{"id":11816,"date":"2021-11-02T19:34:16","date_gmt":"2021-11-02T18:34:16","guid":{"rendered":"https:\/\/www.fachbau.ch\/?p=11816"},"modified":"2021-11-02T19:34:16","modified_gmt":"2021-11-02T18:34:16","slug":"tuebbinge-beim-tunnel-ausbau-in-schwieriger-geologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/der-bauingenieur\/2021-11-02\/tuebbinge-beim-tunnel-ausbau-in-schwieriger-geologie\/","title":{"rendered":"T\u00fcbbinge beim Tunnel-ausbau in schwieriger Geologie"},"content":{"rendered":"

\"T\u00fcbbinge<\/p>\n

\"Vorfabrizierte
Vorfabrizierte Betont\u00fcbbinge (oben und ganz rechts) sind im Sanierungstunnel Belchen der A2 von 3,2 km L\u00e4nge zur Erstsicherung des Gew\u00f6lbes nach dem Vortrieb mittels Tunnelbohrmaschine von 13,97 m Durchmesser eingesetzt worden.<\/figcaption><\/figure>\n

Sowohl der 3,2 km lange dritte Auto-bahntunnel durch den Belchen als auch der neue Doppelspur-Bahntunnel B\u00f6z-berg von 2,7 km L\u00e4nge f\u00fchren durch das geologisch und hydrologisch schwierige Grenzgebiet zwischen Tafel-und Falten-jura und liegen damit zum grossen Teil in gering bis stark quellf\u00e4higen Gesteinen. Das erforderte einen durchgehend zwei-schaligen Ausbau mit einem Ring aus T\u00fcbbingen und einer Innenschale aus Ortbeton. Und auch im 3,1 km langen Eppenberg-Bahntunnel zwischen Olten und Aarau, der in den geologischen For-mationen Lockergestein und teilweise tieferreichenden Verwitterungszonen der Ef\ufb01ngerschichten liegt, erfolgte die Ausbruchsicherung mit 2 m breiten T\u00fcb-bingen, die im Schutz des TBM-Schildes ringweise eingebaut worden sind.<\/p>\n

Die Anwendung von T\u00fcbbingen geht auf die Mitte des 19. Jahrhunderts zur\u00fcck. Dabei sind f\u00fcr die wasserdichte Ausklei-dung von Sch\u00e4chten im englischen Berg-bau und von Tunnels f\u00fcr die U-Bahn in London gusseiserne T\u00fcbbinge eingesetzt worden. Sp\u00e4ter wurde das Verfahren im deutschen Bergbau angewendet. Vor etwa 100 Jahren haben im Tunnelbau der Alpenl\u00e4nder Betont\u00fcbbinge Eingang zur Gew\u00f6lbeversteifung bei schwierigen geo-logischen Verh\u00e4ltnissen gefunden.<\/p>\n

Gew\u00f6lbeversteifung mit T\u00fcbbingen<\/strong><\/p>\n

Bei der Auskleidung im modernen Tun-nelbau mit vorfabrizierten T\u00fcbbingen m\u00fcssen die T\u00fcbbingfugen die Beanspru-chungen im Bau-und Endzustand \u00fcber-tragen k\u00f6nnen. In den L\u00e4ngsfugen wird die Kontakt\ufb02\u00e4che in der Regel reduziert; sie sind daher insbesondere im druckhaf-ten oder quellf\u00e4higen Gebirge oft mass-gebend f\u00fcr die Festlegung der St\u00e4rke der T\u00fcbbinge. Die Ringfugen m\u00fcssen bei geschlossenen Schildvortrieben die kon-zentrierten Lasten der Vortriebspressen der TBM aufnehmen, was Spaltzugkr\u00e4fte und \u2013 infolge von Toleranzen \u2013 weitere Zugbeanspruchungen verursacht. Sie sind daher massgebend f\u00fcr die Festle-gung der T\u00fcbbingbewehrung, insbeson-dere zur Rissbreitenbegrenzung. Dazu l\u00e4uft das Projekt \u00abTragverhalten und Be-messungen von T\u00fcbbingfugen\u00bb der For-schungsdatenbank des Bundes, Aramis.<\/p>\n

\"T\u00fcbbinge<\/p>\n

\"Der
Der Sanierungstunnel Belchen der A2 \u2013 im Bild (Mitte) das Nordportal in Eptingen \u2013 geht diesen Herbst in Richtung Luzern in Betrieb. Anschliessend wird die bestehende R\u00f6hre nach Basel saniert und die mittlere R\u00f6hre als Flucht-und Rettungstunnel umgebaut.<\/figcaption><\/figure>\n

Meilensteine im Bauablauf des Belchentunnels<\/strong><\/p>\n

Beim Sanierungstunnel Belchen war im Projekt des Bundesamts f\u00fcr Strassen (Astra) aus Gr\u00fcnden der Logistik der Bauablauf in f\u00fcnf Arbeitsschritte geglie-dert, die nahezu parallel verliefen. Zuerst erfolgten Vortrieb und Ausbruch mit der TBM sowie das Versetzen der T\u00fcbbinge und die Verf\u00fcllung des Ringspaltes zwi-schen Gebirge und Auskleidung. Die von der Firma Herrenknecht gebaute Schild-maschine war dabei mit einem Ausbruch-durchmesser von fast 14 m und einer L\u00e4nge von 75 m die gr\u00f6sste, die in der Schweiz je zum Einsatz kam.<\/p>\n

Im Anschluss an diese Arbeiten sind die Montage der T\u00fcbbinge sowie der Ausbruch des Sickerschlitzes erfolgt. In der gleichen Phase geschah die geo-logische Vorerkundung f\u00fcr den weite-ren Vortrieb. Im dritten Bauabschnitt wurde die Sohle abgedichtet sowie das Sohlgew\u00f6lbe armiert und betoniert. An-schliessend wurden die Querungen und zwei Untertagezentralen ausgebrochen.<\/p>\n

Im letzten Arbeitsgang wurde das Ge-w\u00f6lbe abgedichtet und betoniert. Eine der gr\u00f6ssten Herausforderungen dieses Projekts bestand im fr\u00fchzeitigen Ausbau der Tunnelr\u00f6hre. Quellhafte Gesteine wie der Gipskeuper machten es notwendig, einen raschen Ringschluss zu realisieren. Daher galt die Vorgabe, dass vier Monate nach der Auffahrung des Tunnels bereits der Rohbau des Gew\u00f6lbes ausgef\u00fchrt sein musste, um unkontrollierte Sohl-hebungen zu verhindern. Dies stellte insbesondere erh\u00f6hte Anforderungen an die Baustellenlogistik, heisst es von der Arge Marti Belchen mit den Firmen Marti Tunnelbau AG, Marti Solothurn AG und Marti Basel AG. Am 9. Februar 2016 be-gann das Auffahren des Sanierungstun-nels mit dem Andrehen am S\u00fcdportal des Belchentunnels. Vorg\u00e4ngig war bereits im November 2015 der rund 350 Tonnen schwere Bohrkopf mit seinen 78 Rollen-disken montiert worden. Die Rohbau-arbeiten am Haupttunnel konnten in der kurzen Zeitspanne von knapp zwei Jah-ren abgewickelt werden. Dabei wurden nach der Devise \u00abAlles aus einer Hand\u00bb nicht nur s\u00e4mtliche Bauleistungen wie Voreinschnitt, Spezialtiefbau, Br\u00fccken-bau, Hochbau, sondern auch Strassen-bau, Tunnelbau und Abdichtungen durch die Arge Marti Belchen ausgef\u00fchrt.<\/p>\n

Bilanz des TBM-Vortriebs<\/strong><\/p>\n

Im Sanierungstunnel Belchen der A2 er-fordert die komplexe und geotechnisch anspruchsvolle Felsbeschaffenheit ein massives Innengew\u00f6lbe mit einer kurzen Ringschlusszeit. Deshalb ist hinter der TBM gleichzeitig der komplette Innen-ausbau realisiert worden, bestehend aus T\u00fcbbingring und Gew\u00f6lbe. Dieser unge-wohnte Bauablauf stellte h\u00f6chste Anfor-derungen an alle Beteiligten, heisst es in einem Bericht anl\u00e4sslich des Swiss Tunnel Congress 2018 von Sergio Massignani von der Marti Tunnelbau AG. Die Vortriebsstre-cke mit einer L\u00e4nge von 3176 m hatte 20 geologische Formationen zu durchqueren, die zum Teil wiederholt vorkamen, was insgesamt 48 geologische Schichtwech-sel ergab. Der erste Ringschluss bzw. die fertig erstellte Ausbruchsicherung war in den Quellabschnitten nach maximal einem Monat zum Vortrieb einzubauen, der zweite Ringschluss bzw. das fertige Innen-gew\u00f6lbe nach maximal vier Monaten. Die meisterzielte Vortriebsleistung der TBM erreichte 14 m\/AT. Diese wurde viel-fach mit Tagesfortschritten zwischen 16 und 20 m \u00fcbertroffen, sogar Spitzenleis-tungen von 26 m im Gipskeuper konnten erreicht werden, wie Marti Tunnelbau bilanziert. Der Wochenrekord lag bei 90 m. Damit konnten die Erwartungen an die Leistung der Maschine unter den ge-gebenen geologischen Voraussetzungen \u00fcbertroffen werden. Nach 17 Monaten Vortriebsdauer konnte im Juni 2017 der Durchbruch gefeiert werden. In der Schlussbilanz von Marti Tunnelbau wurde eine Bruttobohrleistung von 6,5 m und eine Nettobohrleistung von 11,4 m\/AT erreicht. Damit konnte der Rohbau des 3,1 km langen Tunnels in nur knapp zwei Jahren abgewickelt werden.<\/p>\n

\"Beim
Beim Doppelspurtunnel B\u00f6zberg ist der Ausbau zweischalig mit einem Ring aus T\u00fcbbingen und einer lnnenschale aus Ortbeton.<\/figcaption><\/figure>\n

Anforderungen und Design der T\u00fcbbinge<\/strong><\/p>\n

F\u00fcr die Erstsicherung des TBM-Vortriebs im Belchen-Sanierungstunnel wurden uni-konische, verschraubbare T\u00fcbbingringe verbaut. Diese setzen sich aus sechs Einzelelementen und einem Schlussstein zusammen und weisen eine Breite von 2 m und eine St\u00e4rke von 35 cm auf. Die T\u00fcbbingverschraubung diente lediglich als Montagesicherung w\u00e4hrend des Ring-aufbaus und der Ringspaltverf\u00fcllung. Sie wurde in der Regel im Bereich des letzten Nachl\u00e4ufers wieder gel\u00f6st und erneut verwendet. Die gleichm\u00e4ssige Bettung des T\u00fcbbingrings konnte nur durch eine vollst\u00e4ndige Ringspaltverpressung ge-w\u00e4hrleistet bzw. das gew\u00fcnschte Wider-standsprinzip im quellhaften Gebirge sofort erzielt und so die gef\u00fcrchtete L\u00e4ngsl\u00e4u\ufb01gkeit von Bergwasser mit unterbunden werden, heisst es im Bericht von Marti. Dazu haben die Anforderun-gen an eine sulfatresistente Verm\u00f6rte-lung erstmals in der Schweiz zum Einsatz eines Zwei-Komponenten-M\u00f6rtels ge-f\u00fchrt.<\/p>\n

Die f\u00fcr die verbauten 1589 Ringe ben\u00f6tig-ten 11\u2009123 T\u00fcbbinge sind im Produktions-werk von Marti in Balsthal hergestellt, gelagert und just in time auf die Baustelle geliefert worden. Bedingt durch die Geo-logie wurden drei Ringtypen angefertigt:<\/p>\n

\u2013 f\u00fcr die Kalk-und Mergelabschnitte der Typ leicht mit einem Bewehrungsgehalt von 102kg\/m2,<\/p>\n

\u2013 f\u00fcr den Opalinuston der Typ mittel mit 133\u2009kg\/m2 und<\/p>\n

\u2013 schwer f\u00fcr den Gipskeuper mit einem Bewehrungsgehalt von 229\u2009kg\/m2.<\/p>\n

Alle Ringtypen sind zudem zur Reduktion der Stabbewehrung und zur Verbesse-rung des Kantenschutzes mit 30\u2009kg\/m3 Stahlfasern bewehrt. Die schweren Ringe wurden zus\u00e4tzlich zum Schutz vor sulfat-haltigem Bergwasser mit dem Anstrich-mittel Sikaggard versiegelt. Die T\u00fcbbing-ringe sind mit sogenannten Multi Service Vehicles (MSV) bis zur TBM transportiert worden und hatten komplett ein Gewicht von 120 t. Mit einem T\u00fcbbingring auf dem Segment-Feeder und einem weiteren auf dem Transportger\u00e4t blieb der TBM-Vor-trieb f\u00fcr etwa eineinhalb Stunden logis-tisch unabh\u00e4ngig.<\/p>\n

\"Spezielle
Spezielle Transportwagen vor rtenl S\u00fcdpcrtal f\u00fcr die in Deutschland hergestellten T\u00fcbbinge, die statisch und betontechnologisch h\u00f6chste Anforderungen zu erf\u00fcllen haben.<\/figcaption><\/figure>\n

Fertigungsstrasse f\u00fcr Belchentun-nel-T\u00fcbbinge<\/strong><\/p>\n

Einblicke in den aktuellen Stand der Automatisierung sowie Innovationen im Bereich T\u00fcbbingproduktion speziell f\u00fcr grosse Durchmesser gibt es im Werk Balsthal. In dieser von Marti zusammen mit Herrenknecht Formwork aufgebauten Produktionsanlage werden einige Routi-net\u00e4tigkeiten der T\u00fcbbingherstellung von Robotern abgewickelt. Dabei werden der aktuelle Stand und die zuk\u00fcnftigen M\u00f6g-lichkeiten der Automatisierung in diesem Bereich aufgezeigt. Als weiterer Aspekt im Zusammenhang mit Industrie 4.0 werden durch das modulare T\u00fcbbing-produktions-und Logistikmanagement-system (SDS) der VMT GmbH s\u00e4mtliche Schl\u00fcsselprozesse der T\u00fcbbingfertigung \u00fcberwacht, gesteuert und dokumentiert. Weitere Innovationen bez\u00fcglich Dichtun-gen und Verschraubungen f\u00fcr T\u00fcbbinge stammen von Cordes und von Optimas.<\/p>\n

Forschungsprojekt T\u00fcbbingfugen<\/strong><\/p>\n

Bei der Bemessung der T\u00fcbbingfugen nach den heutigen Normen wird zwar eine Querbewehrung zur Aufnahme der Spaltzugkr\u00e4fte gefordert; die g\u00fcnstige Umschn\u00fcrungswirkung einer Querbe-wehrung oder von Fasern unmittelbar im Fugenbereich bleibt dagegen unber\u00fcck-sichtigt. Die in Versuchen beobachtete starke Festigkeitserh\u00f6hung des Betons in den L\u00e4ngsfugen kann daher nur zu einem kleinen Teil ausgen\u00fctzt werden. Die Er-mittlung der Bewehrung im Bereich der Ringfugen ist andererseits mit grossen Unsicherheiten verbunden, insbesondere f\u00fcr mit Fasern oder gemischt bewehrte Elemente. Aus diesen Gr\u00fcnden ist die Bemessung der T\u00fcbbingfugen heute oft \u00fcberm\u00e4ssig konservativ, wird im Projekt \u00abTragverhalten und Bemessungen von T\u00fcbbingfugen\u00bb der Forschungsdaten-bank Aramis festgestellt. Dabei werden Grossversuche und numerische Ver-gleichsrechnungen durchgef\u00fchrt und mechanisch konsistente Modelle validiert und weiterentwickelt. Darauf basierend werden Empfehlungen f\u00fcr die sichere und wirtschaftliche Bemessung von T\u00fcb-bingfugen formuliert. \u25a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Sowohl der 3,2 km lange dritte Auto-bahntunnel durch den Belchen als auch der neue Doppelspur-Bahntunnel B\u00f6z-berg von 2,7 km L\u00e4nge f\u00fchren durch das geologisch und hydrologisch schwierige Grenzgebiet zwischen Tafel-und Falten-jura und liegen damit zum grossen Teil in gering bis stark quellf\u00e4higen Gesteinen. 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