Er lebt im Salzwasser, hat Raspelschalen und seine Leibspeise ist Holz. Mit den Raspeln – zu Zähnen zurückgebildete Schalen – gräbt der Schiffsbohrwurm vorn seinen Weg, und hinten sichert er die Röhre mit körpereigenen kalkhaltigen Sekreten: Perfekte Vollautomatik in der Natur. Eigentlich ist er eine sie, eine Muschelart. Aber er sieht aus wie ein Wurm und bohrt sich mit Vorliebe durchs Schiffsholz, daher sein Name Schiffsbohrwurm, lateinisch teredo navalis. Er lieferte das Vorbild für den Schildvortrieb, den der französische Ingenieur Sir Marc Isambard Brunel (1769 – 1849) Anfang des 19. Jahrhunderts erfunden hatte. Denn der Schiffsbohrwurm hatte den in England lebenden Brunel auf die Idee gebracht: Könnte man sich wie der Muschelwurm durch den Erduntergrund bohren und einen Tunnel zum Beispiel unter einem Fluss bauen? Der Ingenieur konstruierte eine Bauweise – vorne graben und hinten sichern –, die er sich 1818 patentieren ließ, und entwickelte mit ihr ein ehrgeiziges Projekt: Mitten in London wollte er einen Tunnel im Schildvortrieb unter der Themse hindurch bauen. 1843 schließlich wurde der 400 Meter lange Tunnel mit zwei Röhren nach fast 20-jähriger Bauzeit eröffnet. Heute unterquert die U-Bahn-Linie East London Line in dem renovierten Tunnel die Themse.
Tunnelausbau mit Ziegelwänden
Wie funktionierte der Schildvortrieb von Marc Brunel? Der Ingenieur hatte einen rechteckiges Schild mit 12 nebeneinander stehenden Stahlrahmen und drei übereinander liegenden Arbeitsbühnen konstruiert. Der Schild war dadurch in 36 Kammern unterteilt, in denen je ein Tunnelarbeiter arbeiten konnte. Vor dem Schild befanden sich zur Abstützung der Ortsbrust horizontale Holzbohlen in Breite der Kammern. Jeder Arbeiter entfernte jeweils eine Bohle, grub ungefähr einen halben Meter tief ins Erdinnere, setze die Bohle anschließend wieder als Stützung in die Wand. Wenn alle Bohlen um den „halben Meter“ vorgerückt waren, konnte der Schild ebenfalls einen halben Meter weiter nach vorn geschoben werden. Dann begann die Arbeit erneut. Nach dem Vorrücken kleideten Maurer sofort die 50 Zentimeter lange neue Tunnelstrecke mit Mauerwerk aus. Bei dieser Konstruktion war der „halbe Meter“ unmittelbar hinter dem Schild bis zum Erhärten des Mauerwerks nicht abgestützt, so dass hier häufig Wasser eindrang und Arbeiter wie Arbeit gleichermaßen bedrohte. Zwischenfälle waren an der Tagesordnung.
Im Lauf des 19. Jahrhunderts änderten sich die Schilde, die Betriebsart – die Dampfmaschine war entwickelt worden – und die Auskleidungen des Tunnels: 1869 setzten die Ingenieure James Henry Greathead und Peter William Barlow beim Bau eines zweiten Tunnels unter der Themse bereits einen kreisrunden Schild ein. Und zugleich verwendeten sie hier zum ersten Mal gusseiserne Tübbinge zur Sicherung des neuen Tunnels.
Druckluft gegen Wassereinbrüche
In den 80er Jahren des 19. Jahrhunderts wurde ein neues Verfahren entwickelt und für den Schildvortrieb nutzbar gemacht: die Verwendung von Druckluft. Um Wassereinbrüche zu verhindern, die den Bau des ersten Themse-Tunnels so schwer gemacht hatten, setzte man nun die gesamte Baustelle unter einen Überdruck: So konnte kein Wasser von außen in die Baustelle eintreten. Beim Bau der Londoner U-Bahn 1886 bediente man sich als eines der ersten Male des Druckluft-Schildvortriebs. Damit die Arbeiter in dem höheren Luftdruck arbeiten konnten, mussten sie in einer Druckkammer an die höheren Werte angepasst werden. Dabei war der Weg zurück die gefährliche Etappe: Die Dekompression, also die Gewöhnung vom überhöhten an den atmosphärischen Druck, durfte nicht zu schnell passieren. Dann nämlich konnten sich Stickstoffbläschen im Körper bilden, die nicht selten zu Gelenkschmerzen, bedrohlichen Atemlähmungen und manchmal sogar bis zum Tod führten.
Flusseisen-Tübbinge
Anfang des 20. Jahrhunderts plante man auch in Hamburg eine Fluss-Unterquerung – die der Elbe: bereits 1907 begannen die Bauarbeiten für den Alten Elbtunnel im Schildvortrieb unter Druckluft, 1911 wurde er fertiggestellt. Damals war der Tunnel mit den beiden Röhren und Fahrstühlen für Pferdekutschen schlichtweg die Sensation. Beide Röhren unter der Elbe hindurch sollten, so die amtliche Anforderung, eine Höhe von sechs Metern haben: „für eine Kutsche mit aufgestellter Peitsche“. 426,5 Meter ist jede der beiden Röhren des Tunnels lang. Zur Sicherung wurden – wie heute – Tübbinge eingesetzt, die damals noch aus Flusseisen bestanden und vernietet wurden.
Um die gefürchteten Wassereinbrüche beim Bau des Tunnels zu verhindern, verwendeten die Ingenieure hier Druckluft von 2,6 bar. Allerdings musste man erst lernen, mit ihr und der Dekompression umzugehen: Fast 700 der 4400 Arbeiter hatten mit der Druckluftkrankheit, heute sagt man auch Taucherkrankheit, zu kämpfen, drei starben sogar an ihr. Mit dabei waren immer Tiere, weil die schneller auf Luftveränderungen reagieren. Acht Stunden Tunnelbau in stickiger heißer Luft unter Überdruck und dann 90 Minuten in der Dekompressionskammer: Es dauerte, bis die Arbeiter wieder das Tageslicht sahen. Extrem harte Arbeit, die mit einer monatlichen Druckluft-Zulage von 100 Mark sehr gut bezahlt wurde.
Schildvortrieb bei der HOCHBAHN
Ende der fünfziger Jahre wurde der Schildvortrieb in Hamburg auch für den U-Bahn-Bau eingesetzt. 1955 beschloss der Senat die Erweiterung des Streckennetzes vom Jungfernstieg über Meßberg, Hauptbahnhof Süd und Lübecker Straße bis nach Wandsbek-Gartenstadt. Die Arbeiten begannen 1956. Zwischen Hauptbahnhof und Steinstraße musste der Tunnel unter den Bahngleisen gebaut werden, um den Eisenbahnbetrieb nicht zu beeinträchtigen. Deshalb setzte man hier 1958 eine Schildvortriebsmaschine ein: Unterirdisch grub ein gewaltiger Schild von 6,40 Metern Durchmesser die beiden Tunnelröhren unter dem Hauptbahnhof hindurch. Die Röhren bestehen aus Beton-Tübbingen. 1963 wurde die gesamte Strecke bis nach Wandsbek-Gartenstadt in Betrieb genommen.
Auch beim Bau der Linie U2 ab 1965 wurde ein längerer Abschnitt im Schildvortrieb realisiert: Eine „Riesenraupe“ bohrte die Verbindung zwischen Berliner Tor und Schlump tief unter der Erde und der Alster hindurch. Hier bestehen die Röhren jedoch aus Guss-Eisen-Tübbingen. Wie beim Alten Elbtunnel benutzte man Druckluft, um den Tunnel vor Wassereinbruch zu sichern. Die Bauleute gewöhnten sich in Schleusen an den jeweiligen Druck. Medizinische Untersuchungen hatten im Lauf des Jahrhunderts mehr Aufschluss über die Taucherkrankheit geliefert und zu vielfältigen Sicherheitsvorkehrungen geführt: 1935 bereits ist die erste Verordnung über Arbeiten unter Druckluft in Kraft getreten und seitdem mehrfach überarbeitet und angepasst worden.
Startrampen des Tunnelbohrers befanden sich damals am Georgsplatz/Hauptbahnhof Nord und in der Karolinenstraße. Nur die Haltestelle Jungfernstieg war noch einmal eine offene Baustelle. Die Bauleute hatten sie mit Spundwänden in der Alster „trockengelegt“. 1973 schließlich wurde sie spektakulär mit fünf übereinander liegenden Ebenen – Straßenverkehr, Alsterschifffahrt, U1, S-Bahn und U2 – eröffnet.
Heute im Einsatz: Hydroschilde
Die Maschinenbauer experimentierten weiter. Welche Möglichkeiten, so fragten sie, gibt es denn neben der Druckluft noch, um den Tunnelbau vor eindrängendem Wasser zu schützen? In den 60er Jahren schließlich fanden sie eine Lösung: Jetzt wurden die ersten Hydroschilde erprobt. Sie verwenden, statt die gesamte Baustelle unter Überdruck zu setzen, eine Stützflüssigkeit, um die Ortsbrust zu stabilisieren und das Wasser fernzuhalten.
Das Schneidrad bewegt sich in einer mit Stützflüssigkeit gefüllten Kammer. Der Abraum wird mit der Flüssigkeit vermischt und abgepumpt. In der Regel benutzt man dafür eine Bentonit-Suspension.
Viel hat sich getan in den fast 200 Jahren, seit Brunel seine geniale Idee des Schildvortriebs entwickelte. Beim Bau der U4 kommt heute ein Hydroschild zum Einsatz, der Aushub wird durch Rohre nach draußen geleitet, die Beton-Tübbinge sind maßgeschneidert und werden von der Maschine automatisch an die richtige Stelle gesetzt. Die Arbeit geschieht nun nicht mehr mit Hacke und Schaufel im stickigen Tunnel, dafür dirigieren Bauleute die gigantische Vortriebsmaschine und hinterlassen fertige und fast staubfreie Röhren. Die „Riesenraupe“ ist seit ihren Anfangstagen nun leiser, schneller, sauberer und sicherer geworden.
