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Tunnelbau - Intelligente Lösungen unter Tage

16.07.2008

Spektakuläre Projekte, neue Erkenntnisse, zukunftsweisende Innovationen und Techniken prägen die Entwicklung im Tiefbau. Österreichisches Know-how im Tunnelbau ermöglicht zudem unkonventionelle Lösungen.

In Superlativen sprechen die Betreiber über den Bau der Wiener Nordost-Umfahrung, die in ihrem Endausbau von Korneuburg über den nördlichen und östlichen Stadtrand der Bundeshauptstadt zum Knoten Schwechat führen soll, wo die Ostautobahn A4 und die Wiener Südumfahrung S1 aufeinandertreffen. Der Errichter Bonaventura spricht von der größten Baustelle Mitteleuropas. Der Tradenbergtunnel, der Bestandteil dieser Straßenverbindung sein wird, ist der erste in bergmännischer Weise errichtete Straßentunnel in Niederösterreich. Bonaventura gehören zu je 44,4 Prozent der Alpine Bau und der Hochtief PPP Solutions. Die übrigen 11,2 Prozent hält die französische Infrastrukturgesellschaft Egis Projects S.A. Sie bekam im Dezember 2006 den Zuschlag für die Errichtung des sogenannten „Projekts Y“. Dieses Projekt umfasst die Errichtung der Nordautobahn A5 von Eibesbrunn bis Schrick, die Errichtung der Wiener Außenring-Schnellstraße S1 von Korneuburg über Eibesbrunn nach Süßenbrunn und die Umfahrung von Süßenbrunn im Rahmen der Nordrand-Schnellstraße S2. Die Strecken werden für 30 Jahre von der Bonaventura Straßenerhaltungs-GmbH betrieben werden. Diese gehört zu 50 Prozent der Egis Projects SA und zu je 25 Prozent Hochtief und Alpine. Es handelt sich um das erste Straßeninfrastruktur-Projekt in Österreich, das in Form einer Private-Public-Partnership (PPP) errichtet und betrieben wird. Die Planung erfolgt durch die Y-ZT GmbH und Bernard Ingenieure, die Projektbegleitung leitet ein Architektenteam um Martin Wakonig. Erst vor wenigen Wochen wurde das „Projekt Y“ bei der Verleihung der Public Private Finance Awards in London als „Best European Project to sign“ ausgezeichnet. Der Preis ging gemeinsam an Bonaventura als Konzessionär und die Asfinag als Konzessionsgeber.
Der Tradenbergtunnel unterquert die nördlichen Ausläufer des Bisamberg-Massivs zwischen Hagenbrunn-Königsbrunn und Stetten. Der bergmännisch hergestellte Teil des Tunnels hat eine Länge von 1,4 Kilometern, wozu aber noch in offener Bauweise errichtete Lärmschutztunnel kommen, die dem Tunnelbauwerk eine Gesamtlänge von 2,4 Kilometern bescheren. Aufgrund der geologischen Situation lag der durchschnittliche Tagesvortrieb bei 2,6 Metern. Der Ausbruchquerschnitt beträgt 126 Quadratmeter. Die relativ geringfügige Überdeckung von maximal 50 Metern stellte eine zusätzliche Herausforderung dar. Insgesamt wurden 1,6 Millionen Kubikmeter Beton und 87.000 Tonnen Betonstahl verbaut. Die Stützung erfolgt mit Spritzbeton, Tunnelgitterbögen und Systemverankerung mit SN- und IBO-Ankern, wobei aufgrund der geologischen Situation die Anker ziemlich eng gesetzt werden mussten. Vor wenigen Tagen fand der Durchstich statt. Als Tunnelpatin fungierte Heidi Pfaffl aus Stetten, deren Weine zu den bekanntesten des unteren Weinviertels zählen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Die Arbeitsgemeinschaft Hereschwerke ­Automation / Östu-Stettin Hoch- und Tiefbaugesellschaft / Junger Baugesellschaft hat den ersten Abschnitt der Sanierung des 2.500 Meter langen Tanzenbergtunnels auf der S6 Semmeringschnellstraße zwischen Bruck/Mur und Kapfenberg im Zeitplan und rechtzeitig zur Euro 2008 umgesetzt. Auf der 30-Millionen-Euro-Baustelle werden bis zu 150 Personen und bis zu 40 Baufahrzeuge gleichzeitig koordiniert. Projektleiter Karl Ledermüller von den Hereschwerken: „Die Herausforderung bei solchen Baustellen mit vielen Firmen und einem extrem optimierten Bauzeitplan besteht in der Koordination der handelnden Personen und Unternehmen. Es ist ständig auf exakte Abstimmung aller Beteiligten zu achten. Man konnte hier einmal mehr beweisen, dass das scheinbar Unmögliche schaffbar ist, wenn alle Beteiligten engagiert an einem Strang ziehen.“ Nach tagelangen Prüfungen, Zuverlässigkeitstests, Leuchtdichtemessungen, Brandtest und Tests der vollautomatischen Tunnelfunktionen konnte die Verkehrsfreigabe termingerecht erfolgen. Der Gesamtauftrag beträgt mehr als 30 Millionen Euro, wobei die gesamte elektrotechnische Ausrüstung und Automation durch Hereschwerke Automation durchgeführt werden und der Bauanteil durch Östu-Stettin/Junger abgewickelt wird.

Nicht weniger spektakulär ist die Errichtung eines Unterwasser-Tunnels in Irland mit Schalungstechnik von Peri. Im Zuge des Autobahnausbaus im südwestlichen Irland quert die neue vierspurige Autobahn bei der Stadt Limerick, sonst eher bekannt wegen der fünfzeiligen Gedichte, den Fluss Shannon, der wenige Kilometer westlich in den Atlantik mündet. Zu diesem Zweck gilt es, den Shannon auf einer Länger von 675 Metern zu untertunneln. Mit Ein- und Ausfahrtsrampen kommt das Tunnelbauwerk auf eine Gesamtlänge von 915 Metern. Im Herbst 2010 soll der Tunnel fertig sein. Für die Ausführung des Bauabschnittes stellt Peri zwei unterschiedliche, auf die Anforderungen der Baustelle und des Bauablaufs angepasste Tunnelschalungslösungen bereit. Die beiden Röhren sind jeweils zehn Meter breit und sechs Meter hoch. Für den Einschwimmtunnel werden fünf Tunnelelemente mit jeweils 100 Meter Länge in einem 600 Meter langen und 33 Meter breiten Trockendock am Nordportal vorgefertigt und über Schottwände stirnseitig abgeschottet. Nach dem Fluten des Docks können die jeweils 20.000 Tonnen schweren Stahlbeton-Fertigteile eingeschwommen und in die zuvor ausgebaggerte Flussbettrinne des Shannon abgesenkt werden. Die Herstellung dieser Elemente erfolgt im Sechs-Tage-Takt.

Abdichtung und Entwässerung

Die Konstrukteure des Limerick-Tunnels haben mit dem Wasser des Flusses Shannon zu kämpfen. Im heimischen Tunnelbau – auch beim Tradenbergtunnel war es so – kommen die Probleme eher vom Bergwasser. Bergwasser im Hohlraumbau war eines der Hauptthemen beim heurigen Bergbautag an der Montanuniversität Leoben. Zahlreiche Fachvorträge beleuchteten das Thema aus unterschiedlichen Perspektiven. Peter Reichl und Gunnar Domberger vom Institut für Wasserressourcen-Management am Joanneum berichteten zunächst über hydrologische Untersuchungen und Prognoseerstellung beim Projekt S6, Semmering-Schnellstraße, Tunnel Semmering, Tunnel Steinhaus und Tunnel Spital, ehe sie auf hydrogeologische Aspekte der Nutzungsmöglichkeiten von Tunnelwasser eingingen.

Als Nutzungsmöglichkeiten kommen je nach anfallender Tunnelwassermenge, Tunnelwasserqualität und Tunnelwassertemperatur eine energetische oder eine Nutzungskomponente der Wasserversorgung infrage. Vor allem in der Schweiz ist die energetische Nutzung schon verbreitet. Den Ausgangspunkt der Nutzungsüberlegungen stellt die hydrogeologische Ressourcenbewertung dar. Als großes Potenzial für eine mögliche Nutzung von Tunnelwasser stellen sich die in Planung oder im Bau befindlichen Tunnel in Österreich wie Brenner-, Semmering- oder Koralm-Tunnel dar.
In der Schweiz wird das Bergwasser aus 96 Prozent aller Tunnel abgeleitet. Das kann nach dem Ableit- oder dem Verdrängungskonzept erfolgen. Wichtig beim Ableitkonzept ist, dass der ganze Querschnitt einschließlich der Sohle erfasst und die Entwässerungsleitung am tiefsten Punkt angeordnet wird. Es sind Kontaktzonen zu vorzusehen, welche dem Bergwasser Zutritt zu den Drainageelementen verschaffen und so eine Entlastung herbeigeführt werden kann. Beim Verdrängungskonzept muss die Verkleidung auf den vollen Wasserdruck bemessen werden. Peter Zwicky vom Ingenieurbüro für Abdichtungstechnik, Schweiz, betont die Bedeutung von Abdichtung und Entwässerung bei den Schweizer Eisenbahntunnels, weil dort Wasserdrücke von bis zu 150 bar vorausgesagt und beim Bau auch gemessen wurden. Zudem stellen hohe Gebirgstemperaturen von bis zu 40 Grad Celsius erhöhte Anforderungen an die Abdichtungssysteme. Als Blick in die Zukunft bezeichnete Zwicky ein Abdichtungssystem mit einer Drainageschicht aus Splitt.

Der Consultingunternehmer Alois Vigl aus dem vorarlbergischen Schruns erklärt, dass die Bergwasserentlastung als Folge der Drainagewirkung eines Vortriebes sich bei entsprechend großem Nachschub lediglich als Druckabsenkung im Umfeld der Tunnelröhre ohne Absenkung des Bergwasserspiegels äußert. Sie kann aber auch zu einer Absenkung des Bergwasserspiegels und bei völligem Fehlen eines Nachschubes sogar zum Ausrinnen des relevanten Gebirgskörpers führen. Bei der TBM-Planung haben hinsichtlich der Bergwasserbewältigung insbesondere die Bohr- und Injektionseinrichtungen und Einrichtungen zum Lenzen der Arbeitsbereiche und zur Abfuhr von Bergwasser Vorrang.

Schalung für Unterwassertunnel

In der norwegischen Hafenstadt Trondheim wird zurzeit im Rahmen des E6 North Relief Road Project eine leistungsstarke Umfahrungsstraße entlang des Hafengebiets errichtet. Mit der für 2010 geplanten Verkehrsfreigabe dieser neuen Umfahrungsstraße soll eine nachhaltige Verkehrsentlastung der Innenstadt sichergestellt werden. Ein Teilabschnitt dieser Umfahrung verläuft in einem Tunnel zehn Meter unterhalb des Meeresspiegels. Dieser 505 Meter lange Tunnel wird von Bilfinger Berger in aufgelöster Bauweise mit zwei zur Gänze mietbaren Tunnelschalwägen von Doka errichtet. Die Tunnelschalwagen bauen auf standardisierten und mietfähigen Systemkomponenten auf und sind mit der Trägerschalung FF 20 und der robusten Schalungsplatte Doka 3-SO bestückt. Die Sicherung der Baugrube erfolgt mit bis zu 16 Meter hohen Spundwänden. Nach der Fertigstellung der Ortbetonbodenplatte werden die Tunnelwände sowie die Decke in 12,5 langen Abschnitten mit den Doka-Tunnelschalwagen in einem Guss und im Wochentakt betoniert. Nach Fertigstellung eines Betonierabschnitts wird die komplette Schalungskonstruktion mit Hydraulikzylindern vom Beton zurückgefahren und auf Schienen in den nächsten Betonierabschnitt transportiert. Der in Höhe und Breite um bis zu zwei Meter variierende Tunnelquerschnitt stellt dabei höchste Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit der Schalungskonstruktion. Durch den Einbau von Wechsel- und Ausgleichselementen ist eine exakte und schnelle Anpassung an den veränderlichen Querschnitt sichergestellt. Die beiden Tunnelrampen werden mit Trägerschalung Top 50 Großflächenelementen ausgeführt.

Strategien für Instandhaltung

Christian Draschitz, ÖBB Infrastruktur Bau, erklärt die Instandhaltungsstrategien für Eisenbahntunnel und die Vermeidung von Ablagerungen in den Entwässerungsleitungen: „Vor allem massiv auftretende Versinterungen machen den reibungslosen Betrieb von Verkehrstunneln kostenaufwändig. Diese Versinterungen sind einerseits die Gestaltung der Entwässerung und andererseits auf Wechselwirkungen der beim Bau eingesetzten zementgebundenen Baustoffe mit dem anstehenden Bergwasser zurückzuführen. Deshalb sollte mit den bis zum Ende der Rohbauphase gewonnenen Wasserwerten beim Tunnelneubau und vor allem den Daten der Versuchsanlage im Erkundungsstollen die Strategie für die Instandhaltung der Entwässerung festgelegt und optimiert werden: der Weg des Wassers aus dem Gebirge in die Drainageleitung, versinterungsarmes Abflussdesign, widerstandsfähige Zement­rezepturen, örtliche und verfahrenstechnische Festlegungen für den Einsatz der Härtestabilisierung des Bergwassers.“

Andreas Saxer, Institut für Betonbau, Baustoffe und Bauphysik der Universität Innsbruck, erläutert Maßnahmen zur Reduktion des Versinterungspotenzials von zementgebundenen Baustoffen: „Einen maßgeblichen Anteil am Zustandekommen der Versinterungen können die beim Tunnelausbau verwendeten zementgebundenen Baustoffe ausüben. Dabei sind vor allem jene Baustoffe von Bedeutung, die sich außerhalb der Tunnelabdichtung befinden, wie Spritzbeton, Filterbeton, Injektionszemente und Ankermörtel. Für die Entstehung von Versinterungen ist die Auslaugung von Kalkhydrat von Bedeutung, welches bei der Hydratation des Zements entsteht. Durch Absorption von Kohlendioxid fällt Kalkstein aus der Lösung aus.“ Zum anderen bewirkt die Freisetzung von Kalkhydrat eine Erhöhung des pH-Werts und bei Mischung mit hartem Wasser wird das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht verändert, was ebenfalls zur Ausfällung von Kalkstein führt. Untersuchungen zum Auslaugverhalten der genannten Baustoffe haben gezeigt, dass durch Variation der Zusammensetzung des Bindemittels deutliche Unterschiede hinsichtlich Freisetzung von Calcium erzielbar sind.

Bei drei Spritzbetonen aus Tunnelbaustellen – ein Trocken- und zwei Nassspritzbetone – zeigte sich nach drei Elutionsdurchgängen für den Trockenspritzbeton eine um einen Faktor 12 höhere und für den ersten Nassspritzbeton eine um einen Faktor 3 höhere Calcium-Freisetzung als beim zweiten Nassspritzbeton. Für die Bindemittelzusammensetzung ergibt sich aus den Ergebnissen von Untersuchungen, dass klinkerarme (etwa Sulfathüttenzement), klinkerreduzierte Zemente (etwa CEM III) und eine Optimierung des Bindemittels durch hydraulisch wirksame Zusatzstoffe wie Flugaschen, Hütten­sand oder Silikastaub zu deutlichen Reduktionen der Calcium-Freisetzung und damit des Versinterungspotenzials von zementgebundenen Baustoffen führen.

Neue Abdichtung für lecke Rohre

Aber nicht nur in Tunnels bereitet auslaufendes Wasser Probleme. Gerade in Großstädten mit alter Bausubstanz wie etwa Wien liegen viele alte Graugussleitungen unter dem Straßenbelag, die nach und nach in die Jahre kommen. Das neue Patentrezept zur raschen, günstigen und den Verkehrsfluss schonenden Sanierung undichter Rohre heißt Schlauch-Inliner. Es eignet sich besonders für Rohrleitungen mit großem Querschnitt. Voraussetzung für eine fachgerechte Sanierung ist das Entfernen sämtlicher Ablagerungen – am besten mittels Höchstdruckreiniger. Bei dem zum Einsatz kommenden Schlauch handelt es sich um einen der Rohrdimension entsprechenden auf der Außenseite mit Epoxidharz getränkten und in einer Reversionstrommel verwahrten Schlauch. Dieser wird dann unter Druck in die bestehende Leitung eingestülpt. Ist das Leitungsende erreicht, wird der Inliner mit Heißdampf beaufschlagt und unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Innendrucks so lange „geheizt“, bis das Epoxidharz ausgehärtet ist und sich mit dem Altrohr verklebt hat. Das Ergebnis ist eine muffenlose Innenauskleidung des Altrohres, sozusagen ein Verbundwerkstoff, bei dem das alte Graugussrohr die statische Funktion übernimmt und der Schlauchliner die Dichtheit wiederherstellt, die Hydraulik optimiert und einen dauerhaften Schutz vor Innenkorrosion gewährleistet. Die Vorteile gegenüber der gängigen Methode: Aufgraben von Straßen, Entfernen der alten Rohrleitung, Verlegen der neuen Rohrleitung sind mannigfaltig.

Zum einen muss nicht mehr ein ganzer Straßenzug aufgegraben werden. Es reicht, die Straße an einer Stelle zu öffnen, die gerade groß genug ist, den Schlauch in das Rohr einzuführen. Der Verkehr muss nur um dieses Loch herumgeleitet werden. Langwierige Straßensperren fallen aus. Auch Lkw-Fahrten zum Abtransport des Aushubs und des alten Rohrmaterials sowie zur Anlieferung der neuen Rohre und des Verfüllmaterials entfallen. Bei einer Musterbaustelle des Wiener Wasserwerks im 19. Wiener Gemeindebezirk, bei der eine 486 Meter lange Wasserleitung auszukleiden war, konnten auf diese Weise 650 Lkw-Fahrten eingespart werden. Für die ganze Sanierung waren nur drei Montagegruben mit einer Größe von je 80 Quadratmetern erforderlich.

Propagiert wird das Verfahren von der Österreichischen Vereinigung für grabenloses Bauen (ÖGL), deren Geschäftsführerin Ute Boccioli meint: „Die Baustelle Barawitzkagasse in Wien 19 ist ein klassisches Beispiel dafür, wie durch Einsatz moderner grabenloser Technologien sowohl wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können, als auch Menschen und Umwelt möglichst wenig belastet werden. Die grabenlose Technologie als umweltschonende und hocheffiziente Bauweise ist eine weltweit anerkannte gleichwertige Alternative zur konventionellen Bauweise im Bereich der Neuverlegung bzw. der Sanierung von Leitungen und setzt sich immer mehr durch.“ Die praktische Umsetzung der Sanierung lag in den Händen des Linzer Spezialunternehmens Rabmer Bau Holding, das bereits Erfahrung mit dieser Art der Rohrreparatur hat.

Klärgas-Veredelung

Durch Rohre fließen auch Abwässer, die dann in Kläranlagen landen. Auf dem Gelände des Abwasserverbandes Wiener Neustadt-Süd könnte schon bald eine Gas-Veredelungsanlage entstehen, in der das kontinuierlich und in großen Mengen anfallende Klärgas getrocknet, gereinigt und damit auf Erdgas-Qualität gebracht wird. „Damit würde der Abwasserverband einen ganz erheblichen Beitrag zum Umweltschutz und zur Minderung der Klimaproblematik beitragen. Bisher nutzen wir das Klärgas in zwei Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von Strom für den Eigenbedarf und zur Ökostrom-Netzeinspeisung sowie zur Wärmeerzeugung für den Eigenbedarf“, erläutert Franz Hubinger, Obmann des Abwasserverbandes. Jedenfalls hat die EVN sich mit dem Vorschlag nach Errichtung einer solchen Anlage an den Abwasserverband gewandt. Das gereinigte Gas soll dann ins Gasnetz eingespeist werden.

Produkte für das andere Ende des Weges, den das Abwasser nimmt, stellt die Firma Glynwed aus Linz her. Sie wurde 1965 als Marley Österreich gegründet und ist heute Tochterunternehmen der internationalen Aliaxis-Gruppe. Die Produktpalette umfasst technische Kunststoffe, technische Keramik, Pumpen und Armaturen, Gebäudetechnik, Industrie-Rohrsysteme und das Marley Sortiment. Für alle Einsatzbereiche, bei denen Wasser versickern soll, hat Glynwed eine kompetente Lösung – für den klassischen Bereich der Landwirtschaft ebenso wie für den Straßen- und ­Autobahnbau. Einen wesentlichen Kompetenzbereich deckt das Unternehmen mit seinen PE-Verbundrohren ab. Das geringe Gewicht und die daraus abgeleitete Möglichkeit, die Rohre auch in unwegsamem Gelände einfach zu transportieren, sind dabei einer der überzeugenden Vorteile gegenüber herkömmlichen Rohrsystemen.

Ralf Siebenbürger

aus: bau.zeitung 28/08, S.33 ff.

Autor/in:
Redaktion Bauzeitung
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