Technische Universität Braunschweig
Institut für Grundbau und Bodenmechanik

Studienarbeit:
,Entwicklung der Tübbingauskleidung im Tunnelbau

Bearbeiter:
cand. ing. Oliver Görtz

September 2002

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 4

2. Planung und Ausführung eines Tunnelbauwerkes 5

2.1 Einsatz von Tunnelbauwerken 5
2.2 Definitionen 6
2.3 Geologische Untersuchungen 8
2.3.1 Klassifikation nach der Standzeit 10
2.3.2 Klassifikation nach der Wertung von Gebirgsparametern 11
2.3.3 Klassifikation nach Ausbruchverhalten 12
2.4 Bauverfahren 13

3. Geschichte 15

3.1 Teilausbruch 16
3.1.1 Deutsche Bauweise 16
3.1.2 Belgische Bauweise 17
3.1.3 Englische Bauweise 18
3.1.4 Österreichische Bauweise 19
3.1.5 Italienische Bauweise 20
3.2 Schildvortrieb 20
3.3 Vortriebsmaschinen 23
3.4 Vollausbruch 26
3.5 Entwicklung der Tunnelsicherung und -auskleidung 26

4. Sicherungsmaßnahmen 28

4.1 Funktion von Tunnelsicherungen 28
4.2 Sicherungsarten 29
4.2.1 Holzzimmerungen 29
4.2.2 Stahlbögen 29
4.2.3 Stahlverzug 30
4.2.4 Spritzbeton 31
4.2.5 Gitterträgerelemente 34
4.2.6 Anker 35
4.2.7 Tübbingsicherungsschale 36

5. Tunnelbauverfahren 37

5.1 Die Neue Österreichische Tunnelbauweise 37
5.2 Sprengvortrieb 38
5.3 Tunnelvortriebsmaschinen 39
5.3.1 Tunnelbohrmaschinen 40
5.3.2 Schildvortriebsmaschinen 44
5.3.3 Sonderformen der Vortriebsmaschinen 48
5.3.4 Rohrvortrieb 50

6. Endgültige Tunnelauskleidungen 51

6.1 Funktion von Tunnelauskleidungen 51
6.1.1 Aufnahme und Abtragung von Lasten 51
6.1.2 Abdichtung 52
6.2 Ausführungsformen von Tunnelauskleidungen 55
6.2.1 Mauerwerk 55
6.2.2 Spritzbeton 55
6.2.3 Ortbeton 56
6.2.4 Extrudierbeton 57
6.2.5 Stahlbetonrohre 58
6.2.6 Tübbingauskleidung 59

7. Der Tübbing als Tunnelauskleidung 61

7.1 Materialien 61
7.2 Formen 62
7.3 Herstellung 68
7.4 Einbau 70

8. Berechung der Tunnelauskleidung mit Stahlbetontübbingen 74

8.1 Lastannahmen bei der Dimensionierung 74
8.1.1 Grundlagen 74
8.1.2 Rechenmodelle 75
8.2 Bemessung der Fugen 76

9. Beispiele ausgeführter Tübbingauskleidungen 79

9.1 4. Röhre Elbtunnel 80
9.2 Eurotunnel 81
9.3 Wesertunnel 84
9.4 Fernbahntunnel Berlin 85
9.5 Ruhrtunnel Meiderich 86
9.6 U-Bahn München 1977-1981 87
9.7 2. Heinenoordtunnel 88
9.8 U-Stadtbahn Düsseldorf 89
9.9 Channel Tunnel Rail Link 90

10. Zusammenfassung 92

Literaturverzeichnis 94

Anhang 99

1. Einleitung

Der Tunnelbau stellt eines der faszinierendsten und interessantesten, aber auch schwierigsten und kostenintensivsten Gebiete des Bauingenieurs dar. Es treten immer wieder neue, anspruchsvolle Problemstellungen auf, die es durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Geologen, Maschinenbauern und Bauingenieuren zu lösen gilt. Hierbei sind ständige Innovationen zur Bewältigung der komplexen und vielseitigen Probleme notwendig. Diese Innovationen können unter anderem die Entwicklung neuer Verfahren, den Bau neuer Maschinen, die Frage der Sicherung des Gebirges oder den späteren Ausbau des Tunnels betreffen. In dieser Studienarbeit wird vordergründig die Entwicklung des Fertigteil- bzw. Tübbingausbaus behandelt. Hierzu soll die Entwicklung der Tunnelauskleidung näher beleuchtet werden. Weiterhin wird auf die konstruktiven Probleme beim Einbau eines Tübbings, wie z.B. der Fugenproblematik, eingegangen. In diesem Zusammenhang werden auch die derzeitigen Entwicklungen bezüglich der Formen und Größen der Tübbinge betrachtet. Von Interesse ist zudem die Frage, wie die Fertigteilsegmente eingebaut werden.

Im folgenden werden daher einführend allgemeine Fragestellungen bezüglich der Planung und Ausführung eines Tunnelbauwerkes kurz dargestellt. Dabei soll insbesondere auf die Vorzüge eines Tunnelbauwerkes gegenüber einer Brücke eingegangen werden. Ein geschichtlicher Rückblick dient der näheren Betrachtung von historischen Verfahren des Tunnelbaus. Daran anschließend wird auf mögliche Verfahren zur Tunnelsicherung direkt nach dem Ausbruch eingegangen. Mit Hilfe der Kenntnis der heutigen Sicherungsmethoden werden die derzeit üblichen Tunnelbauverfahren vorgestellt. Diesbezüglich stellt sich die Frage nach der endgültigen Tunnelauskleidung. Die Verfahren hierzu werden im Anschluss betrachtet. Dabei sollen die Aufgaben und die verschiedenen Verfahren zum Ausbau des Tunnels im Vordergrund stehen. Überleitend zum Schwerpunkt dieser Studienarbeit findet im darauffolgenden Kapitel die Vorstellung der wichtigsten Gesichtspunkte bei der Erstellung einer Tunnelauskleidung aus Tübbingen statt. Hierbei wird unter anderem auf die Materialien und die Formen von Tübbingen eingegangen. Im Anschluss werden die bei der Bemessung einer Tunnelauskleidung zu berücksichtigenden Punkte betrachtet. Anhand von Beispielen bereits ausgeführter Tunnelbauwerke sollen schließlich die konstruktiven Besonderheiten von Tübbingen, wie z.B. Größe und Form sowie Abdichtung und Tragverhalten, dargestellt werden. Im Anhang dienen Fotos dazu, die vorhandenen Situationen näher darzustellen.

2. Planung und Ausführung eines Tunnelbauwerkes
2.1 Einsatz von Tunnelbauwerken

Der Bau unterirdischer Bauwerke gewinnt zunehmend an Bedeutung, da weltweit insbesondere in großen Städten eine Reduktion der vorhandenen Flächen für oberirdische Bauprojekte zu verzeichnen ist. Die Zunahme der Bevölkerung sowie das daraus resultierende höhere Verkehrsaufkommen innerhalb der Städte erfordert immer neue Verkehrs- und Versorgungsbauwerke. Diese werden aus dem angesprochenen Platzmangel an der Oberfläche zunehmend in den Untergrund verbannt [vgl. GATTERMANN 1999, S. 10].
Von dieser Entwicklung ist nicht nur Deutschland betroffen, sondern insbesondere ist diese auch in den asiatischen Metropolen, wie beispielsweise Bangkok, zu beobachten. Hier wird versucht, dem sprunghaft steigenden Verkehrsaufkommen durch den Bau neuer Tunnel für den Straßen- und U-Bahnverkehr zu begegnen [vgl. MENGLMAIER 2000].
Neben den innerstädtischen Bauwerken gewinnt zunehmend auch die überregionale Vernetzung wichtiger Städte an Bedeutung. Infolge der zunehmenden Globalisierung ist der Bedarf an neuen Straßentunneln sowie Eisenbahntunneln für Hochgeschwindig-keitszüge sehr hoch.
Das Ziel beim Bau eines Tunnels ist in der Regel die Überwindung eines natürlichen Hindernisses, wie z.B. eines Gebirges, eines Flusses oder einer Meerenge. Dabei soll dem Reisenden möglichst jeglicher Zeitverlust erspart werden. Dies kann in erster Linie durch unterirdische Bauwerke realisiert werden. Beispielsweise ist es durch den Bau eines Basistunnels möglich, eine wetterunabhängige Verbindung ohne großen Höhen-unterschied zu erstellen [vgl. GATTERMANN 1999, S. 10].
Vor der Planung eines Tunnelbauwerkes steht oftmals, insbesondere beim Kreuzen von Gewässern, die Frage, nach einer Brückenkonstruktion oder einem unterirdischen Tunnelbauwerk. Eine Entscheidung hierüber hängt von vielen Faktoren, wie beispielsweise der Geologie, den Wetterverhältnissen oder auch den zu erwartenden Schiffsdurchfahrten ab [vgl. GATTERMANN 1999, S. 10].
Zu den unterirdischen Bauwerken zählen nicht nur Verkehrstunnel. Es lassen sich insbesondere die oben bereits angesprochenen Versorgungstunnel dem Gebiet des Hohlraumbaus zuordnen. Hierzu zählt unter anderem auch der Rohrleitungsbau. Einen Überblick der verschiedenen unterirdischen Hohlraumbauwerke bietet Tabelle 2-1.

[Tabelle nur in Downloadversion enthalten]

Tabelle 2-1: Übersicht über Hohlraumbauten [STRIEGLER 1993, S. 12]

2.2 Definitionen

Im vorhergehenden Abschnitt 2.1 wurden unterschiedliche Einsatzbereiche für Untertagebauwerke vorgestellt. Zur Verdeutlichung, welche unterirdischen Bauwerke zu welchem Zweck eingesetzt werden können, sind zunächst einige Begriffsdefinitionen nötig. Verdeutlicht werden die verschiedenen Untertagebauten in Abbildung 2-1.

[Abbildung nur in Downloadversion enthalten]

Abbildung 2-1: Übersicht Untertagebauten [GIRMSCHEID 2000, S. 53]

Zur näheren Erläuterung der obigen Abbildung eignen sich die Definitionen von Maidl zur Einteilung von Untertagebauwerken:

[...]