25.03.2017
Technik

Tunnelbauverfahren

Wie werden Tunnel gebaut?

Unter der Erde bauen – aber wie?

In Deutschland gibt es über 1.300 Kilometer Tunnel für den Schienenverkehr, davon allein 650 Kilometer Tunnel für S- und U-Bahnen. Dort, wo Tunnel unter Tage verlaufen sollen, kommen unterschiedliche Bauweisen und Technologien zum Einsatz.

Bei der Entscheidung für ein Bauverfahren spielen die Gegebenheiten vor Ort eine entscheidende Rolle: Wie ist der Boden aufgebaut? Gibt es Versorgungsleitungen im Boden? Müssen andere Schienenwege unterquert werden? Ziel ist es immer, die sicherste und kostengünstigste Variante für den Tunnelbau auszuwählen.

Welche Tunnelbauverfahren gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen der offenen und geschlossenen Bauweise:

Bei der offenen Bauweise baut man den Tunnel von der Oberfläche her. Bei der geschlossenen bzw. bergmännischen Bauweise wird der Tunnel von einem oder mehreren Startpunkten aus durch den Boden vorangetrieben. Dabei können z. B. die Spritzbeton-Bauweise oder der maschinelle Schildvortrieb zum Einsatz kommen.

Grafik: Beim Tunnelbau unterscheidet man grundsätzlich zwischen offener und geschlossener Bauweise.

Wie werden Tunnel mit der Spritz­beton-­Bau­weise gebaut?

Wie funktioniert der maschinelle Schildvortrieb?

Wie werden Tunnel in offener Bauweise gebaut?

So wie hier im Bibratunnel in Sachsen-Anhalt wird auch beim Bau der 2. Stammstrecke die Spritzbetonbauweise angewandt.

Bergmännische Bauweise: Spritzbeton-Bauweise

Viele Tunnel werden in bergmännischer Bauweise gebaut. Dabei wird das Gestein zunächst gelöst (z. B. durch Sprengungen oder Maschinen) und anschließend abtransportiert. Die Tunnelwand wird mit Stahlmatten und einer Spritzbetonschale sofort stabilisiert. Dies ist die Außenschale des Tunnels.

Wenn die Röhre insgesamt „aufgefahren“ ist, wird die Stahlbeton-Innenschale mit Hilfe eines Schalwagens einbetoniert. Sie ist der später sichtbare Tunnel. Der Bau der Innenschale erfolgt in Blöcken, die mit Fugenbändern abgedichtet werden.

Wasser im Gestein muss während der Bauphase entweder abgeleitet oder mit einer Grundwasserabsenkung ferngehalten werden. In speziellen Fällen wird in den unterirdischen Bauwerken mit Überdruck gearbeitet. Die Druckluft sorgt dafür, dass das Grundwasser ferngehalten wird.

 

Wo wird die Spritzbeton-Bauweise beim Bau der 2. Stammstrecke angewandt?

Die Bahnsteigröhren der unterirdischen Stationen, die Abzweigstelle Praterinsel sowie die Rettungs- und Verbindungsstollen werden von einem offenen Startschacht aus in Spritzbeton-Bauweise hergestellt. Je nach Baugrundverhältnissen und Tunnelquerschnitt – die Rettungsstollen haben z. B. sehr kleine, die Bahnsteigröhren große, miteinander verbundene Querschnitte – werden unterschiedliche Vortriebsverfahren eingesetzt.

Der maschinelle Schildvortrieb

In Innenstädten herrschen oftmals besondere Bedingungen: Ein hoher Grundwasserstand und sandige Böden erfordern ein anderes unterirdisches und besonders setzungsarmes Bauverfahren. Hier kommt der maschinelle Schildvortrieb zum Einsatz. Dabei gräbt sich eine Tunnelbohrmaschine durch den Untergrund. Eine Tunnelbohrmaschine besteht u. a. aus dem Bohrkopf und einer Stahlröhre, dem Schildmantel. An der Spitze befindet sich ein Schneidrad, das mit speziellen Werkzeugen bestückt ist. Es dreht sich langsam unter Druck durch das Gestein. Mittels umlaufend angeordneter Hydraulikpressen drückt sich die Tunnelbohrmaschine gegen den rückwärtig fertiggestellten Tübbingtunnel in die Vortriebsrichtung.

Das gelöste Gesteins- und Erdmaterial dringt durch Öffnungen im Schneidrad in die Abbaukammer ein und wird von dort über Pumpen bzw. Förderbänder aus dem Tunnel heraus transportiert. Bei wasserführenden Gesteinsschichten kann der Arbeitsraum durch eine Rückwand abgeschlossen und so unter Überdruck gesetzt werden, dass kein Wasser eindringt.

In der Tunnelröhre werden nach jeweils 1,8 Metern sogenannte Tübbinge eingesetzt. Dies sind Ringe aus je sieben speziellen Betonelementen, die die Tunnelröhre von innen auskleiden und wasserdicht abschließen.

 

Wo wird der maschinelle Schildvortrieb beim Bau der 2. Stammstrecke angewandt?

Der Tunnelvortrieb für die 2. Stammstrecke erfolgt gleichzeitig von den beiden Tunnelportalen an der Donnersbergerbrücke und dem Leuchtenbergring in Richtung Marienplatz. Der Außendurchmesser der Schilde der Tunnelbohrmaschinen beträgt jeweils 8,40 Meter. Die geschlossenen Tübbingringe haben einen Innendurchmesser von 7,50 Metern und bilden die endgültige einschalige Tunnelröhre. Sie hält dem Druck des Erdreichs stand und dichtet den Tunnel gegen Grundwasser ab.

Animation: Der Tunnelvortrieb für die 2. Stammstrecke erfolgt gleichzeitig von den beiden Tunnelportalen an der Donnersbergerbrücke und dem Leuchtenbergring in Richtung Marienplatz.
Video: Tunnelbau für die 2. Stammstrecke
Für den Bau der 2. Stammstrecke werden Tunnelbohrmaschinen benötigt.
Aufbau einer Tunnelbohrmaschine
So wie hier beim Ausbau der Strecke Hanau-Nantenbach wird auch beim Bau der 2. Stammstrecke die offene Bauweise angewandt. Im Bild: Bagger übernehmen den Aushub der Baugrube, in die später das rechteckige Rahmenbauwerk für den Tunnel eingesetzt wird.

Offene Bauweise / offene Baugrube

Bei der herkömmlichen offenen Bauweise bleibt die Baugrube während der gesamten Bauzeit offen. Sie wird anschließend wieder verfüllt.

Bei der sogenannten Deckelbauweise werden Bohrpfähle oder Schlitzwände aus Stahlbeton errichtet. Zwischen ihnen wird die Baugrube ausgehoben. In einer bestimmten Tiefe wird die Grube mit einer Betondecke „abgedeckelt“. Die weiteren Aushub- und Vortriebsarbeiten werden unter dieser Betondecke ausgeführt. Zur Ver- und Entsorgung der Baustelle bleibt eine kleinere Öffnung in diesem „Deckel“. Durch Maßnahmen der Grundwasserhaltung bzw. Grundwasserabsenkung wird das Eindringen von Grundwasser während der Bauphase verhindert.

 

Wo wird die offene Bauweise beim Bau der 2. Stammstrecke angewandt?

Die oberflächennahen Tunnelabschnitte nach den Portalen werden in offener Bauweise von der Oberfläche aus gebaut. Von einer gesicherten Baugrube aus werden die Tunnel mit Rechteckquerschnitt aus Sohle, Wänden und Decke erstellt.

Darüber hinaus werden sogenannte Startschächte für den Bau der Bahnsteigröhren der neuen unterirdischen Stationen benötigt. Sie werden ebenfalls von der Oberfläche aus gebaut. An den Stationen wird es zudem offene Baugruben geben, z. B. für den Bau der zentralen Zugangsbauwerke. Zusätzlich wird hierfür die Deckelbauweise angewandt.

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