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Nord-Süd StadtbahN KölNTunnelbau mit Druckluft
technik Sicherheit Geschichte
bauherrinKölner Verkehrs-betriebe aGScheidtweilerstraße 3850933 Kölntelefon: 0221 / 547 - oFax: 0221 / 547 - 3950E-mail: [email protected]
InfoCenter der Nord-Süd Stadtbahn Kölnbechergasse 250667 Kölntelefon: 0221 / 547 - 47 80Fax: 0221 / 547 - 47 81E-mail: [email protected]
Impressumherausgeber:Kölner Verkehrs-betriebe aGScheidtweilerstraße 3850933 Kölntelefon: 0221 / 547 - 33 04Fax: 0221 / 547 - 31 15E-mail: [email protected]
Verantwortlich i.S.d.P.:Franz Wolf ramien
redaktion und Konzept: Gudrun MeyerKölner Verkehrs-betriebe aGUnternehmenskommunikation
Gestaltung:algermissen Kommunikations-design
text: dr. Wolfgang KrischkeFotos: KVb, arGE, Christoph Seelbach
www.nord-sued-stadtbahn.de
Unter dem Chlodwigplatz.
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4 DerDruckluftvortrieb UnterdemKurt-Hackenberg-Platz
6 MuseumüberDruck VorbereitungderluftdichtenArbeitskammer
8 DieSchleusen ZwischenNormal-undÜberdruck
10 Druckmachen DruckstärkeundVersorgungmitDruckluft
1� DerAushub Allesmussraus
NorD-SÜDStADtbAHNKölNTunnelbaumitDruckluft
So nah am Rhein istderGrundwasserpegelhoch.Damitwährendder Bauarbeiten keinWasserindieArbeits-bereicheeindringt,wirdDrucklufteingesetzt.
Inhalt
14 DasBetonieren ImPilgerschritt
16 DieVerbindung UnterdemMuseumskomplex
18 DieQuerschläge UnterdemChlodwigplatz
�0 DasArbeiten DerDruckausgleich
�� GeschichtemitÜberdruck Versuch,Irrtumundlösung
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DergrößteteilderNord-SüdStadtbahnwirdunterirdischimSchildvortriebge-baut. InKölnkommen insgesamtdreitunnelbohrmaschinenzumEinsatz,umdieweitgehendparallelzueinanderlie-gendentunnelröhrenvombreslauerPlatzbiszurNordseitedesMuseumskomplexesundvonSüdenhervombonnerWallbiszumKurt-Hackenberg-Platzzubauen.
Dasetwa100MeterlangeVerbindungs-stückzwischendiesentunnelnliegtun-terhalbdesMuseumskomplexesnördlichdesKurt-Hackenberg-PlatzesundkannnichtvonSchildmaschinenaufgefahrenwerden.DerGrund:DasGebäudeistaufviersogenannteSchlitzwändegegründet,diemiteinemDeckelversehensind.Darü-berbefindetsicheineKiesauffüllung,aufderdiebodenplattedesMuseumsbausruht.DerAbstandzwischendiesenWän-denistzueng,ummiteinertunnelbohr-maschinehindurchzufahren.
DieSchlitzwandelementewurdenbereits1980indieErdegebracht,alsderGebäu-dekomplexerrichtetwurde.Schondamals
DerDruckluftvortriebUnterdemKurt-Hackenberg-Platz
wareinkünftigerU-bahn-bauinsAugegefasstworden,fürdendieseVorleistungerbrachtwurde.DerAbstandzwischendenSchlitzwändenbeträgtjeweilsnursiebenMeter.Derkleinereder inKölneingesetztenSchildbohrerhatjedochbe-reitseinenAußendurchmesservon6,80Meter.JeSeitewärenalsolediglichzehnZentimeterSpielraumgeblieben.Einetunnelbohrmaschinelässtsichnahe-zuohneAbweichungenaufdemvorgege-benenKurssteuern.trotzdemwurdedasrisiko,dasssichdieMaschinezwischendenwahrscheinlichnichtexaktsenkrechtgebautenWändenverkantenoderfest-fahrenkönnte,alszuhocheingestuft.
Eswurdeentschieden,dasbauwerkzwi-schendenpaarweiseparallelzueinanderverlaufendenSchlitzwändenineinembergmännischenVerfahrenherzustellen.DieeinzelnentunnelabschnittewerdenhierbeinichtwiebeimSchildvortriebausvorgefertigtenElementen(tübbingen)zusammengesetzt,sondernanortundStellebetoniert.
DreiTunnelbohrmaschinengrabenunterirdischdieRöhrenderNord-SüdStadtbahn.UnterdemMuseumskomplexamKurt-Hackenberg-PlatzistderEinsatzvonSchildmaschinenjedochzuriskant.WelcheHerausforderungenbeimUntertunnelndichtbesiedelterInnenstadtbereichezubewältigensind,wirdindieserBroschüreerklärt.
Soeinfach,wieessichanhört,istdieseAufgabejedochnicht:DurchdieNähedesrheinsbedingtliegtderGrundwas-serpegel indembetreffendenbaube-reichsehrhoch.EsmussDruckluftein-gesetztwerden,umzuverhindern,dassdasWasservonuntenherindietunneleindringt.
DasselbeVerfahren,Druckluftvortriebgenannt,wirdebenfallsbeimbauderkünftigenHaltestelleChlodwigplatzan-gewandt.DieseentstehtineinerSchlitz-wandbaugrubemittig zwischen dentunneln.UnterDruckluftwirddortdasErdreichzwischenbaugrubeundtun-nelröhrenausgehobenundeineSpritz-betonsicherungvorgenommen.IstdieVerbindungmitbetonverschalt,werdenSchlitzwandundröhrenaufgebrochen.
WiedasDruckluftverfahrengenaufunk-tioniert,welcheHerausforderungenmitdiesertechnikzubewältigensindundwasdasArbeitenunterDruckluftfürdie-jenigenbedeutet,diedieseArbeitenaus-führen,wirdimFolgendenbeschrieben.
DieimSchildvortriebgebautenTunnelwerdenunterdemMuseummiteinanderverbunden.
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DiePersonenschleuseschwebtein.
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MuseumüberDruckVorbereitungderluftdichtenArbeitskammer
Hierwirdeseng.UnterMuseumundPhilharmoniewirdderDruckluftbereichvorbereitet.
DietunnelunterhalbdesMuseumskom-plexeswerdenvonSüdennachNordengegraben.AusgangspunktfürdieArbei-tenistder„tunnelblock303“unterdemKurt-Hackenberg-Platz.Erwurdealseinervonfünftunnelblöckenineineroffenen,vonSchlitzwändenumgrenztenbaugru-begefertigt,dienachobenhinwiedermitErdeverfülltwurde.AufdieseWeiseentstandeincirca15mal20MetergroßerArbeitsbereich,vondemausspäterunterDruckluftdiebeidentunnelvortriebege-bautwerden.
NachAbschlussderbauarbeitenwerdendieunterirdischeHalleunddieande-rentunnelblöckealsteildes„Verknüp-fungsbauwerksbechergasse“dienen.DarinsindWeichenanlagenundGleis-verbindungenderNord-SüdStadtbahnuntergebracht,dieesermöglichen,ausrichtungSüdendieHaltestellenDom/HauptbahnhofundbreslauerPlatzan-zusteuernsowieausdemNordenkom-menddieHaltestellerathaus.ZunächsteinmaldientdiebaugrubeaufdersüdlichenSeitealsZielschachtfürdiebeidentunnelbohrmaschinen,dieambonnerWallgestartetsind.Zeitgleich
wirdaufdergegenüberliegendenSeiteimNordenderbaugrubedie„Arbeits-kammer“fürdenDruckluftvortriebein-gerichtet.Siemussluftdichtabgeschlos-sensein,damitstabileDruckverhältnissedarinaufgebautwerdenkönnen.
Hierfürwird imerstenSchrittdieAr-beitskammerdurcheineDruckwandausStahlbetonabgeschottet,dieanSohle,Decke und Seitenwände des tunnel-blocksanschließt.IndieWandwerdenmehrere„Schleusen“ integriert,durchdiePersonen,MaterialundArbeitsge-rätesowiedasausgehobeneErdreichausdematmosphärischenindenDruckluft-bereichhinein-undhinausgelangen.DiehinterebegrenzungderArbeitskammerbildetdieohnehinvorhandenenördlicheSchlitzwandderbaugrube,dierund80Zentimeterstarkist.Dort,wodieSchlitzwändederU-bahn-undderMuseums-baugrubeaufeinan-derstoßen,bestehenFugen,durchdieluftentweichenkann.Umdieseabzu-dichten,wirddasumgebendeErdreichdurchZementsäulenverfestigt,diemit-hilfeeinesHochdruckinjektionsverfah-rensindenbodeneingebrachtwerden.
DerKonzertsaalderPhilharmonie.
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DieSchleusenZwischenNormal-undÜberdruck
PersonenschleuseDiePersonenschleuseist7,70mal1,80Metergroßunddientdazu,demmensch-lichenKörperdieallmählicheAnpassungandiejeweiligenDruckverhältnissezuermöglichen.Siebestehtausdreihinter-einanderliegendenKammern,indenenunterschiedlich hoheDrücke erzeugtwerden können, und bietet Platz fürmaximal20Menschen.bedientwirddieSchleusevoneinemFahrerstandaus,dersichnebendemSchleuseneingangaufderatmosphärischenSeitebefindet.
Geräte-undMaterialschleuseDirektnebenderPersonenschleuseliegtdieGeräte-undMaterialschleuse.Durchsiewerdenalle imStollenbenötigtenMaschinen,WerkzeugeundMaterialienhinein- bzw. heraustransportiert. Die10,35mal 5,30Meter große SchleusewirddurchWändeausStahlbetongebil-det,dievonderSohlebiszurDeckedertunnelblöckereichen.Dadurchistdie-seSchleusezugleichteildergesamtenDruckwandkonstruktion.Sie istvorneundhintenmit3,45mal4Metergroßen,
hydraulischbetriebenenunddruckdich-tenStahltorenausgestattet,diecirca5Zentimeterdicksindundvondenenjedesumdie16tonnenwiegt.
SchutterschleuseDurchdiewestlicheDruckwandführteinmitzweiSchiebernbestücktesrohr,dasalsSchutterschleusedient(schuttern=Schuttwegräumen).DurchsiewirddasabgebauteErdreichausdemÜberdruck-bereich indieAtmosphäregeschleust,woes ineinemContainergesammelt,miteinemPortalkranausderbaugrubeherausgehoben,auflKWverladenundabgefahrenwird.
MaschinenimDruckluftbereichInderArbeitskammerdürfenkeineVer-brennungsmotoren, sondern lediglichelektrischbetriebeneMaschineneinge-setztwerden.DieseVorsichtsmaßnahmeisterforderlich,dainderDruckluftderAn-teilanSauerstoffbedeutendhöheristalsindernormalenluft.Funkenbildungensindäußerstgefährlichundwürdendiebrand-undExplosionsgefahrsteigern.
DreiSchleusenverbindendieArbeitskammermitderAußenwelt.DurchsiewerdenPersonen,MaterialundBaumaschinensowiedasausgehobeneErdreichohneDruckverlusthinein-undherausgebracht.
FolgendeelektrischbetriebeneMaschi-nenundFahrzeugekommenunterdemMuseumskomplexzumEinsatz:–Hydraulikbagger(20tonnen)fürdieAbbrucharbeiten
–Hydraulikbagger(5tonnen)fürdenAushub–Seitenkipplader(1,2Kubikmeter)fürdenAbtransportdesErdreichs–batteriebetriebeneGabelstapler–Einschienen-Hängebahn
InderPersonenschleuseatmetdasDruckluftpersonalbeimAusschleusenmedizinischenSauerstoffein.
AmKabel:DerelektrischbetriebeneSeitenkipplader.
DieMaterialschleuse.
DieSchutterschleuse. DiePersonenschleuse.
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DruckmachenDruckstärkeundVersorgungmitDruckluft
DermittlereGrundwasserstandunterdem Museumskomplex liegt bei 38MeternüberNormalnull(müNN).0,00müNNentsprichtderHöhedesMeeres-spiegelsinAmsterdamundistdieGrund-lagesämtlicherHöhenmessungenundAngabeninWesteuropa.Dietunnelbau-arbeitenfindenabhängigvomjeweiligenrheinwasserstandinetwazwölfMeternWassertiefestatt.
UmunterhalbdesGrundwasserspiegelsineiner trockenenbaugrubearbeitenzukönnen,musseinluftdruckerzeugtwerden,derdemDruckdesvonaußenanstehendenWassers entspricht. ImostvortriebwirdbeidergrößtenAus-hubtiefe mit einemmittleren Über-druckvonbiszu1,17bargearbeitet.ImAnschlußdaranwirddietieferliegendeWeströhregebaut.DamiterhöhtsichdermittlereÜberdruckimgesamtenDruck-luftarbeitsbereichauf1,32bar.
SteigtderGrundwasserstand,mussauchderluftdruckgesteigertwerden.DerfürdenbauderNord-SüdStadtbahnfest-gelegteGrenzwertfürdenWasserpegelliegtbei41,50müNN.IndieserSituati-onwäreinderoströhreeinÜberdruckvon1,52barundindertieferliegendenWeströhrevon1,67barnötig.Eingerich-tetwurdedieAnlagesicherheitshalberjedochfürDrückebismaximal1,85bar.
DerberechnetemaximalzuerwartendeDruckluftverbrauch indemArbeitsbe-reichunterhalbdesMuseumskomplexesliegtbeicirca42KubikmeternproMinute(m3/Min.).Hinzukommenetwa20Ku-bikmeterproMinutefürSchleusungenundzusätzlicheFrischluftzufuhren.
ZurVersorgungdesArbeitsbereichesmitDruckluftdienteineKompressorenstati-on,dieaufeinerFlächezwischenHaupt-bahnhofundtrankgasseeingerichtetist.SiebestehtausachtElektro-undsechsDieselkompressorenfürdieGewährleis-tungderluftversorgungbeiStromaus-fall,ausluft-Aufbereitungsanlagen,dreiluftkesseln zur ZwischenspeicherungderDruckluftundzweiNotstrom-Aggre-gatenzurSteuerungderKompressoren-anlagebeieinemStromausfall. Insge-samtstehteineleistungvon2mal150m3/Min.lufterzeugungzurVerfügung.DieDruckluftgelangtübereinrohrlei-tungsnetzzudenSchleusenundindieArbeitskammer.
ImNormalbetriebreichendieachtElek-trokompressorenfürdieErzeugungderDruckluftaus.Siewerdenautomatischgesteuert und produzieren abhängigvombedarf.WirddarüberhinausDruck-luftgebraucht,schaltensichdieDiesel-kompressorenzu.beieinemStromausfallspringensieautomatischanundüber-
UmdasGrundwasserausdemBaubereichherauszuhalten,wirdinderArbeitskammereinLuftdruckerzeugt,derebensohochistwiederWasserdruck.
nehmendieDruckluftversorgungallein.DieluftaufbereitungsanlagenunddieSteuerungdergesamtenAnlagewer-dendanndurchdasNotstrom-Aggregatgespeist.
DerluftdruckinderArbeitskammerwirddurchSensorengemessenundperma-nentmitdenSoll-Wertenabgeglichen.beiAbweichungenöffnensichautoma-tischregelventile,dieinderNähederDruckwandaufderatmosphärischenSei-teangebrachtsind.SielassendieindenleitungenanstehendeluftindieArbeits-kammerströmen.SobaldderSoll-Druckerreicht ist,schließendieregelventilesichwieder.
DiePersonenschleuse.
VonderatmosphärischenSeiteauswerdendieDruckverhältnissegesteuert.
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DieNotfallstation.
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einemÜbergabetrichter.Vonhieraustransportiert ein Förderbanddenbo-denzurSchutterschleuse,durchdieerindieAtmosphäreausgeschleustwird.DortbelädteinradladereinenSchutter-kübel,dermiteinemKranandieober-fläche gehobenwird. Dannwird dasErdreichauflKWverladenundabtrans-portiert.
Nachdemderobereteildertunnelröhrenfreigeräumtist,müssendiefreigelegtenseitlichenSchlitzwändeersteinmalge-sichertwerden.DazuwerdenSteifen-lagenausStahlträgernangebracht.DiehorizontalenVerstrebungenstützendieWändegegeneinanderab.Siewerdenmiteiner„Einschienen-Hängebahn“,dieanderUnterseitedesSchlitzwanddeckelszumtransportvonlastenmontiertwur-de,odereinemSeitenkippladerzudenEinbauortengebracht.
InähnlicherWeisewerdendieunterenSchlitzwandabschnittebisaufdasend-gültigeAushubniveauderbeidentunnelgesichert.
DerAushubAllesmussraus
VorarbeitenZunächst werden öffnungen in denoberenteildernördlichenbaugruben-schlitzwanddesKurt-Hackenberg-Platzesgebrochen.DerMeißeleinesHydraulik-baggers stemmt die entsprechendenProfileausdembetonheraus.
ImbereichderöstlichentunnelröhrewirddieSchlitzwandindiesererstenPhasebisaufeinNiveauzwischen32,10und33,90MeternüberNormalnullabgebrochen.InderwestlichentunnelröhrewirdeineEbenezwischen31,90und32,30MeternüberNormalnullerreicht.DanachwerdendieindiesembereichnochvorhandenenSchlitzwand-teilederaltenMuseums-baugrubeabgebrochen.DannkönnendieAusschachtungsarbeitenbeginnen.
DerAushubFürdenAushubdertunnelröhrenwirdderbodenmithilfeeinesHydraulikbag-gersabgegrabenundmiteinemSeiten-kippladerabtransportiert.beideGerätefunktionierenelektrisch.DerSeitenkipp-laderbringtdasabgebauteErdreichzu
DerRaumzwischendenSchlitzwändenunddemDeckelunterhalbdesMuseumskomplexeswirdvonobennachunteninmehrerenAushubphasenbisaufdieendgültigeTiefeausgeschachtet.
DertiefstePunkt,dendieSohleinderWeströhreerreicht,liegtbei25,67Meternundinderoströhrebei27,70MeternüberNormalnull.
DieAusschachtungsarbeitengehenbisandennördlichenrandderMuseums-bebauung.NachihremAbschlusswer-dendieSohlenbeiderröhrenmiteinerSauberkeitsschichtausbetonversehen.
DieAushub-undAussteifungsarbeiteninderost-undderWeströhreerfolgennichtzurgleichenZeit,dadie letztenGrabungeninderWeströhreingrößerertiefestattfindenundeineErhöhungdesluftdruckserfordern.
UmeinAbströmenderDruckluftunterdenSchlitzwändendesostvortriebshin-durch(siesindflachergegründetalsdiedesWestvortriebsundmitdiesemüberdieDruckluftarbeitskammerimblock303verbunden)zuverhindern,werdenSohle,DeckeundWändedesostvortriebserstkomplett fertiggestellt.AnschließendwirddieWeströhreausgeschachtet.
DerArbeitsbereichunterDruckluft:1 Personenschleuse� Materialschleuse� Schutterschleuse4 Einschienen-Hängebahn
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HydraulikbaggermitMeißel. AbbaudesErdreichs.
DerAbraumwirdindenÜbergabetrichtergekippt.DasFörderbandtransportiertdasabgebauteErdreichhochzurSchutterschleuse.
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DasBetonierenImPilgerschritt
DieBetonagederTunnelröhrenunterhalbderMuseumsbebauungfindetvonNordnachSüd,alsoentgegengesetztzurGrabungsrichtung,statt.
Dietunnelröhrenwerdenausrechtecki-genblöckenzusammengesetzt,dieje-weilsumdiezehnMeterlangsind.DerÜbergangsbereichzwischendenWändenunddenDeckenderblöckeistinnenalssogenannteVouteabgeschrägt.
Die einzelnen blöckewerden an ortundStelleinmehrerenArbeitsschrittenbetoniert:zunächstdieSohlemitdenunterenWandabschnitten,danachdieoberenWandabschnitteeinschließlichderDecke.NachFertigstellungderun-terenbetonierarbeitenkönnendiedarü-berliegendenAussteifungenausgebaut
undanschließenddieoberenbetonagenausgeführtwerden.
Dieeinzelnentunnelblöckewerdennichtdirekthintereinander,sondernimsoge-nanntenPilgerschrittverfahrengegos-sen:
ZunächstbautmannurjedenzweitenAbschnitt,zeitlichversetztwerdendanndielückengeschlossen.
Das für die betonierarbeiten nötigeSchal-,bewehrungs-undGerüstmateri-algelangtüberdieMaterialschleusein
dieArbeitskammerundwirddortmiteinembatteriebetriebenenGabelstaplerodermitderEinschienen-HängebahnandenEinbauorttransportiert.DerbetonwirdübereinerohrleitungdirektandenEinsatzortgepumpt.
DieWändedertunnelschließenohneZwischenraumandieSchlitzwändean.lediglicheinkleinerSpaltbleibtzwischendentunneldeckenunddenSchlitzwand-deckelnerhalten.Siewerdenanschlie-ßendmitFeinzementverpresst,sodasssichhierwederWassernochGasesam-melnkönnen.
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DieVerbindungUnterderPhilharmonie
DasSchneidradstecktnochimBoden.WennderDruckluftvortriebbeendetist,wirdesdemontiert.
DiebeidenDruckluftvortriebeendenamnördlichenrandderMuseumsbebauung.Hiergehtdieviereckigetunnelformdi-rektwiederineinenkreisrundenQuer-schnittüber,derdemQuerschnittderSchildvortriebsröhrenentspricht.UmdentunnelbauandieserStellefortsetzenzukönnen,sindumfangreicheVorarbeitennotwendig,dennindiesembereichstehteinemit lückenversehenereihevonbohrpfählen,diezurStützungdesdortverlaufendenbahndammsdient.DaranschließtsichlockererKiesbodenan.
UmdiesenStreckenabschnitt fürdentunnelvortriebausreichendzustabilisie-ren,werdenzwischendiePfählesowieindenKiesdahinterZementsäuleninjiziert,sodassimErdreichzweidichteblöckevonzehnbiselfMeternlängeentstehen.AusdiesemfestenKörperwerdennundieVerbindungsstückeausdenbeidenDruckluftvortriebenherauskreisförmigaufgebrochen.DieAusbruchsquerschnittewerdenmittelsSpritzbetongesichertundmiteinerbetonschaleausgekleidet.
DieVortriebsstrecken enden an zweiSchildmänteln,denstählernenHüllendestunnelbohrers„Carmen“,dervombreslauerPlatzausdiebeidenröhrenrichtungSüdenaufgefahrenhat.NachFertigstellung dermaschinellenVor-triebsstreckenwurdedieMaschineaus-gebaut.DieSchildmäntelkönnennichtgeborgenwerdenundbleibenimErd-reichzurück.SieerhaltenimZugedesAusbausebenfallseineInnenschaleausbetonundstellensodenAnschlussandienördlicheSchildvortriebsstreckeher.
AuchdieSchneidrädermusstenimbodenverbleiben.SiebildendasletzteHinderniszwischendentunneln,diedieSchildma-schine„Carmen“aufgefahrenhat,unddenendesDruckluftvortriebs.Siewerdenzerteiltundabtransportiert.
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DieQuerschlägeUnterdemChlodwigplatz
UmeineVerbindungzwischendenTunnelnundderspäterenHaltestelleherzustellen,müssendieRöhrenunddieSchlitzwändeandenhierfürvorgesehenenStellenaufgebrochenwerden.
DieHaltestellenderNord-SüdStadtbahnentstehenimSchutzvonSchlitzwand-baugruben. Am Chlodwigplatz (undauchaneinigenanderenStationen)ver-laufendieimSchildvortriebgebautentunnelröhrenöstlichundwestlichdiesesSchlitzwandkastens.UmeineVerbindungzwischendentunnelnundderspäterenHaltestelle herzustellen (sogenannteQuerschläge),müssendietunnelröhrenunddieSchlitzwändeandenhierfürvor-gesehenenStellenaufgebrochenwer-den.
AuchhiermussdasGrundwasserausdembaubereichherausgehaltenwerden.AmChlodwigplatzgeschiehtdiesebenfallsmithilfevonDruckluft.DieDruckluftkam-meristdabeiimSüdbereichderbaugru-beuntergebracht.VonhierauswirddasErdreichzwischendentunnelröhrenunddemSchlitzwandkastenaufganzerlän-gevonSüdennachNordenhinabgetra-gen.SchrittweisewerdendieArbeitsbe-reichemitAussteifungengesichertundanschließendbetoniert.NachAbschlussdieserArbeitenkönnendiebenötigtenöffnungenzwischendenröhren,inde-nendiebahngleiseverlaufenwerden,unddenbahnsteigeninnerhalbderHal-testelleherausgeschnittenwerden.
DieTunnelröhrevonaußen.
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DasArbeitenDerDruckausgleich
NurMenschenmitbesondererTauglichkeitdürfenindenDruckluftbereich.
WerunterDruckluftarbeitet,isteinemluftdruckausgesetzt,derdeutlichüberdemnormalen(atmosphärischen)Wertliegt.
Ein-undAusschleusenDamitderKörpersichandieseVerhält-nisseanpassenkann,müssendieArbei-tervorbetretendesDruckluftbereichseineSchleusepassieren,inderderDruckschrittweiseerhöhtwird.DerzuschnelleÜbergangvomNormal-zumÜberdruckkann wegenmangelnden Druckaus-gleichsunteranderemohren-,Kopf-oderZahnschmerzenhervorrufen.
Nochwichtiger ist dasAusschleusen,umdenÜberdrucklangsamwiederaufdasNormalmaßzureduzieren.Unterer-höhtemluftdruckwerdendieGase,ausdenensichdieAtemluftzusammensetzt,vomblutunddenGewebendesKörpersverstärktaufgenommen.Dasgiltinsbe-sonderefürdenStickstoff.
WirdderDruckherabgesetzt,werdendieimKörpergebundenenGasewiederfrei-gesetzt.GehtdieDruckminderunglang-samgenugvorsich,geschiehtdasüberdieAusatmung,ohnedassbeschwer-denauftreten.FälltderDruckjedochzuschnellab,bildetderStickstoffGasbla-senimGewebeundindenKörperflüssig-keiten–vergleichbardenKohlensäure-blasenineinerSprudelflasche,diegeöff-netwird.DieFolgenkönnenbeispiels-
weiseGelenk- undMuskelschmerzen,SchwindelanfälleoderAtemstörungensein.UmdasAusschleusenundsomitdenStickstoffabbauzubeschleunigen,atmetdasDruckluftpersonalbeimAusschleus-vorgangmedizinischenSauerstoff.
NurPersonenzwischen18und50Jahren,dieeinearbeitsmedizinischetauglich-keitsprüfungbestandenhaben,dürfenunterDruckluftarbeiten.Werüber50Jah-realtist,brauchteineSondergenehmi-gung,weilindiesemAlterderKörperdeneingelagertenStickstoffnichtmehrsogutfreisetzt.NebendemAltersindauchgesundheitlichebeeinträchtigungenwieÜbergewicht, lungenkrankheitenoderDiabetesAusschlussgründe.InderregelliegtdieGrenzefürDruckluftarbeitenbei3,6barÜberdruck.
�4-Stunden-SchichtbetriebUnterdemMuseumskomplexwirdtäglichindreiSchichtengearbeitet.JedeSchichtdauertachtStunden,einschließlichderZeitfürdasEin-undAusschleusen.Diesebeträgt,jenachderHöhedesDrucks,proSchichteinebiseindreiviertelStunden.Eine vierte Schichthat jeweils frei, sodassaufdieseWeiseansiebentageninderWochegearbeitetwerdenkann.
beiVortriebsarbeitensindfünfbiszehnMannproSchichtunterDrucklufttätig,beimbetonierendertunnelröhrensteigtdieZahlaufbiszu16Mitarbeiteran.
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Caisson-Krankheit, die auch „Taucher-“, „Dekompressions-“ oder „Druckluftkrank-heit“ genannt wird. Beim Bau der Royal Albert Bridge beispielsweise starben mehrere Arbeiter an Luftembolie, andere litten unter Nasen- und Ohrenblutungen, Gelenkschmerzen und Lähmungen.
Solche Vorfälle wiederholten sich bis in die 1870er Jahre hinein. Erst allmäh-lich erkannte man die Wichtigkeit einer langsamen Dekompression. 1878 schließ-lich untersuchte und beschrieb der franzö- sische Mediziner Paul Bert die Dekompres- sionskrankheit zum ersten Mal systema- tisch. Für eine Druckentlastung von einem bar empfahl er eine Dekompressionszeit von 20 Minuten. Das waren erste Schritte hin zu einer wirkungsvollen Druckluftme-dizin. Zwar kam es auch danach zu Unfäl-len und Gesundheitsschäden, wenn Fahr-lässigkeit oder technische Defekte einen plötzlichen Druckabfall herbeiführten. Aber die medizinischen und technischen Fortschritte ebenso wie ein geschärftes Bewusstsein für die Gefahren machten die Arbeit unter Überdruck zunehmend sicherer.
Erste Tunnelbauten unter Druckluft Im Tunnelbau kam das Druckluftverfah-ren 1879 in Antwerpen zum ersten Mal zum Einsatz. Mit dem Schildvortrieb kombiniert wurde es aber erst 1884, als die Errichtung eines 1,83 Kilometer langen Eisenbahntunnels begann, der
– als erster internationaler Tunnel – den amerikanischen Bundesstaat Michigan mit dem kanadischen Ontario verband. Zwei Jahre später wurden mithilfe eines Druckluftschildes zwei Tunnelröhren für die Londoner U-Bahn unter der Themse hindurch gegraben. Mit derselben Tech-nik entstand zwischen 1892 und 1897 ebenfalls unter der Themse der Black-wall-Tunnel, mit 1.344 Metern damals der längste Unterwasser-Tunnel der Welt.
Der erste Unterwasser-Tunnel auf dem europäischen Kontinent, der einen groß-en Fluss unterquerte, war der Sankt Pau-li-Elbtunnel (heute als „alter Elbtunnel“ bekannt) in Hamburg, der zwischen 1907 und 1911 entstand. Die beiden 426 Me-ter langen Tunnelröhren wurden unter Druckluft aufgefahren, um eindringendes Wasser zurückzuhalten. Der Überdruck lag bei zwei bar. Die Luftverluste betru-gen 7.000 bis 10.000 Kubikmeter pro Stunde. Sie verursachten Erosionen im Flussbett, die immer wieder aufgefüllt werden mussten.
Viele Tunnelarbeiter kamen aus dem Aus-land, angezogen durch den vergleichs-weise guten Stundenlohn, der noch durch eine monatliche Druckluftprämie von hundert Mark erhöht wurde. Gearbeitet wurde 24 Stunden in drei Schichten. Zu den acht Stunden Tunnelarbeit kamen noch eineinhalb Stunden in der Schleuse für den Druckausgleich. Ein automatisch aufzeichnender Druckmesser diente zur Kontrolle der Ein- und Ausschleusungs-zeiten. Einen freien Tag gab es nur alle sechs Wochen.
Mit dem Senkkasten in die Tiefe1825 begann in London der Bau eines Tunnels zur Unterquerung der Themse. Es war der erste Unterwassertunnel über-haupt – ein gewagtes und für damalige Verhältnisse gigantisches Projekt. Erst 1843, 18 Jahre später, wurde der Bau nach vielen Rückschlägen vollendet. Schon da-mals machten Wissenschaftler den Vor-schlag, Druckluft einzusetzen, um das Wasser aus dem Erdreich zu verdrängen. Doch man verzichtete darauf; stattdes-sen gruben sich die Arbeiter durch den wässrigen Boden.
Nicht der Tunnel-, sondern der Brücken-bau war in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts der Hauptanwendungs-bereich für die Druckluft. Man setzte sie ein, wenn es darum ging, tief unter Was-ser Fundamente für die Brückenpfeiler zu setzen. Dafür benutzte man einen Senk-
kasten – französisch „Caisson“. Es handelt sich um einen unten offenen Hohlkasten, der auf den Grund abgesenkt wird. Er be-stand zunächst aus Holz, später aus Stahl oder Stahlbeton.
Der Caisson hat an der Unterseite Schnei-den, mit denen er in das Flussbett ein-sinkt. Durch Einblasen von Druckluft wird im Inneren ein Überdruck erzeugt, der das Wasser aus dem Arbeitsraum verdrängt. Die Arbeiter betreten diesen Raum über eine Luftschleuse, die sich der britische Admiral Sir Thomas Cochrane bereits 1830 patentieren ließ. Im Inneren des Kastens werden Schlamm und Geröll abgegraben und über Materialschleusen nach draußen transportiert.
Durch das Abgraben sackt der Caisson im Bereich der Schneiden immer weiter ab. Gleichzeitig wird auf seinem Deckel der
Sockel für den Brückenpfeiler gebaut. Mit zunehmendem Gewicht drückt er den Kasten immer tiefer nach unten. Hat er festen Grund erreicht, wird er mit Mau-erwerk oder Beton ausgefüllt.
Die Gefahren der Druckluft In großem Stil kam diese Technik 1854 beim Bau der Royal Albert Bridge in Cornwall zur Anwendung. Die Arbeits-bedingungen in den Senkkästen waren äußerst hart. Die ohnehin schon anstren-gende Arbeit mit Hacke und Schaufel bei langen Arbeitszeiten wurde unter dem Überdruck zur Dauerstrapaze. Besonders gravierend war, dass man die Auswir-kungen der Druckunterschiede auf den menschlichen Organismus noch nicht ausreichend kannte, so dass man in der Anfangsphase die nötigen Druckaus-gleichszeiten nicht beachtete. Die Folge: Immer wieder erkrankten Arbeiter an der
Geschichte mit Überdruck Versuch, Irrtum und Lösung
Druckluft wurde Anfang des 19. Jahrhunderts zum Bau von Brückenpfeilern genutzt. Jahr-zehnte später folgte der Einsatz im Tunnelbau.
Gemessen an den damaligen Verhältnis-sen wurde auf die Arbeitssicherheit groß-er Wert gelegt. Ein Hund und ein Affe dienten als Versuchstiere, um die Auswir-kungen der Druckverhältnisse zu über-prüfen. Trotzdem starben drei Arbeiter an den Folgen der Druckluftkrankheit. Da-neben gab es 615 leichte und 74 schwere Erkrankungen. Glück im Unglück hatten die Tunnelbauer, als am 24. Juni 1909 der Überdruck plötzlich in Sekundenschnelle aus dem Tunnel entwich und eine acht Meter hohe Wasserfontäne emporschoss. Etwa 2.600 Kubikmeter Wasser und Sand brachen in die Vortriebsstrecke ein. Die fünfzig bis sechzig Arbeiter unter Tage kamen alle mit dem Leben davon.
Der Weltrekord liegt bei 4,5 barAuch in jüngster Vergangenheit leistete man in Hamburg Pionierarbeit in Sachen Druckluftvortrieb. Als zwischen 1997 und 2000 die vierte Elbtunnelröhre entstand, wurde mit einer Tiefenlage der Tunnel-röhren von 45 Metern ein Weltrekord aufgestellt. Die Tunnelbauer waren dabei einem Überdruck von 4,5 bar ausgesetzt. Die Druckluftverordnung zieht die Gren-ze normalerweise bei 3,6 bar. In Ham-burg konnten die zuständigen Behörden jedoch Ausnahmegenehmigungen für die achtzig Einsätze erteilen, die unter diesen Extrembedingungen notwendig waren, da ein sorgfältig ausgearbeitetes druckluftmedizinisches Programm vor-lag, das auf Erfahrungen im Tieftauchen zurückgriff. Die hier entwickelten Verfah-ren übernahmen Tunnelbauer in anderen Städten wie London oder Singapur, wo man in ähnlichen Tiefen baut.
1911 wird ein neuer Verkehrsweg eröffnet: Der Elbtunnel.
Dekompressionsschleuse.
Bau von Stahlsegmenten für die Tunnelwände.
Tunnelgerüst mit vernieteten Stahlsegmenten.
Nord-Süd StadtbahN KölNTunnelbau mit Druckluft
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