Schweiz 2008

Exkursion des BWK und der Universität Siegen zur Baustelle des Gotthard-Basistunnel

Der Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK), Bezirksgruppe Siegen, und das Institut für Geotechnik (IfG) unter der Leitung von Herrn Dipl.-Ing. Wolfgang Birkefeld (BWK) und Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Richard A. Herrmann (IfG), veranstaltete eine Exkursion zu dem Gotthard-Basistunnel in der Schweiz. Der Gotthard-Tunnel als zukunftsgerichtete Nord-Süd-Verbindung durch die Alpen wird nach seiner voraussichtlichen Fertigstellung in 2014/15 mit 57 km zukünftig der längste Eisenbahntunnel der Welt. Die Exkursion des IfG führte die Teilnehmer zu dem höchstgelegenen der fünf Baustellen am Gotthard, dem Teilabschnitt Sedrun, mit zwei rund 7.5 km langen Tunnelröhren. Hier wird eine der beiden Multifunktionsstellen entstehen, die in der Betriebsphase insbesondere als Nothaltestelle benutzt werden wird.

Die Teilnehmer an der Exkursion besuchten nach der Anreise am Freitag am Samstag das an der Baustelle in Sedrun entstandene AlpTransit-Infozentrum. Hier wurden unter der kompetenten Leitung des Mineurs Herrn Pfiffner die wichtigsten Eckdaten zu dem Großprojekt referiert. Nach dieser theoretischen Einweisung wurden die Teilnehmer für die Befahrung der Baustelle eingekleidet und fuhren mit der Grubenbahn über den Zugangsstollen bis zu der Schachtkopfkaverne. Hier wurden im speziellen die durch die Geologie vorliegenden Probleme für den Tunnelbau, insbesondere in dem besuchten Teilabschnitt erörtert. Des weiteren wurden die speziellen Tunnelbauweisen, die in Sedrun zum Einsatz kamen, vorgestellt. Als besonderes Highlight konnte es einer kleinen Gruppe der Exkursionsteilnehmer kurzfristig ermöglicht werden die eigentliche Tunnelbaustelle, über den 800 m tiefen Schacht zu besuchen. Hier konnte man hautnah die Arbeitsbedingungen der Mineure unter Tage miterleben.

Abb. Übersicht Sedrun © AlpTransit Gotthard AG

Am Freitag den 21.11. führte die Exkusion der BWK-Bezirksgruppe Siegen zusammen mit Studenten und Mitarbeitern der Universität Siegen in die Schweiz nach Sedrun an die Baustelle der Nothaltestelle des Gotthardtunnels. Der Gotthard-Basistunnel ist mit 57 km zukünftig der längste Bahntunnel der Welt.

Besonders imposant waren hierbei die Dimensionen der Baumaßnahme. In der Multifunktionsstelle sind unter anderem große Belüftungsanlagen entstanden die über die Schächte und einen Entlüftungsstollen die Ab- und Zuluft der Baustelle, unter sehr großen Lärmemmissionen, besorgen. Durch die Tiefe des Bauwerkes und erwarteten Gebirgstemperaturen von bis zu 45 °C, bei Überdeckungen von 2000 m, und dem Einsatz von leistungsstarken Maschinen ist eine Abkühlung der Arbeitsstelle unersetzlich um die Arbeitsbedingungen der Tunnelbauer zu verbessern. Dieses wird durch Wasser, das durch ein Röhrensystem zirkuliert und die Baulüftung erreicht, welches die Umgebungstemperatur auf 28 °C abkühlt.

Geologie als besondere Herausforderung für die Tunnelbauer

Die grosse Herausforderung aus der Sicht der Geotechniker der Universität Siegen an dem Teilabschnitt Sedrun ist die Durchörterung schwierigster geologischer Zonen mit intensiven Wechselfolgen von weichen und härteren, zum Teil tektonisch zerbrochenen kristallinen Gesteinen im Tavetscher Zwischenmassiv, sowie die Versorgung der Baustelle über Vertikalschächte von 800 m Tiefe. Am Fuss dieser Schächte werden nach Norden und Süden je zwei Tunnelröhren sowie alle 320 m Querverbindungen konventionell ausgebrochen. Der Vortrieb erfolgt im wenig standfesten Fels des Tavetscher Zwischenmassivs sowie durch Teile des Aar- und des Gotthard-Massives bei 2000 m Überlagerung, was die Arbeiten äusserst anspruchvoll macht.

Abb. Geologie © AlpTransit Gotthard AG

Die Ursprünge des Aar- und des Gotthard-Massives gehen geologisch bis mehrere 100 Millionen Jahre zurück. Die Massive bestehen aus mehrfach durch Druck- und Temperaturerhöhungen umgewandeltem, sogenanntem Altkristallin (vorwiegend Gneise) und aus vor ca. 300 Millionen Jahren eingedrungenen Granitkörpern.

Das Tavetscher Zwischenmassiv setzt sich aus sehr unterschiedlichen Gesteinen zusammen: Gneise wechseln mit weichen Phylliten und Schiefern ab und ergeben eine steilstehende, sandwichartige Abfolge weicher und harter Gesteine. Dieses Massiv ist zwischen dem Aar- und dem Gotthardmassiv eingeklemmt. Es erfuhr im Zuge der alpinen Gebirgsbildung vor allem im nördlichen Teil starke Deformationen und wurde teilweise "verschluckt".

Südlich des Tavetscher Zwischenmassivs befindet sich die Urseren-Garvera-Zone, welche aus mehr oder weniger stark deformiertem Sedimentgestein besteht. Diese Meeresablagerungen (ca. 66 bis 245 Mio. Jahre alt) bedeckten ursprünglich als Sediment das Gotthard-Massiv. Als Folge intensiver tektonischer Bewegungen während der Gebirgsbildung wurde dieses Gestein wie ein Keil zwischen dem Tavetscher Zwischenmassiv und dem Gotthard-Massiv eingeklemmt.

Tunnelbau im Teilabschnitt Sedrun mit konventionellen und Spezialverfahren

Sprengvortrieb

Bei dem konventionellen Sprengvortrieb als klassische Vortriebsart im Gebirge mit mittlerer bis hoher Festigkeit arbeiten sich die Tunnelbauer mit Bohren und Sprengen durch den Fels. Mit Hilfe von mehrarmigen, elektronisch gesteuerten Bohrjumbos werden bis zu 4 m lange Löcher in die Ortsbrust gebohrt. In einem Sprengschema mit 120 bis 140 Bohrlöchern werden parallel zum Bohren Emulsionssprengstoffe in die Bohrlöcher gepumpt. Nach Zündung der ersten Ladung im Sprengkern, der Mitte der Ortsbrust, zünden die weiteren Ladungen in geringen Abständen. Nach dem Sprengen wird das Ausbruchmaterial, pro Sprengung bis zu 600 Tonnen, mit Fahrladern aufgenommen und einer Brecheranlage übergeben. Über Förderbänder gelangt das Material zu Schutterwagen, die dann über die Schachtanlage ausgefahren werden.

Der durch die Sprengung neu geschaffene Hohlraum wird mittels Anker und Spritzbeton gesichert. Mit Hilfe von so genannten Bohrjumbos werden die bis zu 9 m langen Anker in das Gewölbe eingebracht und verstärken somit die Tragwirkung des Gebirges. Zur weiteren Erhöhung des Tragverhaltens wird Spritzbeton aufgebracht, dieser versiegelt zusätzlich die Oberfläche.

Spezialvortriebe im Tavetscher Zwischenmassiv Nord

Im Teilabschnitt Sedrun wird ein spezielles System der Ausbruchsicherung angewendet, damit die druckhaften Zonen im Tavetscher Zwischenmassiv durchfahren werden können. Hier kam ein, durch zahlreiche Großversuche erprobte, Konzept mit deformierbaren Stahlringen zum Einsatz, welches in diesen Dimensionen noch auf keiner anderen Baustelle eingesetzt worden ist. Durch die großen erwarteten und auch aufgetretenen Deformationen wurde es notwendig den kreisförmigen Vollausbruch radial zu vergrößern um kontrollierte Deformationen zuzulassen. Die Ausbruchsquerschnitte erhöhten sich somit auf bis zu 135 m², wohingegen im Normalfall Querschnitte von 68 m² ausgeführt wurden. Zur Aufnahme der entstehenden Kräfte wurden Stahlringe mit ineinander liegenden Gleitverbindungen und Anker verwendet, die sich bis auf den gewünschten Tunnelquerschnitt deformierten, verwendet. Erst nach dem Abklingen der Gebirgsreaktionen konnten starre Stützmittel in Form von Stützbeton eingebracht werden. Im rückwärtigen Bereich mussten in dem Teilabschnitt zusätzliche Stützmittel in Form von zusätzlichen Ankern und zusätzlichem Stahleinbau zur Sicherung der Tunnelröhre aufgebracht werden.

Porta Alpina – Eine Vision

In Graubünden soll ein weltweit einzigartiges Projekt, die Porta Alpina, verwirklicht werden. Es ist angedacht an der Multifunktionsstelle Sedrun mit den Schächten I und II einen Bahnhof zu bauen, insbesondere um die Ingenieurkunst in der Schweiz zu demonstrieren, aber auch um die Region zu stärken. So sollen Besucher aus aller Welt von der tiefstgelegenen Bahnstation mitten im längsten Eisenbahntunnel der Welt, mit dem höchsten Lift der Welt die Alpen im Gotthardmassiv besuchen können. Ob diese Baumaßnahme verwirklicht werden kann und ob sie finanzierbar ist ist noch nicht abschließend geklärt.

Im Rahmen dieser Studienreise wurden auch weitere gemeinsame Exkursionen zwischen dem BWK und der Universität Siegen vereinbart. Diese Unternehmung war mit vielen neuen und interessanten Informationen, Fachgesprächen und Diskussionen das geglückte Experiment, eine neue Form von Fachexkursion zu etablieren, mit dem Ziel, Studierende und Berufstätige getreu dem Motto „Theorie und Praxis gemeinsam auf Reisen!“ zusammenzubringen.

Hier noch einige Impressionen dieser Exkursion.

Der letzte Stein