Nachdem wir nun einige der allgemeinen Prinzipien des Tunnelbaus betrachtet haben, wollen wir uns nun einem laufenden Tunnelprojekt zuwenden, das sowohl wegen seiner Möglichkeiten als auch wegen seiner Probleme immer wieder für Schlagzeilen sorgt. Die Central Artery ist ein großes Autobahnsystem, das durch das Herz der Innenstadt von Boston führt, und das Projekt, das seinen Namen trägt, wird von vielen als eine der komplexesten – und teuersten – Ingenieurleistungen in der amerikanischen Geschichte angesehen. Der „Big Dig“ besteht aus mehreren verschiedenen Projekten, darunter eine brandneue Brücke und mehrere Tunnel. Ein wichtiger Tunnel, der 1995 fertiggestellt wurde, ist der Ted Williams Tunnel. Er taucht unter den Bostoner Hafen, um den Verkehr der Interstate 90 von Süd-Boston zum Logan Airport zu leiten. Ein weiterer wichtiger Tunnel befindet sich unter dem Fort Point Channel, einem schmalen Gewässer, das vor langer Zeit von den Briten als Mautstelle für Schiffe genutzt wurde.
Bevor wir uns einige der Techniken ansehen, die beim Bau dieser Big-Dig-Tunnel zum Einsatz kamen, sollten wir uns noch einmal vergegenwärtigen, warum die Verantwortlichen in Boston beschlossen haben, ein solch massives Tiefbauprojekt überhaupt in Angriff zu nehmen. Das größte Problem war der alptraumhafte Verkehr in der Stadt. Einigen Studien zufolge könnte die Rushhour in Boston im Jahr 2010 fast 16 Stunden pro Tag dauern, was katastrophale Folgen für den Handel und die Lebensqualität der Einwohner hätte. Es war klar, dass etwas unternommen werden musste, um den Verkehr zu entlasten und den Pendlern die Orientierung in der Stadt zu erleichtern. 1990 bewilligte der Kongress 755 Millionen Dollar für das massive Autobahnausbauprojekt, und ein Jahr später gab die Federal Highway Administration ihre Zustimmung zum Bau.
Foto mit freundlicher Genehmigung der Massachusetts Turnpike Authority
Der Ted Williams Tunnel
Der Big Dig begann 1991 mit dem Bau des Ted Williams Tunnel. Bei diesem Unterwassertunnel kamen bewährte Tunnelbautechniken zum Einsatz, die bei vielen verschiedenen Tunneln auf der ganzen Welt verwendet werden. Da der Bostoner Hafen recht tief ist, verwendeten die Ingenieure die Cut-and-Cover-Methode. Stahlröhren mit einem Durchmesser von 40 Fuß und einer Länge von 300 Fuß wurden nach Boston geschleppt, nachdem Arbeiter sie in Baltimore hergestellt hatten. Dort versahen die Arbeiter jede Röhre mit Stützen für die Straße, Einhausungen für die Lüftungsschächte und Versorgungsleitungen sowie einer kompletten Auskleidung. Andere Arbeiter baggerten einen Graben auf dem Hafenboden aus. Dann schwammen sie die Röhren zur Baustelle, füllten sie mit Wasser und ließen sie in den Graben hinab. Sobald sie verankert waren, entfernte eine Pumpe das Wasser, und die Arbeiter verbanden die Röhren mit den angrenzenden Abschnitten.
Der Ted Williams Tunnel wurde 1995 offiziell eröffnet – einer der wenigen Aspekte des Big Dig, der pünktlich und innerhalb des vorgesehenen Budgets fertiggestellt wurde. Bis zum Jahr 2010 sollen täglich etwa 98.000 Fahrzeuge durch den Tunnel fahren.
Ein paar Meilen westlich führt die Interstate 90 in einen weiteren Tunnel, der die Autobahn unter South Boston hindurchführt. Kurz vor dem Autobahnkreuz I-90/I-93 stößt der Tunnel auf den Fort Point Channel, eine 400 Fuß breite Wasserfläche, die eine der größten Herausforderungen des Big Dig darstellte. Die Ingenieure konnten nicht dasselbe Stahlrohrkonzept wie beim Ted Williams Tunnel verwenden, da nicht genug Platz vorhanden war, um die langen Stahlprofile unter den Brücken der Summer Street, Congress Street und Northern Avenue hindurchzuschwimmen. Schließlich entschied man sich, das Konzept der Stahlröhre ganz aufzugeben und stattdessen Tunnelabschnitte aus Beton zu verwenden – die erste Anwendung dieser Technik in den Vereinigten Staaten.
Das Problem bestand darin, die Betonabschnitte so herzustellen, dass sich die Arbeiter im Kanal in Position bringen konnten. Um das Problem zu lösen, bauten die Arbeiter zunächst ein riesiges Trockendock auf der Süd-Bostoner Seite des Kanals. Das Trockendock, auch Gießbecken genannt, war 1.000 Fuß lang, 300 Fuß breit und 60 Fuß tief – groß genug, um die sechs Betonabschnitte zu bauen, aus denen der Tunnel bestehen sollte. Der längste der sechs Tunnelabschnitte war 414 Fuß lang, der breiteste 174 Fuß breit. Alle waren etwa 27 Fuß hoch. Der schwerste wog mehr als 50.000 Tonnen.
Die fertigen Abschnitte wurden an beiden Enden wasserdicht verschlossen. Dann fluteten die Arbeiter das Becken, um die Abschnitte auszuschwimmen und sie über einem auf dem Grund des Kanals ausgebaggerten Graben zu positionieren. Leider gab es eine weitere Herausforderung, die die Ingenieure davon abhielt, die Betonteile einfach in den Graben abzusenken. Diese Herausforderung war der Red Line U-Bahn-Tunnel der Massachusetts Bay Transportation Authority, der direkt unter dem Graben verläuft. Das Gewicht der massiven Betonteile würde den älteren U-Bahn-Tunnel beschädigen, wenn nichts zu dessen Schutz unternommen würde. Daher beschlossen die Ingenieure, die Tunnelabschnitte mit 110 in den Fels gesenkten Säulen abzustützen. Die Säulen verteilen das Gewicht des Tunnels und schützen die Red Line U-Bahn, die weiterhin täglich 1.000 Fahrgäste befördert.
Foto mit freundlicher Genehmigung der Stadt und des Landkreises Denver
Der Tunnelvortrieb
Der Big Dig weist auch andere Innovationen im Tunnelbau auf. Für einen Teil des Tunnels, der unter einem Rangierbahnhof und einer Brücke verläuft, entschieden sich die Ingenieure für den Tunnelvortrieb, eine Technik, die normalerweise zum Verlegen unterirdischer Rohrleitungen eingesetzt wird. Beim Tunnelvortrieb wird ein riesiger Betonkasten durch die Erde gepresst. Die Ober- und Unterseite des Kastens stützen den Boden, während die Erde im Inneren des Kastens abgetragen wird. Sobald die Box leer war, drückten Hydraulikzylinder die Box gegen eine Betonwand, bis das ganze Ding fünf Fuß nach vorne rutschte. Anschließend setzten die Arbeiter Abstandsrohre in die neu entstandene Lücke ein. Indem sie diesen Vorgang immer wieder wiederholten, konnten die Ingenieure den Tunnel vorantreiben, ohne die Strukturen an der Oberfläche zu beeinträchtigen.
Heute sind 98 Prozent der Bauarbeiten im Zusammenhang mit dem Big Dig abgeschlossen, und die Kosten belaufen sich auf weit über 14 Milliarden Dollar. Doch die Investition dürfte sich für die Bostoner Pendler lohnen. Die alte Hochstraße Central Artery hatte nur sechs Fahrspuren und war für 75.000 Fahrzeuge pro Tag ausgelegt. Die neue unterirdische Schnellstraße hat acht bis zehn Fahrspuren und wird bis 2010 etwa 245.000 Fahrzeuge pro Tag befördern. Das Ergebnis ist eine normale städtische Rushhour, die morgens und abends einige Stunden dauert.
Wie der Big Dig im Vergleich zu anderen Tunnelprojekten abschneidet, können Sie der nachstehenden Tabelle entnehmen.
(16 km) |
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Die Zukunft des Tunnelbaus
Mit immer besseren Werkzeugen bauen Ingenieure immer längere und größere Tunnel. Seit kurzem steht eine fortschrittliche Bildgebungstechnologie zur Verfügung, mit der das Innere der Erde gescannt werden kann, indem berechnet wird, wie sich Schallwellen durch den Boden bewegen. Dieses neue Werkzeug liefert eine genaue Momentaufnahme der potenziellen Umgebung eines Tunnels und zeigt Gesteins- und Bodentypen sowie geologische Anomalien wie Verwerfungen und Risse.
Während diese Technologie die Planung von Tunneln zu verbessern verspricht, werden andere Fortschritte den Aushub und die Bodenabstützung beschleunigen. Die nächste Generation von Tunnelbohrmaschinen wird in der Lage sein, 1.600 Tonnen Schlamm pro Stunde abzutragen. Die Ingenieure experimentieren auch mit anderen Felsschneidemethoden, die Hochdruckwasserstrahlen, Laser oder Ultraschall nutzen. Und Chemieingenieure arbeiten an neuen Betonsorten, die schneller aushärten, weil sie Harze und andere Polymere anstelle von Zement verwenden.
Mit neuen Technologien und Techniken scheinen Tunnel, die noch vor 10 Jahren unmöglich schienen, plötzlich machbar zu sein. Ein solcher Tunnel ist der geplante Transatlantik-Tunnel zwischen New York und London. In dem 3.100 Meilen langen Tunnel würde ein magnetisch angehobener Zug mit einer Geschwindigkeit von 5.000 Meilen pro Stunde verkehren. Die geschätzte Reisezeit beträgt 54 Minuten – fast sieben Stunden kürzer als ein durchschnittlicher Transatlantikflug.
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