die tunnelbauverfahren

In acht Minuten durch die Erdgeschichte

Die Verfahren des Tunnelbaus richten sich vor allem nach den geologischen Gegebenheiten, den Baugrundverhältnissen und den Überdeckungen. Am Beispiel des 9,5 Kilometer langen Fildertunnels lassen sich die verwendeten Tunnelbauverfahren gut erklären.
 

Grafik: Deutsche Bahn
Der Fildertunnel durchquert alle am Rand des Stuttgarter Talkessels vorliegenden geologischen Schichten und ist neben dem neuen Stuttgarter Hauptbahnhof eine der wichtigsten Baumaßnahmen des Bahnprojekts.
 

Der Tunnel ist Teil der neuen Hochgeschwindigkeitstrasse nach Ulm, die die Landeshauptstadt mit den südlich gelegenen Fildern und dem Flughafen verbindet. Bei einer maximalen Steigung von 2,5 Prozent überwindet der Fildertunnel auf einer Länge von rund 9,5 Kilometern einen Höhenunterschied von ca. 150 Metern. In Zukunft durchfahren die Züge auf ihrem Weg vom Hauptbahnhof auf die Filder in nur acht Minuten die geologischen Schichten Gipskeuper, Mergel, Sandstein und Filderlehm. Nach gründlichen Bodenuntersuchungen wurde die optimale Höhenführung für die unterirdische Neubaustrecke festgelegt.

Worauf wird beim Tunnelbau in den Anhydritschichten geachtet?

 

Eine geologische Formation des Stuttgarter Talkessels stellt eine besondere Herausforderung dar:
Auf einer Länge von rund 4,3 Kilometern befindet sich im Verlauf der geplanten Tunnelstrecke anhydrithaltiger, unausgelaugter Gipskeuper. Dieser hat die Eigenschaft sein Volumen bei Zuführung von Wasser auszudehnen. Daher muss vor allem beim Ausbruch dieses Materials während der Baumaßnahmen auftretende Feuchtigkeit zurückgehalten oder abgeleitet werden.

Für den eigentlichen Tunnelbau stehen zwei Verfahren zur Auswahl:
das Spritzbetonverfahren und der maschinelle Vortrieb. Beim maschinellen Vortrieb wird das Erdreich mit Tunnelvortriebsmaschinen ausgebrochen. Noch im gleichen Arbeitsgang wird die spätere Tunnelröhre in Fertigteilen eingesetzt. Basis des Planfeststellungsverfahrens für den Fildertunnel ist die Spritzbetonbauweise. Für die technische Ausstattung des Tunnels mit Oberbau, Oberleitung, Energieversorgung und weiteren Komponenten sind weitere zwei Jahre eingeplant.

 

Bereits beim Bau des Schanztunnels (bei Fichtenberg) und des Kappelesberg-Tunnels (bei Graildorf) im 19. Jahrhundert sowie beim Bau des Wagenburgtunnels in den 50er-Jahren hat man Erfahrungen mit den lokalen geologischen Verhältnissen gesammelt. Damals war es in den Tunnelröhren zu erheblichen Sohlhebungen gekommen, die durch quellfähiges Erdmaterial verursacht wurden. Seither liegen viele Erkenntnisse aus dem Bau mehrerer Straßen-, S-Bahn- und Stadtbahntunnel vor. Das besondere Augenmerk der Planer für das Bahnprojekt Stuttgart – Ulm galt deshalb den Gesteinsschichten des unausgelaugten, quellfähigen Gipskeupers. Diese Schicht besitzt bei Wasserzutritt ein enormes Quellvermögen und eine hohe Verformbarkeit. Daher muss vor allem beim Ausbruch dieses Materials während der Baumaßnahmen auftretende Feuchtigkeit zurückgehalten oder abgeleitet werden. So wird starker Quelldruck vermieden, der die Errichtung des Tunnelbauwerks erheblich erschweren kann.

 

Sicherung mit Stahl und Beton
Im Gegensatz zum unausgelaugten Gipskeuper ist der ausgelaugte Gipskeuper sehr porös und von geringer Festigkeit. Dieses Gestein muss daher schon beim Ausbruch des Tunnels mit einer Stahlbetonkonstruktion (Spritzbetonsicherung) gesichert werden, um ein Zusammensacken zu vermeiden. Das Einbringen des Betons wirkt ähnlich wie der Einsatz von Wasser beim Bau einer Sandburg – das „Baumaterial“ wird durch den Zusatzstoff verdichtet und stabilisiert.
 
weitere Informationen zum Gipskeuper

Beim Spritzbetonverfahren wird der Tunnel in weichen Gebirgsbereichen mit Hydraulikbaggern vorangetrieben. Im Hartgestein werden massive Gesteinsschichten gesprengt.
(Foto: DB AG )


Direkt im Anschluss wird der gewonnene Raum mit Spritzbeton, Baustahlmatten und Stahlbögen gesichert.
(Foto: DB AG )



Unter Verwendung eines riesigen Schalwagens kann dann die Betoninnenschale eingebaut werden, die die Lasten des darüber liegenden Erdreichs aufnimmt.
(Foto: DB AG )

 

Im Fildertunnel werden die Gleise über längere Strecken nicht mehr in Schotter, sondern in einem Bett aus Beton und Stahl als so genannte „feste Fahrbahn“ verlegt. Das ist heute bei Hochgeschwindigkeitsstrecken in Deutschland die gängige Bauweise.
Neben niedrigeren Wartungs- und Instandhaltungskosten und einer drei Mal so langen Haltbarkeit spricht vor allem der – gerade bei hohen Reisegeschwindigkeiten – deutlich größere Fahrkomfort für die feste Fahrbahn. Arbeiten wie beispielsweise Schotterstopfen oder Gleisrichten entfallen. Weniger Baustellen auf der Strecke bedeuten weniger „Langsamfahrstellen“ und damit eine wesentlich höhere Verfügbarkeit der Trasse. Mit der festen Fahrbahn kann der Tunnel zudem im Störfall mit Rettungsfahrzeugen befahren werden.

Bei der festen Fahrbahn werden die Schienenbefestigungen in Beton gelegt. Diese besitzen eine elastische Zwischenlage, um – wie sonst das Schotterbett – die Erschütterungen der durchfahrenden Züge abzupuffern.

 

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