Einleitung
In den letzten Jahren hat sich der Einsatzbereich maschineller Vortriebe im Tunnelbau stark vergrößert.
In der Vergangenheit kommen Schildvortriebe hauptsächlich im Lockergestein zum Einsatz, während sich der Einsatz maschineller Vortriebe im Fels hauptsächlich auf Hartgesteinsmaschinen bzw. Gripper-TBM beschränkt. Voraussetzung für maschinelle Vortriebe im Fels war, daß die Tunnel weitgehend standfest waren und keine oder zumindest nur ein geringer Sicherungsaufwand erforderlich war.
Zwischenzeitlich werden geschildete Vortriebsmaschinen zunehmend im Fels eingesetzt, auch wenn dieser zumindest über größere Strecken eine Sicherung im Maschinenbereich erfordert.
Diese Erweiterung des Einsatzbereichs hat zu einer Weiterentwicklung der Vortriebsmaschinen geführt. Es sind aber auch eine Reihe neuer, bis zu diesem Zeitpunkt nicht bekannter Probleme aufgetreten, die in einigen Fällen zu erheblicher Überschreitung der veranschlagten Kosten und der Bauzeit geführt haben. Die Mitarbeiter des Büros WBI, die über fundierte Kenntnisse insbesondere in der Felsmechanik, der Tunnelstatik und in der Praxis des konventionellen Tunnelbaus verfügen, haben sich verstärkt mit diesen Fragen auseinandergesetzt und dabei viele Fachkenntnisse gesammelt. Dabei hat sich das „WBI-TVM-Team“ herausgebildet, dessen Mitglieder die Autoren dieses Buches sind.
Im Kapitel 2 des Buches werden die derzeit verfügbaren maschinellen Vortriebssysteme erläutert und damit eine Grundlage für das Verständnis des Buches gelegt. Standsicherheitsnachweise sind eine wesentliche Grundlage zur Beurteilung der Stabilität des Tunnels im Maschinenbereich und damit für die Planung eventueller Stützmaßnahmen. Des weiteren dienen sie der Entwurfsbearbeitung und insbesondere der Bemessung des Tübbingrings. Das Kapitel 3 enthält deshalb eine Beschreibung der felsmechanischen und felshydraulischen Modelle sowie der hier zu berücksichtigenden Besonderheiten der FE-Methode, die beide zur Grundlage der Standsicherheitsnachweise gemacht werden sollten.
Das Kapitel 4 behandelt die Standsicherheit und Wasserzutritte im Maschinenbereich. Einleitend werden dabei die Möglichkeiten beschrieben, die die Spritzbetonbauweise für die Stützung des Hohlraumes in Form von Ankern, Bögen und Spritzbeton sowie für die vorauseilende Sicherung und die Querschnittsunterteilung bietet.
Abweichend hiervon sind diese Möglichkeiten beim Einsatz einer Gripper-TBM nicht oder nur sehr bedingt verfügbar und führen auf jeden Fall zu längeren Bauzeiten und höheren Kosten. Hinzu können noch Probleme bei der Verspannung der Gripper kommen.
Auch bei Schildvortrieben ohne oder mit Ortsbruststützung können Mehrausbrüche aus der Ortsbrust und außerhalb des Schildes nicht immer ausgeschlossen werden, die dann zu Problemen bei der Ringspaltverpressung und der für die Standsicherheit dringend notwendigen Bettung des Tübbingringes führen können. Auch die Verbreiung von Festgesteinen, die bei einer Erddruckstützung notwendig ist, erfordert noch weitere Entwicklungsarbeit. Besondere Probleme treten im Falle von druckhaftem oder auch verkarstetem Gebirge auf.
Alles in allem erfordert ein Einsatz von Tunnelvortriebsmaschinen in klüftigem Fels sehr sorgfältige Baugrunduntersuchungen und Standsicherheitsnachweise in der Planungsphase, um Risiken gering zu halten und den Erfolg sicherzustellen.
An drei Beispielen (Kapitel 4.2 bis 4.4) wird deutlich gemacht, wie hier vorgegangen werden sollte.
Ausführungen zum Lösen, zum Verschleiß und zur Verklebung der Lösewerkzeuge finden sich im Kapitel 5.1. Die Ermittlung der erforderlichen Kräfte und Drehmomente ist bei erddruckgestützten, geschildeten Maschinen wichtig, wenn sich der Fels nicht an den Vortriebsschild anlegt und es zu einer Verrollung der Maschine kommen kann (Kapitel 5.3 und 5.4). Die bei der Ringspaltverfüllung zu beachtenden Gesichtspunkte werden in Kapitel 5.7 erläutert.
Die Bemessung und die Konstruktion des Tübbingausbaus werden im Kapitel 6 abgehandelt. Grundlage für die vorgeschlagenen statischen Nachweise sind das im Kapitel 3 erläuterte felsmechanische Modell und die FE-Methode. Selbstverständlich erfolgt die Bemessung nach den neuen Europäischen Normen.
Immer wichtiger werden insbesondere im innerstädtischen Bereich die von maschinellen Vortrieben ausgehenden Erschütterungen und der sekundäre Luftschall. Diesem Thema, mit dem sich WBI bereits seit Jahren befaßt, wurde ein eigenes Kapitel gewidmet (Kapitel 7).
Die gleiche Aktualität besitzen Risikoanalysen im Tunnelbau, mit denen sich die Autoren ebenfalls schon seit Jahren befassen (Kapitel 8).
Mit einer Reihe von Fallstudien schließt das Buch ab (Kapitel 9).
