Eine geologische Formation des Stuttgarter Talkessels stellt eine besondere Herausforderung dar:
Beispielsweise wird im Fildertunnel auf eine Länge von rund 4,3 Kilometern anhydrithaltiger, unausgelaugter Gipskeuper angetroffen. Dieser hat die Eigenschaft, sein Volumen bei Zutritt von Wasser auszudehnen. Daher muss vor allem beim Ausbruch dieses Materials während der Baumaßnahmen auftretende Feuchtigkeit zurückgehalten werden.
Gipskeuper enthält im bergfrischen Zustand mehr oder weniger große Beimengungen von Anhydrit, neben anhydritfreien Schichten. Der Anhydrit wird bis in Tiefen von rund 5-70 m über eine Lösungsphase in Gips umgewandelt. Die Anhydrit-Gips-Umwandlung führt, wahrscheinlich in Wechselwirkung mit dem innerkristallin quellfähigen Tonmineral Corrensit, zu den gefürchteten Quelldrücken bei Tunnelbauten. (Quelle: Institut für Mineralogie und Kristallchemie der Universität Stuttgart)
Welche Tunnel liegen im unausgelaugten Gipskeuper?
* Fildertunnel (Länge ca. 4,3 km)
* Tunnel nach Ober-/Untertürkheim (Länge ca. 2,2 km)
* Tunnel nach Bad Cannstatt: (Länge ca. 0,3 km)
* Tunnel nach Feuerbach (Länge ca. 1,0 km)
Beim Bau des Wagenburgtunnel in den 50er Jahren kam es zu Ausdehnungen und Hebungen. Mit welcher Technik will die Deutsche Bahn dies bei den Tunnelvortrieben verhindern?
Die Planungen der DB basieren auf den erkundeten geologischen Verhältnissen.
- Beim Fildertunnel und beim Tunnel nach Unter-/Obertürkheim wurde die Gradiente (Höhenverlauf der Trasse) so gewählt, dass sich die Röhren nach oben gegen gesteinsfesten Gipskeuper abstützen können (Widerstandsprinzip).
- Bei den Tunneln nach Bad Cannstatt/Feuerbach, bei denen abschnittsweise Gipskeuper anliegt, wird möglichen Hebungen durch die Anwendung des Ausweichprinzips entgegnet.
Wie sind die geologischen Gegebenheiten für einen K21 Tunnel?
In Stuttgart handelt es sich großräumig um eine gleiche oder ähnliche Geologie, so dass von ähnlichen Bedingungen für den Tunnelbau auszugehen ist. In der Vorplanung vor Einreichung der Raumordnungsunterlagen wurde z.B. eine Trasse untersucht, die zwischen der heute geplanten und der K 21 Trasse liegt. Auch hier wurde die Geologie in ähnlichen Verhältnissen angetroffen, also ebenfalls mit Anhydrit. In Stuttgart gibt es seit Jahrzehnten verlässliche Erfahrungen im Tunnelbau aus dem S-Bahn-, Stadtbahn- und Straßenbau. Auch beim S-Bahn-Tunnel nach Vaihingen trifft man auf die gleiche geologische Schichtfolge.
Das Geologische Landesamt Freiburg rät von Bohrungen ab, die in den tiefen Schichten des Gipskeupers liegen, z. B. für Erkundungsbohrungen für Erdwärme. Wie steht die Deutsche Bahn dazu?
Bohrungen zur Erkundung von Erdwärme in Schichten des unausgelaugten Gipskeupers sind beim Bauvorhaben Stuttgart 21 nicht vorgesehen.
Welche Erfahrungen hat die DB bisher bei anderen Tunnelbauprojekten mit quellfähigen Schichten (Gipskeuper) gemacht?
Die Bahn hat in der Vergangenheit in Stuttgart und im unausgelaugten Gipskeuper Tunnelbauprojekte erfolgreich gebaut, so die S-Bahn-Wendeschleife und den Hasenbergtunnel.
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 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.
Beim Spritzbetonverfahren (NÖT) wird der Tunnel in weichen Gebirgsbereichen mit Hydraulikbaggern vorangetrieben. Im Hartgestein werden massive Gesteinsschichten gesprengt. Hartgestein wird durch Lockerungssprengungen gelöst und abtransportiert.
Direkt im Anschluss wird der gewonnene Raum mit Stahlbögen, Baustahlmatten und Spritzbeton gesichert. 
Nach Einbau einer der Baustahlbewehrung kann unter Verwendung eines riesigen Schalwagens die Betoninnenschale eingebaut werden, die die Lasten des umgebenden Erdreichs aufnimmt. 
