mini|Bohren der Sprenglöcher mini|Einbringen der Baustahlmatten mini|Strossen mini|Spritzbetonauftrag in der Strosse
Die Neue Österreichische Tunnelbaumethode (NÖT) ist eine Methode des Tunnelbaus, deren wesentliches Kriterium es ist, dass der den Hohlraum umgebende Gebirgsteil zum Mittragen herangezogen wird und somit selbst zum Bauteil wird.Dietmar Adam: , TU-Wien, 218 Seiten, 2016. (PDF; 14,6 MB) Sie wurde in den 1950er-Jahren als seinerzeit neuartiges Ausbaukonzept entwickelt und kombiniert geologische und felsmechanische Grundlagen mit speziellen Bauverfahren zur Sicherung und zum Ausbau eines Tunnelhohlraums. Diese technischen Vorteile führten auch zu geringeren Baukosten, so dass sich die Methode schnell durchsetzte und seitdem kontinuierlich weiterentwickelt wurde.
Im englischsprachigen Raum ist die Kennzeichnung New Austrian Tunneling Method (NATM) gebräuchlich. Im deutschsprachigen Raum ist in den letzten Jahren der Begriff Spritzbetonbauweise in Verbindung mit Tunnelbau gebräuchlich geworden. Im allgemeinen Sprachgebrauch ist häufig die Kopplung Spritzbetonbauweise gemäß NÖT als Abgrenzung zur Verwendung des Spritzbetons zur Oberflächensicherung zu finden.
Im Unterschied zu kontinuierlichen Vortrieben mit Tunnelbohrmaschinen (ggf. im Schildvortrieb) ist die NÖT eine zyklische Vortriebsmethode. Ein Arbeitszyklus umfasst folgende Schritte:
„Ausbruch“ (mit Hammer, Bagger, Fräsvortrieb bzw. Bohren und Sprengen), „Sichern“ (vorrangig Spritzbeton, bei Bedarf ergänzende Maßnahmen wie Anker oder Schirmgewölbe), „Schuttern“ (Förderung des Ausbruchs, in der Regel im trockenen Zustand).
Das Sichern mit Spritzbeton ist auch bei anderen Vortriebsweisen (Sprengvortrieb, Vortrieb mit Tunnelbohrmaschine oder Schildvortriebsmaschine) anwendbar. Ein Sichern mittels Tübbingen kann bei der NÖT entfallen.
Geschichte Der Bedarf an Tunnelbauten stieg außerordentlich mit dem Einsetzen des Eisenbahnbaues in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Tunnelbauverfahren mit Ausbau- und Lösetechniken wurden weitgehend aus dem Bergbau übernommen, der an die Dauerhaftigkeit der Bauwerke jedoch bedeutend geringere Anforderungen stellte.
Die Stabilisierung der freigelegten Tunnelwandungen erfolgte noch bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zumeist mit Hilfe von Holzeinbauten, die einen erheblichen Teil des neugeschaffenen Hohlraumes beanspruchten, so dass die endgültigen Ausbauarbeiten mit Mauerwerk aus behauenem oder unbehauenem Naturstein, vereinzelt auch aus Ziegeln, erheblich erschwert waren.
Das hierzu erforderliche, oftmalige Umsetzen der Abstützungen führte zusammen mit deren Nachgiebigkeit und dem mangelhaften flächigen Kontakt zu Bewegungen im umgebenden Fels und in vielen Fällen zu einer Auflösung des Gebirgsverbandes in Hohlraumnähe. Hierdurch wurden Gefügeauflockerungen hervorgerufen, das umgebende Gebirge wurde dadurch „entfestigt“ und belastete den endgültigen Ausbau durch sein zusätzliches Gewicht.
Eine ingenieurmäßige Behandlung des Tunnel- und Untertagebaus setzte mit dem ersten großen Standardwerk Lehrbuch der gesamten Tunnelbau-Kunst von Franz Rziha in den Jahren 1867 und 1874 ein.; Er stellte schon damals grundlegend und richtungsweisend fest:
mini|Bohrarbeiten beim Bau der Tunnel der Jungfraubahn in den Schweizer Alpen (um 1900) Weitere grundlegende Erkenntnisse veröffentlichte Ernst Wiesmann in den Jahren 1909 und 1912. Er erkannte als erster die Spannungsumlagerung um den neu entstandenen Tunnelhohlraum grundsätzlich richtig und zog daraus den Schluss:
Ladislaus von Rabcewicz stellte 1944 seine eigenen Erfahrungen sowie die Erkenntnisse anderer Fachleute aus den zurückliegenden Jahrzehnten zusammen, die zum besseren Verständnis der geomechanischen Vorgänge im Tunnelbau beigetragen hatten. Für zwei Kernbereiche des Tunnelbaus fasste er die Erkenntnisse wie folgt zusammen:
Zum Auflockerungsdruck:
Er wies auf den entscheidenden Einfluss der Zeit zwischen Erstellen des Tunnelhohlraums und dem endgültigen Ausbau hin:
Zum Echten Gebirgsdruck befand er:
mini|Begriffe im Tunnelquerschnitt Eine Änderung im praktischen Tunnelausbau hielt ab etwa 1947 mit Verankerungen Einzug, die in das umgebende Gebirge eingebaut werden, um die endgültigen Tunnelausbauten zu sichern. Dieses als „Roof bolting“ oder „Ankerung“ bezeichnete Verfahren wurde zunächst in den USA und Schweden, später auch in Mitteleuropa eingesetzt.
Gleichzeitig wurde zunehmend auch Spritzbeton eingesetzt, der sich aus dem „Gunit“, einem Spritzmörtel für Sanierungen, entwickelt hat und für den Einsatz im Tunnelbau vom österreichischen Tunnelbauingenieur Anton Brunner weiterentwickelt wurde. Die theoretischen Grundlagen für das seinerzeit neue Fachgebiet Felsmechanik wurden zusammen mit geomechanischen Erkenntnissen in Österreich vom sogenannten „Salzburger Kreis“ um Leopold Müller und Franz Pacher zusammengestellt und systematisiert. Rabcewicz nutzte 1956 bis 1958 erstmals den Einsatz von Systemankerung und Spritzbeton als alleinigem Stützmittel beim Bau von Autobahn- und Eisenbahntunnels in Venezuela.
Der Durchbruch der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode in Europa gelang 1963, als sie nach einem Verbruch beim Massenbergtunnel als Sanierungsmaßnahme eingesetzt wurde. Rabcewicz änderte als Berater die Ausbaumethode grundlegend, verwendete Spritzbeton, Perfo-Ankerung und einen relativ raschen Ringschluss. Der Stabilisierungsprozess wurde durch systematische Messung beobachtet, wobei sich die Wirkung des Sohlschlusses deutlich zeigte. Der Bau des Tunnels wurde danach ohne Probleme beendet.
Bezüge zum Nationalsozialismus Bertrand Perz zeigte auf, dass die Erfolgsnarrative zur NÖT/NATM über Jahrzehnte Bezüge zum Nationalsozialismus und zum Zweiten Weltkrieg ausblendeten. Er legt dar, dass die von Rabcewicz 1944 publizierten Erkenntnisse zu Gebirgsdruck und Tunnelbau aus Erfahrungen der Untertageverlagerung und den Projekten des SS‑Sonderstabs Kammler gespeist waren. Perz dokumentiert Rabcewicz’ Rolle als Berater beim Loibltunnel, der ab Juni 1943 unter Einsatz von KZ‑Häftlingen gebaut wurde. Bei diesem Bau wirkte auch der Geologe Josef Stini mit.Gunnar Mertz (2020): „Das Braun der Erde“: Die Träger der Haidinger-Medaille der Geologischen Bundesanstalt und der Nationalsozialismus. In: Jahrbuch der Geologischen Bundesanstalt, 160, S. 359–408, hier S. 396 (Online) Die KZ‑Baustelle bezeichnete Rabcewicz bei einem Besuch im Juli 1944 als „mustergültig“. Perz weist zudem die enge Kooperation Rabcewicz’ mit der Bauführung in Ebensee nach, einschließlich des Nachweises von aus Wien entliehenen Kippwinden, die „sonderbarer Weise“ im Baubüro in Ebensee aufgefunden wurden. Nach 1945 wurde Rabcewicz aus der Technischen Hochschule Wien entfernt und später im Kontext des Kalten Krieges reintegriert und ausgezeichnet, wobei die Bezeichnung „Österreichische“ als bewusste Nationalisierung der Technologie zur Unterstützung des „nation building“ der Zweiten Republik interpretiert wird.
Grundsätze und Definition Hintergrund Bei den traditionellen Tunnelbauweisen bestand der Grundgedanke bei der Erstellung des Tunnelhohlraums darin, den als unvermeidbar angesehenen Gebirgsdruck durch konstruktive Methoden, wie Abfangungen und Ausbauten, sicher aufzunehmen. Diese Methoden, wie die Deutsche Kernbauweise und die Alte Österreichische Tunnelbauweise, waren bis Mitte des 20. Jahrhunderts üblich.
Demgegenüber steht bei der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise der Gedanke im Vordergrund, diese Gebirgsdrücke gar nicht oder nur in geringem Umfang zuzulassen und die Eigentragfähigkeit des Gebirges weitgehend zu erhalten. Dazu werden die örtlichen geologischen und gebirgsmechanischen Bedingungen beachtet, womit dieses Verfahren über eine reine Bauweise mit schematisierten Verfahrensweisen für den Ausbruch und für die Sicherung des Tunnelhohlraums hinausgeht.
Dieses grundlegende Umdenken wurde durch Zusammenwirken von theoretischen Überlegungen und praktischen Erkenntnissen möglich: Bei der Erstellung der Tunnelhohlräume wurde zunächst von Ladislaus von Rabcewicz 1944 die Bedeutung des Zeiteinflusses zwischen Ausbruch des Hohlraums und seiner anschließenden Sicherung erkannt. Hierzu lieferte Franz Pacher 1964 die felsmechanischen Erklärungen als Wechselspiel zwischen Gebirgsdruck und Ausbauwiderstand. Mitbeteiligt waren auch der Ingenieurgeologe Leopold Müller und der Salzburger Kreis. Auf der praktischen Seite wurde die Hohlraumsicherung durch den variabel aufzubringenden Spritzbeton vereinfacht, dessen Anwendung in dem Zeitraum wesentlich erweitert und verbessert wurde. Weitere variabel einsetzbare Stütz- und Ausbauelemente kamen hinzu, wie Spieße, Rohrschirme, Anker und Ausbaubögen. Des Weiteren kamen Innenschalen aus Ortbeton hinzu, die sich mit der Spritzbetonschicht verbinden und mittels Schalwagen hergestellt werden (zum Beispiel beim Gotthard-Basistunnel).
Grundsätze Die Grundsätze der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode wurden 1979 zusammen mit einer Definition von der Arbeitsgruppe „Tunnelbau“ der Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen im Österreichischen Ingenieur- und Architekten-Verein verfasst. Grundsätze derNeuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) in Auszügen 1 Wesentlich tragender Bauteil eines Tunnels ist das Gebirge 2 Ursprüngliche Gebirgsfestigkeit erhalten 6 Verbau nicht zu früh und nicht zu spät,nicht zu starr, nicht zu schwach 9 Sicherung kraftschlüssig (deshalb Spritzbeton) 10 Verbau und Ausbau dünnschalig 11 Verstärkungen nicht durch Verdickungen, sondern durch Bewehrungsnetze, Tunnelbögen, Anker 12 Disposition der Verbaumittel und Bauzeitenaufgrund von Messungen 13 Statisch ist der Tunnel ein Rohr,bestehend aus Gebirgstragring und Verbau 18 Möglichst gerundete Querschnittsformen 19 Auch Innenschale schlank. Kraftschluss mitAußenschale. Aber nicht Reibungsschluss.
Definition Die NÖT folgt einem Konzept, welches das den Hohlraum umgebende Gebirge (Fels oder Boden) durch Aktivierung eines Gebirgsringes zu einem tragenden Bauteil macht. Dabei müssen einige Grundsätze beachtet werden, wie:
Berücksichtigung des geomechanischen Gebirgsverhaltens, Vermeidung von ungünstigeren Spannungs- und Verformungszuständen durch den zeitgerechten Einbau geeigneter Stützmaßnahmen, insbesondere rechtzeitig eingebrachter, statisch wirksamer Sohlschluss, der dem Gebirgstragring die statische Funktion einer geschlossenen Röhre verleiht, Optimierung des Ausbauwiderstandes in Abhängigkeit von den zulässigen Deformationen sowie Messtechnische Überwachung auch zur Kontrolle der Optimierung.
Hierzu sind 22 Grundsätze sowohl in Textform als auch – besonders anschaulich – mit kennzeichnenden Skizzen und prägnanten Kurzfassungen entwickelt worden (siehe nebenstehende Tabelle).
Arbeitsschritte Die wesentlichen Arbeitsschritte bei der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode sind der Ausbruch und das Sichern mit folgenden Einzelheiten:
Ausbruch Zum Ausbruch werden eingesetzt:
Lockergestein Bagger mit Tieflöffel, Greifzähnen oder Hydraulikmeißel Mittlere Gesteinsfestigkeit und geklüfteter Fels Teil- oder Vollschnittmaschinen mit rotierenden Schneidwalzen, die mit aufgesetzten Meißeln das Felsmaterial abfräsen. Nach der Wirkweise der Schneidwalzen wird unterteilt in axiale (in Richtung des Tragarms drehend) und radiale (quer zum Tragarm mit zwei Walzen) Schnittmaschinen. Letztere sind im härteren Fels einsetzbar oder Lockerungssprengungen.
Sichern Mit dem anschließenden Sichern als wesentlichem Kennzeichen der NÖT soll ein hohlraumloses, kraftschlüssiges Anschließen der Sicherung an das Gebirge erreicht werden. Kernstück ist die Aufbringung von Spritzbeton, womit die Gebirgsoberfläche vergütet und eine passende Verbundkonstruktion zwischen Gebirge und Betonschale des Endausbaus erreicht wird. Der Spritzbeton kann in zwei unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden: