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Microtunnelling
beim Bau der Stadtbahn Stuttgart-Sillenbuch Dipl.-Ing. Claus-Dieter Hauck, Dipl.-Ing. Günter Novotny, Dipl.-Geol. Dr. Eckhard Rogowski, Stuttgart Im Zuge des Stadtbahnbaus Stuttgart-Sillenbuch wurden die bestehenden Entwässerungskanäle im Bereich des geplanten Tunnelabschnitts durch 2 neue Kanäle DN 300 bis DN 800 ersetzt. Rund 1800 m der zu verlegenden Kanalstrecke waren im Microtunnelvortrieb aufzufahren. Beengte räumliche Verhältnisse, eine wechselhafte Geologie und eine Vielzahl von Versorgungsleitungen, die funktionsfähig bleiben mußten, stellten schwierige Rahmenbedingungen dar.
Der Ausbau der Stadtbahn nach Stuttgart-Sillenbuch (15. Streckenabschnitt) ist Teil der südöstlichen Talquerlinie auf der Filderhochfläche. Die Trasse wird hier in einem in offener Bauweise zu erstellenden Tunnel geführt. Sie ersetzt die bisherige, oberirdisch verlaufende Straßenbahn in der durch starken Kraftfahrzeugverkehr belasteten Kirchheimer Straße. Im Rahmen der Gesamtbaumaßnahme mußten die bestehenden Entwässerungskanäle im Bereich des geplanten Tunnelabschnitts aufgegeben werden. Sie wurden durch zwei zwischen den Tunnelaußenwänden und den privaten Grundstücksgrenzen verlaufende Kanäle mit Durchmessern von DN 300 bis DN 800 ersetzt. Von etwa 2400 m zu verlegender Kanalstrecke (jeweils ca. 1200 m beidseits des Tunnels) waren rund 1800 m im Microtunnelvortrieb aufzufahren. Beengte räumliche Verhältnisse und eine Vielzahl von Versorgungsleitungen (Gas, Wasser, Strom und Telefon), die während der Baumaßnahme funktionsfähig bleiben mußten, stellten schwierige Rahmenbedingungen für den Kanalbau dar. 1 Geologie Im Zuge der Entwurfsplanung des 15. Streckenabschnitts der Stadtbahn wurden zur Erkundung der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse und zur Klärung geotechnischer Fragestellungen beidseits des vorgesehenen Tunnels insgesamt 33 Kernbohrungen niedergebracht und ausgewertet. Der Bohrpunktabstand betrug in Trassenlängsrichtung etwa 100 bis 150 m. In Einzelfällen machten besondere geologische und hydrogeologische Fragestellungen engere Bohrpunktabstände erforderlich. Der geologische Aufbau des Untergrunds läßt sich aufgrund der Untersuchungsergebnisse wie folgt gliedern: Quartär:
Die nichtbindigen und bindigen Lockergesteine der künstlichen Auffüllung und des Verwitterungslehms (Filderlehm) bilden eine geringmächtige Deckschicht von etwa 1,5 bis 3,5 m. Der darunter folgende Abschnitt des Unterjura (Lias alpha) beginnt mit schwach geschichteten, schluffigen Tonen von steifer bis halbfester Konsistenz, die nach DIN 18196 als leicht bis mittelplastische Tone (TL- und TM-Böden) zu bezeichnen sind. Ab einer Tiefe von 5 m und mehr vollzieht sich ein allmählicher Übergang vom Locker- zum Festgestein, d. h. vom Lias-Ton in plattrig-bankigen, festen bis harten Tonstein. In die Ton-/Tonsteinserie sind unterschiedlich harte Kalk-, Kalksand- und Sandsteinbänke (Hartgesteinbänke) in Mächtigkeiten von 0,1 bis über 1,0 m eingelagert. Grundwasser tritt nach den Ergebnissen mehrerer Pumpversuche in den Untersuchungsbohrungen und bisherigen Bauerfahrungen nur in geringen Mengen schichtweise im Bereich von Hartgesteinbänken auf.
Einen Überblick über den Schichtenaufbau im Bereich der Baumaßnahme zeigen die Bohrkernaufnahmen und der geologische Längsschnitt. 2 Baugrundklassifizierung Die für den Microtunnelvortrieb zu erwartenden Gesteinsarten wurden anhand der Untersuchungsergebnisse und des daraus entwickelten Baugrundmodells nach der DIN 18319 (Rohrvortriebsarbeiten) wie folgt klassifiziert: · Filderlehm und Liaston: LBM 2 bis LBM
3, teilweise S 1 Die Klassen LBM 2 und LBM 3 bezeichnen mineralische, bindige Lockergesteine (LBM) der Konsistenzen steif bis halbfest (2) und fest (3). Steinige Beimengungen mit Steingrößen bis 30 cm und Massenanteilen bis 30% sind in der Klasse S 1 erfaßt. Die Klassifizierung der Festgesteine (F) erfolgt gemäß DIN 18319 nach der einaxialen Druckfestigkeit und nach dem Zerlegungsgrad bzw. dem Abstand der Trennflächen im Gebirge. Mit der Klasse FZ 1 wird der Liastonstein als engständig geklüftet (Z= Zentimeterbereich) bei einer Druckfestigkeit bis 5 MN/qm (1) beschrieben. Die Klassen FD 2 bis FD 4 charakterisieren die Hartgesteinsbänke als im Dezimeterbereich geklüftet (D), bei Druckfestigkeiten von mehr als 5 bis 50 MN/qm, mehr als 50 bis 100 MN/qm (3) und mehr als 100 MN/qm (4). Die Ausschreibungsklassifizierung zeigt damit deutlich die große Bandbreite unterschiedlicher Gesteinsarten und die sich daraus ergebenden wechselhaften Bedingungen für den Microtunnelvortrieb.
3 Kanalplanung Zu Beginn der Planung mußte entschieden werden, ob die Kanäle in offener Bauweise oder im ferngesteuerten Microtunnelvortrieb hergestellt werden sollten. Die wechselhaften geologischen Verhältnisse stellten an den Microtunnelvortrieb, insbesondere bei kleinen Rohrdurchmessern, hohe Anforderungen. Bei der offenen Bauweise warfen die Erfordernisse bezüglich der Aufrechterhaltung des Straßenverkehrs und der Zugangsmöglichkeiten zu den Geschäften und Privatgrundstücken ebenso Probleme auf, wie die vielen Versorgungsleitungen im Bereich der neuen Kanaltrassen und der z. T. erforderliche bewegungsarme Kanalgrabenverbau im Einflußbereich bestehender Gebäude.
Unter Abwägung der Vor- und Nachteile der offenen und geschlossenen Bauweise fiel die Entscheidung schließlich zugunsten des Microtunnelvortriebs. Ausgeschrieben wurden für den Vortrieb insgesamt: · Vortrieb mit Steinzeugrohren: DN 300: 800 m · Vortrieb mit Stahlbetonrohren: DN 600 230 m Die Arbeitsgemeinschaft "Tunnel Sillenbuch", bestehend aus der Hochtief AG, der Baresel AG und der Wayss + Freytag AG, sah einen Vortrieb mit Steinzeugrohren bei den vorliegenden geologischen Verhältnissen als sehr problematisch an. Der Hersteller der Steinzeugrohre sicherte der Arbeitsgemeinschaft jedoch zu, daß die Rohre für den vorgesehenen Vortrieb gemäß der Ausschreibung dem Stand der Technik entsprechen und daher keine Probleme beim Microtunnelvortrieb zu erwarten sind.
4 Ausführung des Microtunnelvortriebs Seitens der Arge wurde für den ferngesteuerten Microtunnelvortrieb das Spezial-Tiefbauunternehmen Acht GmbH (Görgeshausen) beauftragt, das federführend mit 3 weiteren Fachfirmen den Kanalvortrieb durchführte. Dem Auftraggeber wurden Referenzen des ausführenden Unternehmens sowie die für die Einzelvortriebe vorgesehenen Geräte genannt. Zum Einsatz kamen die ferngesteuerten Vortriebsmaschinen AVN 300 bis 800 mm von Herrenknecht. Für die Durchführung der Vortriebsarbeiten waren 44 Start- und Zielgruppen herzustellen. Die aufzufahrenden Haltungslängen betrugen im Durchschnitt ca. 60 m. Aufgrund der Tatsache, daß für den Rohrdurchmesser DN 300 kein Felsbohrkopf zur Verfügung steht, und daß beim Vortrieb DN 400 in Hartgesteinen mit erhöhter exaxialer Druckfestigkeit (FD 3 und FD 4) die maschinelle Lösbarkeit nach unseren Erfahrungen erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann, wurden die Trassierungen für die genannten Querschnitte so gewählt, daß die einzelnen Vortriebsstrecken nach Möglichkeit im Lockergestein (LBM 2 bis LBM 4) bzw. im Festgestein der Klasse FZ 1 zu liegen kam. Für die größeren Querschnitte war man bestrebt, zwischen 2 Haltungen homogenen Baugrund zu durchfahren, um die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Bohrkopfs (Hart- oder Weichgesteinskopf) nicht durch starke Gesteinswechsel einzuschränken. Aus den o. g. Gründen wurden baubegleitend alle 44 Start- und Zielgruben geologisch aufgenommen und bewertet. Mit den so gewonnenen Aufschlußdaten und den Ergebnissen der Untersuchungsbohrungen gelang es, die einzelnen Vortriebsstrecken bestmöglich an die Untergrundverhältnisse anzupassen. Mehrfach mußten jedoch aufgrund der geologischen Situation das Gefälle, der Durchmesser und/oder die Höhenlage des Kanals innerhalb einer Haltung gegenüber der Ausgangsplanung verändert werden. Vorteilhaft für die Kanaltrassierung wirkte sich aus, daß das geologische Schichtfallen etwa dem Straßengefälle und somit auch in Näherung dem angestrebten Gefälle der Kanaltrassen entsprach. In Fällen, in denen aufgrund von Trassierungszwängen oder infolge gestörter geologischer Lagerungsverhältnisse sowohl bindige Lockergesteine als auch Festgesteine hohe Druckfestigkeit durchfahren werden mußten, wurde die Maschine mit einem Festgesteinsbohrkopf bestückt. Damit waren im Weichgestein zwar nur geringe Vortriebsleitungen möglich, die Hartgesteine konnten jedoch mit gutem Erfolg aufgefahren werden. Ein außerplanungsmäßiges Bergen des Bohrkopfes wurde in 3 Fällen erforderlich, wo aufgrund unvorhersehbarer geologischer Verhältnisse eine optimierte Abstimmung von Rohrdurchmesser und Schneidkopf auf den Baugrund nicht frühzeitig möglich war. Der Vortrieb mit Steinzeugrohren in den nach DIN 18319 klassifizierten Bodenklassen LBM 2 bis LBM 3 sowie im Festgestein der Klasse FZ 1 hat sich sehr gut bewährt. Lediglich beim Anschneiden von Felsbänken der Klassen FD 2 bis FD 4 wurden vereinzelt Steinzeugrohre wie mit einem Diamantschneider aufgeschlitzt. Durch Nachpressen neuer Rohre gleichen Durchmessers konnten die beschädigten Teile ausgewechselt werden (Rohrverlust ca. 15 m). Nach Durchführung des Kanalvortriebs wurden die Hausanschlüsse abschnittsweise in offener Bauweise erstellt. 5 Zusammenfassung Beschrieben wurden die Planung und Ausführung einer Kanalbaumaßnahme im Microtunnelverfahren unter wechselhaften geologischen Bedingungen. Zur Ausführung kamen Vortriebe mit Steinzeugrohren DN 300 bis DN 500 und mit Stahlbetonrohren DN 600 und DN 800. Die dafür ausgeschriebenen Massen der einzelnen Rohrdurchmesser konnten in der Ausführung weitgehend eingehalten werden. Um die Rohrdurchmesser, den Maschinenbohrkopf und die Lage des Kanals innerhalb der einzelnen Haltungen den geologischen Verhältnissen anzupassen, war zusätzlich zu der Bewertung der Bohrergebnisse aus der Vorerkundung, die geologische Begutachtung aller Start- und Zielgruben erforderlich. Vom Vortrieb kleiner Durchmesser (DN 300 und DN 400) in Festgesteinen hoher einaxialer Druckfestigkeit wurde nach Möglichkeit abgesehen. Wo eine Kanalverlegung in Zonen geringerer Festigkeit nicht möglich war, wurde auf größere Durchmesser als hydraulisch erforderlich übergegangen und die Vortriebsmaschine mit einem Festgesteinsbohrkopf bestückt. Die reine Vortriebsleistung betrug für alle Rohrdurchmesser im Mittel 1,0 m/h. Das vorliegende Beispiel macht deutlich, daß für das Gelingen eines ferngesteuerten Microtunnelvortriebs unter schwierigen geologischen Verhältnissen eine intensive Zusammenarbeit zwischen Planern, Baugrundsachverständigem und ausführendem Unternehmen erforderlich ist. |
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Baustellen