TU Wien, 2003

Kurzfassung

In dichtbebautem Gebiet sind für den Tunnelbau sowohl die offene Bauweise, als auch die Neue Österreichische Tunnelbauweise (NÖT) mögliche Optionen, sofern geringe Überlagerungshöhe und für beide Bauweisen günstige geologische Verhältnisse vorliegen. Diese Bedingungen treffen vor allem für U-Bahn-Strecken- und Stationstunnel zu. Während Streckentunnel häufig mittels TBM (Tunnelbohrmaschine) hergestellt werden, sind für Stationstunnel heutzutage sowohl die Neue Österreichische Tunnelbauweise als auch offene Bauweisen weltweit gebräuchlich.

Die offene Bauweise bringt viele Nachteile mit sich, die vor allem aus den Belästigungen an der Oberfläche resultieren. Beide Baumethoden variieren bezüglich Oberflächensetzungen, Einschränkungen in der Linienführung, direkter und indirekter Baukosten, Konstruktionsrisiko usw. Ein Risikovergleich anhand eines Beispieles in dieser Diplomarbeit zeigt, dass die offene Bauweise nicht unbedingt weniger Risiko involviert – was oft vermutet wird – sondern ganz im Gegenteil ein viel höheres Risiko beinhalten kann als die NÖT.

In der Vergangenheit galt die NÖT von vornherein teurer als die offene Bauweise, sofern der Tunnel nicht tiefer als die 1 ½ -fache Tunnelhöhe liegt. Studien haben gezeigt, dass die NÖT auch oberhalb dieses Bereiches preislich konkurrenzfähig ist, besonders wenn man auch Kosten wie die Verlegung der Versorgungsleitungen oder die Wiederherstellung der Oberfläche mit einrechnet.

Es wurde als Beispiel eine U-Bahn-Station in Offener Bauweise, Deckelbauweise und in NÖT geplant. Die Mengen der wichtigsten Baumaterialien wurden verglichen, Bauzeitpläne erstellt und Kostenschätzungen erarbeitet. Das Ergebnis zeigt, dass die offenen Bauweisen einen viel größeren Bedarf an Bewehrung, Aushub- und Verfüllmaterial haben. Die Bauzeit bei der NÖT ist geringer, nicht nur durch die Annahme durchgehender Schichtarbeit, sondern auch dadurch, dass weniger Zeit für die Verlegung von Versorgungsleitungen und für das Rückfüllen der Baugrube erforderlich ist. Auch bezüglich der Baukosten ist die NATM in diesem Beispiel die günstigere Variante.

Neben der detaillierten Beschreibung der einzelnen Vor- und Nachteile der verschiedenen Bauweisen wird in dieser Diplomarbeit anhand von internationalen Studien, Beispielen aus der Praxis und einem einfachen Rechenbeispiel erläutert, dass die NÖT auch bei oberflächennahen Tunneln im Stadtbereich eine preiswerte und vorteilhafte Alternative darstellt.

Abstract

Comparison of Cut-and-Cover Tunneling Method vs. New Austrian Tunneling Method (NATM) for Urban Tunnels with Shallow Overburden

In urban tunneling both the New Austrian Tunneling Method (NATM) and the Cut-and-Cover Tunneling Method are possible options, if shallow overburden and favorable geology for either method exist. Typical applications are subway or metro running and station tunnels. While running tunnels are often built using a TBM (Tunnel Boring Machine), NATM and Cut-and-Cover techniques are common worldwide today for station construction.

The Cut-and-Cover Method entails many disadvantages in urban areas, resulting especially from surface interruptions. Both methods differ in terms of surface settlement, restrictions with the alignment, direct and indirect construction cost, construction risk and other. A risk comparison example in this thesis shows, that Cut-and-Cover Tunneling is not necessarily less risky – as might be expected – but may involve much higher risks than NATM.

Historically, NATM was always been considered to be costlier than Cut-and-Cover Tunneling, if the tunnel is situated at a depth of not more than one and a half times the tunnel height. Studies have shown, that NATM can be competitive even above this depth. By counting all the costs like utility relocation and reinstatement of the surface, NATM is usually the cheaper solution.

As an example, a subway station was designed in Open-Cut, Top-Down and using NATM. The quantities of the main materials were compared, construction schedules were developed and cost estimates prepared. The results show, that the Cut-and-Cover options have a higher demand of reinforcement, excavation and backfilling material. The construction duration is shorter with the NATM, not only because of shift-work, but also because less time is needed for relocation of utilities and backfilling works. Concerning the construction cost, NATM is the more favorable method in this example.

This thesis does not only explain the different advantages and disadvantages of the two construction methods. By citing international studies and real world examples and by developing a simple calculation example it also illustrates that the NATM represents an economic and advantageous alternative even for tunnels in urban areas and with shallow overburden.