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Spektakuläre Einsätze unter der Erde

30.11.2005

In das Fachgebiet Grund-, Pfahl- und Sonderbau fallen alle Bauvorhaben, die einerseits unter der Erde passieren und andererseits eine spezielle Befestigung des Erdreichs erforderlich machen. In diesen Fällen sprechen die Tiefbau-Experten von Schlitzwänden, Pfahlsetzungen oder auch Unterwasserbetonsohlen. Die Einsätze sind in den meisten Projekten höchst spektakulär – und reichen von Unterwassertauchern ebenso bis zu einer Vielzahl an unvorhersehbaren Ereignissen. Die Baupotenziale im Tiefbau stützten vor allem heuer die Bauwirtschaft in Österreich. Die Gesamtsparte Tiefbau konnte 2005 kräftig zulegen, vor allem der Spezialbau und die guten Entwicklungen im Straßen- und Eisenbahnoberbau zeichnen für das Plus verantwortlich. Die Forschungsgesellschaft für Wohnen, Bauen und Planen rechnet mit einem Produktionswert von rund 4,36 Milliarden Euro für 2005. Der Tiefbau selbst besteht aus Tunnelbau, Brücken- und Hochstraßenbau sowie Wasserbau – diese Bereiche erwirtschaften 2005 rund 15 Prozent des Produktionsvolumen im Tiefbau.
Österreichs größte Tiefbauvorhaben sind neben anderen der Wien-Tal-Sammelkanal, der Bau der S1 wie auch der Tunnel Rannersdorf. Auch der Bauabschnitt U1/3 in Wien erweist sich als spektakuläres Tiefbauprojekt, mit verankerten Unterwasserbetonsohlen. In der 1. Ausbauphase der Wiener U-Bahn wurde das Grundnetz – bestehend aus den Linien U1, U2 und U4 – fertig gestellt. Die Streckenlänge des Grundnetzes beträgt ca. 30 Kilometer. Die zweite Ausbauphase der Wiener U-Bahn umfasst die Linien U3 und U6. Nach Abschluss der zweiten Ausbauphase verfügt Wien über fünf U-Bahn-Linien mit einer Streckenlänge von rund 62 Kilometer. In der dritten Ausbauphase wurde die Linie U1 von Kagran nach Leopoldau verlängert und die Linie U2 in den Raum Stadlau geführt. Die Linie U1 stellt das Rückgrat des Wiener U-Bahn-Netzes dar und ist auch die am stärksten belastete Linie des Netzes. Die Verlängerung der Linie U1 erschließt die bestehenden Siedlungsschwerpunkte Rennbahnweg und Großfeldsiedlung und wird Entwicklungsimpulse nordwestlich des Kagraner Platzes und für die Umgebung der Station Aderklaaer Straße („Entwicklungsgebiet Brachmühle“) setzen. Durch die Anbindung der S-Bahn in Leopoldau wird eine teilweise Verlagerung vom S-Bahn-Netz auf das U-Bahn-Netz erzielt, wodurch die Belastung der U1 vergleichsmäßig und die Überlastung der Schnellbahn im Abschnitt Floridsdorf–Praterstern abgebaut wird. Nach der Station Kagraner Platz ist eine Wendeanlage mit zwei Wendegleisen angeordnet. Während die Wendegleise horizontal bleiben – Nivellette ca. 14 Meter unter Gelände – steigen die Liniengleise nach den Abzweigweichen der Wendegleise an. Die Trasse schwenkt in eine östliche Seitenlage zur Wagramer Straße, erreicht eine einfache Tieflage (Nivellette ca. sieben Meter unter Gelände) und steigt dann weiter an zur Hochlage. Die Tieflage wird in offener Bauweise (Deckelbauweise) mit Schlitzwänden errichtet, in Hochlage gelangen schlaff bewehrte Stahlbetontragwerke zur Ausführung. Nach der Station Rennbahnweg verläuft die Trasse auf einer Länge von ca. 120 Meter vorerst parallel zur Wagramer Straße und quert mit einem Kreuzungswinkel von ca. 20 Grad die Wagramer Straße. Die Strecke führt anschließend geradlinig weiter zu einer östlichen Seitenlage zur Holzmanngasse. Die Nivellette sinkt zur Niveaulage der Station Aderklaaer Straße ab. Nach der Station Aderklaaer Straße taucht die Strecke zur einfachen Tieflage ab und schwenkt in einer leichten S-Linie zur Station Großfeldsiedlung unter der Kürschnergasse. Die Trasse nach der Station Großfeldsiedlung schwenkt dann in einem Rechtsbogen bis zur Station Leopoldau (Parallellage zur Nordbahn). Die Station Leopoldau und die viergleisige Wendeanlage in Niveaulage werden mit einer Park&Ride-Anlage überbaut. Der Bauabschnitt U1/3 erstreckt sich über eine Länge von ca. 1760 Meter. Ab Bauabschnittsanfang wurden für beide Gleise schlaff bewehrte Trogbrückenquerschnitte als achtfeldrige Durchlauftragwerke mit 110 Meter Gesamtlänge ausgeführt. Die Station Aderklaaer Straße mit Mittelbahnsteig (Länge ca. 160 Meter) befindet sich in Niveaulage mit Ausgängen an beiden Bahnsteigenden. Nach der Station taucht die Strecke über eine Rampe (Länge ca. 190 Meter) in ein Tunnelbauwerk ab (Länge ca. 550 Meter). Dabei musste ein sechsgeschoßiges Wohnhaus in der Lhotskygasse unterfahren werden. Die Station Großfeldsiedlung (Länge ca. 180 Meter) wird als konventioneller U-Bahn-Stationstunnel in seichter Tieflage ausgeführt. Die Strecke nach der Station (Länge ca. 570 Meter) endet mit dem Tunnelportal nach Unterquerung der Schererstraße. Die Trasse des BA U1/3 liegt inmitten des Donautales und zur Gänze im Bereich der eiszeitlichen Praterterrasse. Das Oberflächenrelief weist keine nennenswerten Höhenunterschiede auf. Das größtenteils ebene Gelände entspricht dem Talboden der ehemals unregulierten Donau. Oberflächennah stehen durchwegs Anschüttungen mit einer Mächtigkeit zwischen 0,5 bis zwei Meter und bereichsweise Ausande und Aulehme (mit Mächtigkeiten bis etwa vier Meter) an. Darunter folgen die quartären Schotter der Praterterrasse, welche auf den jungtertiären Schichten des Oberpannon (Sande und Schluffe) lagern. Die Tertiäroberkante (gleichbedeutend mit der Kiesunterkante) besitzt erosionsbedingt ein unregelmäßiges Relief. Die schluffig-sandigen bzw. sandig-schluffigen Schichten im Liegenden sind in Tiefen etwa ab neun Meter bis 17 Meter unter GOK zu erwarten.

Zweischalige Baumethode
In den sehr gut durchlässigen quartären Kiesen befindet sich ein freier zusammenhängender Grundwasserspiegel. Die in den jungtertiären Sanden angetroffenen Grundwasserhorizonte sind unter allfälligen stauenden Schluffschichten generell gespannt und weisen die gleichen Druckniveaus wie das freie quartäre Grundwasser auf. Diese sandige Jungter-tiärformation ist grundsätzlich voll wassergesättigt. Die seichte Tieflage im Bauabschnitt U1/3 erforderte neben der im Projekt vorgeschlagenen konventionellen, zweischaligen Baumethode auch die Untersuchung von alternativen Methoden für die Errichtung der Streckentunnel. Auf Grund der Baugrundaufschlüsse war davon auszugehen, dass zumindest bereichsweise die Durchlässigkeit des sandigen Tertiärs so hoch ist, dass eine übliche, vorwiegend statisch bedingte Einbindetiefe der Baugrubenwände nicht ausreicht, um mit einer innenliegenden Wasserhaltung über Brunnen den Aushubzustand beherrschen zu können. Nachdem auf Unterkante der statisch erforderlichen Einbindetiefe der Baugrubensicherung quartärer Kies oder tertiärer Sand ansteht, darunter in baupraktischer Tiefe kein Stauerhorizont zu erreichen war, wurden im generellen Projekt tiefliegende DSV(Düsenstrahl-)-Dichtsohlen zur Abdichtung der Baugrubensohle vorgeschlagen. Es war davon auszugehen, dass eine Entsorgung des abgepumpten Wassers bei Wasserhaltung ohne Dichtsohle bei der Umweltverträglichkeitsprüfung und beim eisenbahnrechtlichen Verfahren zu rechtlichen Problemen führt. Mangels geeigneter Vorfluter müssten die anfallenden Wassermengen in Kanäle eingeleitet werden bzw. wäre es aus Kapazitätsgründen erforderlich gewesen, eine Grundwasserversickerung mit entsprechenden Auflagen auszuführen. Auf Grundlage des generellen Projektes wurden verschiedene Ausführungsvarianten für die Errichtung des Streckentunnels untersucht und ein Wirtschaftlichkeitsvergleich geführt. Diese Variante entsprach dem Vorschlag des generellen Projektes in Form einer klassischen Deckelbauweise. Die Tatsache, dass kein dichter Stauer vorhanden ist, in dem die Schlitzwände einbinden können, erfordert ein Abdichten der Baugrubensohle, um das Zuströmen des Grundwassers von unten zu verhindern.

Senkkastenbauweise in Rannersdorf
Anstelle von Schlitzwänden werden Spundwände als temporäre Baugrubensicherung vorgesehen. Der Tunnel wird als geschalte Ortbetonkonstruktion in der einfach ausgesteiften Baugrube errichtet. Bei den gegebenen Grundwasserverhältnissen ist eine 1,10 Meter starke unbewehrte, verankerte Unterwasserbetonsohle erforderlich. Für die wasserdichte Sohlplatte ist eine Stärke von 0,6 Meter ausreichend. Auf Grund der Seichtlage des Tunnels und der Eintauchtiefe in das Grundwasser können Schlitzwände mit einer Konstruktionsstärke von d = 0,6 Meter ausgeführt werden. Im Bereich stark offener Strukturen sind gemäß der Aufschlussbohrungen Vorinjektionen erforderlich. Mit einer unbewehrten verankerten Unterwasserbetonsohle (Stärke ca. 1,1 Meter) kann analog zur Variante 2 die Auftriebssicherheit im Bauzustand erzielt werden. Die Bodenplatte kann ebenso mit 0,6 Meter Stärke als wasserdichte Innenschale ausgeführt werden. Wie Variante 3A, jedoch Abdichtung der Baugrubensohle mit tiefliegender DSV-Dichtsohle anstelle einer Unterwasserbetonsohle. Durch die Wahl einer DSV-Dichtsohle kann ähnlich wie bei der Variante 1 die Deckelbauweise ausgeführt werden. Der 1,90 Kilometer lange Tunnel Rannersdorf ist das Herzstück der S1, welche die A2 mit der A4 verbinden wird. Im Jahr 1996 wurden in einem Planungswettbewerb von drei Planungsteams Ideen für die Errichtung des Tunnel Rannersdorf entwickelt. Von der ÖSAG wurde die Idee einer Senkkastenbauweise für die Weiterbearbeitung ausgewählt und dem Genehmigungsverfahren zu
Grunde gelegt. Auf Grund der besonderen Bauweise, für die keinerlei Erfahrungen vorliegen, wurde von der ÖSAG im technisch schwierigsten Abschnitt der S1 der Tunnel Rannersdorf funktional ausgeschrieben. Es wurde von der ÖSAG ein Leistungsverzeichnis für eine Senkkastenbauweise vorgegeben. Dieses Leistungsverzeichnis musste von jedem Anbieter für seine Alternative entsprechend modifiziert werden. Strenge Auflagen im Bereich des Umweltschutzes, Wasserrecht und Lärmemissionen mussten dabei erfüllt werden.
Die Arge Strabag-Züblin bekam im April 2003 mit ihrer Alternative Spundwandbauweise mit Unterwasserbetonsohle, welche gemeinsam mit dem Zivilingenieurbüro Stella & Stengel und Partner entwickelt wurde, den Zuschlag. Abgesehen von den seichten Bereichen am Anfang und am Ende des Tunnels wird das Bauwerk großteils im Schutze von umschlossenen, mittels Tomann-Konstruktion zurückverankerten, Spundwandtrögen in Linienform errichtet. Eine technisch-wirtschaftliche Optimierung der Baugrubensicherung ergab, dass die Spundwände nicht bis in die stauenden Schichten des Tertiärs reichen, sondern im Bereich der durchlässigen tertiären Sande und lokal auch in den quartären Kiesen einbinden.
Um eine trockene Baugrube zu ermöglichen, ist folglich eine begleitende Grundwasserhaltung mit innenliegenden Brunnen erforderlich. Dadurch werden stationäre Verhältnisse erzielt, wodurch insbesondere die Veränderung der Grundwasserverhältnisse außerhalb der Tröge auf ein Minimum reduziert wird. In den tiefen Tunnelabschnitten wird anstelle der Grundwasserhaltung eine verankerte Unterwasserbetonsohle hergestellt, wodurch einerseits eine Abdichtung der Sohle erfolgt und andererseits die Spundwände eine Aussteifung im Sohlbereich erhalten, womit wiederum eine Optimierung der Spundwandlängen ermöglicht wird. Eine Besonderheit bildet der tiefste Bereich des Tunnels. Auf Grund der erforderlichen Umlegung von vier Flüssen bzw. Gerinnen sowie der Herstellung einer Gewässerschutzanlage am tiefsten Punkt des Tunnels wird das Bauwerk an dieser Stelle vorlaufend in Schlitzwanddeckelbauweise errichtet. Nach der Fertigstellung des Deckels werden die Gerinne in die ursprüngliche Lage oberhalb des Deckels verlegt.

Gisela Gary

Autor/in:
Redaktion Bauzeitung
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