Tunnelbaumethoden
Im Tunnelbau unterscheidet man zwei Vortriebsmethoden: den bergmännischen Sprengvortrieb und den maschinellen Vortrieb mittels Tunnelbohrmaschinen (TBMs). Die Wahl der Vortriebsmethode hängt von diversen Faktoren ab – z.B. Streckenlänge, Beschaffenheit des Gebirges, wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und geplanter Bauzeit.
Tunnelbohrmaschinen: Hightech-Giganten im Hartgestein
Vollschnitt-TBMs sind mobile, elektrisch betriebene Fabriken im Berg: Sie durchörtern das Gestein mit einem rotierenden Bohrkopf, transportieren das Ausbruchsmaterial ab und sichern den ausgebrochenen Tunnel je nach Bauart mit Spritzbeton, Felsankern und Baustahlgittern oder vorgefertigten Stahlbeton-Segmenten (Tübbingen). TBMs erzielen einen profilgenauen Ausbruch und bieten den Arbeitern erhöhten Schutz. Die tägliche Vortriebsleistung von TBMs kann bis zu 40 m betragen.
Die BBT SE fährt den Brenner Basistunnel zu rund 50% maschinell auf. Ab 2019 werden daher vier TBMs gleichzeitig im Einsatz sein.
Sprengvortrieb
Der konventionelle Vortrieb mittels Spritzbetonsicherung stellt eine flexible Vortriebsmethode dar. Diese eignet sich bei schwierigen und wechselhaften Gebirgsverhältnissen und bei unterschiedlich großen und komplexen Querschnittsgeometrien sehr gut. Die tägliche Vortriebsleistung beim Sprengvortrieb liegt zwischen sechs und acht Metern.
Die Arbeitsschritte beim Sprengvortrieb sind fix vorgegeben. Als erstes werden Sprenglöcher gebohrt. Diese werden dann mit Sprengstoff geladen. Anschließend erfolgt die Sprengung. Nachdem das Ausbruchsmaterial abtransportiert wurde – diesen Vorgang nennt man Schuttern – erfolgt die Ausbruchssicherung mittels Spritzbeton, Anker, Gitterbögen und Baustahlmatten. Nach Abschluss eines Sprengzyklus beginnt der Vorgang wieder von vorne. Beim Bau des Brenner Basistunnels wird je nach geologischer Beschaffenheit des Gebirges alle drei bis sechs Stunden eine Sprengung durchgeführt.
1. Bohren
Bevor die Sprengung erfolgt, fertigt der Bohrwagen, die vorab in einem Sprengschema festgelegten Bohrlöcher, in der vordersten Stirnwand des Tunnels (Ortsbrust) an. Je fester der Fels, desto mehr Sprengstoff wird benötigt.
2. Laden und Sprengen
Die Bohrlöcher werden nun mit Sprengstoff besetzt, Zünder an den Sprengladungen angebracht und die einzelnen Sprengladungen miteinander verbunden. Die Ladungen sollen dabei nicht gleichzeitig explodieren, sondern zu bestimmten Zeitpunkten hintereinander. Erst wenn der Sprengmeister sichergestellt hat, dass sich niemand mehr in der Gefahrenzone aufhält, wird die Sprengung durch die Zündmaschine ausgelöst.
3. Bewettern
Durch die Sprengung wird sehr viel Gestein durch den Tunnel geschleudert und Staub aufgewirbelt, der mit Verbrennungsgasen der Explosion vermischt ist. Damit die Mineure die Arbeit im Tunnel wieder aufnehmen können, muss die schlechte Luft aus dem Tunnel gedrückt werden. Dies erfolgt über sogenannte Lüftungslutten, lange Stahl- oder Kunststoffrohre, die an der Decke des Tunnels (First) befestigt sind und Frischluft an die Ortsbrust blasen. So entsteht ein Überdruck und die schlechte Luft wird Richtung Tunnelausgang gedrückt.
4. Ablauten
Unter Ablauten versteht man das Ablösen und das Entfernen loser Gesteinsbrocken, die bei der Sprengung nicht vollständig aus dem Fels gelöst wurden. Diesen Arbeitsschritt übernimmt ein schwerer Tunnelbagger.
5. Schuttern
Nachdem die Ortsbrust von den losen Gesteinsbrocken befreit ist, wird das heraus gesprengte Material, der Schutt, aus dem Tunnel transportiert. Das Material wird entweder mit Radladern auf Muldenkipper aufgeladen und über den Tunnel ins Freie auf die Deponie gebracht oder es wird auf Förderbändern vom Vortrieb zur Deponie transportiert. Beim Bau des Brenner Basistunnels erfolgt der Abtransport des Ausbruchsmaterials großteils automatisch mittels Förderbändern.
6. Geologische Aufnahme
Jetzt ist die Ortsbrust frei zugänglich und der Geologe hat wenige Minuten Zeit, um sie zu kartieren. Dabei stellt er fest, welche Gesteinsart vorhanden ist und wie die Gesteine gelagert sind, das heißt ob sie flach oder steil einfallen, ob sie verfaltet oder gar zerbrochen sind. Als Hilfsmittel dient ihm dabei ein spezieller Kompass, mit dem Einfallswinkel und Einfallsrichtung der Gesteinsstrukturen gemessen werden können. Zugleich werden auch die Festigkeit des Gesteins, das Ausbruchsverhalten und eventuelle Bergwasserzutritte dokumentiert. Der daraus erstellte Kartierbericht mit Skizze und Fotos dient als Grundlage für die Wahl der richtigen Stützmittel.
7. Sichern
Vor allem der zum Einsatz kommende, schnell trocknende Spritzbeton ermöglicht einen hohlraumlosen Anschluss der Sicherung an das Gebirge. Je nach Gesteinsart kommen dabei verschiedene Sicherungsmaßnahmen zum Einsatz: Baustahlgitter, Tunnelbögen, Spieße oder sogenannte Anker, die in den Fels getrieben werden.
8. Innenschale
Da die Sicherung mit Spritzbeton, Anker, usw. nur eine temporäre Sicherung darstellt, wird im Nachgang, in der Regel nach Abschluss des Vortriebes, eine dauerhafte Innenschale eingebaut. Zuvor wird dort, wo Wasser vermutet wird, eine Abdichtungsfolie am Spritzbeton angebracht. Die endgültige Betonauskleidung (Innenschale) wird erst nach vollständigem Abklingen der Verformungen eingebaut.