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Aufwendig gebaute Tunnelanlagen schaffen schnelle und sichere Verkehrsverbindungen.

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© HeidelbergCement (Steffen Fuchs)

Ausgabe 3/2016Thema: Stadt|Land|Fluss

Unter Tage

Verkehrswegebau im Untergrund

Die Anforderungen an den Tunnelbau steigen stetig. Das Know-how, die vorausschauende Entwicklungsarbeit und das umfangreiche Portfolio von HeidelbergCement ermöglichen eine anspruchsvolle Bauweise dieser komplexen Projekte.

Als unlängst der 57 Kilometer lange Gotthardtunnel in der Schweiz eröffnet wurde, äußerte Bundeskanzlerin Angela Merkel in ihrer Rede zum Festakt: „Wir in Deutschland wissen, dass wir noch Aufgaben zu erledigen haben. Eine Zeitung schrieb zum Gotthardtunnel: ‚Das Herz ist da, aber die Aorta nicht fertig.‘ Es gibt auch ein Stück deutsche Aorta. Und wir werden [...] mit noch mehr Elan an unseren Aufgaben arbeiten.“ In der Tat sind derartige Tunnelbauten geniale Abschnitte der Verkehrsinfrastruktur, in denen Güter- und Fahrgastströme nahezu unsichtbar und lautlos, schnell und auf direktem Weg durch hügelige Landschaften, aber auch unter Flüssen und bewohnten Ortschaften hindurchgeführt werden. Allein 1.700 Kilometer, so die aktuelle Tunnelbaustatistik, verlaufen insgesamt in Deutschland. Bei vielen Großprojekten der letzten Jahre kam HeidelbergCement mit seinem anspruchsvollen Portfolio in beträchtlichem Umfang zum Zuge und konnte die benötigten Kapazitäten durch das Angebot seiner flächendeckenden Zement- sowie Sand- und Kieswerke auch über einen langen Zeitraum bereitstellen. „Als global agierendes Unternehmen hat man die Entwicklung von innovativen Bauweisen ebenso im Blick wie künftige Projekte, die möglicherweise neue Anforderungen stellen“, erläutert Dr. Felsch, Produktmanager Verkehrswegebau bei HeidelbergCement. „So lassen sich im Team mit Zusatzmittellieferanten spezifische Zemente entwickeln, die in Kombination mit speziellen Beschleunigern höhere Reaktivität, bei Bedarf hohe Frühfestigkeit und enorme Endfestigkeit aufweisen.“

HeidelbergCement: Profi im Tunnelbau

Der Brenner Basistunnel, ein Kernstück der transeuropäischen Eisenbahnachse zwischen Berlin und Palermo, und der Eisenbahntunnel Eierberge im Thüringer Wald, Bestandteil des Jahrhundertprojekts „Verkehrswege Deutsche Einheit“ haben etwas gemeinsam: Bei beiden Projekten wurde der Hohlraum beim bergmännischen Vortrieb und vor Einbau der nachgezogenen Innenschale mit Spritzbetonen gesichert, die je nach Anforderung der Geologie ausgelegt sind und deren Zement aus Lieferwerken von ­HeidelbergCement stammt. Auch im Steinbühltunnel, einem Eisenbahntunnel am Albaufstieg auf der Strecke Wendlingen-Ulm, bei der U-Bahnlinie 5 in Berlin, Unter den Linden, der Verlegung der Stadtbahnröhren der U12 im Bereich des neuen Tiefbahnhofs in Stuttgart und weiteren Tunnelbauten Richtung Bad Cannstatt im Zuge von Stuttgart 21 – um nur einige zu nennen – kann HeidelbergCement aus regional gelegenen Werken liefern.

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Verschiedene Techniken sichern Tunnelbauwerke. Mit Spritzbeton wird etwa die Ortsbrust gefestigt. Aus dem Fahrmischer kommt der Beton für die Notgehwege.

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© HeidelbergCement (Steffen Fuchs)

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Verschiedene Techniken sichern Tunnelbauwerke. Mit Spritzbeton wird etwa die Ortsbrust gefestigt. Aus dem Fahrmischer kommt der Beton für die Notgehwege.

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Es fällt nicht schwer, von Basel aus eine Verlängerung der Verkehrsroute nach Norden zu ziehen. Auf der Ausbau- und Neubaustrecke der Bahn Richtung Karlsruhe wird derzeit am Tunnel Rastatt gearbeitet, der bis 2022 fertig sein soll. Als Kernstück eines 17 Kilometer langen Neubaustreckenabschnitts wird der Tunnel mit zwei Röhren auf einer Strecke von über vier Kilometern das gesamte Rastatter Stadtgebiet, die bestehende Rheintalbahn sowie die Federbachniederung, einen renaturierten Bachlauf mit landschaftsökologischer Bedeutung, unterqueren (context berichtet in Ausgabe 4/2016 darüber). „Für dieses Projekt unter Federführung der Arge Züblin/Hochtief liefert HeidelbergCement Zemente in alle Bereiche: Für die Betonproduktion des Lieferanten peterbeton [siehe context 2/2016], für die Herstellung des Ringspaltmörtels seitens der Firma Godel-Beton und für die Tübbingsegmente, die das Unternehmen Max Bögl vorfertigt“, erläutert Dr. Klaus Felsch.

„Das Herz ist da, aber die Aorta nicht fertig.“

NZZ vom 24.5.2016

Rastatt ist nur eines der wichtigen Projekte, die anstehen. Doch während die Kanzlerin in ihrer Rede mehr Elan anmahnt, schwächte sich im Vergabezeitraum 2015 das Planungsvolumen bei Verkehrstunneln moderat ab: Die Tunnelbaustatistiker der Studiengesellschaft für Tunnel und Verkehrsanlagen e.V. (STUVA) führten dies im Straßentunnelbau in erster Linie auf die weiter angespannten kommunalen Finanzhaushalte zurück. Gleichzeitig wiesen sie darauf hin, dass künftig erhebliche Tunnelsanierungen bei Eisenbahn- und Straßentunneln anfallen. Kein leichtes Unterfangen für die öffentlichen Betreiber oder die Deutsche Bahn AG. Denn die Länge der bereits vollendeten unterirdischen Bauwerke in Deutschland ist immens, viele sind bereits schon wieder in die Jahre gekommen.
Jahrhundertbauten wie der neue Gotthardtunnel werden heute auf hundert Jahre Lebensdauer ausgelegt. In Deutschland ist der Bund, sind Länder und Kommunen beim Bau von Straßentunneln nicht nur Auftraggeber, sondern auch Betreiber. Um die Kosten gering zu halten, ist für die öffentliche Hand sowie für die Bahn, neben der Sicherheit der Verkehrsteilnehmer, von Anfang an vor allem die Qualität der Bauweise und deren Dauerhaftigkeit von Bedeutung. Insbesondere der Brandschutz muss dabei höchsten Anforderungen genügen. So ist etwa der Einsatz von Brandschutzbeton für die Tunnelschalen inzwischen Standard. In Brandschutzbetone werden Propylenfasern eingemischt, die im Brandfallereignis schmelzen sollen, so dass über die kapillare Struktur im Zementstein Dampfdruck abgebaut wird. Im Ergebnis lassen sich Betonabplatzungen minimieren und die damit verbundene Gefährdung von Personen (Betroffene und Helfer) wird reduziert. Auf diese Weise leisten eine Vielzahl von Bauprodukten und intelligenten Bauweisen einen Beitrag zur Sicherheit auf den Verkehrswegen.Susanne Ehrlinger

Zusätzliche Informationen
"Tunnelbau"

Gute Zusammenarbeit gefragt

Tunnelbauten werden in der Regel öffentlich ausgeschrieben. Jedes Bauunternehmen, das gewisse Präqualifikationen erfüllt und entsprechende Referenzen, ausreichend Personal sowie eine sichere Vorfinanzierung vorweisen kann, kann seine Leistung, meist in Absprache mit einem Ingenieurbüro, anbieten. Sonder- oder Nebenvorschläge sind möglich, auch wenn der Auftraggeber realitätsnahe Ausschreibungen mit sehr genauen Vorgaben vorlegt, um in der späteren Bauphase kostenintensive Abweichungen oder Nachträge zu vermeiden. Klärungsgespräche zwischen dem Bauherrn und potenziellem Bauunternehmen konkretisieren die Ausschreibung. Bauunternehmen schließen sich häufig als ARGE zusammen und bringen so ihre jeweiligen Spezialisten im Erdbau, der Maschinentechnik und für die Betonarbeiten zusammen. Wird als ARGE angeboten, werden das Ergebnis (Gewinn oder Verlust) und das Risiko geteilt. Nur so lassen sich Großprojekte realisieren wie etwa der Albaufstieg, der mit Baukosten von rund 750 Millionen Euro zu Buche schlägt.

Wann kommt der Baustoffhersteller ins Spiel?

HeidelbergCement ist als Baustoffhersteller bereits in der Projektkalkulationsphase involviert. Wichtig ist, dass die geforderten Betonsorten, gegebenenfalls geplante Rezepturen, die Bauablaufpläne und der Bauzeitenplan des jeweiligen Tunnelbauprojektes vorliegen. Welche Mengen an Sand, Kies, Zement für mobile Anlagen oder Betonversorgung über stationäre Werke fallen in den einzelnen Bauphasen an? Es muss mit den Lieferwerken in der Region abgeglichen werden, ob die geforderten Mengen zu den betreffenden Zeitpunkten auch darstellbar und lieferbar sind. Auch Dank der Vernetzung der vielen Standorte ist die Lieferung großer Mengen aber meist gesichert. Bei längeren Zeitläufen müssen die Kosten und Preise über Jahre kalkuliert werden. Um das bestmögliche Produkt für das jeweilige Projekt zu bestimmen, ist der Schulterschluss zwischen Industrie und Bauunternehmen wichtig.
Im Bereich Spritzbeton werden die ausgewählten Rezepturen durch Versuche geprüft. Im Bereich Engineering und Innovation (E+I) von HeidelbergCement in Leimen können Probemischungen in unterschiedlicher Zusammensetzung in Kisten gespritzt und in Folge optimiert werden. Im Hagerbachstollen, Schweiz werden unter anderem neu entwickelte Spritzbetonsysteme für den Tunnelbau unter praxisnahen Bedingungen im Maßstab 1:1 geprüft. Der Betonauftrag erfolgt hier auch überkopf in stillgelegten Röhren.

Umfassendes Portfolio dank steter Produktentwicklung

Heute sind im Beton nicht nur die klassischen Ausgangsstoffe, also Körnung (Sand, Splitt oder Kies) und Zement sowie Wasser, enthalten. Beton besteht heute aus mindestens fünf bis sechs Komponenten. Je nach Anforderung werden Zusatzmittel wie Verflüssiger oder Fließmittel zur besseren Verarbeitbarkeit oder von Luftporenbildner zur Erhöhung erhöht des Frost-Taumittel-Widerstands zugegeben. Fasern verringern die Rissbildung oder verbessern den Brandschutz. Betonzusatzstoffe wie Mikrosilica führen zu höheren Festigkeiten. Andere Betonzusatzstoffe wie Kalksteinmehle oder Flugaschen verbessern die Verarbeitbarkeit oder die Stabilität des Frischbetons.
Längst ist die kontinuierliche Zusammenarbeit mit Herstellern von Verflüssigern, Beschleunigern und anderen Zusatzmitteln ein Aspekt der innovativen Produktentwicklung geworden. Beim Tunnelbau geben die Bauherren, Gutachter und ausführenden Unternehmen an, welche Anforderungen erfüllt werden sollen. Aufgrund ihrer Erfahrung bewerten die Berater von HeidelbergCement die Vorgaben und geben Empfehlungen zu den Baustoffsystemen. Der Bereich Engineering und Innovation von HeidelbergCement arbeitet ständig und vorausschauend daran, die Produkte Zement und Beton noch effizienter und vielseitiger einsetzbar zu machen.

CEM I, CEM II, CEM III

Versierte Betontechnologen entwickeln die Leistungsfähigkeit des Baustoffs Beton weiter. In den letzten Jahren sind Betone und Zemente für unterschiedlichste Anwendungen entstanden. Für massige Bauteile wie Fundamente werden Betone mit CEM III hergestellt. Der Hochofenzement entwickelt bei der Hydratation (Abbindeprozess) weniger Wärme und verhindert eine zu große Wärmeentwicklung im Beton. In Massenbauteilen, die Wärmeabfluss nur verzögert zulassen, können bei falscher Rezeptur- und Bindemittelwahl hohe Kerntemperaturen entstehen. Das Temperaturgefälle zwischen Randzone und Kern führt dann zu Spannungen und gegebenenfalls Rissbildungen, die in jedem Fall vermieden werden sollten.
Ein hochwertiger Portlandzement CEM I oder CEM II ist wiederum für Innenschalen mit geringer Dicke einzusetzen, da er frühzeitiges Ausschalen ermöglicht und so den kontinuierlichen Bauablauf sicherstellt.

Richtlinien

Verschiedene technische Vertragsbedingungen und Richtlinien dienen der Sicherheit in Tunnelbauten, die als Ingenieurbauwerke betrachtet werden. Im Wesentlichen lassen sich die Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) nennen, die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING), darin besonders Teil 5, die Verordnung über den Bau und Betrieb der Straßenbahnen (BOStrab) sowie die EBA-Richtlinie des Eisenbahn-Bundesamtes. Bezüglich des Brandschutzes stellen etwa die Niederländer noch schärfere Anforderungen, siehe Rijkswaterstaat-Tunnelbrandkurve (RWS-Kurve).
www.betontechnische-daten.de/de/13-1-ztv-ing-fuer-Ingenieurbauten-teil-3-massivbau

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