse häufig senkrecht zu den Tälern liegt, in denen die Bahn weitergeführt wird. In diesen Fällen wird der gerade Tunnel meist behufs Erleichterung der Richtungsangaben mittels eines Richtungsstollens oder Richtungstunnels nach außen verlängert, nur in besonderen Fällen geht man bei langen Tunneln von der Geraden ab, wie z.B. im Lötschbergtunnel (s.d. Bd. VII, S. 122).

Die Achsen der Doppel- oder Paralleltunnel werden meist parallel zueinander geführt; ihr Abstand ist so groß zu wählen, daß zwischen beiden Tunneln ein ausreichend starker Gebirgskörper verbleibt, damit der Bau des zweiten Tunnels durch Bewegungen nicht gefährdet wird. Zu großer Abstand erschwert jedoch das Zusammenführen der Gleise außerhalb des Tunnels auf das kleinste zulässige Maß der offenen Strecke. In der Regel ist der Achsabstand der ein- und zweigleisigen Paralleltunnel mit 17 – 20 m und nur ausnahmsweise weniger und mehr bemessen worden.

Neigungsverhältnisse.

Die größte oder maßgebende Steigung der Bahn wird in längeren Tunneln infolge Verminderung des Reibungswertes, daher der Lokomotivzugkraft ermäßigt. In kurzen, gut gelüfteten und trockenen Tunneln (300–500 m) ist eine Neigungsminderung nicht erforderlich. Unter ungünstigen klimatischen Verhältnissen kann der Reibungswert im Tunnel größer sein wie auf offener Strecke (s. Steigungsverhältnisse, Bd. VII, S. 318).

Die kleinste Neigung des Tunnels ist so zu wählen, daß eine rasche Wasserabführung gesichert und während des Baues auch die Förderung der Ausbruchmassen nach außen erleichtert wird. Sie soll hiernach wenigstens etwa 3‰ besser noch 5‰ betragen, die noch innerhalb der Grenzen der unschädlichen Neigung liegen. Wagrechte Tunnel können nur für ganz kurze Längen in Frage kommen.

Große Scheiteltunnel erhalten daher in der Regel von der Mitte oder richtiger von der wahrscheinlichen Durchschlagstelle der Richtstollen nach den beiden Mündungen Gefällstrecken; zu große beiderseitige Neigungen sind aber, abgesehen von den bereits erörterten Gründen, auch wegen der zu hoch liegenden Knickstelle, wodurch die Lüftung im Scheitel des Tunnels erschwert und überflüssige Lasthebung bedingt wird, zu vermeiden.

Da die zweckmäßige Höhenlage der Mündungen der meisten langen Gebirgstunnel eine verschiedene ist, so ist die angegebene Kleinstneigung nur von einer Mündung bis zum Scheitel durchzuführen, woraus sich das Neigungsverhältnis nach der andern Mündung ergibt, das dann häufig das gewünschte Kleinstmaß, manchmal auch erheblich überschreitet.

Wegen besserer Neigungsausrundung und auch um den Verschiebungen der von vornherein nicht sicher festzustellenden Durchschlagstelle leichter Rechnung tragen zu können, wird an der Knickstelle eine wagrechte oder schwach geneigte Strecke vorgesehen.

Ob und wie weit diese Neigung der Scheitelstrecke eingehalten werden kann, hängt von der Lage der tatsächlichen Durchschlagstelle ab.

Längenverhältnisse.

Im allgemeinen ist mit Rücksicht auf Bau- und Betriebskosten die Länge des Tunnels so kurz wie möglich zu halten. Die Kosten wachsen unter sonst gleichen Verhältnissen mit der Länge. Auf Gebirgsbahnen sucht man die Länge des Scheiteltunnels durch tunlichst hohe Lage der Mündungen einzuschränken; das bedingt aber Verlängerungen der Zufahrtsrampen, größere Hebungen der Züge. Mehrfach ist die Höhenlage der Tunnel durch ungünstige klimatische Verhältnisse begrenzt, die eine Höherführung der offenen Strecke ausschließen.

Die Längen der Scheiteltunnel der Gebirgsbahnen sind trotz großer Höhenlage in vielen Fällen doch noch recht beträchtliche, wie folgende Beispiele zeigen.

Tunnel	Länge in km	Seehöhe der
		Mündung in m
Gotthard	14∙99	1145
Lötschberg	14∙6	1238
Mont Cenis	12∙8	1269
Arlberg	10∙25	1302
Tauern	8∙5	1217
Col di Tenda	8∙1	1030
Albula	5∙9	1818
Gravehals	5∙3	866
Furkabahn-Scheiteltunnel	1∙9	2170
Andenbahn-Scheiteltunnel	3∙2	3200

Der rd. 20 km lange Simplontunnel mündet nordseits im Rhonetal auf 686 m Seehöhe und schließt daher unmittelbar an die Rhonetalbahn an.

Hoch gelegene, verhältnismäßig kurze Tunnel mit langen und stark geneigten Zufahrtsrampen, auch Tunnel mit ungünstigen Neigungsverhältnissen hat man bei Zunahme des Verkehrs durch tiefer liegende, schwach geneigte und längere Tunnel mit kurzen und schwach geneigten Zufahrten ersetzt (s. Gebirgsbahnen, Bd. V,[382] S. 259 u. Art. Hauensteintunnel, Bd. VI, Elmtunnel, Bd. IV, Roncotunnel, Bd. VIII).

Für die Tunnellänge ist auch die Grenze maßgebend, bei der der Tunnel billiger wird wie der Einschnitt oder Abtrag. Es sind hierbei nicht allein die Baukosten, sondern auch die Betriebs- und Bahnerhaltungskosten sowie etwa erforderliche Entschädigungen für Grundstückverschlechterungen über dem Tunnel in Rechnung zu stellen.

Außerdem ist noch in Erwägung zu ziehen, daß die infolge der Verminderung des Reibungswertes erforderliche Steigungsermäßigungen im Tunnel Linienverlängerungen zur Folge haben können, die die Bau- und Betriebskosten der Bahn umsomehr erhöhen, je länger der Tunnel wird.

Die Sicherheit des Betriebs erfordert unter Umständen Verlängerungen der Tunnel über das angegebene Maß namentlich bei Gebirgsbahnen, um Steinstürze, Erdrutsche, Lawinenfälle unschädlich zu machen. Die nachträgliche Verlängerung zu kurzer Tunnel, die so häufig notwendig wird, ist stets mit vermehrten Bau- und erhöhten Betriebskosten verbunden.

Lichtraumverhältnisse.

Die inneren lichten Abmessungen der Tunnel sind zunächst dem Lichtraumquerschnitt oder dem sog. Normalprofil des lichten Raumes der Bahnen, dessen Größe namentlich von den Abmessungen der Fahrzeuge, daher von der Spurweite, sodann von der Gleiszahl und dem Gleisabstand sowie von den Krümmungsverhältnissen abhängig ist, anzupassen. Ein Mehrmaß wegen unvermeidlicher Ausführungsfehler und nachträglicher unvorhergesehener Sackungen der Tunnelverkleidung, wie namentlich der Ausmauerung, ist vorzusehen.

Bei Gebirgstunneln, die in der Regel ausgemauert werden, erfolgt die Umgrenzung des Tunnellichtquerschnitts durch Kreisbogen oder aus solchen zusammengesetzte Korbbogen, die auch an Stelle der Ellipse und Parabel treten. Wenn die Druckverhältnisse, die in einem Tunnel meist wechseln, auf verschiedene Formen des Ausbaues, also der Umgrenzungslinien des Lichtraums hinweisen sollten, wird doch zur Vermeidung von größeren Ausführungsschwierigkeiten und Kosten, die häufiger wechselnde Lichtquerschnitte zur Folge haben müßten, ein einheitlicher Lichtquerschnitt durchzuführen und den wechselnden Druckverhältnissen durch verschiedene Mauerwerksabmessungen Rechnung zu tragen sein. Tunnelquerschnittsformen können außerdem in den meisten Fällen den unsicheren und nur schätzungsweise zu ermittelnden Druckverhältnissen doch nicht richtig angepaßt werden.

Für städtische, meist knapp unter der Straßenoberfläche liegende Untergrundbahnen, wobei die Tunneldecke aus Eisen- oder Betoneisenträgern gebildet wird, erhält der Lichtquerschnitt in der Regel eine den Fahrzeugen angepaßte rechteckige Form (s. Stadtschnellbahnen).

Tunnel können ein und mehrere Gleise erhalten. In der Regel wird der bergmännisch betriebene Tunnel jedoch für nicht mehr wie 2 Gleise ausgeführt. Mehrgleisige Tunnel sind selten und hauptsächlich nur im festen Gebirge erbaut worden. Für mehr wie 2 Gleise werden Parallel- und Zwillingstunnel vorgezogen. In zweigleisigen Tunneln beträgt der Abstand der Gleise bei Vollbahnen zumeist 3∙5 m, im Arlbergtunnel nur 3∙45 m, in einigen englischen Tunneln noch etwas weniger, obwohl der durch die Lichtraumprofile gegebene Abstand 4∙0 m betragen sollte. Auf den württembergischen Staatsbahnen haben die beiden Pragtunnel bei[383] Stuttgart 3∙7 m und 4∙0 m Gleisabstand, was sehr zweckmäßig und nachahmenswert erscheint.

Es ist ferner Rücksicht zu nehmen auf etwaige größere Einbauten von Leitungen und Signaleinrichtungen, sodann ist es zweckmäßig, namentlich im eingleisigen Tunnel den Lichtraum so groß zu machen, daß zwischen dem Lichtraumprofil und der Tunnelmauerung noch Raum für Rüstungen zu Ausbesserungsarbeiten während des Bahnbetriebs verbleibt. Im zweigleisigen Tunnel kann bei kleinem Gleisabstand der erforderliche Raum durch Einführung des eingleisigen Betriebs für die Zeit der Umbauarbeiten gewonnen werden.

Zumeist bewegt sich die Breite in Kämpferhöhe bei eingleisigen Vollbahntunneln von 5∙0–5∙5 m, bei zweigleisigen von 8∙0–8∙8 m, die Höhe über den Schienen bei eingleisigen von 5∙4–6∙5 m, bei zweigleisigen von 6∙0–7∙5 m. Der kleinste Abstand des Lichtraumprofils von den Tunnelwandungen beträgt in den meisten Fällen bei eingleisigen Tunneln 0∙3–0∙6 m, bei zweigleisigen Tunneln 0∙15–0∙35 m.

Auf Schmalspurbahnen betragen die größten Breiten bei 1∙0 m Spurweite ungefähr 3∙5–4∙25 m, bei 0∙8–0∙75 m Spurweite 3∙0 bis 4∙0 m. Die Höhen über den Schienen im ersten Fall 4∙25–4∙75 m, im zweiten 3∙75–4∙5 m.

Die TV. sehen im § 16 vor:

»In zweigleisigen Tunneln soll außerhalb der im § 30 vorgeschriebenen Umgrenzung des lichten Raumes überall ein Spielraum von mindestens 300 mm, in eingleisigen Tunneln ein solcher von mindestens 400 mm vorhanden sein. In diesem Spielraum dürfen die Stromleitungen der elektrisch betriebenen Bahnen untergebracht werden. Die geänderte Lage der Umgrenzung des lichten Raumes durch Spurerweiterung und Überhöhung soll berücksichtigt werden.«

Und in den Grundzügen für den Bau der Lokaleisenbahnen wird empfohlen, daß neben der Umgrenzung des lichten Raumes ein Spielraum von mindestens 200 mm verbleiben soll.

Nach diesen Vorschriften scheint der Spielraum zwischen dem Lichtraumprofil und der Tunnelwandung zu knapp bemessen; daher die vielfach so großen Schwierigkeiten, Betriebsstörungen und Kosten bei Ausbesserungs- und Umbauarbeiten der Eisenbahntunnel. Für eingleisige Tunnel empfiehlt es sich in allen Fällen, auch für Nebenbahnen diesen Spielraum nicht unter 0∙5 m anzunehmen. In den Abb. 330, 331, 332, 333 und 334 sind einzelne Querschnitte wiedergegeben.

In Gleisbögen von kleinen Krümmungshalbmessern unter 1000 m wird wegen der Überhöhung des äußeren Schienenstrangs gegenüber dem inneren und der Spurerweiterung eine seitliche Verschiebung der Gleisachse gegen die Tunnelachse und auch wohl eine Vergrößerung des Tunnellichtraums erforderlich. Der Einfluß der Sehnenstellung der Fahrzeuge im Gleisbogen auf die Lichtraumverhältnisse ist bei den immerhin großen Krümmungshalbmessern gering.

Die Verschiebung der Gleisachse um das Maß a, Abb. 335, erfolgt in vielen Fällen so, daß die Abstände b und b₁ ungefähr gleich werden dem Abstand c. Da hiernach aber die Umgrenzungslinien des lichten Raumes für Eisenbahnfahrzeuge der inneren Tunnelleibung näher liegen wie im geraden Tunnel, so ist eine Vergrößerung des Tunnellichtraums um das Maß e in denjenigen Fällen erforderlich, in[384] welchen die Abstände der Umgrenzungslinien von der inneren Leibung des geraden Tunnels bereits die zulässige Grenze erreicht haben, umsomehr als die genaue Anpassung des Tunnelmauerwerks an den erforderlichen Lichtquerschnitt im Bogen mit Schwierigkeiten verbunden ist. Das Maß der Verschiebung der Gleisachse a = α ∙ h ist von der Überhöhung h des äußeren Schienenstrangs und von der Form der Umgrenzung des Lichtraums der Fahrzeuge abhängig.

In den Bogentunneln der Gotthardbahn mit Halbmessern von 300 m (Abb. 336) wurde z.B. α = 1∙6 ermittelt; außerdem sind die Lichtquerschnitte gegenüber dem geraden Tunnel um das Maß e = 0∙1 m vergrößert worden. In den Tunneln der österreichischen Alpenbahnen wurde die Tunnelachse von der Gleisachse gegen den Mittelpunkt des Bogens um die Größe α nach folgender Tabelle verschoben:

Der Stollen.

Stollen, meist mit 4–10 m² Größe, sind entweder Teile eines größeren Tunnels oder selbständige Bauten. Tunnel mit größeren Abmessungen, wie Eisenbahntunnel, beginnt man mit einem, zwei, ausnahmsweise auch mehreren Stollen, u.zw. mit einem Firststollen, einem Sohlstollen, einem Sohlstollen, dem der Firststollen folgt; mit 2 Sohlstollen, auch Ortstollen genannt und einem Firststollen; ausnahmsweise auch mit 2 Ortstollen, einem Kernstollen und einem Firststollen. Zur Erleichterung von Lüftung, Förderung und Entwässerung, auch wohl zur Vermehrung von Arbeitsangriffstellen des Tunnels[385] werden auch Parallelstollen in genügend großem Abstand ausgeführt und mit dem Stollen des Tunnels durch Querstollen verbunden, wie z.B. am Simplontunnel (Schweiz) oder im Rogers Paß-Tunnel (Canada).

Es liegen auch Vorschläge vor, den Parallelstollen unter den Sohlstollen des Tunnels zu legen, der dann als Richtstollen dem Tunnelstollen vorauseilen soll, wobei dieser auch als Schlitz hergestellt werden kann.

Zur Vermehrung der Angriffstellen sowie zur leichteren Förderung und Lüftung des Tunnels werden auch Neben- oder Seitenstollen ausgeführt; bei längeren Voreinschnitten finden Mund- oder Voreinschnittstollen Verwendung, namentlich wenn sog. englischer Einschnittsbetrieb mit Stollen und Schächten zweckmäßig erscheint, damit der Tunnelbau vor Fertigstellung der Voreinschnitte in Angriff genommen werden kann.

Zur Entwässerung des Gebirges über oder neben dem Tunnel können auch Entwässerungsstollen Verwendung finden.

Die in der Regel von beiden Mündungen eines Tunnels vorzutreibenden Stollen, womit die Ausbrucharbeiten begonnen werden, heißen Richtstollen; sie erhalten meist Querschnittsflächen von 5–10 m², können in der Sohle oder in der First liegen und haben den Zweck, Aufschlüsse des Gebirges, Gewinnung von Angriffstellen für die weiteren Ausbrucharbeiten, Wasserabführung, Förderung der Ausbruchmassen und Richtungs- sowie Höhenangaben zu ermöglichen und zu erleichtern.

Die von beiden Mündungen vorgetriebenen Richtstollen treffen an der von den beiderseitigen Arbeitsfortschritten abhängigen Durchschlagstelle zusammen, die von vornherein nicht genau angegeben werden kann. Der baldigste Durchschlag ist anzustreben, da hiernach die übrigen Tunnelarbeiten nennenswert erleichtert und beschleunigt werden können.

Der Ausbruch der Stollen erfolgt je nach Gebirgsbeschaffenheit mittels Bohr- und Sprengarbeit, Hau- und Brecharbeit oder der Grabarbeit von Hand oder durch Maschinen.

Bohr- und Sprengarbeit.

Der Stollenausbruch bedingt nachstehende Arbeitsvorgänge: 1. das Bohren der Löcher in der Stollenbrust; 2. das Aufstellen, Abnehmen und Zurückziehen der Bohrgeräte; 3. das Laden der Bohrlöcher mit Sprengstoffen, die Zündung der Ladungen (Minen) und die darauf folgende Lüftung der Arbeitsstelle am Stollenort; 4. die Fortschaffung der vor der Stollenbrust liegenden Ausbruchmassen und das Verlegen der erforderlichen Gleise.

Bohrarbeit.

Der rasche Fortgang des Ausbruchs im Richtstollen ist besonders wichtig, weil hiervon die Tunnelbauzeit abhängt. Es ist daher zweckmäßig, den Querschnitt für den ersten Vortrieb (Vortriebstollen) tunlichst klein zu halten. Nachträglich wird er auf das erforderliche und namentlich durch die Förderung und Schutterung bedingte Maß erweitert. Der kleine Querschnitt des Vortriebstollens erfordert nicht nur weniger Bohrarbeit, sondern auch im mittelfesten Gebirge keine unmittelbare Abstützung oder Zimmerung, wodurch Zeitverluste vermieden werden. Allerdings ist der Sprengstoffverbrauch unter sonst gleichen Verhältnissen beim kleinen Querschnitt größer wie im großen.

Beispielsweise wurden im Tauerntunnel (Gneisgranit) bei einem Stollenquerschnitt von 4∙5 m² etwa 5∙5 kg und bei 6∙5 m² etwa 4∙5 kg für 1 m³ gelösten Gesteins an Sprengstoffen gebraucht. Nach den dortigen Beobachtungen ist bei Maschinenbohrung der Sprengstoffverbrauch bei einem Stollenquerschnitt von 6–7 m² am günstigsten.

Man unterscheidet: Schlagbohren, Stoßbohren, Drehbohren; hierbei wird entweder von Hand oder mit Maschinen gearbeitet.

Das Schlag- und Stoßbohren erfolgt mit Meißel-, Kreuz- oder Z-Bohrer aus Stahl. Das Naßbohren, d.i. Einspritzen von Wasser in das Bohrloch während der Arbeit, ist wegen längerer Erhaltung der Bohrschneiden, Vermeidung der Staubbelästigung und bei fallenden Löchern wegen günstigerer Bohrwirkung zu empfehlen. Das erforderliche Wasser wird in fahrbaren Behältern oder besser in besonderer Rohrleitung (Druckwasser) vor Ort des Stollens gebracht. Zur Vermeidung von Zeitverlusten wird Wassereinspritzung, namentlich bei steigenden Löchern, wobei das Bohrmehl von selbst herausfällt, vielfach unterlassen.

Das Drehbohren erfolgt im Stollen vortrieb hauptsächlich mit Maschinen, die mit Druckwasser betrieben werden, das auch zum Spülen der Bohrlöcher dient; hierzu werden Kernbohrer aus Stahl verwendet.

Über Gesteinsbohren und die hierzu erforderlichen Geräte s. Art. Gesteinsbohren (Bd. V, S. 314).

Anordnung der Bohrlöcher.

Im Stollen von 5–8 m² Querschnittfläche werden der Beschaffenheit des Gesteins, der Sprengstoffe und dem Bohrvorgang entsprechend mit Meißel-, Kreuz- oder Z-Bohrern 10–24 meist 10–20° zur Gesteinswand geneigte Löcher von etwa 30–70 mm Weite und 1–2 m Tiefe gebohrt. In der Regel werden erst nach Fertigstellung sämtlicher Löcher die Lade- und Sprengarbeiten vorgenommen, u.zw. so, daß[386] meist eine mittlere Gruppe von 3–4 Lochladungen zuerst zur Explosion gebracht wird, um den zur Abminderung der Gesteinsverspannung erforderlichen Einbruch zu erhalten, sodann folgen die übrigen Lochgruppen am Umfang der Stollenwandungen.

Bei Verwendung der Drehbohrmaschinen Brandt mit Kernbohrern von 6–8 cm Durchmesser ist infolge großer Lochweite die Zahl der im Stollenquerschnitt erforderlichen Löcher unter sonst gleichen Verhältnissen kleiner wie bei Verwendung der Stoßbohrmaschinen. Bei den üblichen Stollenquerschnitten von 6–8 m² wurden, je nach Gesteinsverhältnissen und der Sprengstoffart, 7–12 Löcher von 1–2 m Tiefe gebohrt.

Die Bohrlöcher werden mit Sprengstoffen geladen und mit Hilfe von Zündkapseln entweder mittels Zündschnüren oder elektrisch gezündet; im Stollenbau findet fast nur die Zündschnur Verwendung, da die sonst vorteilhafte elektrische Zündung zur Lösung einzelner Minen nicht zweckmäßig zu gebrauchen ist.

Über Sprengstoffe und Zündungen s. Art. Sprengarbeiten (Bd. IX, S. 115).

Schutterung.

Die im Stollen gelösten Massen müssen tunlichst rasch beseitigt werden, damit die Bohrarbeit nicht zu große Unterbrechungen erfährt.

Durch rasche Schutterung wird die Angriffsdauer verkürzt, der Arbeitsfortschritt gesteigert, daher die Wegräumung und Verladung der Ausbruchmassen durch stärkere Sprengladungen, welche bessere Zerkleinerung und weitere Streuung des Gesteins sowie größere Angriffslängen ermöglicht, beschleunigt. Die Widerstände beim Fassen des Ausbruchs mit der Schaufel werden durch auf der Stollensohle verlegte Blechplatten abgemindert.

Bohrung von Hand und namentlich mit Bohrhämmern ermöglicht bei nur teilweiser Beseitigung der Ausbruchmassen die baldigste Wiederaufnahme der Bohrarbeiten, daher besonders günstige Fortschrittsziffern im Stollen.

Bohrwagen mit Stoß- und Drehbohrmaschinen sollen tunlichst schmal und leicht, die Stollenbreite entsprechend groß gehalten werden, damit die Schuttmassen nach Freilegung des Bohrwagengleises zu beiden Seiten des Gleises Platz finden und dann nach Wiederaufnahme der Bohrarbeiten und während dieser ohne Störung fortgeschafft werden können.

Mechanische Schutterungen haben eine Herabminderung der Schutterzeit gegenüber der Handarbeit bisher nicht ermöglichen lassen. Bei richtiger Wahl und Einrichtung der Bohranlagen kann durch Handarbeit die teilweise und zur

Wiederaufnahme der Bohrarbeiten erforderliche Freimachung des Stollenorts leicht und rasch erfolgen. Die übrigen, zu beiden Seiten im ausreichend breiten Stollen abgelagerten Massen können dann allmählich während der Bohrarbeit und ohne deren Störung beseitigt werden, wozu sich aber größere und sperrige Maschinenanlagen nicht eignen.

Der Stollenvortrieb im unteren Hauensteintunnel hat gezeigt, daß bei Verwendung von Bohrhämmern, die vom Arbeiter gehalten werden, nur ein kleiner Teil der Schuttmassen vor Ort wegzuräumen ist, um die Bohrarbeit wieder aufnehmen zu können, also die Unterbrechung der Bohrarbeit auf ein sehr kleines Maß eingeschränkt werden kann, was ein Hauptgrund der außergewöhnlich großen Arbeitsfortschritte im Richtstollen dieses Tunnels gewesen ist.

Wertung der Bohrarten für den Richtstollenvortrieb.

Handarbeit mit Schlagbohrer. Für kurze Tunnel, wobei maschinelle Anlagen nicht ausgenutzt werden können, aber auch für längere Tunnel im weichen oder wenig festen Gebirge, das aber noch Bohrarbeit erfordert, ist die Handbohrung in der Regel der Maschinenbohrung wegen geringerer Kosten und des mit abnehmender Gesteinsfestigkeit kleiner werdenden Unterschieds der Vortriebsgeschwindigkeit bei beiden Bohrarten vorzuziehen. Bei Handbohrung können die Löcher sehr zweckmäßig angesetzt werden, so daß Bohr- wie Sprengarbeit mit dem geringsten Kraft- und Sprengstoffaufwand erfolgen kann, wenn auch der Wirkungsgrad der Handbohrarbeit ein geringer ist und 5% der aufgewendeten Kraft des Arbeiters kaum übersteigt. Auch kann die Unterbrechung der Bohrarbeit durch die Schutterung auf das geringste Maß beschränkt werden, da eine nur teilweise Beseitigung des Schuttes nach erfolgter Sprengung zur Wiederaufnahme der Bohrarbeiten genügt. Infolge Verteuerung der Arbeitslöhne und Verbesserung der Bohrmaschinenarten ändert sich aber das Kostenverhältnis immer mehr zu Ungunsten der Handbohrung.

Um mit dem Vortrieb des Richtstollens vor Fertigstellung der Anlagen für den Bohrmaschinenbetrieb, die nicht selten längere Zeit beansprucht, sofort beginnen zu können, wird in der Regel mit Handbohrung vorgegangen, so daß diese fast bei jedem Tunnelbau, der Bohrarbeit erforderte, auch im Richtstollen gebraucht worden ist.

Druckluft-Bohrhämmerarbeit. In längeren Tunneln von weniger festem bis mittelfestem Gebirge ist der Vortrieb des Richtstollens mit Druckluft-Schlagbohrhämmern, die vom Arbeiter[387] gehalten und nicht durch ein Bohrgestell gestützt werden, besonders zweckmäßig. Die Löcher können hierbei wie bei Handbohrung sehr günstig angesetzt und infolge der Maschinenkraft sehr rasch abgebohrt werden; auch die Zeitverluste für die Bohrarbeit durch die Beseitigung der Schuttmassen können bei Nichtverwendung von Bohrgestellen auf das geringste Maß eingeschränkt werden. Die Bohrhämmer können sodann auch für die Erweiterung des Vortriebstollens und den Vollausbruch zweckmäßig Verwendung finden, was namentlich bei Stoßbohrmaschinen auf Gestellen meist nicht der Fall ist.

Allerdings ist der Luftverbrauch ein verhältnismäßig großer, daher der Wirkungsgrad ein kleiner. Im festeren Gestein erhalten die Bohrhämmer großes Gewicht, auch macht das Ansetzen am Beginn der Bohrung Schwierigkeiten, daher erfolgt die Bedienung vielfach durch 2 Arbeiter. Der Bohrstaub belästigt die Arbeiter. Man hat daher versucht, Staubsammler anzuordnen, die von Zeit zu Zeit entleert werden sollen. Infolge mangelhafter Führung durch den Arbeiter findet häufiges Festklemmen des Bohrers statt. Im festen Gebirge sind die starken Rückstöße durch den Arbeiter schwer aufzunehmen und wirken ermüdend. Bei Verwendung eines Bohrgestells fallen aber die Vorteile der ohne Gestell arbeitenden Bohrhämmer zum größten Teil fort. Bei gleichzeitiger Arbeit mehrerer Bohrhämmer im engen Vortriebstollen sind die Luftzuführungsschläuche zu den Hämmern schwierig unterzubringen und störend.

In sehr festem Gestein wird also der Bohrhammer in der Regel nicht zu verwenden sein, dagegen bietet dessen Verwendung für den Vortrieb des Richtstollens im mittel- und wenig festen Gebirge große Vorteile und erlaubt bedeutende Arbeitsfortschritte.

Druckluft-Stoßbohrmaschinenarbeit. Die auf einem Gestell zu lagernden Stoßbohrmaschinen finden auch in sehr festem Gestein vorteilhafte Verwendung. Der Wirkungsgrad der Maschine ist zwar klein, aber immer noch günstiger wie der des Bohrhammers. Die Stöße sind sehr kräftig, die Bohrer erhalten gute Führung, die Rückstöße werden vom Gestell aufgenommen. Die Bauart der neuen Maschinen ist ausreichend kräftig, daher die Reparaturbedürftigkeit gering. Die Bedienung ist einfach; die abströmende Druckluft verbessert die Lüftungsverhältnisse vor Ort.

Dagegen ist der Betrieb ein geräuschvoller, die Staubbelästigung muß durch Wassereinspritzung ins Bohrloch gemindert werden; die häufig verwendeten Wagengestelle (Bohrwagen) bedingen größere Unterbrechungen der Bohrarbeit, da der Schutt vor Wiederbeginn der Bohrarbeit zum größeren Teil beseitigt sein muß. Die Luftleitung erhält größere Abmessungen, ist daher in den Arbeitsstrecken eines längeren Tunnels schwierig unterzubringen und kaum gegen Beschädigungen zu schützen. Auch die Kosten der Maschinenanlagen werden mehrfach recht hohe.

Die Druckluft-Stoßbohrmaschinen, zumal die mit Handvorschub, haben in großen und kleinen Tunneln ausgedehnte Verwendung gefunden. Bei richtiger Handhabung und einem dem Gestein angepaßten Luftdruck sowie bei ausreichend weiter und gut erhaltener Luftleitung sind neuestens beträchtliche Leistungen erzielt worden.

Elektrische Stoßbohrmaschinenarbeit. Die vornehmlich für die Auffahrung der Tunnelrichtstollen gebrauchten Kurbel-Stoßbohrmaschinen mit Federwirkung neuester Bauart haben sich bisher im wenig festen und mittelfesten Gebirge bewährt. Als besonders günstig erscheint die leicht zu schützende Kraftleitung mit geringen Abmessungen und der geringe Kraftverlust. Der Wirkungsgrad der Maschine ist größer wie der der Druckluft-Stoßbohrmaschine. Die Bohranlage ist rasch zu erstellen und verhältnismäßig billig. Dagegen ist die Stoßstärke geringer wie bei den Druckluftmaschinen, Federbrüche kommen nicht selten vor, namentlich bei ungeübter Bedienung, es wird daher auch größere Geschicklichkeit in der Bedienung gefordert.

Die mit diesen Maschinen in den Tunneln der österreichischen Alpenbahnen erzielten Ergebnisse sind günstige.

Drehbohrmaschinenarbeit. Die mit Druckwasser betriebene Drehbohrmaschine kann nur für lange Tunnel mit großer Gesteinsfestigkeit in Frage kommen, wenn rascher Arbeitsfortgang im Richtstollen ohne Rücksichtnahme auf die Kosten gefordert wird. Im wenig festen Gestein und für kurze Tunnel ist sie unvorteilhaft.

Die Vorteile dieser Bohrart bestehen in dem großen Wirkungsgrad von Maschine und Bohrer, in der zufolge hohen Wasserdrucks engen und leicht zu schützenden Kraftleitung, in der stoßfreien, ruhigen und staublosen Arbeit, in der durch den Differentialkolben ermöglichten bequemen Druckregelung und einer geringen Reparaturbedürftigkeit. Infolge der großen Weite ist die Zahl der erforderlichen Löcher in der Stollenbrust gering.

Dagegen bedingen die maschinellen Anlagen hohe Kosten und längere Erstellungszeit, daher deren Verzinsung und Tilgung größere Beträge.[388] Die weiten Löcher erfordern wegen ungünstigerer Ausnützung höheren Verbrauch an Sprengstoffen.

Die Bohrer müssen aus bestem, härtestem, daher kostspieligstem Stahl erstellt werden; die Erneuerung abgenützter Schneiden ist schwieriger und teurer wie die der Stoßbohrer. Auf die Vorteile des Kernbohrens muß wegen Vermeidung von Zeitverlusten bei Beseitigung der Kerne im raschen Richtstollenbetrieb verzichtet werden. Die rasche Abführung der Abwässer bietet in manchen Fällen Schwierigkeiten. Die Maschinen können nur auf den zwischen den Gesteinswänden festgespannten Säulen verwendet werden, wo solche Gesteinswände in geringerem Abstand vorhanden sind (Stollen, Schlitz oder Schacht).

Die Bohrergebnisse zeigen, daß in sehr festem Gestein gute Fortschritte erzielt werden können.

Die Ergebnisse der Bohrung mit den verschiedenen Bohrmaschinenarten in den Richtstollen neuerer und bedeutenderer Tunnelbauten sind in den nachfolgenden 4 Tabellen zusammengestellt.

Schlagbohrmaschinen.

Druckluft-Stoßbohrmaschinen.

[389] Elektrische Stoßbohrmaschinen.

Drehbohrmaschinen.

Hau- und Brecharbeit.

Im gebrächen und wenig festen Gebirge wird Bohr- und Sprengarbeit nur ausnahmsweise in Frage kommen. Die Gewinnung erfolgt von Hand, in der Regel mittels der Keilhaue oder der Spitzhaue und Brechstange – Arbeitsvorgänge, die aus dem Erdbau bekannt sind.

Grabarbeit

im milden, weichen und rolligen Gebirge erfolgt von Hand mittels der Breithaue, Schaufel und Spaten, wie im Erdbau, so daß für den Tunnelbau keinerlei nennenswerte Abweichungen zu bemerken sind.

Hau- und Brecharbeit sowie Grabarbeit können im wenig festen, gebrächen und weichen Gebirge auch maschinell und ohne Sprengarbeit erfolgen. Die hierzu gebrauchten Maschinen werden in der Regel Tunnelbohrmaschinen oder Stollenbohrmaschinen genannt. Es liegen auch Vorschläge vor, solche Maschinen im festen Gebirge ohne Sprengarbeit zu verwenden.

Für gebräches und weiches Gebirge würden die fräsend oder schneidend wirkenden Maschinen, wie z.B. die Bauweisen von Brunton, Beaumont und English, Rziha und Reska, Crampton, zu verwenden sein.

Die Maschinen von Beaumont und English, auch die von Brunton arbeiteten im Merseytunnel (roter Sandstein) und in den beiderseitigen Versuchsstollen (Frankreich und England) für den Ärmelkanaltunnel (graue Kreide). Auch die Cramptonmaschine, womit ein voller Tunnelquerschnitt von 10∙8 m Durchmesser erbohrt werden soll, wurde für den Ärmelkanaltunnel in Aussicht genommen.

Die Verwendung dieser Maschine ist eine sehr beschränkte geblieben, da sie nur im gleichmäßigen Gestein von geringer Festigkeit, das aber nicht unmittelbare Abstützung bedingt, in Frage kommt. Die Beseitigung der Ausbruchmassen[390] ist schwierig und bedingt besondere Einrichtungen; die sehr sperrigen Maschinen erschweren das Zurückziehen vom Stollenort behufs Vornahme von Ausbesserungen, die dann eine Stillegung des Arbeitsbetriebs bedingen.

Für loses und rolliges Gebirge wurden Maschinen nach Art der Eimerbagger oder sog. Bohrschrauben oder Maschinen mit Schwemmwasserbetrieb vorgeschlagen.

Diese Maschinen sind über das Versuchsstadium kaum hinausgekommen; sie haben für den Stollenvortrieb bei Gebirgstunneln noch keine Verwendung gefunden; denn sie können den mehrfach wechselnden Gebirgsverhältnissen nicht rasch genug angepaßt werden; bei Ausbesserungsbedürftigkeit sind längere Arbeitsunterbrechungen unvermeidlich; zudem ist die Handarbeit in solchen Fällen billiger; daher soll an dieser Stelle von einer Schilderung des Arbeitsvorgangs abgesehen werden.

Für den Stollenvortrieb in sehr nassem, schwimmendem Gebirge können die Verfahren mit Eisenschild und Druckluft, das Gefrier- und Zementierverfahren in Frage kommen.

Stollenzimmerung.

Im festen Gebirge und bei kleinen Querschnitten kann der Stollen ohne Abstützung oder Zimmerung verbleiben, was namentlich für den raschen Vortrieb des Richtstollens vorteilhaft ist. Meist liegen die Gebirgsverhältnisse so, daß der größte Druck in der First, geringerer Druck an den Stößen und der kleinste Druck in der Sohle auftritt. Dementsprechend würden zuerst die First, dann die Stöße oder Seitenwände und nur im ungünstigen Gebirge auch die Sohle des Stollens abzustützen sein.

Die Art und Stärke der Zimmerung ist also von der Gebirgsbeschaffenheit, den Abmessungen und der Benutzungsdauer des Stollens abhängig; sie erfolgt durch Rundholz, seltener durch Kantholz, auch wohl durch Eisen (Altschienen oder - und -Eisen), ausnahmsweise mit Betonzwischenfüllungen. Für dauernde Stollenabstützung wird Eisen, Beton oder Mauerwerk verwendet.

Im Richtstollen des Tunnels müssen Förderwagen, Kraft-, Luft- und Wasserleitungen sowie der Wasserabzugsgraben Platz finden; auch ist ein freier Raum für den ungehinderten Verkehr der Arbeiter erforderlich. Für die Förderung (s.d.) der Ausbruchmassen und der im Tunnel erforderlichen Baustoffe wäre die zweigleisige Anlage der eingleisigen mit entsprechenden Ausweichen vorzuziehen; sie bedarf aber durchlaufend größerer Stollenbreiten, also Vergrößerung der Querschnittsflächen und Kosten, ist also nicht zu empfehlen.

Die Entwässerungsgräben werden unter das Fördergleis (Spur 0∙6–1∙0 m) oder seitlich gelegt. Erstere Anordnung erschwert Legung und Unterhalt des Fördergleises, sowie die Grabenreinigung, läßt aber mehr Raum für den unbehinderten Verkehr der Arbeiter und die Unterbringung der erforderlichen Leitungen. Der vom Gleis unabhängige seitliche Graben schränkt den Raum aber nennenswert ein und bedingt Vergrößerung der Ständerauflager, namentlich im weniger festen Boden des mit Wasser gefüllten Grabens. Man hat daher auch den seitlichen Graben abgedeckt und ihn vom Ständerfuß der Stollenzimmerung abgerückt. Bei Abdeckung und Befestigung der Wände des Grabens sowie bei Anordnung von Sohlschwellen zur Unterstützung der Ständer können die Übelstände vermindert und die Entwässerungsgräben unter das Gleis gelegt werden. Eine Verschiebung der Gleisachse gegen die Stollenachse ist namentlich im engen Stollen zweckmäßig, um auf einer Stollenseite mehr Raum für den Arbeiterverkehr zu gewinnen.

Im weniger festen Gebirge besteht die Zimmerung des Stollens aus Kappen a, die durch Ständer oder Stempel S gestützt werden (Abb. 337, 338, 339), die auf Fußbrettern f oder Schwellen g stehen. Der Abschluß des Gebirges in der First wird durch Bretter C, der Längsverband der im Abstand von 1–20 angeordneten Rahmen oder Gespärre durch Bundholzbolzen d bewerkstelligt.

Im losen und drückenden Gebirge, das auf den Abstand der Stollenrahmen ohne Gefahr des Ablösens nicht standhält, wird der Vortrieb nach Abb. 340 und 341 durch Pfähle p (15–25 cm breit und 2–5 cm stark, ausnahmsweise[391] vorn mit Eisenblech beschlagen und hinten mit einem Eisenband gegen Aufspalten gesichert) bewerkstelligt, die über den Stollenkappen a und, wenn erforderlich, auch seitlich über den Stempeln S so vorgetrieben werden, daß der Ausbruch unter dem Schutz dieser Pfähle erfolgen kann. Der Raum zwischen Schwanz des vorderen und Kopf des hinteren Pfahles wird zumeist durch Keile K ausgefüllt, die die oberen Pfähle dicht an das Gebirge drücken, den zur Erleichterung des Vortriebs belassenen Zwischenraum ausfüllen und den Unregelmäßigkeiten im Ausbruch Rechnung tragen. Unter den Sohlschwellen g, die im weichen Gebirge angeordnet werden, ist ein Bretterbelag zu empfehlen.

Im stark drückenden Gebirge werden die Köpfe der Pfähle, Abb. 342 u. 343, auch wohl durch ein Querbrett q, Pfandblatt genannt, so unterstützt, daß sie gemeinsam in dem zum Nachtreiben der unteren Pfähle erforderlichen Abstand gehalten werden, wodurch infolge Entlastung das Vortreiben der Pfähle zumal in nahezu richtiger Neigung erleichtert, auch beim Herausfallen eines Keiles der darüber liegende Pfahl durch das Pfandblatt gehalten wird. Beim Anstecken der Pfähle über dem letzten Rahmen vor Ort halten die großen Keile K₁ das Pfandblatt in seiner Lage; nach dem Eintreiben werden die Zwischenräume zwischen Pfandblatt q und Pfahl p durch die kleinen Keile k ausgefüllt; hierbei sind die oberen Pfähle von diesen Keilen nicht unmittelbar abhängig, so daß[392] die unteren Pfähle ohne Störung der Lage der oberen Pfähle vorgetrieben werden können.

Im druckhaften Gebirge ist dieser Vorgang zweckmäßig, während im wenig drückenden Gebirge die unmittelbare Unterstützung jedes einzelnen Pfahles durch den Keil, also die Fortlassung des Pfandblattes vorzuziehen ist, damit jeder Pfahl unabhängig von den anderen sicher an das Gebirge angeschlossen werden kann.

Bei größeren Abständen der Hauptgespärre H werden zur Unterstützung der Pfähle p Zwischengespärre Z angeordnet (Abb. 344, 345, 346). Man kann hierdurch größeren Druckverhältnissen begegnen und die Pfähle unter den Kappen der vorletzten Gespärre leichter so vortreiben, daß sie mit geringer oder ohne Verschwenkung (Schnappen) in nahezu richtiger Lage sich befinden, wodurch das Eintreiben erleichtert und Gebirgsbewegungen sicherer vermieden werden.

Sind im ungünstigen Gebirge die Pfähle ohne nachherige Drehbewegung einzutreiben, so werden die Zwischengespärre Z entsprechend höher und breiter, auch Pfandblätter und Keile stärker gehalten. Die Neigung der Pfähle wird um so größer, je kleiner der Abstand der Hauptgespärre H ist. Im Gebirge mit kleinem Reibungswinkel sind bei steiler Lage der Pfähle die großen Zwischenräume zu verschließen, wozu auch Keile oder Zumachbretter verwendet werden.

Die Zahl der Stollenrahmen wird, wenn die Druckverhältnisse es bedingen, so weit vermehrt, daß die Gespärre dicht aneinander stehen.

Die Verstärkung der längeren, auf Biegung beanspruchten Kappen kann durch einen Sprengbock erfolgen; besser jedoch durch Unterzüge (Abb. 347, 348, 349, 350), welche von besonderen Ständern – Nebenständern – gestützt werden. Zur Vermeidung der Stollenverengung werden die Nebenständer zwischen den Hauptständern auch so gesetzt, wie Abb. 347 zeigt.

Die Stollenzimmerung wird auch teilweise oder ganz in Eisen ausgeführt, was die Vorteile[393] kleinerer Abmessungen, leichteren Vortriebs der Pfähle und längerer Dauer, also der Möglichkeit häufigerer Wiederverwendung bietet. Dagegen sind als Nachteile anzusehen das unter Umständen schwierigere Anpassen der fertig gelieferten Eisenrahmen an den Stollenumfang, die nicht leicht lösbaren Verbindungen der einzelnen Teile, namentlich bei kleinen Formänderungen der Stollenrahmen sowie meist die größeren Kosten.

Bei teilweiser Verwendung von Eisen werden die Kappen aus Altschienen oder -Eisen (Abb. 351, 352), dagegen die Stempel oder Ständer aus Rundholz hergestellt, die oben zur Aufnahme der eisernen Kappen ausgeschnitten werden und zur Vermeidung der Aufspaltung einen Eisenring erhalten. Die Verbindung der Kappen mit den Ständern ist keine günstige.

Die ganz aus Eisen hergestellten Rahmen der Stollenzimmerung (Altschienen, - oder -Eisen) sind meist 3-, auch 4teilig; die einzelnen Teile werden durch Laschen und Schrauben verbunden; die Füße stehen in der Regel auf Langschwellen. Zum Längsverband wird Rundholz verwendet (Abb. 353).

In stark drückendem Gebirge gebraucht man auch 4teilige Rahmen aus -Eisen, deren Teile mit Knotenblechen und Schrauben verbunden werden. Der Längsverband erfolgt durch Rundholz (Abb. 354, 355). Auch sind die Eisengespärre dicht aneinandergestellt und die Zwischenräume durch Holz oder Beton ausgefüllt (Simplontunnel, Karawankentunnel), s. Abb. 356, 357.

Der Schacht.

Die Schächte erhalten rechteckige, vieleckige, kreisförmige, auch elliptische Querschnitte. Für Holzzimmerung sind rechteckige oder vieleckige Querschnitte den runden vorzuziehen. Ausgemauerte Schächte erhalten runde Querschnitte.

Der Winkel des Schachtes mit der Bodenoberfläche kann β 90° sein; dementsprechend heißt der Schacht ein senkrechter (seigerer) oder ein geneigter (tonnlägiger). Bei Herstellung der Schächte sind in jedem Fall das Wasser und die Ausbruchmassen bis an den Schachtmund zu heben, das Aus- und Einfahren der Arbeiter mit den Geräten und den erforderlichen Baustoffen ist zeitraubender und erfordert größeren Kraftaufwand wie im Stollen. Das Vortreiben des für die Wassersammlung erforderlichen Schachtsumpfes beeinträchtigt den Fortgang; dadurch werden die Arbeiten erschwert und verteuert.

Man unterscheidet Förderschächte, Lüftungsschächte, Entwässerungsschächte.

Förderschächte haben den Zweck, die Zahl der Angriffstellen für den T. zu vermehren oder Angriffspunkte überhaupt zu gewinnen, wie bei Unterwasser- oder Städtebahntunneln; sie dienen zur Förderung der Ausbruchmassen aus und der Baustoffe sowie Geräte in den Tunnel, zur Unterbringung erforderlicher mechanischer Einrichtungen und häufig gleichzeitig zur Hebung des zufließenden Wassers.

Mundschächte, die bei langen Voreinschnitten in gewissen Fällen an den Tunneleingängen erstellt werden, um mit dem T. vor Durchschlitzung der Einschnitte beginnen zu können, sind Förderschächte.

Lüftungsschächte dienen zur Lüftung des Tunnels während des Baues oder im Eisenbahnbetrieb. Auch die Förderschächte wirken meist als Lüftungsschächte während des Baues.

Entwässerungsschächte werden entweder in Verbindung mit Stollen zur Entwässerung des Gebirges vor und während des T. oder zur Abführung des Wassers im fertigen Tunnel ausgeführt, wie u.a. bei Tunneln unter Wasser und bei Stadtbahnen, wo andere Vorflut fehlt.

Stellung der Schächte.

Die Schächte werden in der Tunnelachse (Abb. 358) oder in ausreichendem Abstand (etwa 6–20 m) seitwärts (Abb. 359) angeordnet.

Die erste Anordnung hat die Vorteile der unmittelbaren Förderung, der Vermeidung von Querstollen mit den Gleisverbindungseinrichtungen und Vereinfachung der Absteckungsarbeiten, bei Lüftungsschächten auch des kürzesten Abzugs der Rauchgase; bei der zweiten Anordnung kann größere Sicherheit in der Tunnelförderung und die Fernhaltung des zufließenden Wassers vom Tunnel erreicht werden, auch belastet die nachträgliche Verfüllung oder die Ausmauerung (Lüftungsschacht) des Schachtes das Tunnelmauerwerk nicht. In der Mehrzahl der Fälle wird deshalb der Förderschacht seitlich der Tunnelachse gelegt.[394]

Die

Tiefen der Förderschächte

sind, abgesehen von der Beschaffenheit und Wasserführung des Gebirges, auch von der Tunnellänge abhängig, da der Schacht so zeitig die Tunnelsohle erreichen muß, daß noch entsprechende Längen des Tunnels beiderseits des Schachtes vorgetrieben werden können. Die Tagesleistungen nehmen mit der Schachttiefe ab; sie sind geringer, die Kosten größer wie unter gleichen Verhältnissen im. Stollen. Im T. ist man mit den Schachttiefen kaum über 300 m hinausgegangen.

Ausbruch des Schachtes

erfolgt wie im Stollen mittels Bohr- und Sprengarbeit, Hau- und Brecharbeit, Grabarbeit von Hand oder mit Maschinen. Für raschen Fortschritt im festen Gebirge sind Bohrhämmer oder Stoßbohrmaschinen auf Bohrsäulen zu verwenden.

Bei Bohr- und Sprengarbeit können bei Schächten bis etwa 100 m Tiefe und einem Querschnitt von 8–15 m² mit Handarbeit (6–8 Mann in 3 achtstündigen Schichten) und Verwendung brisanter Sprengstoffe (Dynamit) Tagesfortschritte angenommen werden:

im sehr festen Gebirge mit	0∙2–0∙4 m
im festen Gebirge mit	0∙4–0∙8 m
im gebrächen Gebirge mit	0∙8–1∙0 m

Im wasserführenden und schwimmenden Gebirge werden die Fortschritte kleiner.

Größe der Förderschächte

ist für die Förderung der Ausbruchmassen und Baustoffe, die Befahrung durch die Arbeiter, die Unterbringung der Wasser-, Luft-, Licht- und Kraftleitungen ausreichend zu bemessen und beträgt daher meist 5–12, ausnahmsweise[395] bis 18 m². Die größeren und tieferen Schächte erhalten aus Sicherheitsgründen und zur Vermeidung von Betriebsstörungen in der Regel mehrere Abteilungen (Trume), Abb. 360, 361, 362, 363.

Es bezeichnen: F die Abteilungen für auf- und abwärtsgehende Fördergefäße, a die Abteilung mit den Leitern und den eingelegten Zwischenböden (Sicherheitsgründe) für die ein- und ausfahrenden Arbeiter, L den Raum für die Leitungen. Bei wenig tiefen Schächten begnügt man sich mit 1 oder 2 Abteilungen.

Abstützung oder Zimmerung

der Schächte hängt von der Gebirgsbeschaffenheit ab. Im festen Gebirge reicht eine geringe, nur stellenweise Abstützung aus; im losen und drückenden Gebirge sind stärkere Abstützungen mit Verpfählungen wie im Stollenbau erforderlich, Abb. 364, 365 u. 366. Für die Zimmerung ist Rundholz dem Kantholz vorzuziehen. Die Rahmen oder Gespärre a werden in Abständen von 0∙8–2∙0 m angeordnet und größtenteils durch die Reibung gehalten, welche die Verkeilung erreichen läßt, sowie durch Abstützung auf der Sohle oder auf der Stollen- oder Tunnelzimmerung durch die Bolzen g. Genügt das nicht, so hängt man die Rahmen mittels Rundeisen f oder durch hölzerne Hängsäulen, die durch Eisenbänder verbunden werden, an das oberste, durch kräftige Querträger unterstützte Gespärre auf. Bei starkem Gebirgsdruck wird die Schachtsohle abgedeckt und gegen Auftrieb des Bodens gesichert, Abb. 367.

Die Schachtrahmen können auch in Eisen, Altschienen, -, - oder -Eisen, hergestellt werden mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt, Abb. 368, 369.

Ausmauerung

von Förderschächten geschieht nur ausnahmsweise, u.zw. in Beton, Betoneisen oder Mauerwerk, namentlich wenn wichtige maschinelle Anlagen auf der Schachtsohle oder teilweise im Schacht selbst unterzubringen sind, da diese Anlagen sorgfältigst gegen Störungen und Beschädigungen zu schützen sind, was beim Holzeinbau nicht sicherzustellen ist. Manche Schachtzimmerungen sind schon durch Feuer zerstört worden. Die Ausmauerung des Förderschachts kann auch bei sehr starkem Wasserandrang zweckmäßig sein.

In stark wasserführendem, schwimmendem Gebirge kann die Schachtabteufung durch besondere Verfahren, wie Brunnensenkung (Senkschachtverfahren), Druckluft-, Gefrier- oder Zementierverfahren erfolgen.

Der Abstand der Förderschächte

von den Tunneleingängen und untereinander ist bei gegebener Tunnellänge von den Schachttiefen und den möglichen Arbeitsfortschritten abhängig und so zu bemessen, daß nach Erreichung der Tunnelsohle durch die Schächte noch beiderseits entsprechend lange Stollen vorgetrieben werden können.

Die von der Gebirgsbeschaffenheit und den Wasserverhältnissen abhängigen Arbeitsfortschritte im Schacht sind unter gleichen Verhältnissen geringer wie die im Stollen; bei Tiefen bis etwa 100 m kann man eine Verminderung der möglichen Leistung um 0∙25–0∙5 annehmen. Ferner erlaubt der im Gefälle auszuführende Stollen unter gleichen Verhältnissen 0∙2–0∙25 geringere Leistungen wie der in der Steigung.

Wichtig ist, daß der Schachtmund leicht zugänglich, durch fahrbare Wege erreichbar und ausreichender Raum vorhanden ist für die erforderlichen Einrichtungen wie für die Ablagerung des Tunnelausbruchs. Geneigte Schächte sind in vielen Fällen den senkrechten vorzuziehen.

Verschluß der Förderschächte.

Förderschächte werden, sofern sie für den Eisenbahnbetrieb nicht als Lüftungs- oder Entwässerungsschächte benutzt werden, nach[396] Tunnelvollendung geschlossen, d.h. verfüllt, wobei aber namentlich bei den in der Tunnelachse angeordneten Schächten durch Anordnung von Entlastungsmauerwerk eine übermäßige Belastung des Tunnels durch hohe und kohäsionslose Auffüllungen vermieden und auch für gute Wasserabführung Sorge getragen werden muß.

Der zeitweilige Ausbau.

Der zeitweilige Ausbau oder die Tunnelzimmerung, d.i. die Abstützung des ausgebrochenen Raumes, erfolgt in Holz oder Eisen, ausnahmsweise in Mauerwerk.

Holzzimmerung.

Die Hauptträger der Zimmerung werden parallel oder senkrecht zur Tunnelachse angeordnet, hiernach unterscheidet man: 1. Längsträger oder Jochzimmerung, 2. Querträger oder Sparrenzimmerung.

1. Längsträgerzimmerung.

Die Längsträger (Kronbalken, Wandruten) 25–60 cm stark; kurze, in der Tunnelfirst verlegte Längsträger haben ausnahmsweise auch 70 cm Stärke erhalten; sie werden von der First nach der Sohle mit abnehmender Stärke am Umfang des Ausbruchs parallel zur Tunnelachse auf die Länge einer Zone oder eines Ringes, welche meist 3–9 m beträgt, auch wohl zweiteilig in Abständen von etwa 0∙7–2∙0 m verlegt und durch 15–25 cm starke Rundholzbolzen in diesen Abständen erhalten. Sie werden entweder nur an beiden Enden oder auch dazwischen gestützt, daher die Bezeichnung »Jochzimmerung«.

Die Verzugsbretter (Verladung) oder Pfähle, welche das Gebirge gegen das Tunnelinnere abschließen, liegen senkrecht zu den Längsträgern; es findet also Querverpfählung statt. Da die Längsträger in der durch den Tunnelquerschnitt gegebenen Krümmung verlegt werden, so ist im druckhaften Gebirge eine Getriebezimmerung, wie sie im Stollenbau besprochen wurde, nicht durchzuführen; denn die Pfähle können nicht in der angesetzten Lage vorgetrieben, sie müssen gedreht (geschnappt) werden, um sie in die erforderliche Lage zu bringen, und umsomehr, je geringer der Abstand der Längsträger und je stärker die Krümmung ist, was meist nicht durchführbar ist. Allerdings hat man in verschiedener, recht umständlicher Weise auch im starken Druckgebirge, worin der Raum zwischen den einzelnen Trägern auch nicht für kurze Zeit ohne Abstützung gelassen werden konnte, Längsträger mit Querverpfählung gebraucht, wie z.B. im alten Hauensteintunnel I und im Col di Tenda-Tunnel. Das sind aber nur Hilfsmittel in Ausnahmefällen, die von vornherein nicht in Aussicht genommen wurden. Diese schwierigen und nicht ungefährlichen Vorgänge sind tunlichst zu vermeiden. Wenn Getriebezimmerung mit Vortrieb von Längspfählen erforderlich ist, ist der Querträgerbau anzuwenden.

Je nach Art der Unterstützung der Längsträger bezeichnet man die Zimmerung als Langständer-, Brustschwellen- und Mittelschwellenbau.

Langständerbau.

Die Längsträger in Abständen von 1∙0–1∙5 m werden unmittelbar durch lange Ständer abgestützt, die auf der Sohle des Bogenorts wie bei der Unterfangungsbauweise oder auf der Sohle des Tunnels stehen (Abb. 370).

Da die auf Druck und Knicken beanspruchten Ständer sehr lang (bis 9 m) werden, so erhalten sie große Querschnitte (30–50 cm) und bedeutendes Gewicht.

Das Einbringen der langen und schweren Ständer ist im engen, druckhaften Tunnel schwierig, namentlich wenn nachträglich Zwischenstützung der Längsträger in geringem Abstand, also Verstärkung des Einbaues nötig wird. Im Druckgebirge ist daher der Langständerbau nicht zu empfehlen.

Im festeren Gebirge, das wenige Langträger, meist nur in der Tunnelfirst, daher auch wenige und leichte Ständer benötigt, kann der Langständerbau wohl in Frage kommen, weil er gegenüber dem Schwellenbau immerhin den Vorzug der einfacheren und übersichtlichen sowie der gelenkfreien Anordnung hat; denn durch eine Mittelschwelle werden die Ständer geteilt, wodurch gelenkartige Wirkung geschaffen wird, die durch kräftigen Längsverband tunlichst abgemindert werden muß.

Brustschwellenbau.

Die Längsträger b und c (Abb. 371 u. 372) werden auf eine Schwelle S oder nach Abb. 373 auf 2 Schwellen So und Su, die auf volle Breite[397] des ausgebrochenen Tunnels reichen und daher 2teilig mit Überblattung und Verschraubung aus Kantholz hergestellt werden, durch Ständer abgestützt. Da diese Schwellen den Gebirgsdruck der Tunnelbrust aufzunehmen haben, heißen sie »Brustschwellen«. Bei stärkerem Gebirgsdruck sind sie durch die »Bruststreben« m und n gegen Ausbiegen zu sichern. Die Brustschwellen werden durch mehrere Ständer gegen die Tunnelsohle gestützt.

Die Zimmerung erfolgt auf Zonenlänge Z, so daß die Längsträger nur den beiden Gespärren EE oder nach Abb. 374 auf dem fertigen Mauerwerk und dem Gespärre E frei aufliegen und dazwischen entweder keine Unterstützung erhalten (englische Zimmerung) oder sie werden noch durch Zwischengespärre FF (Abb. 372) gestützt, die entweder nach dem Langständer- oder Mittelschwellenbau angeordnet sein können.[398]

Die Brustschwellen sind an beiden Enden namentlich dann zu empfehlen, wenn in den anschließenden Zonen nur die Stollen aufgefahren sind, im übrigen die Tunnelbrust in senkrechter Lage bestehen bleibt und infolge Gebirgsdrucks abzustützen ist.

Bei der sog. »englischen Zimmerung« (Abb. 373, 374) werden die Längsträger außerhalb des dauernden Ausbaues, der Mauerung, so angeordnet, daß das Mauerwerk unter ihrem Schutz ausgeführt werden kann und die Beseitigung der Längsträger, wenigstens in den obersten Teilen, in der Tunnelfirst, erst nach Schluß des Scheitelgewölbes durch Vorziehen erfolgt. Die Längsträger sind hierbei auch bei den kurzen Zonenlängen von 5–6 m sehr schwer, da Zwischenstützen fehlen. Das Hervorziehen der hinter dem Mauerwerk verbliebenen Längsträger oder Kronbalken ist namentlich im druckhaften Gebirge besonders schwierig, wenn auch durch kleine Mauerwerkspfeiler zwischen dem Gewölbe und dem Gebirge eine Entlastung der vorzuziehenden Längsträger angestrebt wird; das Mauerwerk leidet darunter, eine wasserdichte Abdeckung, ein dichter Anschluß des Mauerwerks an das Gebirge oder eine gut ausgeführte Steinpackung oder Ausmauerung hinter dem Gewölbe kann nicht sicher gestellt werden; daher ist diese Zimmerungsart nicht zu empfehlen trotz der Vorteile der vom Gebirgsdruck namentlich im Gewölbescheitel unabhängigen Durchführung der Mauerungsarbeiten und der sonst während der Arbeiten erforderlichen Beseitigung der Kronbalken in der Tunnelfirst.

Wohl aber kann der Bau mit 1 oder 2 Brustschwellen für die Endgespärre E im Druckgebirge, das zonenweisen Vorgang erheischt, bei Anordnung von Zwischengespärren nach der Langständer- oder Mittelschwellenbauweise in vielen Fällen zweckmäßig sein.

Mittelschwellenbau.

Die Längsträger oder Kronbalken b (Abb. 375 und 376) werden auf kurze Mittelschwellen S, deren Länge in der Regel den Tunnellichtraum nicht überschreitet, durch Ständer d abgestützt. Die Schwelle, welche auch später zur mittleren Stützung der Lehrbogen für die Mauerung dient, wird von den Ständern e f, deren Zahl auf je 3–5 zu beiden Seiten vermehrt werden kann, getragen; sie teilt die Zimmerung in 2 Teile; die hierdurch verursachte Gelenkbildung muß durch Längsverspannung unschädlich gemacht werden.

Die Unterzüge g der Schwelle, welche nicht nur einen Längsverband, sondern auch die Anordnung weiterer Stützen zwischen den Gespärren ermöglichen, werden besser über den zweiten Stützen f eingebracht, da hierdurch die Unterfangung der Schwelle S durch die ersten Stützen e sowie die Einbringung des Unterzugs erleichtert wird. Die unteren Längsträger, auch Wandruten genannt, werden durch Bolzen h und Streben i gestützt.

Im Zonenbau, d.h. völlige Fertigstellung einer Zone (Ring), bevor mit den Nachbarzonen in Ausbruch und Mauerung begonnen wird, werden auf Zonenlänge Z, die meist 6–9 m beträgt, 2 Endgespärre E, sodann Mittel- oder Zwischengespärre F angeordnet, deren Abstände und Anzahl vom Gebirgsdruck und der Zonenlänge abhängig sind und etwa 1∙5–3∙0 m betragen.

Im Druckgebirge erhalten die Endgespärre auch »Brustschwellen« nach Abb. 371 und 372 oder längere Mittelschwellen nach Art der Brustschwellen, die nur zum Teil in das Mauerwerk reichen.

Die Vorteile der Längstragerzimmerung bestehen in dem sehr guten Längsverband. Die meist auf 6–9 m Bau- oder Zonenlänge (Ringlänge) ohne Unterbrechung durchlaufenden Längsträger geben dem Ausbau große Standsicherheit gegen Bewegungen und Verschiebungen und ermöglichen günstige Druckverteilung[399] auf die Stützen und die Bausohle. Die Zimmerung erlaubt verhältnismäßig rasches Einbringen der Träger auf die Zonenlänge sowie eine leichte nachträgliche Verstärkung durch Zwischenstützen. Der Arbeitsvorgang ist daher bei nicht großem Gebirgsdruck ein rascher und verhältnismäßig billiger. Die Nachteile dieser Zimmerung sind namentlich die großen Längen, Abmessungen und Gewichte der Träger, die Aufschließung des Gebirges auf diese Länge sowie die Undurchführbarkeit einer reinen Getriebezimmerung, d.h. Vortreiben der Pfähle in der Längsrichtung und Einbau der Zimmerung unter dem Schutz der vorgetriebenen Pfähle.

2. Querträgerzimmerung.

Die Querträger oder Sparren auf Abb. 377 und 378 werden am Umfang des Tunnelausbruchs senkrecht zur Tunnelachse verlegt und durch Unterzüge u sowie Stempel d auf eine Mittelschwelle s abgestützt, die wieder durch Stände e und f durch Vermittlung von Unterzügen g besser über f wie über e getragen werden. Bolzen b vermitteln Längs- und Querverband. Die Pfähle k werden über den Querträgern a parallel zur Tunnelachse vorgetrieben. Die Mittelschwelle kann entweder auf volle Tunnelbreite reichen (Abb. 377) oder nur auf den mittleren Teil (Abb. 379) und wird dann gegen die Tunnel wände abgestützt, um Seitenbewegungen zu verhindern.

Ein guter Längsverband ist besonders wichtig, damit die einzelnen Gespärre, meist in Abständen von 1∙0–2∙0 m, gegen Bewegungen in der Längsachse gesichert sind. Die Querträgerzimmerung wird auch auf einen Teil der oberen Tunnelhälfte beschränkt (Abb. 379), da die Druckverhältnisse in der Regel im Tunnelfirst am ungünstigsten sind. Auch im festeren Gebirge, wobei Verpfählung nicht erforderlich ist, kann Querträgerzimmerung am Platze sein, wie Abb. 380 (amerikanische Zimmerung) zeigt.

Der Querträgereinbau ist bei Anwendung der Getriebezimmerung, die eine Längsverpfählung bedingt, nicht zu entbehren; der[400] Längsverband ist aber nicht in der Weise möglich wie bei der Längsträgerbauweise, da durchlaufende Unterzüge wegen des nur von Gespärre zu Gespärre, also auf Pfahllänge möglichen stückweisen Vorgangs erst nach Fertigstellung einer längeren Strecke von etwa Zonenlänge eingezogen werden können, es ist daher die Gefahr von Verschiebungen der Gespärre durch Längskräfte größer wie beim Längsträgerbau, wenn auch eine Verspannung der Querträger oder Sparren durch Zwischenbolzen nicht unterlassen wird. Im festeren, wenig druckhaften Gebirge ohne nennenswerten Längsschub erleichtert die Querträgerzimmerung wegen der kleinen und leichten Hölzer den Einbau und dessen Beseitigung nach Fertigstellung des Mauerwerks.

Für Holzzimmerungen werden Querträger oder Sparren auch aus - oder -Eisen hergestellt. So bestanden die Querträger im Cochemtunnel (Moselbahn) (Abb. 381, 382) aus gekrümmten -Eisen von 1∙5–2∙5 m Länge, die verlascht und verschraubt wurden; sie erhielten angenietete Schuhe zur Aufnahme der Unterzüge.

Diese Anordnung hat sich aber nicht bewährt, weil infolge von Bewegungen und kleinen Verbiegungen der Träger die verschraubten Laschen schwierig zu lösen waren und die aufgenieteten Schuhe ihren Zweck nicht erfüllten. Man hat daher bei späteren Ausführungen, wie z.B. im Endertunnel, die eisernen Querträger nicht mehr gekrümmt und verlascht, sondern sie gerade und ohne Verbindung auf die Unterzüge verlegt; sie wurden durch den Gebirgsdruck in dieser Lage erhalten.

Eisenzimmerung.

Eisen wird zur Zimmerung in Walzträger-, auch Altschienenformen, sodann als Blechwand und Fachwerksträger, schließlich in Röhrenform verwendet.

Während die Holzzimmerung an Ort und Stelle im Tunnel hergestellt und den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann, auch einfache Verbindungen und billige Ausführung ermöglicht, wird die Eisenzimmerung in den Hauptteilen fertig in den Tunnel gebracht, kann also den Verhältnissen oder den während des Baues eintretenden Änderungen nicht sofort angepaßt werden. Verlaschungen und Verschraubungen der einzelnen Teile sind ungünstig, weil schon bei geringen Formänderungen, die häufig nicht vermieden werden können, das Lösen der Verbindungen besonders schwierig, ja unmöglich werden kann. Dagegen erlaubt die Eisenzimmerung kleinere, weniger Raum sperrende Abmessungen und ist von größerer Dauerhaftigkeit, die aber zumeist nicht ausgenutzt werden kann, da die Möglichkeit der Wiederverwendung bei anderen Tunnelbauten von günstigen Zufälligkeiten abhängt; daher sind auch die Kosten der Eisenzimmerung für einen Tunnelbau hohe und überschreiten die der Holzzimmerung.[401]

Abgesehen von den für kleinere Tunnel zweckmäßigen und billigen -Eisenrahmen, die erforderlichenfalls durch Holzstützen verstärkt werden, ist die Eisenzimmerung auf wenige Fälle beschränkt geblieben. Eisen hat in der Hauptsache nur in die Querträgerzimmerung Eingang gefunden.

Für kleine Querschnitte reichen wie im Stollenbau 3-, auch mehrteilige Eisenrahmen a aus ( oder -Eisen), die verlascht, auf Sohlschwellen versetzt und durch Rundholzbolzen gegen Längskräfte gestützt werden. Die Längsverpfählung liegt auf den Eisenrahmen (Abb. 383, 384). Diese Eisenrahmen hat man bei größeren Querschnitten auch durch Holzständer gestützt (Abb. 385, 386). Bei geringen Überlastungen und stärkerem Druck sind zur Vermeidung von Bodensenkungen bei Ausmauerung die Eisenrahmen häufig nicht entfernt, sondern im Mauerwerk (meist Beton) belassen worden. Eisenzimmerungen für große Querschnitte sind meist nach der Bauweise Ržiha ausgeführt, aber aus den oben angegebenen Gründen auf wenige Fälle beschränkt geblieben. Nach der Bauweise Ržiha besteht die Zimmerung nach Abb. 387 und 388 aus mehrteiligen, der Form der Tunnelausmauerung angepaßten Eisenrahmen A, die anfänglich aus Gußeisen, später aber aus Blechwandträgern, deren Teile durch Verschrauben bzw. Verlaschungen und Verschrauben miteinander verbunden werden. Diese Rahmen werden durch Querträger B₁ B₂ abgesteift, die auch als Rüstung für die Mauerung dienten, daher Bühnenträger genannt werden.

Die Eisenrahmen A tragen die in den neueren Anordnungen aus verschraubten Winkeleisen gefertigten, mit dem Fortschritt der Ausmauerung einzeln herausnehmbaren Auswechslungsrahmen a, deren Höhe etwa gleich der Stärke des Mauerwerks mehr der Schalhölzer ist, und bilden dann die Lehrbogen für die Mauerung.

Über diesen Rahmen wird die Längsverpfählung K vorgetrieben. Der Längsverband erfolgt durch Rundeisen b, auch wohl Rundholzbolzen zwischen den Querträgerrahmen A. Die Querträger werden, wenn Sohlgewölbe nicht erforderlich sind, auch auf Sandunterlagen gestellt, um das Abtragen nach vollendeter Mauerung zu erleichtern.

Der dauernde Ausbau.

Der dauernde Ausbau oder die Verkleidung des Tunnels erfolgt durch Mauerwerk, Eisen und ausnahmsweise Holz. In den meisten Fällen ist der Mauerwerksausbau der zweckmäßigste; er umfaßt das Firstgewölbe mit der Abdeckung und Hintermauerung, die Widerlager, das Sohlgewölbe mit der Abdeckung und dem Entwässerungskanal sowie die Nischen in den Widerlagern. Der Mauerwerkskörper wird in der Regel in einzelnen kurzen, stumpf aneinanderstoßenden Zonen oder Ringen eingebaut. Die Zonenlängen schwanken von 3–15 m; in der Regel betragen sie 6–9 m. Im druckhaften Gebirge sind kurze Zonenlängen zu wählen, immerhin so lang (nicht unter 3∙0 m), damit auch die Standsicherheit gegen Längskräfte gewahrt wird. Das Sohlgewölbe wird auch in kürzeren Zonen von 2–2∙5 m eingebaut. In der Regel wird mit der Aufmauerung der Widerlager[402] begonnen, hierauf das Firstgewölbe und zum Schluß, wenn erforderlich, das Sohlgewölbe und der Tunnelkanal hergestellt. Auch beginnt man mit dem Firstgewölbe, das dann durch die Widerlager unterfangen wird.

Das Mauerwerk wird aus rein oder roh bearbeiteten Quadern, Hau- und Bruchsteinen, Ziegeln (Hartbrandsteine, Klinker), Stampfbeton, Zementkunststeinen ohne oder mit Eiseneinlagen und in Betoneisen hergestellt.

Zum Mörtel verwendet man Zement (Portland-, Erz-, Hochofenschlackenzement), Zementkalk und hydraulischen Kalk. Traßmörtel oder stärkere Traßzusätze zum Zement- oder Zementkalkmörtel haben sich trotz der günstigen Eigenschaften des Trasses in der Mehrzahl der Fälle im Tunnelbau nicht bewährt.

In nassen und druckhaften Tunnelstrecken ist dichter und rascher bindender Mörtel zu verwenden, da das Mauerwerk sofort Gebirgsdruck aufnehmen muß. Die Wasserdichtigkeit des Zementmörtels wird durch fette Mischungen (1 Z., 1 S. bis 1 Z., 2 S.), auch durch verschiedene Zusätze (Zerisit, Kaliseifenlösung, Öl, Alaun, feine Tonerde) etwas erhöht. Auch durch Zusätze von flüssigem Natrium- oder Kaliumsilikat und einer geringen Menge einer Kalziumverbindung kann die Wasserdichtigkeit etwas erhöht werden.

Sauere und salzhaltige Gebirgswässer wirken auf feuchten Mörtel zerstörend ein, ebenso die schwefligen Lokomotivrauchgase infolge der Umwandlung des Kalkes im Zement in schwefelsauren Kalk (Gips). Es sind daher besondere Schutzvorkehrungen zu treffen und nicht langsam bindende Mörtel, wohl aber besondere Zementarten (Erzzement), die keine Tonerde enthalten, aber nicht zu rasch abbinden, zu verwenden. Trockener und erhärteter Mörtel leidet nach den vorliegenden Beobachtungen unter den Lokomotivrauchgasen nicht.

Form und Stärke des Mauerwerks.

Form und Stärke der Ausmauerung sind von dem durch die Abmessungen der Eisenbahnfahrzeuge bedingten Lichtquerschnitt, von der Größe und Richtung des Gebirgsdrucks sowie von der Art des Ausbaues und der hierzu verwendeten Stoffe abhängig.

Die Lichtquerschnitte der Tunnel sind auf das geringste durch die Umgrenzungslinien des Lichtraums der Bahnen mit den erforderlichen Spielräumen zu beschränken, da größere Lichtquerschnitte Mehrausbrüche, daher verstärkten Gebirgsdruck sowie Mehrausmauerung und daher größere Kosten bedingen.

Es ist zu prüfen, ob den Gebirgsdrücken nicht billiger durch entsprechende Vergrößerung der Mauerwerkstärken bzw. Verwendung festerer Baustoffe, die kleinere Abmessungen erlauben, wie durch Tunnelformen zu begegnen sei, welche von den erforderlichen Lichtraumquerschnitten erheblich abweichen und zudem in den meisten Fällen den tatsächlichen Verhältnissen doch kaum richtig angepaßt werden können. In der Regel wird der Lichtraumquerschnitt eines Tunnels einheitlich durchgeführt.

Größe und Richtung des Gebirgsdrucks sind von vielen, meist kaum richtig zu beurteilenden Umständen abhängig, wie von den Festigkeits- und Reibungswerten, dem Streichen und Fallen, den Überlagerungsverhältnissen, der Wasserführung und der chemischen Zusammensetzung des Gebirges, aber auch von der Art, der Zweckmäßigkeit und Raschheit der Ausführung des zeitweiligen und des dauernden Ausbaues.

Je tiefer der Tunnel unter der Erdoberfläche liegt, um so schwieriger wird die richtige Erkenntnis der Gebirgsverhältnisse.

Der Ausbau soll so erfolgen, daß Bewegungen, Loslösungen und Auflockerungen des Gebirges tunlichst eingeschränkt werden; er soll gemeinsam mit dem Zusammenhalt, also der Zug- und Scherfestigkeit des Gebirges, der Schwerkraft, dem Gewicht der Überlagerungsmassen und den seitlichen Gebirgsdrücken tunlichst entgegenwirken.

Die Belastungen des Tunnels erfolgen durch das Gewicht, den Erddruck und den Auftrieb des Gebirges, durch seitliches Ausweichen gepreßter und das Abrutschen einzelner Gebirgsschichten und Gesteinsblöcke, die namentlich bei vorhandenen Hohlräumen ungünstige dynamische Einwirkungen äußern; dann durch Anschwellen und Volumsvergrößerung, »Blähen«, des Gebirges infolge Einwirkung von Luft und Wasser.

Der Zutritt von Wasser vermindert die Reibung, teilweise auch die Scher- und Zugfestigkeit. Das Austrocknen verschiedener Gebirgsarten erleichtert dagegen die Rissebildung und daher die Lösung einzelner Teile aus dem Zusammenhang.

Am Tunnelumfang wirken daher an dessen einzelnen Stellen verschieden große Kräfte nach verschiedenen Richtungen, deren Ermittlung nicht oder nur schätzungsweise möglich ist.

Es fehlt nicht an Versuchen, in einigen Fällen, namentlich im gleichartigen Gebirge, die Größe des Gebirgsdrucks zahlenmäßig zu ermitteln, um bei Festsetzung von Form und Stärke des Tunnelausbaues nicht allein auf den empirischen Vorgang angewiesen zu sein. Die Unterlagen für solche Berechnungen können nur durch Schätzungen gewonnen werden, daher auch den Rechnungsergebnissen größeres Gewicht nicht beigelegt werden kann.[403]

Sie geben aber Fingerzeige und Anhaltspunkte für die Wahl der Form und Stärke der Tunnelausmauerung, auf die selbstverständlich nicht verzichtet werden soll.

In sehr festem Gebirge mit großer Kohäsion, das keine Ablösungen zeigt, können Tunnel unausgemauert bleiben; das ist im eingleisigen Tunnel namentlich auf Schmalspurbahnen eher möglich wie im zweigleisigen der Vollbahnen, welche auch im festen Gebirge fast durchwegs ein Verkleidungsmauerwerk mindestens in der Decke erhalten, da infolge der Aufhebung der Gesteinsverspannung, der zerklüftenden Sprengwirkung bei Herstellung des Ausbruchs sowie der erschütternden Wirkung der Eisenbahnzüge nachträglich Gesteinsablösungen vorkommen, die den Betrieb gefährden.

Zur Vermeidung der während des Eisenbahnbetriebs besonders schwierigen, für eine nachträgliche Ausmauerung erforderlichen Mehrausbrüche sind diese in zweifelhaften Fällen für vorerst unausgemauerte Tunnel schon während des Baues vorzunehmen. In manchen Fällen kann Deckenverkleidung ausreichen (Abb. 389), auch einseitige Widerlager, namentlich in später auf 2 Gleise zu erweiternden Tunneln (Abb. 390).

Im Gebirge, das nur Verkleidung bedarf, und Gebirge, das nur geringen Druck äußert, erhalten die Querschnitte für ein- und zweigleisige Tunnel Formen nach Abb. 391 und 392. Mit zunehmendem Druck werden Gewölbe und Widerlager verstärkt und erforderlichenfalls Sohlgewölbe ausgeführt. Die Firstgewölbe erhalten für eingleisige Tunnel meist elliptische, bzw. Korbbogengewölbe (Abb. 393, 394, 395). Für zweigleisige Tunnel werden in der Regel halbkreisförmige Gewölbe und nur bei größerem Firstdruck überhöhte Korbbogengewölbe angeordnet (Abb. 396, 397).

Der Raum zwischen Gewölbe und Gebirge wird entweder durch trockene Steinpackung oder zur Erhöhung der Standsicherheit meist besser durch Mörtelmauerwerk oder Beton ausgefüllt, wenn das Gewölbe selbst nicht unmittelbar an das Gebirge angemauert wird, aber durchaus nicht in allen Fällen, wie dies von einigen Seiten vorgeschlagen wird, s. hierüber (»Entwässerung«). Firstgewölbe sind wegen der unvermeidlichen Sackungen so zu überhöhen, daß nach Ausrüstung der Tunnellichtraum überall vorhanden ist. Zu dem Zwecke werden die Lehrgerüste überhöht (etwa 15–30 cm).

Widerlager werden dem Gebirgsdruck entsprechend mit innen, ausnahmsweise auch mit außen geböschten Flächen (Abb. 394) und mit entsprechend großer Sohlenbreite sowie in genügend tiefer Lage ausgeführt. Sohlgewölbe werden bei Auftrieb des Bodens, zur Entlastung der Widerlagerfundamente und Vermeidung der Verschiebung der Widerlager nach innen auszuführen sein. Die Stärke des Sohlgewölbes ist unter sonst gleichen Verhältnissen größer zu wählen wie die des Firstgewölbes, um den Stoßwirkungen der unmittelbar darüber rollenden Eisenbahnzüge Rechnung zu tragen. Über dem Sohlgewölbe wird eine Magerbetonschichte aufgebracht zur Verhinderung der Durchnässung und damit das Wasser von oben in den Tunnelkanal eingeführt werden kann.

Der Einbau von Quadern zum Anschluß des Sohlgewölbes an die Widerlager ist zu empfehlen, auch dann ratsam, wenn vorerst[404] kein Sohlgewölbe ausgeführt wird, aber die Möglichkeit einer nachträglich notwendig werdenden Einziehung nicht ausgeschlossen ist. Anstatt des Gewölbes können auch Balken aus Mauerwerk, Beton oder Betoneisen, sog. Sohlklötze verwendet werden (Abb. 398). Wenn der Beton richtig bereitet und eingestampft wird, ist er sehr wohl in vielen Fällen im Sohlgewölbe zweckmäßig.

Die Stärken des Mauerwerks in ein und zweigleisigen Tunneln der Vollspurbahnen bewegen sich je nach den Gebirgsverhältnissen und der Mauerwerksgattung, zumeist im Firstgewölbe von 0∙4–1∙0 m, im Sohlgewölbe von 0∙4–1∙0 m, in den Widerlagern von 0∙4 bis 1∙3 m. In der Regel werden namentlich für längere Tunnel auf Grund der wahrscheinlichen Gebirgsbeschaffenheit die anzuwendenden Mauerungsquerschnitte (Tunneltypen) in ausreichendem Umfang festgesetzt, damit nach Aufschluß des Gebirges, der meist durch den Richtstollen genügend erfolgt, der in jedem einzelnen Fall passende Mauerungsquerschnitt gewählt und mit den vereinbarten Preisen bezahlt werden kann. In Ausnahmefällen sind aber auch wesentlich größere Abmessungen des Tunnelmauerwerks erforderlich gewesen, die nicht vorgesehen waren, allerdings meist infolge von fehlerhaften erstmaligen Ausbauten und der hierdurch hervorgerufenen größeren Gebirgsbewegungen.

So sind z.B. Mauerstärken im Firstgewölbe erforderlich gewesen in den Druckstrecken des zweigleisigen Gotthardtunnels 1∙5 m, des eingleisigen Simplontunnels 1∙67 m, des zweigleisigen Roncotunnels und des zweigleisigen Col di Tenda-Tunnels 2∙0 m.

Betoneisenausmauerungen sind bisher mit Draht- und Flacheiseneinlagen im Tunnelbau[405] nur im beschränkten Maße ausgeführt. Ausbauten mit einbetonierten Eisenfachwerksrahmen sind verwendet worden z.B. im Schönhuter Tunnel (Abb. 399) und im Pragtunnel bei Stuttgart (Abb. 400), auch in den Druckstrecken des Umgehungstunnels bei Elm (Schlüchtern). Hierbei wurden die Eisenfachwerkträger in Abständen von 1∙5 m angeordnet und mit Beton umgeben.

Eisenausbau. Hierzu wurden anfänglich Rahmen aus Gußeisen verwendet, von der Ansicht ausgehend, daß Gußeisen weniger der Rostgefahr ausgesetzt ist wie Schweiß- und Flußeisen. Gegenwärtig wird Flußeisen gebraucht, weil sich hierbei die bei Gußeisen vorgekommenen Rissebildungen vermeiden lassen. Die Rahmen bestehen aus mehreren nicht zu langen Teilstücken, die durch Verschraubungen oder Vernietungen verbunden werden, wobei die Stoßfugen durch Weichmetalle oder geteerte Stoffe gedichtet werden. In vielen Fällen hat man die Eisenrahmen auch mit einer nicht tragfähigen Betonschicht verkleidet, um sie gegen die Einwirkungen der Feuchtigkeit und Rauchgase der Lokomotiven zu schützen.

Tunnelentwässerung. Bei Wahl der Tunnellinie sucht man wasserführenden Gebirgsschichten auszuweichen; häufig kennt man aber ihre Lage und Ergiebigkeit nicht; erst während des Baues, ausnahmsweise auch erst einige Zeit nach Vollendung des Tunnels, tritt das Gebirgswasser in Erscheinung. Besondere Entwässerungsanlagen durch Stollen über und neben dem zu erbauenden Tunnel erheischen gewöhnlich große Kosten und bieten oft wenig Gewähr einer ausreichenden Entwässerung. In der Regel leitet man das angefahrene Wasser in das Innere des Tunnels und führt es mittels besonderer, in dessen Sohle angeordneter Kanäle nach außen ab. Wasserläufe an der Oberfläche führen bei genügender Überlagerung durch feste, risselose und nicht verworfene Schichten dem Tunnel nur wenig oder kein Wasser zu, andernfalls kann man es in einigen Fällen durch Ableitung oder Herstellung wasserdichter Gerinne an der Oberfläche vom Tunnel fernhalten.

Bei Unterfahrung wasserreicher Bäche, von Flüssen, Seen und Meeresarmen in wasserdurchlässigem Gebirge muß durch Bauvorgang und dichte Verkleidung (Eisenhaut) der Wasserzufluß in das Tunnelinnere überhaupt verhindert werden. Das ist auch in Fällen nötig, in welchen eine Entziehung des Wassers aus der Tunnelüberlagerung zur Vermeidung der Trockenlegung von Brunnen-, Wald- oder Gartenanlagen u.s.w. oder die hierdurch bedingte Auswaschung von weichen und löslichen Teilen des Gebirges, was plötzliche stärkere Druckäußerungen zur Folge haben kann, nicht zulässig ist; denn der Tunnel mit innenliegender Entwässerung wirkt als Saugrohr (Drainrohr), das der Überlagerung oft auf beträchtliche Ausdehnung das Wasser entzieht.[406]

Kanäle. Die zur Abführung des in das Tunnelinnere geleiteten Wassers dienenden Kanäle liegen in der Tunnelsohle entweder in der Bahnachse oder an einem, auch an beiden Widerlagern (Abb. 391–395). Im wenig breiten eingleisigen Tunnel ist die Lage des Kanals an den Widerlagern wegen leichterer Zugänglichkeit vorzuziehen. Im breiten zweigleisigen Tunnel ist der in der Bahnachse zwischen den Gleisen liegende Kanal, namentlich bei größerem Gleisabstand (3∙7–4∙0 m) wohl erreichbar. Die Anordnung von 2 Kanälen an beiden Widerlagern (Abb. 400 a) ist im ein- und zweigleisigen Tunnel vorteilhaft, weil das Wasser unmittelbar in die Kanäle und nicht mehr durch die Gleisbettung fließt, die ohnedies mit der Zeit die Wasserdurchlässigkeit verliert, oder es können die nach dem Kanal führenden, Mehrkosten bedingenden, die Gleisunterstopfung teilweise hindernden Querkanäle vermieden werden. Die Mehrkosten der Doppelkanalanlage werden durch deren Vorteile, namentlich bei Weglassung von Querkanälen größtenteils ausgeglichen. Auch falls sich der an einem Widerlager bereits ausgeführte Kanal im Verlauf der weiteren Arbeit infolge größerer, nicht vorhergesehener Wasserzuflüsse unzureichend erweist, wird ein zweiter Kanal am gegenüberliegenden Widerlager erforderlich. In Strecken mit Sohlgewölben bedingen Doppelkanäle allerdings deren tiefere Lage.

Zur Abführung größerer Wassermengen sind geschlossene, gewölbte oder gemauerte, in Beton oder Betoneisen und mit Stein- oder Betonplatten abgedeckte Kanäle erforderlich, die auch Sicherheit gegen Verstopfungen bieten. Die gedeckten Kanäle, wobei die leicht abnehmbaren Deckel mit freien Stoßfugen ohne Mörtel verlegt und die Seitenmauern mit Schlitzen versehen werden (s. Abb. 401), so daß das Wasser überall von oben in den Kanal gelangen kann, sind den gewölbten Kanälen vorzuziehen; denn die Abnehmbarkeit des Deckels ermöglicht die Zugänglichkeit an beliebiger Stelle. Die meist rauhe und unregelmäßig ausgebrochene Tunnelsohle ist zweckmäßig durch Mörtel abzugleichen und zu glätten, damit das Wasser dem Tunnelkanal möglichst rasch zugeführt wird.

Die nachteilige Durchnässung der Bettung wird bei stärkerem Wasserzudrang, wenn nicht Doppelkanäle an beiden Widerlagern ausgeführt werden, durch röhrenförmige oder gemauerte Querkanäle, welche tief genug liegen, um die Oberbauerhaltung nicht zu erschweren, vermieden (Abb. 402). Die Zugänglichkeit und Reinhaltung wird auch bei gedeckten Kanälen durch Einsteigschächte in Abständen von 30–50 m, die bis auf Schwellenoberkante geführt werden, erleichtert. Wird das Gebirgswasser dem Tunnelinnern zugeführt, so erfolgt die Abführung entweder unmittelbar über dem abgedichteten Gewölberücken oder oberhalb einer Übermauerung des Gewölbes, wodurch dichter Anschluß des Mauerwerks an das Gebirge erreicht wird.

Bei Abführung des Wassers auf der äußeren Gewölbeleibung wird der Raum zwischen dieser und dem Gebirge mit entsprechend großen und sehr festen Steinen trocken so ausgepackt, daß die Wasserdurchlässigkeit tunlichst erhalten bleibt, was allerdings nur im festeren Gebirge ohne Ablösungen zu erreichen ist, da im losen und weichen Gebirge die vom Wasser mitgeführten Teile die Steinpackung bald verschlämmen.

Das dem Gewölbekämpfer zufließende Wasser wird in den meisten Fällen in geneigten, in der Hintermauerung der Widerlager hergestellten Rinnen gesammelt, aus welchen es in verschiedener Weise der Tunnelsohle und von dort den Entwässerungskanälen zugeführt wird.

Bei geringen Wassermengen und im festen Gebirge, in dem nennenswerte Ablösungen des Gesteins und daher Verstopfungen nicht zu befürchten sind, werden in den Widerlagern, welche in allen Fällen an das Gebirge anzumauern sind, mit Steinen trocken ausgepackte Sickerschlitze belassen. Bei größeren Wassermengen und im wenig festen und losen Gebirge sind aber geschlossene gemauerte Abfallschächte, auch Ton- oder Eisenrohre hinter oder in den Widerlagern zweckmäßiger, weil diese weniger leicht verstopft oder verschlämmt werden wie die mit Steinen ausgepackten Schlitze.

Es empfiehlt sich, diese Schächte stellenweise so zugänglich zu machen, daß etwa eintretende, hierbei auch nicht ausgeschlossene Verstopfungen unschwer beseitigt werden können.

Das Wasser wird auch vom Gewölbekämpfer unmittelbar durch Schlitze im Mauerwerk in das Tunnelinnere geführt. Die Abführung[407] des den Widerlagern unmittelbar zufließenden Wassers kann durch die für die Ableitung des Gewölbewassers hinter den Widerlagern belassenen, mit Steinen ausgepackten Schlitze erfolgen.

Bei satter Anmauerung des Gewölbes an das Gebirge oder Ausfüllung des Raumes zwischen dem Gewölberücken und Gebirge mit Mauerwerk oder Beton können geringe Wassermengen zurückgehalten werden.

Bei größeren Wasserzuflüssen ist aber die Aufstauung des Wassers über dem Gewölbe und die hierdurch bedingte Steigerung der Druckhöhe zu vermeiden, da Rissebildungen in der Hintermauerung der Gewölbe häufig nicht hintangehalten werden können. Daher sind in der Hintermauer oder zwischen ihr und dem Gewölbe Entwässerungsschlitze oder Saugrohre anzuordnen, die das Wasser sammeln und nach den Gewölbekämpfern abführen.

Die völlige Abhaltung des Wassers vom Tunnelinnern wird bei geringen Zuflüssen durch Anmauern des Gewölbes an das Gebirge oder durch dessen Hintermauerung zu erreichen versucht, was aber infolge der Gewölbebewegungen und der hierbei möglichen Rissebildungen in der Hintermauerung häufig nicht gelingt.

Die Ausfüllung des Raumes zwischen dem Gewölbe und dem Gebirge mit Mauerwerk oder Beton ist der Trockenpackung, deren gute Herstellung kaum zu erreichen ist und die vielfach doch nach einiger Zeit verschlämmt und unwirksam wird, trotz größerer Kosten (Mehrkosten nicht unter 3% der Tunnelkosten) vorzuziehen, weil durch den dichten Anschluß des Gewölbes an das Gebirge günstigere statische Verhältnisse ermöglicht, weitere Abbröckelungen und Auflockerungen des Gebirges sicherer verhindert und außerdem noch besserer Schutz des Gewölbes erreicht werden kann. Nur in stark wasserführendem Gebirge, das in der Regel ohnedies fest ist, also Ablösungen und Auflockerungen nicht zu befürchten sind, auch das Mauerwerk nur geringe Belastungen erfährt, ist die Trockenpackung der Hintermauerung, welche bei Herstellung gegen Durchwaschung nicht geschützt werden kann, vorzuziehen.

Wasserdichte Abdeckung des Mauerwerks ist bei Abführung des Wassers unmittelbar auf dem Gewölberücken erforderlich. Auch bei Hintermauerung des Gewölbes, also Ausfüllung des Raumes zwischen Gewölberücken und dem Gebirge mit Mauerwerk oder Beton ist unmittelbare Abdichtung des Gewölbes zu empfehlen, da die Hintermauerung auch bei Verwendung von dichtenden Mörtelzusätzen selten dicht ist und bei den unvermeidlichen Bewegungen des Tunnelmauerwerks leicht Risse bekommt, durch die das Wasser dem Gewölberücken zugeführt wird, was vermieden werden muß, namentlich wenn sauere, den Mörtel schädigende Gebirgswässer vorhanden sind. Zur Ausführung der wasserdichten Decke muß ein Raum von 0∙4–0∙6 m zwischen dem Gewölberücken und dem Gebirge freigehalten werden.

Zur Abdichtung sollen wasserdichte, dauerhafte Stoffe verwendet werden, die gegen Zerstörung durch die Gebirgswässer und Zerreißen bei Bewegungen des Mauerwerks sicher sind.

Man verwendet Eisenbleche, Wellbleche, Zink- und Bleibleche, Zement- und Betoneisenplatten, sodann wasserdichte Stoffe verschiedener Art. Von den Metallabdeckungen sind Bleiplatten, namentlich die mit Asphaltfilzplatten umhüllten (Siebelsche Asphaltfilzplatten) mit ausreichend dicken oder doppelten Bleiblechen die dauerhaftesten und zweckmäßigsten, allerdings auch die kostspieligsten. Zur Abdeckung mit wasserdichten Stoffen werden zumeist leichte, biegsame und dichte Stoffe verwendet, wie z.B. Tektolith, Pachytekt, Ruberoid, Asphaltfilzplatten von Buscher & Hoffmann u.s.w. Bei größeren Gewölbebewegungen erleiden die weniger zugfesten Stoffe Risse, namentlich an den Stoßstellen, die mit besonderen Klebmitteln geschlossen werden. Nach mehreren Jahren verlieren sie meist die Wasserdichtigkeit. Asphaltplatten werden leicht brüchig. Diese Abdeckungen haben sich auch mehrfach nicht bewährt, weshalb man den kostspieligeren, aber dauerhaften Abdeckungen mit geschützten Bleiplatten oder den Siebelschen Asphaltfilzplatten mit Bleieinlagen den Vorzug geben soll.

Die wasserdichten Abdeckungen werden in der Regel auf dem mit Zementmörtel oder einer Ziegelflachschicht geglätteten Gewölberücken verlegt. Die mit 5–15 cm übergreifenden Fugen werden entweder nicht oder mit einem dem Stoff angepaßten Klebmittel geschlossen. Die Decke soll dann durch eine Zementmörtelschichte oder durch in Mörtel verlegte Flachziegel oder dünne Steinplatten gegen Wunddrücken und Aufreißen durch die Steinhinterpackung oder Hintermauerung geschützt werden. Im letzteren Fall hat man auch zwischen Schutzdecke und Hintermauerung ein Netz von Sickerungen angeordnet.

Wasserdichte Abdeckung durch nachträgliches Einpressen von Zementmörtel unter Anwendung höheren Druckes von etwa 2–6 Atm. in den mit Steinen trocken ausgepackten Raum hinter dem fertigen und ausgerüsteten Gewölbe,[408] nachdem Bewegungen und Sackungen kaum mehr vorkommen, erscheint nur im wenig drückenden Gebirge ohne Ablösungen zweckmäßig, weil hierbei eine Verunreinigung des eingespritzten Mörtels nicht zu befürchten ist. Im Gewölbe werden während des Baues die zur Einspritzung erforderlichen Löcher belassen. Die Einspritzung wird an den Kämpfern begonnen und im Scheitel des Gewölbes beendigt. Die Steinhinterpackung wird in Abständen von 5–10 m durch kleine, ans Gebirge schließende Quermauern abgeschlossen, um die einzelnen Zonen unabhängig voneinander zu machen. Diese Dichtungsart hat den Vorteil, daß die während des Baues und nach Ausrüstung unvermeidlich eintretenden Bewegungen nicht mehr zerstörend auf die wasserdichte Gewölbeabdeckung einwirken können und hierbei auch ein dichter Anschluß des Gewölbes an das Gebirge erreicht wird.

Von dieser Abdichtungsweise wird auch bei Wiederherstellung alter Tunnelgewölbe, die namentlich durch die Feuchtigkeit gelitten haben, mehrfach Gebrauch gemacht.

Nischen und Kammern.

Der Tunnellichtraum reicht meist nicht aus zum sicheren Verkehr zwischen den Eisenbahnfahrzeugen und den Tunnelwandungen. Es werden daher Nischen in Abständen von 20 bis 50 m in einem oder in beiden Widerlagern, im letzteren Fall entweder um die Hälfte des Abstandes gegeneinander versetzt oder gegenüberliegend angeordnet. Die gegenüberliegenden Nischen sind aus Sicherheitsgründen namentlich im zweigleisigen Tunnel den versetzten Nischen vorzuziehen.

Die Nischen werden nach Abb. 403 u. 404 angeordnet. Es empfiehlt sich, sie so erkenntlich zu machen, daß sie von den Tunnelarbeitern rasch und sicher aufgefunden werden. Die Umrahmungen erhalten daher häufig weiße Anstriche.

In langen Tunneln sind zur Unterbringung von Geräten für die Bahnerhaltung und von Oberbauersatzstücken, zum zeitweiligen Aufenthalt der Wärter und zur Einrichtung von Signalstationen größere Nischen, Kammern genannt, die meist mit Verschlußeinrichtungen versehen werden (Abb. 405, 406, 407), erforderlich.

Meist wurden kleine Kammern von etwa 3∙0 m Tiefe und Breite alle Kilometer und große Kammern von 6–8 m Tiefe in Abständen von 3–4 km angeordnet.

Tunnelmündungen.

Nur in sehr festem Gebirge münden Tunnel unmittelbar in der Felswand; sofern Gefahr von Abbröckelungen der Gesteinswand besteht, ist eine Verkleidung der Stirnwand vorzusehen.

Im minder festen Gebirge sind zur Aufnahme des Erddrucks Abstützungen der Stirnwände durch Mauern erforderlich, auch mit geböschter Vorderfläche, wobei das Tunnelrohr auch senkrecht zur Vorderfläche aufgebogen wird (Abb. 408, 409, 410, 411).

Die Anschlüsse der Tunnelstirn an die beiderseitigen Böschungen des Bahnvoreinschnitts erfolgen entweder durch Böschungsflügelmauern[409] (Abb. 412 u. 413), die zur besseren Stützung der Stirnmauern als Strebepfeiler ausgebildet werden können, oder durch Stirnflügel bei geneigter Geländeoberfläche (Abb. 414).

Zur Aufnahme und Abführung des Wassers sind über der Tunnelmündung Gräben erforderlich, die zur Sicherung der Bahn gegen Erd- und Steinfälle auch durch Mauern begrenzt werden. Tunnel werden vielfach zu kurz ausgeführt. Zur Überführung des Wassers aus dem Tunnelkanal nach den beiderseitigen Einschnittsgräben sind Querkanäle erforderlich, die bei genügender Querschnittsgröße senkrecht zu den Grabenrichtungen geführt werden können. Tunnelmündungen, die an Bahnhöfe so anschließen, daß die Endweichen im Tunnel liegen, erhalten behufs besserer Beleuchtung und größerer Weite größere Lichtquerschnitte (Abb. 415, 416, Gotthardtunnel).

Die Bauweisen.

Art, Umfang und Reihenfolge des Ausbruchs, des zeitweiligen Ausbaues (Zimmerung) und des dauernden Ausbaues (Ausmauerung, Eisenverkleidung des Tunnels) ändern sich mit der Querschnittgröße, der Beschaffenheit des Gebirges, der Länge und dem Zweck des Tunnels sowie mit der zur Verfügung stehenden Bauzeit. Tunnel mit kleinen Querschnitten werden in der Regel wie Stollen ausgebrochen, während bei größeren Tunneln der Ausbruch in Teilen des Querschnitts erfolgt; hierbei wird, abgesehen vom Schildvortrieb, der Ausbruch in der Regel mit einem, ausnahmsweise mit 2 Richtstollen in der Sohle oder in der First des Tunnels begonnen, damit das Gebirge aufgeschlossen und für die weiteren Arbeiten, namentlich für Zimmerung und Mauerung, zweckmäßige Anordnungen und Stärkebestimmungen getroffen, eine größere Zahl von Arbeitsangriffstellen gewonnen sowie die Entwässerung des Gebirges und gesicherte Wasserabführung erreicht, auch Förderung, Richtungs- und Höhenfeststellungen erleichtert werden.

Der Angriff der Ausbrucharbeiten mit dem Sohlstollen hat die Vorteile der Vereinfachung der Förderung, da die Förderbahn während des Baues nahezu unverändert liegen bleiben kann. Die Vermehrung der Arbeitsstellen kann so häufig, als der Arbeitsfortgang es erheischt, erfolgen. Entwässerung und Wasserabführung sind mit geringster Störung für die übrigen Arbeiten möglich.[410]

Da aber die Ausbrucharbeiten zweckmäßig von oben begonnen und nach unten fortgesetzt werden, so werden außer dem Sohlstollen noch ein Firststollen (Abb. 417, 418, 419, 420) oder ein Firstschlitz (Abb. 421, 422) ausgeführt, was immerhin Mehrkosten bedingt, da der Ausbruch des Firststollens oder auch des Firstschlitzes kostspieliger ist wie der des Vollausbruchs.

Man kann annehmen, daß die Kosten des Firststollens im festen Gebirge nahezu das 3fache und des Firstschlitzes etwa das 2fache der des Vollausbruchs betragen.

Der Firststollen kann entweder unabhängig vom Sohlstollen vorgetrieben werden (Abb. 417, 418), was bei maschinellem Vortrieb des Sohlstollens dann zweckmäßig ist, wenn auch der Firststollen, gleichen Schritt mit dem Sohlstollen haltend, maschinell vorgetrieben wird, oder der Firststollen wird vom Sohlstollen aus auch noch durch Aufbrüche (kleine Schächte) erreicht (Abb. 419, 420), was eine Vermehrung der Angriffsstellen des Firststollens und daher rascheren Arbeitsfortgang ermöglicht. Im ersteren Fall können Aufbrüche meist vermieden werden; die Lüftung des Firststollens muß unabhängig von der des Sohlstollens erfolgen, im letzteren Fall macht die Lüftung der Firststollenteile, die vom Sohlstollenteil aus erfolgen muß, Schwierigkeiten. Dagegen ist die Lüftung eines Firstschlitzes wesentlich einfacher.

Wird der Ausbruch mit dem Firststollen als Richtstollenbegonnen, so ist ein zweiter Stollen nicht erforderlich; der Ausbruch erfolgt von oben in der Reihenfolge 1–4 u.s.w. (Abb. 423). Förderbahn, Entwässerungsgräben müssen aber nach Maßgabe des Fortgangs von 3 und 4 von oben nach unten verlegt werden. Die Verbindung der beiden Förderbahnen im oberen und unteren Teil des Tunnels erfolgt durch Rampen, die nach Maßgabe des Arbeitsfortgangs verlegt werden müssen, oder die Fördermassen werden aus den Wagen des oberen Tunnelteils durch Trichter oder über Rutschen in die Wagen der Sohle umgeleert. Die im Firststollen erforderlichen Baustoffe werden auf den genannten Rampen oder durch Aufzüge gefördert. Die Förderung der Ausbruchmassen[411] aus dem Firststollen ist also eine umständliche. Eine Vermehrung der Arbeitsstellen im Tunnel bei weit vorgeschrittenem Firststollen ist nur durch Absenkungen (Abb. 423, 424), möglich, die aber eine wesentliche Erschwerung und Verteuerung der Förderung und der Entwässerung bedingen. Diese Übelstände wachsen mit der Länge des Tunnels.

Die Vorteile des Sohlstollenbetriebs überwiegen dessen Nachteile, so daß, von sehr kurzen Tunneln abgesehen, der Sohlstollenbetrieb dem Firststollenbetrieb vorzuziehen ist.

Im Sohlstollenbetrieb ermöglichen die Aufbrüche eine größere Zahl von Arbeitsangriffstellen nicht nur für den Firststollen, sondern auch für alle anderen Tunnelarbeiten, so daß jeder Aufbruch zur Tunnelbaustelle werden kann. Form und Querschnittsgrößen der Aufbrüche sind so zu bemessen, daß ein leichter Verkehr der Arbeiter sowie die Aufbringung von Baustoffen möglich ist (Abb. 425, 426). Für das Aufbringen längerer Hölzer sind schräge Aufbrüche erforderlich. Der Abstand der Aufbrüche a zur Erreichung des Firststollens (Abb. 427) ist vom erforderlichen Arbeitsfortgang, vom Stand des Richtstollens und der Größe des Gebirgsausbruchs abhängig und bewegt sich von 60–150 m auch darüber.

Nach Herstellung des Firststollens können für Vollausbruch und Mauerung noch Zwischenaufbrüche im Abstand von 4–8 Zonenlängen angeordnet werden.

Die Ausbruchmassen aus dem Firststollen und dessen Erweiterungen werden in der Regel nicht auf besonderer Bahn gefördert, sondern meist, um die Förderwege kurz zu halten, durch 1–1∙5 m weite, nach Erfordernis auch ausgezimmerte, im Abstand von etwa 5–30 m angeordnete Schüttlöcher S (Abb. 427) und nicht durch die Aufbrüche A in die im Sohlstollen bereitstehenden Förderwagen geschüttet.

Der Vorgang mit 2 Sohlstollen, Ortstollen genannt, kommt hauptsächlich für die Kernbauweise in Betracht.

Parallelstollen werden außerhalb des Tunnelquerschnitts zu dem Zweck vorgetrieben, um Lüftung, Förderung und Wasserabführung im Tunnel zu erleichtern, auch Angriffstellen für den Bau vermehren zu können.

Im ersten Fall wurde beim Bau des 19.825 m langen Simplontunnels nach Abb. 428 im Abstand von 17 m von der Achse des eingleisigen Tunnels ein etwa 8∙0 m² großer Parallelstollen (Hilfsstollen), der im ungünstigen Gebirge ausgemauert werden mußte, hauptsächlich zum Zweck der Lüftung des Tunnels, für den eine Größtwärme von 50° C erwartet wurde und wofür bei geringer Luftpressung große Leitungsquerschnitte erforderlich geworden wären, die im Richtstollen und selbst im eingleisigen, im Bau begriffenen Tunnel keinen Platz finden konnten, dann aber auch zur Entlastung der Förderung und Wasserabführung im Tunnel angeordnet. Dieser Hilfsstollen wurde nach Maßgabe des Fortgangs des Richtstollens in Abständen von etwa 200 m durch Querstollen mit diesem verbunden. Der Hilfsstollen wird nun zum zweiten eingleisigen Tunnel ausgebaut, da sich das Bedürfnis der zweigleisigen Anlage geltend machte.

Diese Vorteile des Parallelstollens für den Bau eines sehr langen, warmen, zumal eingleisigen Tunnels sind unverkennbar.[412]

Als Nutzen des Parallelstollens wird weiter hervorgehoben, daß er auch für den Bau des zweiten eingleisigen Tunnels verwertet werden kann. Da sich das Bedürfnis der zweigleisigen Anlage im Simplon sehr bald nach Fertigstellung des ersten Tunnels geltend machte, so kann von Ersparnissen, die durch Vermeidung von Zinsverlusten, welche durch die sofortige Anlage eines zweigleisigen Tunnels gegenüber dem eingleisigen entstanden wären, im vorliegenden Fall keine Rede sein.

Zudem kosten unter sonst gleichen Verhältnissen 2 eingleisige Tunnel 15–20% mehr wie ein zweigleisiger; auch ist im eingleisigen langen Tunnel der Luftwiderstand schon beträchtlich, die Aufsicht und Oberbauerhaltung wird in 2 eingleisigen Tunneln kostspieliger wie im zweigleisigen. Allerdings werden größere Umbauten in den beiden eingleisigen Tunneln insofern leichter und sicherer zu bewerkstelligen sein wie im zweigleisigen Tunnel, als der eine Tunnel zeitweise außer Betrieb gesetzt werden kann und die Wahrscheinlichkeit nicht besteht, daß beide Tunnel plötzlich gleichzeitig Umbauten bedürften.

Die Frage, ob der Tunnel von vornherein zweigleisig gebaut werden soll, ist daher nicht in unmittelbarer Verbindung mit der des Hilfsstollens zu entscheiden.

Die Vorteile eines Hilfsstollens für gewisse, namentlich zweigleisige Tunnelbauten haben zu den von Weber und Hennings ausgehenden Vorschlägen eines Unterstollens geführt. Hiernach soll vor dem üblichen Richtstollen ein Unterstollen (Abb. 429, 430) vorgetrieben werden, der zur Lüftung, Wasserabführung, teilweisen Förderung und Unterbringung der erforderlichen Röhren- und elektrischen Leitungen dienen und dauernd bestehen bleiben, daher voll ausgemauert werden soll.

Der sonstige Richtstollen wird dann entweder schlitzartig oder mittels Aufbrüche vom Unterstollen aus vorgetrieben.

Vorteile dieser Bauweise sind die Vermeidung eines Parallelstollens in größerer Entfernung mit langen Querstollen, die gründliche, immer leicht zugängliche und wirksam zu erhaltende Wasserabführung, die geschützte, unmittelbar unter der Tunnelsohle mögliche Lagerung aller für den Bau und den Bahnbetrieb erforderlichen Leitungen, die ungehinderte Bewegung der Arbeiter während des Baues und Betriebs, schließlich bis zu einem gewissen Grad die durch den ausgemauerten Unterstollen geschaffene Stütze für die darauf ruhende Tunnelzimmerung.

Infolge der geringen Masse und der knapp über dem Stollen eintretenden stoßweisen Eisenbahnbelastung ist eine besonders kräftige, tunlichst auch zugfeste Ausmauerung (Betoneisen) sowie während des Betriebs eine gute Überwachung des Unterstollens erforderlich. Sohlgewölbe des Tunnels sollen bis unter die Sohle des Unterstollens reichen.

Als Nachteile dieser Bauweise sind hervorzuheben die Verlängerung der Bauzeit, namentlich bei schlitzartiger Herstellung des Sohlstollens, die Vergrößerung der Höhe und Fläche des gesamten Baues, was im Druckgebirge ungünstig ist, die Abhängigkeit des Unterstollens von den Gebirgsbewegungen im Tunnel und bis zu einem gewissen Grad die ungünstige Belastung des Unterstollens durch den Tunnel und den Eisenbahnbetrieb. Praktische Erfahrungen mit dieser Bauweise liegen nicht vor.

Der Vollausbruch umfaßt alle übrigen, nicht zu den Stollen gehörigen, meist in einzelnen Teilstücken auszuführenden Ausbrucharbeiten, deren Größe und Anordnung von der Gebirgsbeschaffenheit und der gewählten Bauweise abhängig ist.

Im festen Gebirge kommt Hand- und Maschinenbohrarbeit zur Anwendung, und da meist eine größere Zahl von Arbeitsangriffstellen zur Verfügung steht, so sind auch mit[413] Handbohrung ausreichende Arbeitsfortschritte zu erreichen. Sind für den Richtstollenvortrieb Preßluftanlagen erforderlich, so können sie zweckmäßig so erweitert werden, daß der Vollausbruch mit Preßluftbohrhämmern erfolgen kann.

Auch Preßluft-Stoßbohrmaschinen auf Gestellen oder Bohrwagen sind in mehreren Fällen und Drehbohrmaschinen Brandt vereinzelt im Vollausbruch zur Verwendung gelangt.

Im Druckgebirge sind kurze Zonen anzuordnen und dem Vollausbruch sowie der Zimmerung die Ausmauerung tunlichst unmittelbar folgen zu lassen. Die Bauweise ist die beste, bei der die Ausmauerung unmittelbar dem Ausbruch und der Zimmerung folgt.

Der Bauvorgang ist so zu wählen, daß den vorliegenden Verhältnissen entsprechend die Zeit vom Stollendurchschlag bis zur Tunnelvollendung möglichst kurz ausfällt.

Auf Grund vorliegender Erfahrungen kann zumeist das Zeitmaß vom Sohlstollendurchschlag bis zur Tunnelvollendung mit 6–12 Monaten angenommen werden. Beim Firststollenbetrieb ist in der Regel dieses Maß größer.

Erste Bauweise.

Tunnel mit kleinen Abmessungen für Schmalspurbahnen, auch für Ent- und Bewässerungsanlagen werden bei geringer Länge und namentlich im festen Gebirge so wie die Stollen in einem oder 2 Teilen ohne Vortrieb eines Richtstollens ausgebrochen und wenn erforderlich ausgemauert. Die Ausmauerung wird entweder mit dem Sohlgewölbe oder mit den Widerlagern begonnen. Ein etwa erforderliches Sohlgewölbe wird dann zum Schluß eingebaut.

Die Abstützung im wenig festen oder gebrächen Gebirge geschieht durch Querträgerzimmerung mit Längsverpfählung; vielfach mit eisernen Querträgern, die wie im Stollenbau mehrteilig angeordnet werden.

Zweite Bauweise.

Der Ausbruch wird mit dem First- oder mit dem Sohlstollen begonnen. Im ersten Fall wird (nach Abb. 431 u. 432) der Firststollen 1 erweitert und erhöht, 2–4, oder vertieft, 2–5, bis auf Kämpferhöhe des Firstgewölbes (Bogenort). Im zweiten Fall (Abb. 433 u. 434) wird der Firststollen 2 vom Sohlstollen 1, wenn erforderlich, durch Aufbrüche erreicht. Der weitere Ausbruch erfolgt in der angegebenen Reihenfolge bis auf Kämpferhöhe. Hiernach wird das Firstgewölbe hergestellt, dessen Kämpfer vorerst auf dem Gebirge ruhen. Der Ausbruch der übrigen Teile des Querschnitts erfolgt in der in den Abbildungen mit Ziffern angegebenen Reihenfolge, wonach zuerst der eine, dann der andere Kämpfer durch Holzständer abgestützt und durch das Widerlager unterfangen wird. Dieser Vorgang ist das Bezeichnende der Bauweise, die daher als Unterfangungsbauweise bezeichnet werden kann und, da sie zuerst in Belgien gebraucht wurde, auch »belgische Bauweise« genannt wird.

Der Ausbruch des unterhalb der Gewölbekämpfer liegenden Tunnelquerschnitts kann auch nach Abb. 435 so erfolgen, daß Schächte oder Schlitze 6 und 8 hergestellt werden und ein Gebirgskern 10 bis zur Fertigstellung der beiderseitigen Widerlager verbleibt – ein nur ausnahmsweise eingehaltener Vorgang (s. Kernbauweise).[414]

[415] Die Zimmerung des Bogenorts beschränkt sich im festen Gebirge auf Abstützung einzelner Punkte. Im weniger festen und gebrächen Gebirge ist die Längsträgerzimmerung (Abb. 436, 437, 438) zweckmäßig. Gegebenenfalls ist auch die Anordnung kräftiger Sohlschwellen nötig. Im druckhaften Gebirge soll die Unterfangungsbauweise überhaupt nicht mehr angewendet werden.

Die Zimmerung des Bogenorts wird entweder zonenweise (Zonenlänge 6–8 m) oder durchlaufend ausgeführt. Der Abstand der Gespärre hängt von den Gebirgsverhältnissen ab und bewegt sich von 1–2∙5 m. Zwischen den Gespärren muß ausreichender Platz für die zur Gewölbemauerung erforderlichen Lehrbogen (Holz, Eisen) verbleiben. Die Stärke der Rundholzlängsträger und -ständer beträgt 20–35 cm, der Abstand der Längsträger 0∙8–2∙0 m.

Es ist Vorsorge zu treffen, daß für die Aufmauerung der höher liegenden Gewölbeteile Fußgerüste eingebaut oder aufgestellt werden können. Die Aussteifungen der Holzlehrbogen können bei guter Unterstützung teilweise hierzu dienen.

Beim Firststollenbetrieb sind die Fußgerüste der Förderung und dem Arbeiterverkehr vielfach recht hinderlich.

Da die Gewölbekämpfer auf das Gebirge gesetzt werden, so ist behufs Abminderung des Einheitsdrucks ihre Verbreiterung zu empfehlen. Auch ist ihre Unterstützung durch biegungsfeste, auf größere Längen durchlaufende Holzbalken oder Betoneisenbalken notwendig, um die Abstützung durch Holzständer ohne Gefahr für den Bestand des Gewölbes bei der Unterfangungsarbeit zu ermöglichen.

Die Holzbalken müssen durch Mauerwerk ersetzt, daher vor Anschluß der Widerlager an das Gewölbe entfernt werden, was meist recht schwierig ist, namentlich wenn sie auf volle Gewölbetiefe verlegt sind; daher werden die hinteren Holzbalken besser fortgelassen. Die Betoneisenbalken (aus -Eisen oder Altschienen) können im Gewölbe auf dessen voller Tiefe verbleiben, das ist ein Vorteil, sie sollen nicht zu große Längen (4–6 m) erhalten; es besteht aber Gefahr, daß die Vorderkanten brechen, die Balken Risse bekommen und die Eiseneinlagen dem Rosten ausgesetzt werden.

Die Gewölbekämpfer werden bei Ausbruch für die Widerlager durch Holzständer von 25–40 cm Stärke in Abständen von 1–2 m unterstützt (Abb. 439 u. 440), die auch gegen Aufspalten des Kopfes durch Eisenringe geschützt werden. Über 4–5 m Gewölbelänge soll die Unterfangung nicht erfolgen. Die Verschiebung der Gewölbefüße nach innen wird durch Querriegel verhindert.

Zur Verhinderung von Formänderungen während der Unterfangungsarbeiten sind die Gewölbe unter Umständen einzurüsten. Im gebrächen Gebirge ist auch der Sohlschlitz wie auch der Ausbruch für die Widerlager abzustützen oder schachtartig zu zimmern (Abb. 441).

Im Druckgebirge wird nach Herstellung des Gewölbes häufig nicht erst der Sohlschlitz ausgeführt, sondern es werden vorerst die Widerlager in einzelnen Schächten aufgemauert und der Kern zum Schluß beseitigt. In der Druckstrecke des Gotthardtunnels hat man nach Fertigstellung und Einrüstung des Gewölbes Schächte abgeteuft, hierauf den mittleren Teil des Sohlgewölbes und schließlich die Widerlager gemauert. In allen Fällen sollen die beiden gegenüberliegenden Widerlager nicht gleichzeitig ausgebrochen und aufgemauert werden, damit nicht beide, sondern nur ein Kämpfer des Gewölbes auf den Holzständern ruht, und die Mauerung tunlichst beschleunigt werden, um zu lang dauernde Belastungen der Ständer zu vermeiden.

In Abb. 442 ist der Bauvorgang im eingleisigen 3408 m langen Crenolinotunnel (Südseite), welcher Mergel, Konglomerate und größtenteils Serpentin durchfährt, dargestellt. Der Ausbruch begann mit den Firststollen als Richtstollen.

Die Vorteile der Unterfangungsbauweise bestehen in der einfachen Zimmerung, die nur kurze Zeit durch das Gebirge belastet wird, in der raschen Sicherung der Tunneldecke durch das Gewölbe, so daß die weiteren Ausbruch- und Mauerungsarbeiten unter dem Schutz der Gewölbedecke, die nicht mehr den ungünstigen Zufälligkeiten wie die Holzzimmerung ausgesetzt ist, vorgenommen werden können.

Als Nachteile sind hervorzuheben, daß die Gewölbekämpfer meist ohne eine der Belastung und der Gebirgsbeschaffenheit entsprechende Auflagerfläche auf das Gebirge gesetzt und an der Vorderkante durch die Ständer gestützt werden, so daß die Belastung an dieser Stelle konzentriert ist; eine Bewegung der Ständer bis zur Erreichung dichter Anschlüsse ist hierbei nicht zu vermeiden, ebensowenig wie die Verschiebung der Kämpfer nach innen, was auch durch Querverspannungen nicht ganz verhindert werden kann. Die Widerlager können infolge unvermeidlicher Sackungen und der Ausführungsschwierigkeiten den dichten Anschluß, der zur Vermeidung von Gewölbesenkungen erforderlich ist, nicht ermöglichen.

Aus diesen Gründen treten meist ungleichmäßige Bewegungen der Gewölbe nach abwärts und deren Kämpfer nach innen ein, so daß im Gewölberücken, in dessen Hintermauerung oder wasserdichter Abdeckung Risse entstehen,[416] deren Folgen erst längere Zeit nach der Tunnelvollendung in Erscheinung treten und dann namentlich im wasserführenden Gebirge zu größeren Ausbesserungen und Umbauten nötigen.

Im festen Gebirge, das gesprengt werden muß, wird das fertige Gewölbe durch die im unteren Tunnelteil erforderlichen Sprengarbeiten vielfach beschädigt.

Im Druckgebirge müssen die Absenkungen für die Widerlager schachtartig erfolgen, wobei für die Gewölbe noch größere Gefahr von Bewegungen besteht; in diesem Fall zeigen sich auch beträchtliche Formänderungen und Risse oft schon während der Ausführung, so daß schwierige und kostspielige Umbauten sofort notwendig werden.

Die Unterfangungsbauweise soll daher im Druckgebirge und im sehr festen Gebirge von vornherein ausgeschlossen sein, im weniger festen, gebrächen und nicht wasserführenden Gebirge ausnahmsweise für eingleisige Tunnel zugelassen werden.

Dritte Bauweise.

Die Teilung des Querschnitts und die Ausmauerung erfolgen in der aus Abb. 443–446 ersichtlichen Reihenfolge.

Der Ausbruch wird zumeist mit dem Sohlstollen 1 begonnen, dem Firststollen 2 und die übrigen Ausbruchsarbeiten 3–9, Vollausbruch genannt, folgen; ausnahmsweise folgt dem Sohlstollen sofort der Vollausbruch (Abb. 446). Auch wurde der Firststollen nur auf Zonenlänge Z ausgebrochen, in wenigen Fällen auch der Sohlstollen nicht über die in Ausführung begriffene Zone verlängert, was eine Vermehrung der Angriffstellen ausschließt und daher ungenügenden Arbeitsfortschritt sowie unwirtschaftliche Verteilung der Arbeitskräfte zur Folge hat.

Vollausbruch, Zimmerung und Mauerung bleiben auf Zonenlänge Z beschränkt. Erst nach Vollendung der Ausmauerung einer Zone wird mit dem Ausbruch der Nachbarzone begonnen.

Der zonenweise Vorgang ist im drückenden Gebirge zweckmäßig, da eine Freilegung des vollen Ausbruchs auf kurze Strecken erfolgt, die Zimmerung nur kurze Zeit bestehen bleibt und jede Zone zu beiden Seiten Stützen gegen Längsbewegungen findet; hat aber die Nachteile, daß an vielen Stellen schwierige Schlüsse und Scheitelabdeckungen der Firstgewölbe beim Anschluß von Zwischenzonen an fertige Zonen erforderlich sind und die Arbeiten kostspieliger werden wie bei durchlaufendem Ausbruch und Mauerung einer größeren Zahl nebeneinander liegender Zonen.

Der zeitweilige Ausbau erfolgt mittels Längsträgerzimmerung (Abb. 447, 448), wobei die Längsträger nur an den beiden Enden, nicht aber dazwischen gestützt werden. Die Endstützen werden entweder durch das fertige Gewölbe einerseits und ein Gespärre mit 2 Brustschwellen anderseits oder in der Aufbruchzone durch 2 Gespärre gebildet.

Da die Längsträger ohne Zwischenstützen bleiben, so erhalten sie große Abmessungen und die einzelnen Zonen nur kurze Längen von 3 bis 6 m; die Mauerung kann allerdings auch mit dem Sohlgewölbe beginnen, was oft vorteilhaft ist; sie wird dann unter dem Schutz der Längsträger mit den Widerlagern fortgesetzt und mit dem Firstgewölbe geschlossen. Die Längsträger in der Nähe des Scheitels, Kronbalken genannt, welche in der Regel die größte Belastung aufzunehmen haben, werden nach Fertigstellung des Firstgewölbes in den vorgetriebenen und entsprechend erweiterten Firststollen vorgezogen, um in der folgenden Zone Verwendung zu finden.

Zur Entlastung der Gewölbestirn werden zweckmäßig die obersten Kronbalken anschließend an der Auflagerstelle, also an der Stirn der fertiggestellten Zone durch einen Holzbock (Querträger und Langständer) unterfangen, hierdurch die Übelstände der ungünstigen Gewölbebelastung durch die Längsträger abgemindert.

Zur Erleichterung des Vorziehens, das infolge größerer Reibungswiderstände immer schwierig ist, werden zwischen den einzelnen Kronbalken vom Gewölberücken nach dem Gebirge bzw. der hinter der Mauerung verbleibenden Verpfählung[417] Stützpfeiler aufgemauert. Der von den Kronbalken eingenommene Raum wird dann mit Steinen trocken ausgepackt, was bei größeren Zonenlängen von 3–6 m meist nur unzureichend möglich ist.

Bei sehr großem Druck kann das Vorziehen der Kronbalken auch wohl nicht möglich sein; sie müssen in diesem Fall hinter dem Mauerwerk verbleiben, was nach deren Verfaulen zu Gebirgsbewegungen Veranlassung geben kann.[418] Dieser Vorgang ist unter der Bezeichnung »Englische Bauweise« bekannt. Diese Bauweise wird in dieser Form wenig mehr verwendet; ihre Vorteile sind aber auf andere Bauweisen übernommen worden.

Vierte Bauweise.

Ist aus Bauweise 3 hervorgegangen. Die Teilung des Querschnitts, die Reihenfolge des Ausbruchs und der Mauerung zeigen Abb. 449, 450. Ausbruch, Zimmerung und Mauerung bleiben wie bei der dritten Bauweise auf Zonenlänge beschränkt, während Sohl- und Firststollen fortlaufen. Die Zahl der Aufbrüche wird so groß angenommen, daß ununterbrochener Arbeitsbetrieb und der verlangte Baufortschritt gesichert sind. Mit Ausbruch, Zimmerung und Mauerung wird in den Aufbruchzonen begonnen, hiernach folgen die beiderseitigen Nachbarzonen und dann die Schlußzone. Hierbei ergibt sich die zweckmäßig größte Zahl von Arbeitsstellen nach Abb. 451, wonach der fertig gemauerten Aufbruchzone 1 die Vollausbrüche der Nachbruchzonen 2 und dann die Schlußzone 3 folgen.

Die Abstützung des ausgebrochenen Raumes erfolgt durch Längsträgerzimmerung mit Zwischengespärren (Abb. 452). An den beiden Enden der Zone werden die Längsträger nicht, wie bei der dritten Bauweise, in einer für das Gewölbe ungünstigen Weise durch das Mauerwerk der Nachbarzone, sondern durch besondere Endgespärre gestützt, die im Druckgebirge in der Regel 3teilige Brustschwellen erhalten, während in Zwischengespärren kurze Mittelschwellen verwendet werden.

Die Auflagerstelle der Mittelschwelle, das Schwellenort, wird von der Sohle des Firststollens je nach den Druckverhältnissen des Gebirges in 1–3 Absätzen erreicht. Mit der Zahl der Absätze wächst die Zahl der erforderlichen Auswechslungen der Stützen der Längsträger und daher auch das Maß der unvermeidlichen Sackungen der Zimmerung.

Die Zonenlänge Z kann bei dieser Bauweise infolge der Zwischenabstützungen der Längsträger größer gewählt werden wie bei Bauweise 3 und beträgt vielfach 7–10 m. Auch können die Längsträger wegen der Zwischenstützung aus 2 Teilen von je halber Zonenlänge bestehen.

Die Mauerung wird in der Regel mit den Widerlagern begonnen; ein Sohlgewölbe wird nach Schluß des Firstgewölbes eingezogen. Es ist zweckmäßig, die Ausmauerung nur bis an die Innenseiten der Endgespärre zu führen, damit diese als Endgespärre für die folgende Zone ausgenützt werden können.

Die Bauweise hat die Vorteile des zonenweisen Arbeitsvorgangs; die Längsträger erhalten auch Zwischenstützen, daher geringere Abmessungen oder größere Längen; sie lagern nicht mehr auf dem Gewölbe der anschließenden Zonen, sondern auf besonderen Endgespärren; das Ziehen der Kronbalken findet nicht statt; die Längsträger werden nach Maßgabe des Fortschritts des Mauerwerks herausgehoben bzw. in den anschließenden Firststollen vorgezogen. Diese Bauweise kam namentlich bei deutschen und österreichischen[419] Tunnelbauten zur Anwendung. Eine besondere Ausbildung erfuhr sie beim Bau der Tunnel der österreichischen Alpenbahnen.

Den Bauvorgang im 6339 m langen, zweigleisigen Wocheinertunnel der österreichischen Alpenbahnen zeigen Abb. 453–455. Der Tunnel durchfährt die Kalksteine der oberen Trias, des Jura und der Kreide. Der Bau wurde durch Wassereinbrüche sehr erschwert.

Fünfte Bauweise.

Unterscheidet sich von der vierten Bauweise hauptsächlich dadurch, daß der Arbeitsbetrieb nicht mehr auf eine Zone beschränkt bleibt, sondern mehrere unmittelbar aneinander schließende Zonen im Bau sich befinden, was nur in wenig drückendem und festem Gebirge zweckmäßig sein kann. Hierbei wird häufig auch nicht zonenweise, sondern fortlaufend gebaut, namentlich im festen Gebirge, das geringe oder keine zeitweilige Abstützung benötigt. Die Widerlager werden in diesem Fall meist durchlaufend gemauert und nur die Gewölbe auf Zonenlänge stumpf gestoßen. Der Ausbruch wird mit dem Sohl- oder Firststollen begonnen. Namentlich bei längeren Tunneln ist der Sohlstollenbetrieb vorzuziehen.

Der zeitweilige Ausbau erfolgt meist durch Langständer- oder durch Mittelschwellenzimmerung; im letzteren Fall erhalten die Endgespärre meist keine Brustschwellen, sondern wie die Zwischengespärre nur kurze Mittelschwellen.

Den Vorgang eines Ausbaues mit Mittelschwellenzimmerung zeigen Abb. 456, 457. Arbeit und Arbeitsteilung werden durch diesen Vorgang etwas vereinfacht, das Gebirge jedoch auf größere Länge freigelegt; daher Gebirgsbewegungen nicht in dem Maße eingeschränkt werden können wie bei Bauweise 4 und das Gebirge meist zu lange auf der mit der Zeit nachgiebigen Zimmerung ruht, wodurch größere Bewegungen hervorgerufen werden; auch ist die lang stehende Zimmerung durch Zufälligkeiten mehr gefährdet.

Sechste Bauweise.

Der Ausbruch wird mit dem Sohlstollen begonnen, dem nicht der Firststollen, sondern ein Firstschlitz folgt, daher diese Bauweise auch Firstschlitzbauweise genannt wird. Die [421] Teilung des Querschnitts kann nach Abb. 458, 459, 460 erfolgen.

Zumeist wird der mit kleinem Anfangsquerschnitt vorgetriebene Sohlstollen 1 auf 2 erweitert, hierauf der Firstschlitz in einem oder zwei Teilen hergestellt. Auch kann zur Erleichterung der Zimmerung ein ganz kurzer Firststollen 3 (Abb. 459) vorgetrieben und hiernach der Firstschlitz 4 ausgeführt werden. Im festen Gebirge und im schmalen eingleisigen Tunnel kann der Sohlstollen 1 auch erst nach 2 erbreitert und dann im vollen Querschnitt 3 in einem oder mehreren Absätzen geschlitzt werden. Die Zimmerung erfolgt nach dem Längs- oder Querträgerbau. Die Ausmauerung beginnt mit den Widerlagern. Die Firstschlitzbauweise hat die Vorteile der geringeren Ausbruchskosten im festen Gestein, der besseren Lüftung und leichteren Übersicht des Baues gegenüber dem Firststollenbetrieb; auch die Einbringung der Zimmerung erfolgt von unten nach oben, daher stärkere Senkungen der Zimmerung, die namentlich bei Unterfangung der Mittelschwelle der vorbesprochenen Bauweisen vorkommen, vermieden werden. Auch kann die Zahl der Arbeitsangriffstellen wie bei den Bauweisen mit dem Firststollen durch Aufbrüche nach Bedarf vermehrt werden.

Dagegen besteht der Nachteil, daß für die Ausführung der Schlitzarbeiten im festen Gebirge, in welchen Zimmerungen nur in geringem Maße oder nicht erforderlich sind, besondere Rüstungen oder Verstärkungen vorhandener Stollenrüstungen, welche zur Aufstellung der Bohrarbeiter, Lagerung der Bohrgeräte und auch des Ausbruchs dienen, notwendig sind, die so angeordnet werden müssen, daß die Förderung aus dem Sohlstollen nicht behindert wird. Auch die Aufstellung der Zimmerungen im hohen Schlitz ist immerhin mit einigen Schwierigkeiten verbunden.

Der 3557 m lange eingleisige Wasserfluhtunnel der Bodensee-Toggenburg-Bahn (Schweiz) durchfährt feste Nagelfluh, die stellenweise durch Mergelschichten von geringer Stärke durchzogen sind. Zimmerung war daher nur stellenweise und in geringem Maße erforderlich. Der Sohlstollen wurde mit Druckluft-Stoßbohrmaschinen, der Vollausbruch mit Druckluftbohrhämmern ausgeführt. Abb. 461, 462, 463 zeigen die mehrfach eingehaltene Arbeitseinteilung bei Erhöhung des Sohlstollens 1 auf 2, des Firstschlitzes 3 und dessen Erweiterung 4, die mit Bohrhämmern und nach Fertigstellung des Sohlstollens auch mit der freigewordenen Druckluft-Stoßbohrmaschine aufgefahren wurden, wozu die aus den Abbildungen ersichtlichen Rüstungen, die den Raum für die Förderung in der Tunnelsohle freiließen, eingebaut wurden.

Der 904 m lange 2gleisige Remsfelder Tunnel durchfährt Schieferton, Röt, Letten und Buntsandstein. Es kam teilweise die Firstschlitzbauweise mit Querträgerzimmerung (Abb. 464) zur Anwendung. Dem Firstschlitz ging ein ganz kurzer Firststollen mit kleinem Querschnitt voran, wodurch das Aufstellen der Zimmerung im Firstschlitz erleichtert wurde. Zonenlängen betrugen 4∙5 m. Zumeist waren höchstens 3 Zonen gleichzeitig im Bau.

Siebente Bauweise.

Der Ausbruch des Tunnels wird nur in dem für die Herstellung des Mauerwerks erforderlichen Umfang ausgeführt. Es bleibt ein Gebirgskern K (Abb. 465, 466, 467, 468) bis nach Vollendung des Mauerwerks stehen, der eine Stütze für Zimmerung und Mauerung bildet, so daß die Zimmerung geringere Abmessungen erhält, daher kleinere Holzmengen benötigt und die Lehrrüstungen für die Gewölbemauerung vereinfacht werden. Ein Sohlgewölbe wird erst nach Beseitigung des Kernes eingezogen. Diese Bauweise wird auch Kernbauweise genannt.

Der Ausbruch beginnt entweder mit einem Firststollen 1 oder mit 2 Sohlstollen (Ortstollen) 1 und 3, bei sehr großen Querschnitten (für 3- und 4gleisige Tunnel) auch mit einem Kernstollen 1 in der Sohle des Tunnels oder höher, dann mit einem Firststollen 2, der nach 3 erweitert wird, wonach der Raum für die Aufmauerung der Widerlager 4, 5 schachartig ausgebrochen wird; der Kern wird nach Fertigstellung von Widerlager und Firstgewölbe beseitigt. Man beginnt auch mit einem Kernstollen 1, dem die Ortstollen 2, welche durch Querstollen erreichbar sind, folgen. Nach Ausmauerung der Widerlager 3 auf die Höhe der Ortstollen wird ein Firststollen 4 vorgetrieben, der zur Aufnahme des Gewölbes nach 5 erweitert wird. Nach Einziehung des Gewölbes 6 kann der Kern 7 vom Kernstollen aus beseitigt werden. Ein erforderliches Sohlgewölbe 8 wird zum Schluß eingezogen. Der Kernstollen 1 ist für die Förderung der Ausbruchmassen und auch zur Beschleunigung des Kernausbruchs vorteilhaft.

Bei kleinen Querschnitten und im Druckgebirge ist es schwierig, einen Kern K zu erhalten, der sich zur sicheren Abstützung des übrigen Ausbruchs eignet; dann ist der Raum in den Schlitzen 3, 5 (Abb. 465) so schmal,[422] daß Förderung und Mauerung der Widerlager erschwert und verteuert werden. Aus diesem Grund ist man von der seinerzeit vielfach verwendeten Bauweise für die Eisenbahntunnel, deren Breite gering ist, abgegangen.

In manchen Fällen und namentlich für Tunnel mit großen Querschnitten kann die Kernbauweise doch solche Vorteile bieten, daß sie zweckmäßig erscheint und kaum durch andere Bauweise ersetzt werden kann, denn es ist hierbei eine wesentliche Vereinfachung der Zimmerung möglich, die mit Zunahme des Umfangs mehrteilig sein muß und daher an Verläßlichkeit abnimmt. Bei geringen Überlagerungen des Tunnels empfiehlt es sich, noch vor Vollausbruch die beiderseitigen Widerlager in den entsprechend zu erhöhenden Ortstollen so herzustellen, daß der für das Gewölbe erforderliche Raum sowie die Lehrgerüste nicht nur auf den Kern, sondern auch auf die unnachgiebigen Widerlager abgestützt werden können und Bewegungen der geringen Überlagerungen, die meist große Übelstände zur Folge haben, vermieden werden.

Für die Abstützung des ausgebrochenen Raumes wurde Längsträger- oder Querträgerzimmerung gebraucht. Die Ausmauerung wurde meist mit den Widerlagern begonnen, in einigen Fällen auch mit dem Firstgewölbe, das dann durch die in Schlitzen gemauerten Widerlager wie bei Bauweise 2 unterfangen wurde.

Wenn auch das Sohlgewölbe erst nach Beseitigung des Gebirgskerns eingezogen werden kann, so ist doch in einigen Fällen durch kurze, die beiden Ortstollen verbindende Querstollen das Einziehen einzelner Sohlgewölbegurten schon vor Beseitigung des vollen Kernes möglich geworden.

Bei einem der ältesten Eisenbahntunnel Deutschlands, dem Königsdorfer Tunnel (Köln-Achen), der Druckgebirge, auch Schwimmsand durchfahren mußte, kam die Kernbauweise nach Abb. 469 zur Anwendung. In den beiden erhöhten Ortstollen wurden vorerst die Widerlager gemauert, dann der Firststollen nach beiden Seiten erweitert und durch Längsträgerzimmerung abgestützt, so daß auf die Widerlager das Firstgewölbe gesetzt werden konnte, wobei der Kern als Stütze für die Zimmerung wie für die Lehrbogen diente. Mit Hilfe eines Querstollens wurden einzelne schmale Sohlgewölbegurten eingezogen und nach Beseitigung des Kernes das zwischen den Gurten noch fehlende Sohlgewölbe hergestellt. Die Tunnel der Bahnhöfe der Pariser Untergrundbahn, die etwa 14 m lichte Weite und 5,7 m Höhe erhielten, wurden mehrfach nach der Kernbauweise ausgeführt, was bei der großen Breite und der geringen Überlagerungshöhe der Tunnel zweckmäßig war. In der Regel wurde (s. Abb. 470) ein Sohlstollen vorgetrieben, von dem aus durch beiderseitige Querstollen Ortstollen herzustellen waren, in welchen die meist 2 m starken Widerlager in Beton aufgemauert worden sind. Sodann trieb man einen Firststollen vor, der nach beiden Seiten etwa 2∙2 m hoch so erbreitert und verzimmert wurde, daß die etwa 0,7 m starken Firstgewölbe eingezogen werden konnten. Nachdem der Kern meist vom Sohlstollen aus abgetragen war, konnte das 0∙5 m starke Sohlgewölbe ausgeführt werden.

Die Schildbauweisen.

An Stelle der Holz- oder Eisenzimmerung tritt der Brustschild, unter dessen Schutz Ausbruch und dauernder Ausbau hergestellt werden. Ausnahmsweise wird ein Richtstollen vorgetrieben und namentlich im ungleichartigen Gebirge, in dem feste und lose Schichten wechseln, auch vor dem Schild ein entsprechend verzimmerter Vorausbruch vorgenommen, wonach ein gleichmäßiger, weniger schwieriger Vortrieb des Schildes ermöglicht wird.[423]

Der Brustschild ist entweder ein geschlossenes, meist kreisförmiges oder elliptisches, mehr oder weniger versteiftes Eisenrohr oder ein Halbrohr, ein Teilschild oder auch nur eine Schutzhaube in der First des Tunnels, die auch mit dem Voll- oder Halbschild verbunden sein kann. An Stelle der Schutzhaube können auch Eisenvortriebspfähle treten.

Der Schild hat eine Schneide S (Abb. 471) und wird mit Hilfe von Schrauben oder Wasserpressen P, die am Umfang des Schildes angeordnet sind und deren Füße F sich gegen den fertigen Tunnel (Mauerwerk oder Eisenverkleidung) oder die mit kräftigem Längsverband versehenen Lehrbogen für die Tunnelverkleidung stützen, knapp an oder in das Gebirge gedrückt und der Boden vor und innerhalb des Schildes gelöst und beseitigt.

Wasserpressen mit Differentialkolben sind den Schrauben durchaus vorzuziehen, da sie eine leichte Regelung und daher gleichmäßigen Vorschub des Schildes erleichtern. In der Regel können die zu Gruppen zusammengefaßten Pressen nicht nur gemeinsam, sondern auch gruppenweise unabhängig voneinander in Betrieb gesetzt werden, damit den verschiedenen Widerständen an den einzelnen Stellen des Umfangs der Schneide Rechnung getragen werden kann.

Die Einhaltung von Höhe und Richtung des Schildes ist im wechselnden Gebirge und bei stellenweise stärkerem Wasserauftrieb mit Schwierigkeiten verbunden. Es liegen verschiedene Vorschläge zur leichteren Sicherung der Führung beim Schildvortrieb vor, die aber noch keine vollends befriedigende Lösung ergaben.

Die Zahl der Pressen ist tunlichst groß zu halten; sie sind über den Umfang des Schildes entsprechend zu verteilen, so daß den wahrscheinlichen Widerständen Rechnung getragen werden kann.

Die Füße F der Pressen sind mit großen Anlageflächen zu versehen und nicht unmittelbar auf Mauerwerk, sondern auf Holzzwischenlagen, auch Holzkränze zu setzen, um den Druck auf die Tunnelverkleidung gleichmäßig zu verteilen und daher den Einheitsdruck zu mindern sowie die den Gebirgsverhältnissen anzupassende Lenkung des Schildes zu erleichtern.

Der Druck der Pressen auf die Tunnelverkleidung, zumal auf frisches Mauerwerk, kann durch Einlegen von Eisenstangen oder durch verspannte Lehrbogen auf größere Tiefe verteilt werden. Für das Mauerwerk wird in der Regel nicht zu rasch bindender Zementmörtel (4–5 Stunden Bindezeit) verwendet. Wegen rascher Abbindung des Zements in der warmen Preßluft sind Mörtel und Beton feuchter als gewöhnlich zu halten. Der für Mörtel im Tunnel meist wenig günstige Traßzusatz soll aber bei Schildvortrieb mit Preßluft, weil hierbei die Feuchtigkeit abgehalten wird und rasche Austrocknung des Mauerwerks eintritt, gänzlich unterbleiben.

Es ist die Ansicht vertreten, daß das Mauerwerk durch starkes Zusammenpressen an Festigkeit gewinnt und daher das Anstemmen der Pressen dem Mauerwerk nicht schädlich sei; das kann bei Stampfbetonmauerwerk unter bestimmten Bedingungen der Fall sein. Nach Vortrieb des Schildes auf die Länge einer kurzen Zone (0∙5–2∙0 m) wird der Tunnel unter dem Schutz des Schildes ausgemauert oder mit Eisen verkleidet. Es ist nötig, daß der Schild die Tunnelauskleidung M genügend weit übergreift.

Mauerwerk wird namentlich bei großen Tunneln mit einer Eisenhaut (früher Guß-, jetzt besser Flußeisen) umgeben, nicht nur zur Erzielung eines wasserdichten Tunnels, sondern auch zur Verminderung der Reibungswiderstände beim Vorschieben des Schildes und der hierdurch hervorgerufenen Beschädigungen des Tunnelmauerwerks, sowie zur Vermeidung des Verlustes an der das Mauerwerk durchdringenden Preßluft.

In einzelnen Fällen hat man einen Eisenmantel an der inneren Fläche der Tunnelausmauerung angeordnet, namentlich wenn Stampfbetonmauerwerk unmittelbar an das Gebirge anschließt und die Hohlräume hierdurch geschlossen werden sollen. Es entfallen aber hierbei die übrigen Vorteile des äußeren Eisenmantels. Für kleine Bauwerke hat man den Eisenmantel auch gänzlich fortgelassen.

Die nach dem Vorschieben des Schildes hinter dem Mauerwerk oder der Eisenverkleidung verbleibenden Hohlräume sind tunlichst rasch auszufüllen, um Bodenbewegungen, die sich namentlich bei geringen Überlagerungen des Tunnels bis auf die Oberfläche erstrecken können, sowie größere Preßluftverluste zu vermeiden auch das Rosten des Eisenmantels zu verhindern.[424] Zu diesem Zweck wird in der Regel Zementmörtel, auch wohl reiner Sand mittels Preßluft hinter die Tunnelverkleidung, die mit nachträglich gut schließbaren Löchern versehen wird, oder auch von der Stirn des Gewölbes aus, letzteres bei Vortrieb des Schildes eingespritzt. Für kleinere Tunnel hat man in einigen Fällen bei Weglassung der kostspieligen Eisenverkleidung und Vermeidung von Stampfbeton, der durch die Wasserpressen zusammengedrückt wird, gleichzeitig die Hohlräume zwischen Gebirge und Mauerwerk ausgefüllt und dichten Anschluß an das Gebirge erreicht.

Die Blechstärke des Schildes wird tunlichst dünn gehalten, damit der hinter der Verkleidung verbleibende Hohlraum möglichst klein ausfällt. Im übrigen muß das Rohr der Größe des Durchmessers entsprechend ausreichend versteift werden.

Vollends dichter Anschluß des Schildes auf die ganze Länge des die Tunnelverkleidung übergreifenden Teiles ist aber wegen der zur Einhaltung von Höhe und Richtung notwendigen Beweglichkeit des Schildes zu vermeiden. Der Schildvortrieb wird in sehr drückendem und in wasserführendem Gebirge sowie bei geringen Überlagerungen des Tunnels gebraucht, um Boden- und Wassereinbrüche sowie Bodenbewegungen, die sich auf die Oberfläche fortpflanzen, zu verhindern.

Im Druckgebirge mit geringem Wasserzufluß genügt die Anwendung des Schildes ohne weitere Hilfsmittel, während im stark wasserführenden Gebirge, also namentlich für Tunnel unter Wasser, der Schildvortrieb mit Hilfe von Preßluft behufs Zurückhaltung des Wassers zweckmäßig und notwendig wird.

Allerdings darf die Überlagerung nicht zu gering sein, weil die Gefahr besteht, daß hierbei der vom Schild gestaute Boden nach oben ausweicht und im Fall von Verwendung der Preßluft leicht ein Ausblasen der Preßluft, plötzliche Druckminderung im Arbeitsraum und großer Luftverlust eintreten kann.

1. Schildvortrieb ohne Verwendung von Preßluft.

Bei Anwendung eines Vollschildes kann im Gebirge, das kurze Zeit senkrecht stehen bleibt, das Rohr nach Abb. 472, also an der Schneide senkrecht begrenzt sein.

Im Boden, der unter einem kleineren Böschungswinkel in Ruhe bleibt, wird der Schild ungefähr nach dem Böschungswinkel des Erdreichs geschnitten (Abb. 473) oder er erhält wagrechte Abteilungswände, auf welchen der Boden unter dem entsprechenden Böschungswinkel, also mit geringer Fußbreite in Ruhe bleibt (Abb. 474).

Bei größeren Querschnitten werden im Schild noch senkrechte Wände und damit kleinere Abteilungen hergestellt, die außer der Vermehrung der Arbeitsstellen und der leichteren Verbauung der Brustfläche des Gebirges auch eine Versteifung des Schildes ermöglichen.

Im wechselnden Gebirge mit dazwischenliegenden festeren Schichten ist es zweckmäßig, den gleichmäßigen Vorschub des Schildes durch Vortreiben eines Richtstollens oder einer Holzzimmerung im Vollausbruch zu erleichtern oder zu ermöglichen (Abb. 475). Im ungünstigen Gebirge kann der Richtstollen auch mittels eines kleinen Schildes vorgetrieben werden. Der Schild tritt dann an die Stelle des vollen[425] zeitweiligen Ausbaues, unter dessen Schutz der dauernde Ausbau (Mauerung oder Eisenverkleidung) eingebracht werden kann. Falls gezimmerter Vollausbruch vorausgehen muß, wird der Schild innerhalb der Verpfählung, die dann hinter der Tunnelverkleidung verbleibt, vorgetrieben, was oft Schwierigkeiten bereitet.

Je nach der Bodenbeschaffenheit im Querschnitt kann man den Schildvortrieb auf den oberen Teil des Tunnels beschränken und verwendet den Halb- oder Teilschild. Hierbei können (Abb. 476, 477) vorerst in 2 Sohl- oder Ortstollen 1, 3 die Widerlager 2, 4 aufgemauert werden. Auf den fertigen, mit Gleitplatten abgedeckten Widerlagern, die dem oberen Tunnelausbruch genügend weit voran sind, wird der Halbschild mit Gleitschuhen oder Rollen aufgesetzt und mit den am Umfang angeordneten Pressen vorgetrieben; hierbei ist die genaue Einhaltung von Richtung und Höhe wegen der feststehenden Widerlager und der gegebenen Führung leichter möglich wie beim Vollschild.

2. Schildvortrieb mit Verwendung von Preßluft.

Der Vortrieb mit Verwendung von Preßluft kommt im wasserreichen und schwimmenden Gebirge zur Anwendung. Die Preßluft hat das Eindringen des Wassers oder Gebirges in den Arbeitsraum und auch in den Raum zwischen der bereits fertiggestellten Tunnelverkleidung und dem Schild zu verhindern, was Schwierigkeiten bereitet, weil die Wasserdruckhöhen an tiefster und höchster Stelle des Tunnels verschieden sind. Zu geringer Luftdruck kann ein Ansteigen des Wassers in der Sohle, zu großer ein Ausblasen der Preßluft und plötzliche Druckverminderung im Arbeitsraum sowie ein Aufwühlen und eine Bewegung des den Tunnel überlagernden Bodens zur Folge haben. Man wird zur Vermeidung eines zu hohen Wasserstandes in der Tunnelsohle den Luftdruck in der First höher halten müssen, als er für die Wasserverdrängung an dieser Stelle erforderlich ist. Dieses Maß wird von dem zulässigen Stand des Wassers in der Sohle, von der Querschnittshöhe des Tunnels sowie von der Stärke und Beschaffenheit der Tunnelüberlagerung, die daher ausreichend groß zu bemessen ist, abhängig sein.

Man hat mehrfach im durchlässigen Boden den Luftdruck so hoch gehalten, daß er dem Wasserdruck im unteren Viertel bis Drittel des Tunnelquerschnitts das Gleichgewicht hält, also das Eindringen des Wassers in der Sohle nicht ganz verhindert. Bei wechselndem Wasserstand über dem Tunnel ist eine Regelung des Luftdrucks schwierig.

Diese Übelstände haben zu verschiedenen Vorschlägen geführt, die aber nur teilweise befriedigten.

Man hat auch den Schildquerschnitt durch wagrechte und senkrechte Wände in einzeln zu schließende Zellen geteilt, so daß bei Arbeit in den unteren Zellen die oberen dicht geschlossen werden konnten und umgekehrt; daher der Luftdruck entsprechend der Höhenlage der in Arbeit stehenden Zelle, also dem jeweiligen Wasserdruck entsprechend, geregelt werden konnte. Dieser Vorgang hatte aber nur im gleichartigen, nicht zu fließenden Boden einigen Erfolg.

Da die im Scheitel des Schildes ausströmende Preßluft die Bodenüberlagerung auflockert, eine Dichtung an dieser Stelle schwierig ist, so versieht man mehrfach die Schilde mit senkrechter Vorderfläche auf ¹/₃–¹/₂ des oberen Schildumfangs mit einem vortretenden Dach, Haube genannt, an deren Stelle man auch eiserne Triebpfähle, die einzeln in der Regel mit Wasserpressen vor Vortrieb des Hauptschildes vorgetrieben werden können, angewendet hat.

Bei Verwendung von Preßluft sind Luftschleusen erforderlich, die die Arbeitsräume vom fertigen Tunnel trennen; sie vermitteln den Verkehr der Arbeiter und die Förderung aus den mit Preßluft gefüllten Arbeitsräumen nach außen und umgekehrt.

Für größere Tunnel werden meist getrennte Luftschleusen für den Arbeiterverkehr und die Materialförderung angeordnet. Sie liegen entweder nebeneinander im unteren Teil des Tunnels[426] oder übereinander, wobei aus Sicherheitsgründen die Schleuse für den Personenverkehr in die Tunnelfirst verlegt wird. Auch sind 3 Luftschleusen angeordnet worden. Die in der Regel gebrauchten, für Personenverkehr und Materialförderung, liegen im unteren Teil, eine dritte Sicherheitsschleuse, die bei raschem Ansteigen des Wassers zu benützen ist, in der First des Tunnels.

Die Schleusen erhalten selbstverständlich dichten Anschluß an die Tunnelwandungen und werden dem Arbeitsfortgang entsprechend verlegt, also nachgeschoben, u.zw. so häufig, daß der mit Preßluft zu füllende Raum zwischen Schleuse und Schild nicht zu groß wird.

In den Querwänden des Schildes werden auch Notschleusen eingebaut, damit den Luftdruckunterschieden in den Arbeitsräumen des Schildes und dem Raum zwischen Schild und Tunnelverkleidung und der Hauptschleuse Rechnung getragen werden kann, namentlich wenn durch Ausblasen der Preßluft eine plötzliche Druckverminderung eintritt, die durch die Notschleusen auf den Schildraum beschränkt werden soll. Ein dauernder Verschluß der Notschleusen ist wegen des Zeitverlustes beim Durchschleusen nicht zweckmäßig, daher Notschleusen an dieser Stelle kaum mehr ausgeführt werden. Auch Taucherglockenanordnungen in den oberen Teilen des Schildes können zur Sicherung der Arbeiter bei plötzlichen Einbrüchen des Wassers zweckmäßig sein.

Zur Einschränkung des Luftverlustes kann der Raum zwischen dem Schildende und der Tunnelverkleidung so gedichtet werden, daß die Beweglichkeit des Schildes erhalten bleibt. In Eisen gefaßte Gummiringe oder Schläuche, die mit Wasser oder Preßluft gefüllt sind, haben dauernd brauchbare Lösungen nicht erreichen lassen.

Zur Abminderung der Luftverluste hat man auch hydraulischen Kalkmörtel unter großem Druck an der Stirn der Tunnelverkleidung zwischen dieser und dem Schildende während des Schildvortriebs eingepreßt, was je nach der Gebirgsbeschaffenheit mehr oder weniger Erfolg hatte.

Da eine Luftpressung von etwa 3 Atm. mit Rücksicht auf die Arbeitsmöglichkeit kaum überschritten werden kann, so ist hierdurch die Tiefenlage eines Tunnels im stark wasserführenden Gebirge begrenzt.

In allen Fällen wird man wie bei Luftdruckgründungen durch Abkühlen der mit Preßluft erfüllten Räume, die oft recht hohe Wärmegrade zeigen, durch kurze Arbeitszeit, langsames Aus- und Einschleusen, Schutzmittel und sofortige ärztliche Hilfe die Übelstände der Preßluftkrankheiten zu mindern sich bemühen. Auch sind besondere Vorsichtsmaßregeln gegen Feuersgefahr wegen der rascheren Verbrennung in der Preßluft erforderlich.

Abb. 478 zeigt einen kreisförmigen Schild mit 2 Mittelwänden m₁ und m₂. Der Arbeitsraum D vor der mit verschließbaren Öffnungen a versehenen vorderen Mittelwand ist durch wagrechte Wände in 3 Abteilungen geteilt. Zur Versteifung sind außerdem senkrechte, aber durchbrochene Wände angeordnet. Die senkrechte Mittelwand m₂, welche den Raum C abschließt, erhält zur Sicherung entweder eine Verschlußtür bei b oder eine Notschleuse S₂, um verschiedenen Luftdrücken in den Räumen B und C–D Rechnung tragen zu können. Die am Schildumfang angeordneten Wasserpressen p, deren Kolben durch die Wand m₂ mit entsprechender Dichtung gehen, stützen sich gegen die Wand m₁ und die fertige Tunnelverkleidung M mit breiten Fußflächen. Die Hauptschleuse S₂ für Arbeiter- und Materialverkehr trennt den mit Preßluft gefüllten Raum B vom fertigen Tunnel A.

Die Vorteile der Bauweisen mit dem Brustschild bestehen in der großen Sicherheit im Ausbruch und Ausbau im rolligen, schwimmenden und wasserreichen Boden, zumal bei geringer Gebirgsüberlagerung des Tunnels, ferner in der Möglichkeit der Einhaltung des kleinsten, für den Tunnel eben erforderlichen Ausbruchquerschnitts, in der leichten und geschützten Ausführung der Tunnelverkleidung, auch in einem den Verhältnissen entsprechenden raschen Bauvorgang.

Die Nachteile dagegen liegen in den Schwierigkeiten bei Durchfahrung ungleichartigen, wechselnden Bodens, der meist besondere Vorausbrucharbeiten und Abstützungen, auch die Anwendung von Getriebepfählen vor dem Schild, namentlich in dessen Scheitel erheischen kann, sowie in der Einhaltung von Höhe und Richtung des Tunnels; ferner mehrfach in der ungünstigen Beanspruchung der Tunnelverkleidung durch die Pressen und beim[427] Vorziehen des Schildmantels namentlich dann, wenn das Tunnelmauerwerk keine Eisenhaut erhält. Auch die hinter der Tunnelverkleidung verbleibenden Hohlräume sind schwierig dicht zu schließen.

Bei Verwendung von Preßluft treten noch die Erschwernisse und Gefahren infolge der Unterschiede in den Wasserdrücken an der Sohle und in der First des Tunnels hinzu, die mit dessen Abmessungen zunehmen. Der Einbau und Betrieb der Luftschleusen und der übrigen umfangreichen maschinellen Anlagen, auch die Sicherheitsvorkehrungen für die Arbeiter bei plötzlicher Spannungsabnahme der Preßluft bilden weitere Erschwernisse dieser Bauweise.

Verwendung von Preßluft ohne Brustschild.

Diese Bauweise kam nur ausnahmsweise und dann zur Anwendung, wenn beim gewöhnlichen bergmännischen Vorgang ohne Schild Schichten angefahren wurden, die sich druckhafter und wasserführender herausstellten, als von vornherein angenommen werden konnte, und der nachträgliche Einbau eines Schildes meist auf kurze Tunnellängen zu umständlich, schwierig und kostspielig gewesen wäre. Sie erscheint nur zweckmäßig und möglich, wenn das Gebirge bei genügend hoher Überlagerung des Tunnels so weit dicht zu halten ist, daß zu große Druckverluste durch Ausblasen der Preßluft nicht zu befürchten sind. Da der Brustschild fehlt, so ist nicht nur die Brust, sondern auch die Oberfläche des ganzen Ausbruchs, der vom fertigen Tunnel ebenfalls durch dichte Wände abgeschlossen werden muß, im Gleichgewicht zu halten. In die Abschlußwände sind Luftschleusen für Material- und Arbeiterförderung einzubauen. Der ausgebrochene Raum wird in einer den Druckverhältnissen angepaßten Art und Stärke abgestützt oder verzimmert.

Beispiele dieser Bauweise geben der Bau des Emmersbergtunnels bei Schaffhausen und der Bau des Gatticotunnels auf der italienischen Bahn Santhà-Borgomanero-Arona. In dem letztgenannten Tunnel wurden auch einige Strecken von der Oberfläche aus mittels Senkkästen und Preßluft in ähnlicher Weise wie bei Gründung von Brückenpfeilern hergestellt.

Die Bauweisen nach dem Gefrierverfahren.

Das Gefrierverfahren, das vorerst für Schachtabsenkungen zur Anwendung kam, kann auch für den Vortrieb von Stollen und Tunnel in Frage kommen. Es besteht darin, daß das Gebirge auf den Umfang des Tunnels entweder durch Einblasen von kalter Luft oder durch Einführen von Kälteflüssigkeiten mittels Röhren zum Gefrieren daher, in feste Form gebracht wird, wonach in stark wasserführendem und schwimmendem Gebirge der Ausbruch und dessen Abstützung, also der zeitweilige Ausbau erleichtert oder erst ermöglicht wird.

Das Verfahren wird im Tunnelbau vornehmlich dann in Frage kommen, wenn die Schildbauweisen mit Preßluftverwendung nicht mehr anwendbar sind, was namentlich bei größeren Tieflagen des Tunnels infolge hohen Wasserdruckes, der einen für den Arbeitsbetrieb zu hohen Luftdruck erfordert, der Fall ist.

1. Durch Einblasen von kalter Luft (40–60° C) in den Tunnel, der gegen die fertige Strecke durch entsprechend starke Wände abgeschlossen wird, kann das Gebirge auf eine gewisse Tiefe zum Gefrieren gebracht und dann gelöst und abgestützt werden.

Die bis zum Eintritt der Frostwirkung erforderliche Zeitdauer der Einwirkung der kalten Luft auf den Hohlraum, also auf die Wandungen der sog. Gefrierkammer, hängt von deren Größe und der Temperatur der verwendeten Luft ab und ist eine verhältnismäßig lange. Bei größerem Querschnitt findet infolge Senkung der kalten Luft eine weit stärkere Abkühlung der Sohle wie der First des Tunnels statt.

Die Luft ist auch bis auf das durch den vorhandenen Wasserdruck im Gebirge bedingte Maß zu pressen und dann in den bekannten Maschinen abzukühlen. Bei hoher Pressung wird die Luft stark erwärmt, so daß länger dauernde Abkühlung mit hohen Kosten erforderlich wird.

Im Tunnelbau kam dieses Verfahren ausnahmsweise zur Verwendung.

Bei Herstellung eines Tunnels in Stockholm von etwa 4 m Weite und Höhe, der den unter Gebäuden liegenden, feinen, mit Wasser durchtränkten Kies und Lehm zu durchfahren hatte, wurde auf eine kurze Strecke diese Bauweise verwendet.

Hierbei ist je ein Raum von etwa 6–12 m Länge, also von 100–180 m³ Größe durch eine 20 cm starke Wand vom ausgebauten Tunnel abgeschlossen worden, in den kalte Luft eingeblasen wurde, so daß die Temperatur in dem Gefrierraum –20 bis –31° C betrug. Die Luft wurde vorerst auf 3 Atm. gepreßt, dann auf gewöhnliche Temperatur abgekühlt und schließlich in Kältemaschinen auf –50° C gebracht. Der gefrorene Boden wurde ausgebrochen und der ausgebrochene Raum durch Eisenbögen mit Verpfählung und kräftigem Brustverzug aus Eisenplatten abgestützt, wobei tägliche Fortschritte von etwa 0∙15 m erreicht werden konnten.

Die Ausmauerung in Beton blieb so weit zurück, daß eine ungünstige Kälteeinwirkung auf das Mauerwerk nicht mehr zu befürchten war.

Auch auf der Interborough Rapid Transit R.R. in New York hat man das Verfahren, jedoch mit ungünstigem Erfolg verwendet, da bei einem Tunneldurchmesser von 4∙6 m die Länge des sog. Gefrierraumes etwa 60 m, daher deren Größe etwa 1000 m³ betrug und die Abkühlvorrichtungen für diesen großen Raum unzulängliche gewesen sind,[428] daher die Temperatur in der Gefrierkammer sich nur zwischen –5° bis –12°C bewegte. Man hat diese Bauweise nach kurzer Zeit verlassen.

2. Die Einführung von Kälteflüssigkeiten, wie Chlorcalcium- oder besser 25 bis 30%iger Chlormagnesiumlauge, die bei etwa –35° C friert, oder von 95%igem Alkohol, der bei –110° friert, in doppelwandigen Röhren von der Erdoberfläche aus, also in ungefähr senkrechter Richtung, kann in gleicher Weise wie beim Abteufen von Schächten erfolgen. Die Röhren werden bis auf die Tiefe des Tunnels zu beiden Seiten des auszubrechenden Querschnitts versenkt und das vom Tunnel zu durchfahrende Gebirge zum Gefrieren gebracht, wonach der Vortrieb des Tunnels in üblicher Weise erfolgt.

Dieser Vorgang kann nur bei geringeren Überlagerungshöhen des Tunnels in Frage kommen, weil mit der Tiefe der Tunnellage die Schwierigkeiten der Versenkung der Röhren und die Größe des abzukühlenden Erdkörpers zunimmt, daher die Bauzeitverlängerungen und die Kosten ganz bedeutende werden.

3. Die Einführung von Kälteflüssigkeiten durch doppelwandige Röhren am Umfang des Tunnelquerschnitts, also parallel mit der wenig von der Wagrechten abweichenden Tunnelachse, bietet mehrfache Schwierigkeiten, namentlich wenn für längere Strecken Röhrenleitungen, für welche meist die Löcher vorgebohrt werden, erforderlich sind.

Die Bohrarbeiten erfordern bei großen Lochlängen im ungleichartigen Boden namhafte Kosten. Die Röhren müssen stückweise eingesetzt und durch großen Druck, also mittels Pressen vorgetrieben werden.

Wie beim Schachtabteufen kann man die Kälterohre auch im Innern des Tunnels vortreiben und den auszubrechenden Körper unmittelbar zum Gefrieren bringen. Hierbei wird in kurzen Längen vorgegangen, wobei aber im schwimmenden Gebirge vorsichtshalber ein jedesmaliger Verschluß der Tunnelbrust auszuführen ist, was am zweckmäßigsten durch den Vortrieb eines schildartigen, an der Brust mit verschließbaren Öffnungen versehenen Rohres erreicht werden kann, wobei auch rasche und gesicherte Abstützung der ausgebrochenen Tunnelstrecke ermöglicht wird.

Beim Vortrieb eines schildartigen Eisenrohrs mit den kleinen Abmessungen eines Richtstollens kann man die Kälterohre an den Innenwandungen dieses Rohres verlegen, indem nun abermals Gefrierrohre verlegt werden, um die erforderliche Frostwirkung zu erreichen, nachdem der Boden innerhalb des Rohres entfernt ist und auf diese Weise den das Stollenrohr umgebenden Boden auf einem Umkreis zum Gefrieren bringen, der das Nachschieben eines zweiten Eisenrohrs mit entsprechend größerem Durchmesser ermöglicht. Für Tunnel mit großen Querschnitten kann das Verfahren mehrfach wiederholt werden.

Der Vorgang ist zeitraubend und kostspielig, zumal die Frostwirkung nicht unmittelbar vom Kälterohr aus, sondern erst durch die Wandung des Eisenrohrs erfolgt.

Die Förderung.

Die Abfahrung der Ausbruchmassen aus dem Tunnel und ihre Unterbringung auf den vorgesehenen Ablagerungsplätzen, die Zuführung der Geräte und Baustoffe in den Tunnel und bei längeren Bauten auch die Beförderung der Arbeiter erfolgt zumeist und am richtigsten auf Fördergleisen.

Die Gleise erhalten in der Regel Schmalspurweiten von 0∙6–0∙9 m, selten etwas weniger oder mehr. Ausnahmsweise sind auch Vollspurgleise mit 1∙435 m aus besonderen Gründen, wie z.B. im Cochemtunnel und in einem Teil des zweiten Simplontunnels (Nord) angeordnet worden. In den meisten Fällen hat sich eine Spurweite von 0∙7–0∙75 m als zweckmäßig erwiesen, da hierbei auch die Förderwagen noch ausreichend großen Fassungsraum erhalten.

Die Schienengewichte bewegten sich von 15 bis 20 kg/m. Zur Unterstützung eignen sich Holzschwellen besser wie Eisenschwellen. In einigen Fällen hat man Stuhlschienenoberbau verwendet, der den Vorteil hat, daß die auf den Schwellen festsitzenden Stühle ein rasches Umlegen der Gleise ermöglichen.

Es empfiehlt sich, eine einheitliche Spur der Tunnelförderbahnen anzustreben, damit Förderwagen und Maschinen bei weiteren Tunnelbauten wieder verwendet werden können.

Im Interesse raschen Verkehrs und leichter Verteilung der Wagen auf die einzelnen Arbeitsstrecken wäre die zweigleisige Bahn vorteilhaft. Allein die engen Tunnelräume, wie namentlich die Arbeitsstellen im Stollen und auch die durch Zimmerungen eingeengten Tunnelstrecken erschweren die Anlage zweigleisiger Bahnen und bedingen schmale Spur der Gleise und schmale, langgestreckte, wenig zweckmäßige Förderwagen mit immerhin verhältnismäßig kleinem Fassungsraum.

In Fällen, in welchen zweigleisige Förderbahnen ausgeführt wurden, mußten Stollenquerschnitte über das sonst übliche und zweckmäßige Maß vergrößert und besondere Zimmerungsanordnungen getroffen werden. Auch hat sich herausgestellt, daß in einzelnen starken Druckstrecken die zweigleisige Anlage stellenweise[429] unterbrochen werden mußte; sodann ist der zwischen den Förderwagen und den Tunnelwandungen verbleibende Raum doch noch so knapp, daß ein sicherer Verkehr der Arbeiter bei Begegnung zweier Züge kaum möglich ist.

Man hat daher bei den meisten Tunnelbauten für die Arbeitsstrecken eingleisige Förderbahnen und an einigen besonders ausgeweiteten Stellen Ausweichen, auch Nebengleise angeordnet. Bei langgestreckten Tunnelbauten mit vielen Arbeitsstellen und eingleisiger Förderbahn bereitet die Verteilung der einzelnen Wagen, d.s. Leerwagen für die Aufnahme des Tunnelausbruchs und der verbrauchten Zimmerungshölzer und Geräte einerseits sowie der mit neuen Geräten, Hölzern und Mauerungsstoffen beladenen, von außen kommenden Wagen anderseits, mancherlei Schwierigkeiten und erfordert einen wohldurchdachten und streng einzuhaltenden Betriebsplan.

Zumeist wird eine Gleisanlage (Aufstellungs- und Verschiebegleise) vor dem Tunnelmund, sodann an dem jeweiligen Ende des fertiggestellten Tunnelteils, eine sog. Tunnelstation, und schließlich in einem ausreichend großen Abstand vor dem Ort des Richtstollens im besonders erbreiterten Stollen, eine Ausweiche, erstellt. Im übrigen ist die Anlage eingleisig. Im fertigen Tunnelteil, also vom Außenbahnhof bis zur Tunnelstation, kann ein zweites Gleis gelegt werden, was auch in mehreren Fällen geschehen ist.

Die Tunnelstation und die Ausweiche vor dem Stollenort sind so einzurichten, daß eine leichte Verteilung der an den einzelnen Arbeitsstellen erforderlichen Wagen erfolgen kann, sie müssen auch nach Maßgabe des Arbeitsfortgangs verschoben, also verlegt werden. Als Förderwagen werden Kastenwagen, Kippwagen und Plattformwagen verwendet. Die Kastenwagen mit abnehmbaren Seitenwänden behufs Entleerung und niedriger Bauart zwecks leichterer Beladung erhalten im Tunnel kleinere Abmessungen, Fassungsräume von etwa 0∙7–1∙5 cm³, und werden in der Regel für die Förderung im Stollen verwendet. Ihre Entleerung erfordert mehr Zeit und Kraft wie die der Kippwagen. Im übrigen wurde die Förderung des Tunnelausbruchs zumeist mit Kippwagen (Seitenkipper) mit tunlichst großem Fassungsraum von 1–3∙5 cm³ im Interesse rascher und billiger Entladung bewerkstelligt. Der große Fassungsraum ermöglicht eine Verminderung der Zugzahl und damit der durch den Zugverkehr nicht zu vermeidenden Arbeitsstörungen.

Plattformwagen dienen zur Förderung von Holz für die Zimmerung, großen Steinen (Quadern), auch von Maschinen.

Bei kleinen Tunnelbauten werden vielfach die vom Ausbruch entleerten, in den Tunnel zurückkehrenden Förderwagen teilweise mit den benötigten Baustoffen und auch Maschinen beladen. Bei großen Tunnelbauten mit raschem Betrieb werden aber die Ausbruchwagen ganz oder größtenteils leer in den Tunnel gefahren und die erforderlichen Baustoffe auf besonderen Wagen verladen, die nicht zur Förderung des Ausbruchs verwendet werden, um Zeitversäumnisse zu vermeiden.

Die Bewegung der Förderwagen erfolgt durch Menschen, namentlich für kurze Strecken. Pferde werden gegenwärtig nur für kurze Tunnel gebraucht; sie haben allerdings den Vorteil der Unabhängigkeit vom Gleis und der Wagenstellungen, so daß sie ohne Ausweichgleise an beiden Zugenden angespannt werden können, was bei Maschinen nicht der Fall ist.

Von Maschinen kommen Dampf-, feuerlose, elektrische, Druckluft- und Benzinlokomotiven in Betracht. Dampflokomotiven sind wegen Luftverschlechterung bei den neueren Bauten nur mehr in den fertigen Strecken oder nur außerhalb des Tunnels verwendet worden.

In einzelnen Fällen wurde der Übelstand der Luftverschlechterung durch Dampflokomotiven (Bauart Krauß) vermindert, die während der Tunnelbefahrung nicht nachgefeuert werden.

Zumeist sind nun für längere Tunnel in den Arbeitsstrecken Benzin- oder Druckluftlokomotiven in Gebrauch. Benzinlokomotiven lassen Luftverschlechterung nicht ganz vermeiden, was zu Übelständen Veranlassung gab. Die Druckluftlokomotiven tragen zur besseren Lüftung bei, sind aber insofern unwirtschaftlich, als der im Interesse kleinerer Abmessungen der Luftbehälter erforderliche hohe Sammeldruck von 150–200 Atm. auf den Arbeitsdruck von 10–12 Atm. herabgesetzt wird und die entsprechende Kompressionsarbeit verlorengeht. Zumeist werden die für den Tunnel bestimmten Leerzüge und die mit Baustoffen und Geräten beladenen Wagen durch kräftige Maschinen bis in die Tunnelstation geschoben und die dort bereits aufgestellten beladenen Züge durch diese Maschinen aus dem Tunnel gezogen.

In der Tunnelstation übernehmen leichte Benzin- oder Druckluftmaschinen, eingeschaltet zwischen den Wagengruppen die Verteilung der Wagen an die einzelnen Arbeitsstellen.

Bei Vortrieb des Firststollens als Richtstollen, wobei ein Sohlstollen fehlt, liegt die Förderbahn im oberen und nach Fertigstellung des Sohlschlitzes im unteren Teil des Tunnels. Die Ausbruchmassen des oberen Teiles werden durch Vermittlung von Schuttrichtern oder[430] Rutschen in die auf dem unteren Gleis bereitstehenden Leerwagen umgeladen oder es wird das obere Fördergleis durch Rampen, die nach Maßgabe des Arbeitsfortschritts vorgeschoben werden müssen, mit dem unteren Fördergleis verbunden. Beide Anordnungen erschweren und verteuern die Förderung.

In einigen Fällen hat man für die Stollenförderung Gleise mit kleinerer Spurweite angeordnet wie für die übrige Förderung. Allein das erforderliche Umladen ist zeitraubend und kostspielig, daher einheitliche Spurweite vorzuziehen ist.

Beim Bau des zweiten Simplontunnels (Nordseite) wurden wegen der erforderlichen Kreuzung der im Betrieb befindlichen Bahn aus dem ersten Simplontunnel und der raschen Beförderung der Ausbruchmassen nach den Ablagerungsstellen von der Tunnelstation bis an den Tunnelmund und weiter an die Ablagerungsstellen eine Vollspurbahn (1∙435 m) gelegt, während von den Arbeitsstellen bis zur Tunnelstation das Fördergleis 0∙75 m Spurweite erhielt. Infolgedessen werden die Kasten der von den Arbeitsstellen kommenden kleinen Wagen mit Hilfe von besonderen, in der Tunnelstation angeordneten Kranen abgehoben und etwa 4 auf die großen vollspurigen Förderwagen gesetzt. In diesem Sonderfall hat sich die Umladung als zweckmäßig herausgestellt.

Lüftung.

Das Maß der Luftverschlechterung im Tunnel und der hierdurch bedingte Frischluftbedarf ist je nach dem Arbeitsbetrieb ein verschiedenes. Wenn in Tunneln mit Druckluftbohrmaschinen- und Luftlokomotivbetrieb schon eine Verbesserung der Lüftungsverhältnisse erreicht wird, so genügt das meist noch nicht.

Natürliche Lufterneuerung genügt nur für ganz kurze Tunnel. Die Länge ist von örtlichen Verhältnissen abhängig. Durch Anordnung von Schächten oder Kaminen kann eine Verbesserung der Luft im Tunnel erreicht werden. Die Schachtlüftung beruht auf den Unterschieden des Luftdrucks und des Wärmegrads im Tunnel und an der Oberfläche, die nicht nur von der Höhenlage, sondern auch von den Windrichtungen abhängig sind. Kurze Schächte kann man durch Schachtaufsätze wirkungsvoller machen.

Durch Unterhaltung eines Feuers im Schacht ist eine Erhöhung der Wirkung zu erreichen, ist aber unwirtschaftlich.

Auf der Nordseite des ersten Simplontunnels hatte man in einem in der Nähe des Eingangs hergestellten, 47 m tiefen Schacht ein kräftiges Feuer unterhalten, wodurch die Lüftung auf etwa 1500 m verbessert wurde.

Schachtlüftungen sind bei großen Überlagerungen des Tunnels sehr kostspielig und auch bei großen Längen der zwischen den einzelnen Schächten liegenden Strecken nicht ausreichend; anders bei Lüftung der Eisenbahntunnel im Betrieb.

Für lange und hoch überlagerte Tunnel ist während des Baues künstliche Lüftung entweder durch Ansaugen der schlechten Luft oder Eindrücken von guter Luft erforderlich.

Bei Sauglüftung wird die schlechte Luft zumeist nicht unmittelbar abgezogen, sondern nur ein Gemisch aus schlechter und guter Luft, wobei also überflüssige Arbeit geleistet wird, namentlich wenn die Saugleitung nicht unmittelbar an die betreffenden Arbeitsstellen führt.

Die am Mont-Cenis- und Gotthardtunnel eingerichteten Sauglüfter haben sich nicht bewährt.

Die Drucklüftung wird so eingerichtet, daß die frische Luft in geschlossenen Leitungen unter genügendem Druck in den Tunnel geführt und an verschiedenen Stellen abgegeben wird, so daß je nach der Luftmenge ein atembares Gemisch von guter und schlechter Luft vorhanden ist. Bei den neueren großen Tunnelbauten wurden Drucklüfter verwendet, die im Bedarfsfall auch als Sauglüfter wirken konnten, was in einigen Fällen erwünscht war.

Als Drucklüfter dienen meist Schleudergebläse der Bauarten Capell, Pelzer, Rateau und Sulzer. Für kleinere Luftmengen werden auch Strahlgebläse gebraucht.

Die Lüfter arbeiten entweder einzeln oder mehrere gemeinsam neben- oder hintereinander geschaltet, je nach geforderter Menge oder erforderlichem Druck.

Der Kraftbedarf der Lüfter kann durch große Leitungsquerschnitte und kurze Leitungslängen eingeschränkt werden; er betrug bei den neueren, über 6 km langen Tunneln für die einzelnen Lüfter etwa 50–160 PS.

Meist wurden 2–4 Lüfter hintereinander verbunden. Die Lüfter hatten einzeln 5 bis 15 m³/Sek. Luft von 200–600 mm Wassersäule zu liefern.

Den Antrieb der Lüfter besorgten Turbinen oder Elektromotoren.

Die Leitungsquerschnitte sind durch die engen Stollen- und Tunnelquerschnitte beschränkt. Im Stollen können Leitungen von 200 bis höchstens 500 mm verlegt werden, die gegen Beschädigungen, namentlich gegen Sprengwirkungen geschützt werden müssen.

Die Luftleitungen werden meist aus Eisen- oder Zinkblech in den fertigen Strecken für große Weiten auch aus Beton oder Betoneisen hergestellt.

Für große Luftmengen bei geringem Druck sind bedeutende Leitungsquerschnitte erforderlich, für die der Raum in engen, namentlich eingleisigen Tunneln kaum zu gewinnen ist. Man hat daher durch Parallelstollen (Simplontunnel)[431] oder Unterstollen (Vorschlag Hennings, Weber) große Luftleitungen geschaffen, auch hat man in den fertiggestellten Strecken zweigleisiger Tunnel durch den Einbau einer Scheidewand (Lötschbergtunnel) eine Luftleitung großen Querschnitts erreicht.

Im ersten eingleisigen Simplontunnel, in dem größte Wärmegrade bis zu 50° C beobachtet wurden, dessen Richtstollen mit hydraulischen Drehbohrmaschinen aufgefahren wurde, standen auf jeder Seite 2 durch Turbinen angetriebene Lüfter, die je 25 m³/Sek. Luft bei 250 mm Wassersäule lieferten, in Betrieb. Die Lüfter konnten auf Druck oder Menge geschaltet, auch zum Saugen eingerichtet werden. Die Luft wurde in den Parallelstollen (s. Abb. 428) als Leitungsrohr und aus diesem durch den jeweilig letzten der in etwa 200 m Abständen hergestellten Querstollen in den Tunnel gedrückt. Mittels Strahlgebläse oder kleinen Lüftern wurde die Luft an den Enden der Querstollen gefaßt und durch Rohrleitungen bis vor Ort des Richtstollens gedrückt. Der Parallelstollen wurde auch zur Wasserabführung und Förderung benutzt und wird nun zum zweiten Tunnel ausgebaut.

Im zweigleisigen Lötschbergtunnel, in dem Druckluftbohrmaschinen arbeiteten, befanden sich auf jeder Seite 2 Lüfter, die je 25 m³/Sek. Luft von 250 mm Wassersäule durch den in der ausgemauerten Tunnelstrecke durch eine Scheidewand hergestellten Luftkanal von 6∙3 m² Querschnitt drückten. Am Ende dieses Kanals wurde die Frischluft durch eine dort aufgestellte kleinere Drucklüfteranlage in geschlossenen Eisenrohren bis vor Ort des Richtstollens geführt.

Im zweigleisigen zweiten Hauensteintunnel, in dem Druckluftbohrhämmer arbeiteten, drückten 3 hintereinander geschaltete Lüfter 4–5 m³/Sek. Luft, von 400–600 mm Wassersäule in die Tunnelleitung, deren Durchmesser von 1000 auf 330 mm im Richtstollen abgemindert wurde.

Im Tauern-, Karawanken- und Wocheinertunnel der österreichischen Alpenbahnen, in denen hydraulische Drehbohrmaschinen und elektrische Stoßbohrmaschinen mit geringer Ausnahme tätig waren, sollten 5∙8 m³/Sek. Luft bei etwa 600 mm Wassersäule in die 800–500 mm weite Tunnelleitung durch 3 und 4 Lüfter, welche teils von Turbinen, teils von Elektromotoren angetrieben wurden, gedrückt werden.

Literatur: Ržiha, Lehrbuch des Tunnelbaues. Berlin 1872. – Winkler, Vorträge über Tunnelbau. Wien 1875. – Dolezalek, Tunnelbau, Gewinnungsarbeiten. Hannover 1896. – Mackensen, Tunnelbau; Hb. d. Ing. W.I. Leipzig 1902. – Dolezalek, Der Eisenbahntunnel. Berlin-Wien 1918. – Die ausführlichen weiteren Literaturangaben finden sich in den obgenannten Schriften.

Dolezalek.