Taschenbuch für den Tunnelbau 2017 E-Book

• Herausgeber: Ernst, Wilhelm & Sohn
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Taschenbuch Tunnelbau
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 322

Beschreibung

Das Taschenbuch für den Tunnelbau ist seit vielen Jahren ein praxisorientierter Ratgeber für Auftraggeber, Planer und Bauausführende. Es greift aktuelle Entwicklungen und Problemstellungen auf, präsentiert innovative Lösungen und dokumentiert dabei den jeweils erreichten Stand der Technik. Die Beiträge in der Ausgabe 2017 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, konventioneller Tunnelbau, maschineller Tunnelbau, Tunnelbetrieb und Sicherheit, Forschung und Entwicklung, Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz. Interessante Praxisbeispiele und ein Einkaufsführer zum Thema Tunnelbaubedarf runden das Buch ab.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelseite

Impressum

Vorwort zum einundvierzigsten Jahrgang

Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise

I. Schutzgalerie gegen Naturgefahren an der B 21 – Planung und Ausführung

1 Einleitung

2 Maßnahmenabwägung und Ausgestaltung der Schutzbauwerke

3 Einwirkungen und Lastansätze

4 Planung der Überschüttung und der Dämpfungsschicht

5 Auswahl der Tragkonstruktion

6 Betriebstechnische Ausstattung

7 Entscheidung für die Fertigteilvariante

8 Tragwerksreserve

9 Brandschutz

10 Zusammenfassung

Konventioneller Tunnelbau

I. Bau des 3. TA des bergmännischen Stadtbahntunnels für die U12 in Stuttgart unter schwierigsten geologischen Verhältnissen

1 Die Gesamtmaßnahme U12

2 Grundlagen des Stadtbahnbaus

3 Bergmännischer Tunnel – Entwurf und Ausschreibung

4 Ausführung und Ausführungsplanung

5 Vortrieb – Ausführung

6 Zusammenfassung – Vortrieb

7 Ausführung der Innenschale

8 Zusammenfassung – Gesamtbaustelle

Maschineller Tunnelbau

I. Tunnel Rastatt: Schildvortriebe in Kombination mit Baugrundvereisungen

1 Projektbeschreibung

2 Vortriebs- und Maschinenkonzept

3 Vereisungsmaßnahme FFH-Gebiet Federbach

4 Vereisungsmaßnahme unter der Rheintalbahn

5 Fazit

Tunnelbetrieb und Sicherheit

I. Ein Echtzeit-Sicherheits-Management-System für Straßentunnel (ESIMAS) – Von der Forschung bis zur Anwendung

1 Einleitung

2 Ausgangslage und Zielsetzung

3 Projekt

4 Erkenntnisse

5 Überführung in den Regelbetrieb

6 Zusammenfassung und Ausblick

II. Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT 2016) – Perspektiven für die Sicherheit in Straßentunneln

1 Einleitung

2 Die RABT 2016

3 Ausblick

Forschung und Entwicklung

I. Prozesssimulation für die Leistungsermittlung und -planung beim maschinellen Tunnelbau

1 Einleitung

2 Besonderheiten der Logistik im maschinellen Tunnelbau

3 Verschleiß und Wartung der Abbauwerkzeuge

4 Prozesssimulation im maschinellen Tunnelbau

5 Fallbeispiel – Auswertung verschiedener Wartungsstrategien

6 Zusammenfassung und Ausblick

II. Building Information Modeling (BIM) im maschinellen Tunnelbau

1 Einleitung

2 Grundlagen der BIM-Methodik

3 Informationsmodelle für den Tunnelbau

4 Exemplarischer Anwendungsfall: Wehrhahn-Linie in Düsseldorf

5 Exemplarischer Anwendungsfall: BIM-Pilotprojekte

6 Zusammenfassung und Ausblick

Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz

I. Technische Bewertung von Angeboten im Vergabeverfahren von Tunnelprojekten

1 Einführung

2 Anforderung an die Ausschreibung

3 Prinzip der Wertung

4 Zuschlagskriterien

5 Beispiele

II. Dynamisches Berechnungsmodell für die Ermittlung der Bauzeit am Beispiel des Albabstiegstunnels

1 Einleitung

2 Der Albabstiegstunnel der Neubaustrecke Stuttgart-Ulm

3 Vertragsmodell/Ausschreibung

4 Zusammenfassung und Ausblick

Praxisbeispiele

I. Erfahrungen bei Druckluftarbeiten unter Anwendung von Sauerstoff

1 Einleitung

2 Projekte und Projektbesonderheiten

3 Herrentunnel Lübeck, Deutschland

4 Flughafen-S-Bahn Hamburg, Deutschland

5 Nord-Süd-Stadtbahn Köln, Los Nord

6 Tunnel Jenbach H8, Jenbach, Österreich

7 Tunnel XFEL, Hamburg, Deutschland

8 Corrib Gas Tunnel, Irland

9 Sammler Isebeek, Hamburg, Deutschland

10 Relevante Aspekte für das Auftreten einer Drucklufterkrankung

11 Geometrische Restriktionen

12 Psychologische Aspekte

13 Physische Aspekte

14 Planung

15 Gesundheitsgerechtes individuelles Verhalten bei Druckluftarbeit

16 Schlussfolgerungen und Bewertungen

17 Ergebnisse und Empfehlungen

II. Druckluftvortrieb im gering durchlässigen Tonstein zur Steuerung der vortriebsbedingten Senkungen

1 Einleitung

2 Baugrundverhältnisse

3 Bauwerk

4 Prognose der Senkungen

5 Druckluftstützung

6 Erfahrungen beim Vortrieb

7 Zusammenfassung

Tunnelbaubedarf

Inserentenverzeichnis

Autorenverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Guide

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Table of Contents

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Taschenbuch für den Tunnelbau 2017

Kompendium der Tunnelbautechnologie Planungshilfe für den Tunnelbau

Herausgegeben von der DGGT.

Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.

unter Mitwirkung von

Dr. rer. nat. K. Laackmann (Federführung)

Prof. Dr.-Ing. H. Balthaus

Dipl.-Ing. O. Braach

Dipl.-Ing. M. Breidenstein

Ltd. Baudirektor Dipl.-Ing. R. Frenzl

Dipl.-Ing. W.-D. Friebel

Dipl.-Ing. G. Glatzle

Ministerialrat Dipl.-Ing. K. Goj

Prof. Dr.-Ing. habil. A. Hettler

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. B. Maidl

Dipl.-Ing. M. Meissner, M.BC.

Dipl.-Ing. E. Scherer

Dipl.-Ing. S. Schwaiger

Dipl.-Ing. D. Stephan

Prof. Dr.-Ing. M. Thewes

Dr.-Ing. G. Wehrmeyer

Dr.-Ing. B. Wittke-Schmitt

41. Jahrgang

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

© 2016 Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden.

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Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, daß diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht eigens markiert sind.

Print ISBN: 978-3-433-03168-1

ePDF ISBN: 978-3-433-60777-0

ePub ISBN: 978-3-433-60775-6

eMobi ISBN: 978-3-433-60776-3

oBook ISBN: 978-3-433-60774-9

Vorwort zum einundvierzigsten Jahrgang

Der Tunnelbau gehört sicher zu den anspruchsvollsten Aufgaben im konstruktiven Ingenieurbau und erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Fachleuten aus unterschiedlichen Disziplinen. Kaum ein Tunnel gleicht einem anderen – Tunnel sind Unikate, und die Verfahren zur Errichtung von Tunnelbauwerken müssen auf die speziellen Randbedingungen vor Ort abgestimmt werden. Bei dieser Anpassung sind in den vergangenen Jahrzehnten eine Vielzahl von Innovationen entwickelt worden. Das Taschenbuch für den Tunnelbau spiegelt diese Entwicklung seit mehr als vier Jahrzehnten wider. Es greift aktuelle Entwicklungen auf, zeigt Lösungen für Problemstellungen und dokumentiert so den erreichten Stand der Technik.

Bei der Auswahl und Beschaffung der Beiträge werden Herausgeber und Verlag von einem Beirat unterstützt, der alle am Tunnelbau Beteiligten vertritt und sich aus Vertretern der Bauherren, Bauindustrie, beratenden Ingenieure, Maschinenhersteller und Zulieferer sowie der Hochschule und Wissenschaft zusammensetzt. Mit dieser Ausgabe wird Herr Stephan sich aus dem Beirat zurückziehen, um seinen Ruhestand zu genießen. Herausgeber und Verlag danken Herrn Stephan herzlich für sein langjähriges, ehrenamtliches Engagement im Herausgeberbeirat des Taschenbuchs für den Tunnelbau, dem er seit der Ausgabe 1998 angehört, und wünschen ihm alles Gute für seinen neuen Lebensabschnitt.

Die Beiträge in der Ausgabe 2017 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, konventioneller und maschineller Tunnelbau, Tunnelbetrieb und Sicherheit, Forschung und Entwicklung, Vertragswesen, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz sowie Praxisbeispiele. Ein Einkaufsführer zum Thema Tunnelbaubedarf rundet das Buch ab.

Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre und freuen uns über Rückmeldungen sowie Themenanregungen und Beitragsvorschläge für zukünftige Ausgaben aus Ihren Reihen. Wenden Sie sich dazu bitte an die Mitglieder des Herausgeberbeirats oder an die Redaktion des Verlags Ernst & Sohn.

(Dr.-Ing. B. Wittke-Schmitt)

(Dr. rer. nat. K. Laackmann)

Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise

I.Schutzgalerie gegen Naturgefahren an der B 21 – Planung und Ausführung

Autoren: Dipl.-Ing. (FH) M. Sc. Thomas Zumbrunnen, Staatliches Bauamt Traunstein, Abt. Georisiken, Tunnelbau und alpine Sonderbauweisen, Traunstein, Dipl.-Ing. Bernd Gebauer, Ing.-Büro Dipl.-Ing. Bernd Gebauer Ingenieur GmbH, München, BD Dipl.-Ing. Univ. Bernhard Ettelt, Zentralstelle für Brücken- und Tunnelbau Autobahndirektion Südbayern, München, Ministerialrat Dipl.-Ing. Karl Goj, Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern für Bau und Verkehr, München

Mit der 139 m langen Schutzgalerie Saalachsee wurde ein neuartiges Konzept für Schutzgalerien verwirklicht. Während Schutzgalerien häufig als reine Lawinengalerien gebaut werden, wurde die Galerie Saalachsee so konzipiert, dass auch Steinschlag- und Murereignisse bis zu festgelegten Jährlichkeiten beherrscht werden können. Dies dient nicht nur dem Schutz der Verkehrsteilnehmer auf der Bundesstraße 21 (B 21) südlich von Bad Reichenhall, sondern auch dem Schutz des Bauwerks. Damit soll die Verfügbarkeit der wichtigen Verkehrsverbindung deutlich erhöht werden. Die Bauweise der Schutzgalerie erfolgte unter Verwendung von Fertigteilen, was die Verkehrsbeeinträchtigungen während der Bauzeit deutlich reduzierte. Auf betriebstechnische Einrichtungen nach den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) [1] konnte aufgrund der besonderen Konzeption der Schutzgalerie weitgehend verzichtet werden.

Protective gallery against natural hazards alongside the federal road B 21 – Design and realization

The Saalachsee avalanche protection gallery near Bad Reichenhall in Bavaria with a length of 139 m is based on an innovative concept, that ensures protection not only against avalanches, asmany similar structures, but also against geological risks like debris flow surges and rockfall events up to calculated annualities. This design enhances not only the safety of the road users, but serves in addition to improve the safety of the structure during such events. Furthermore, the availability of the important traffic connection, the federal road B 21, is increased. In order to shorten the building phase, the construction was mounted in a reinforced concrete building technique using pre-cast concrete segments in order to minimize traffic obstructions. The design of the building was furthermore optimized in order to minimize operational installations without infringement of the relevant standards.

1 Einleitung

Auf der B 21/E 641 (Bild 1) kommt es bedingt durch die Lage an den hohen und steilen Süd- und Osthängen des Ristfeucht- und Rabensteinhorns sowie den Nord-West-Hängen des Lattengebirges mit seinen steil aufragenden Felswänden des Predigtstuhls, des Vogelspitz und des Luegerhorns (Bild 2), aufgrund von Lawinen-, Steinschlag- oder Murereignissen immer wieder zu Unfällen und längeren Sperrungen. Nach mehreren Steinschlagereignissen mit Verletzten und mehreren Sperrungen der Straße wegen Lawinenabgängen und größeren Murereignissen wurde entschieden, ein integrales Schutzkonzept gegen gravitative Naturgefahren für die B 21 mit dem Ziel zu entwickeln, die regionalen und überregionalen verkehrlichen Anforderungen ganzjährig sicherzustellen. Integrales Schutzkonzept bedeutet, dass anders als bei einer reinen Lawinengalerie, Gefahren durch Lawinen aber auch aus Sturz- und Wildbachprozessen innerhalb festgelegter Grenzen durch das Bauwerk abgewendet werden und die Verfügbarkeit der Straße damit deutlich erhöht wird.

Bild 1. Lage der Schutzgalerie an der B 21/E 641

Bild 2. Topografische Darstellung B 21, Kleines Deutsches Eck

Im Hinblick auf die Komplexität und Größe des Gesamtprojekts und um eine zeitnahe Umsetzung zu ermöglichen, war es notwendig, eine Prioritätenreihung innerhalb des Projekts vorzunehmen. Hierfür wurde die Gesamtstrecke in zwei Abschnitte unterteilt. Im Abschnitt zwischen Schneizlreuth und Bad Reichenhall war das vorrangige Planungsziel eine uneingeschränkte Erreichbarkeit der Gemeinde Schneizlreuth von der Kreisstadt Bad Reichenhall aus, u. a. um die Notfallversorgung sicherzustellen und zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Straße für den überregionalen, grenzüberschreitenden Verkehr. Innerhalb dieses Abschnitts wurden wiederum sechs Bereiche gebildet, die an die hohen Felswände des Ramsaudolomits und Dachsteinkalks angrenzen. Aufgrund der ungleichen Verwitterung der beiden Gesteinsformationen kommt es hier zu einem gehäuften Vorkommen von Stein- und Blockschlag. Die Ursachen hierfür liegen in langfristiger Materialentfestigung und Verwitterung an Trennflächen. Gefördert werden diese Vorgänge durch Frosteinwirkung, Temperaturausdehnung und Wurzelsprengungen.

2 Maßnahmenabwägung und Ausgestaltung der Schutzbauwerke

Derzeit existiert in Deutschland keine eingeführte Methodik für eine risikobasierte Beurteilung, Prävention oder Bewältigung gravitativer Naturgefahren. Des Weiteren fehlen verbindliche Vorschriften und Richtlinien für die Ausbildung und die Bemessung von Schutzbauwerken gegen diese Gefahren. Aus diesem Grund wurde bei den Planungen der Maßnahme an der B 21 für die auftretenden Prozessarten (Murgang, Lawine, Fels- bzw. Blocksturz) ein Maßnahmenvergleich für verschiedene Jährlichkeiten durchgeführt, in dem die voraussichtlichen Kosten der Maßnahmen dem zu erwartenden Nutzen gegenübergestellt wurden.

Für die Untersuchungen wurde der Streckenabschnitt in sechs Gefahrenbereiche unterteilt. Ausschlaggebend für die Unterteilung war dabei die räumliche Lokalisierung und Abgrenzbarkeit der jeweiligen Prozessarten. Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass die Straße im Bereich 3 (unterhalb des Vogelspitz) am stärksten durch Naturgefahren betroffen ist (Bild 3). Der Schutz dieses Bereichs wurde somit als vordringlich behandelt. Bei der Abwägung spielten neben der reinen Gefahrenbetrachtung auch das daraus resultierende Schadenspotenzial und somit Faktoren wie die Verkehrsbelastung (DTV), Verkehrsbedeutung, Umleitungsmöglichkeit usw. eine entscheidende Rolle, was einer Risikoanalyse bereits sehr nahekommt.

Bild 3. Schematische Darstellung der geplanten Schutzbauwerke im Bereich 3 für das Schutzkonzept mit einer Auftretenswahrscheinlichkeit von T < 100 Jahre für Lawinen- und Murereignisse und T < 50 Jahre für Steinschlagereignisse [2]

Bild 4. Lawinenrinnen im Bereich 3 des Schutzabschnitts

In dem ca. 320 m langen Bereich 3 überlagern sich in einem vergleichsweise kurzen Abschnitt drei Prozessarten. Im Maßnahmenvergleich stellte sich in einem 139 m langen Kernbereich eine Schutzgalerie mit flankierenden Leitwällen als sicherste und wirtschaftlichste Lösung dar. Die verbleibende, nicht durch die Galerie gesicherte Strecke des Bereichs kann mit Schutzzäunen, Murnetzen und einer Anrissverbauung für eine Nebenrinne gut geschützt werden (Bild 4).

3 Einwirkungen und Lastansätze

Wie für die Beurteilung und Prävention von Naturgefahren fehlen in Deutschland auch verbindliche Vorschriften und Richtlinien für die Ermittlung und Bestimmung von Lastansätzen für Schutzbauwerke gegen Steinschläge, Murereignisse und Lawinen. So musste für die Ausgestaltung, Konstruktion und Bemessung der Bauwerke auf österreichische und schweizerische Richtlinien zurückgegriffen werden. Das führte vor allem bei der anschließenden Berücksichtigung und Einbindung der ermittelten Einwirkungen und Lasten in die statische Berechnung nach den neuen Eurocodes und der konstruktiven Ausbildung des Tragwerks zu vertieften Einzelfallbetrachtungen und einer intensiven Abstimmung mit dem verantwortlichen Prüfingenieur.

Für die Ermittlung der Einwirkungen aus Stein- und Blockschlagereignissen wurden nach einer gutachterlichen Begehung (inkl. Befliegung) der Hang- und Wandbereiche oberhalb der Bundesstraße, Ausbruchsgebiete mit zugehörigen Ausbruchsblockgrößen für zehn- und 50-jährliche Ereignisse festgelegt. Basierend auf diesen Festlegungen wurden 3-D-Steinschlagsimulationen durchgeführt (Bild 5). Mit den gewonnenen Ergebnissen wurde eine Umgriffermittlung und eine erste Abschätzung der auftretenden Energien und Sprunghöhen durchgeführt.

Bild 5. Darstellung der Sturztrajektorien und der Sturzenergien aus der 3-D-Simulation T ≤ 50 Jahre [3]

Für die Festlegung der Einwirkungen aus Lawinenereignissen wurden bei jedem Lawinenstrich mehrere Szenarios untersucht. Basierend auf einem Schneehöhengutachten [4] und einer gutachterlichen Stellungnahme des bayerischen Landesamts für Umwelt [5] wurden für jeden Lawinenstrich Simulationen mit unterschiedlichen Schneehöhen und Umgriffen der Anrissgebiete sowie mit verschiedenen Lawinenarten (Fließlawine, Staublawine, Nassschneelawine) durchgeführt. Anhand einer relativ detaillierten Aufzeichnung einer Schadlawine aus dem Jahr 2002 konnten in Verbindung mit dem Schneehöhengutachten diese Simulationsergebnisse referenziert und den verschiedenen Szenarios die zugehörigen Auftretenswahrscheinlichkeiten zugeordnet werden. Zur Ermittlung des maßgeblichen Lawinenumgriffs wurden im Anschluss jeweils die Fließhöhenergebnisse der 30- und der 100-jährlichen Szenarios überlagert (Bild 6). Zur Ermittlung der Maximallast wurde für die betreffenden Jährlichkeiten eine räumliche Extremwertuntersuchung durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurden im Anschluss über die Festlegungen der ASTRA-Richtlinie 12 007 [6] die Einwirkungen aus der Prozessart Lawine bestimmt.

Bild 6. Darstellung der überlagerten Fließhöhenergebnisse aus den Simulationen Lawine (T ≤ 100 Jahre) [3]

Noch schwieriger, als bei den Sturz- und Lawinenprozessen, gestaltete sich die Ermittlung der Einwirkungen aus der Prozessart Mure. Dem Staatlichen Bauamt Traunstein war zwar bekannt, dass es im untersuchten Streckenabschnitt an einigen Steilrinnen bereits zu Vermurungen der Straße gekommen war, hierüber existierten jedoch keine Aufzeichnungen mehr. Auch spezielle Niederschlagsaufzeichnungen lagen nicht vor. Aus diesem Grund wurde zu Planungsbeginn versucht, an zwei Rinnen auf der Grundlage der Ermittlung der Einzugsgebiete, den Niederschlagswerte aus dem KOSTRA-Atlas des Deutschen Wetterdienstes und einer allgemeinen Geschiebeabschätzung aus einem gutachterlichen Begehungsprotokoll [3] mittels des Programms RAMMS (debris flow) Mursimulationen durchzuführen. Die hierbei erzielten Ergebnisse mussten jedoch als sehr unsicher eingestuft werden. Eine Jährlichkeitszuweisung der Ergebnisse konnte aufgrund der Unsicherheiten nicht erfolgen.

Erst als es 2010 zwischen Bad Reichenhall und Unterjettenberg zu einem Starkniederschlagsereignis kam, bei dem es gleich an mehreren Wildbächen und Rinnen zu Murgängen mit einer bis dato nicht für möglich gehaltenen Verschüttung der Straße gekommen war (Bild 7), konnten die für eine Simulation erforderlichen Daten erhoben werden.

Die entstandenen Murkegel und Ablagerungsmassen der Ereignisse wurden detailliert aufgenommen und ausgewertet. Zudem wurde ein aktuelles Niederschlagsgutachten [7] unter Einbeziehung österreichischer Messstationen erstellt. Aufgrund dieser neuen Daten konnten im Anschluss für die maßgeblichen Rinnen genaue Simulationen für 30- und 100-jährige Ereignisse durchgeführt werden.

Bild 7. Murereignis im Sommer 2010 zwischen Bad Reichenhall und Unterjettenberg

Diese Simulationen führten letztlich zu einer Umplanung der Geländemodellierung oberhalb der Galerie. So wurden die Gerinneüberleitung und die Gestaltung der seitlichen Ablenkwälle, die über die Galerie führen, überarbeitet.

Im Anschluss wurde der gesamte Galeriebereich (inkl. Gerinne, Wälle usw.) in das bestehende 3-D-Geländemodell eingebunden. Mit diesem aktualisierten Geländemodell wurde die Murgangs-simulation im Bereich der Galerie wiederholt (Bild 8) und die Einwirkungen für die Prozessart Murgang festgelegt.

Anhand des neuen Geländemodells wurden zudem Geländeschnitte entlang der ungünstigsten Sturztrajektorien der 3-D-Simulation-Steinschlag (50-jähriges Ereignis) erzeugt. Anhand dieser Schnitte wurden 2-D-Steinschlagsimulationen durchgeführt. Mit den hierdurch gewonnenen Daten konnten abschließend über die Regelungen der ASTRA-Richtlinie 12 006 [8] die Ersatzkräfte und somit die Einwirkungen für die Prozessart Steinschlag ermittelt werden.

Bild 8. Darstellung der Fließhöhenergebnisse aus den Simulationen Murgang nach der Geländemodellierung [3]

Nach diesen Untersuchungen standen für die drei auftretenden Prozessarten Murgang, Lawine und Stein- bzw. Blockschlag die ausschlaggebenden Einzeleinwirkungen mit den zugehörigen Lastannahmen fest. Im Anschluss mussten jedoch noch Festlegungen für die Lastfallkombinationen getroffen werden. Zur Festlegung der anzusetzenden Teilsicherheits- und Kombinationsbeiwerte wurde für die spätere Berechnung und Bemessung des Schutzbauwerks nach den Eurocodes [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16] in Abstimmung mit dem Prüfingenieur ein umfassendes Lastbild erstellt. In einem zugehörigen Einwirkungsbericht wurden die aus dem Lastbild entstandenen Festlegungen zu den Lastfallkombinationen sowie zu den Teilsicherheits- und Kombinationsbeiwerten abschließend fixiert und im Folgenden als Grundlage für alle weiteren Berechnungen und Bemessungen der Schutzgalerie verwendet.

4 Planung der Überschüttung und der Dämpfungsschicht

Die Planung der Höhe, der Neigung und der Gefällebruchkanten der Überschüttung erfolgte gemäß den Angaben der Richtlinie ASTRA 12 007 [6]. Ziel war es, die Umlenkstrecke der Lawinen und die damit verbundene vertikale Umlenkkraft möglichst weit bergseitig der Galerie zu verlegen und dadurch die Kräfte auf das Bauwerk gering zu halten.

Der Verlauf der Oberkante der Überschüttung ergab sich durch die Verschneidung des ideellen Geländeverlaufs mit den örtlichen Geländeprofilen. Diese Geometrie wurde danach durch iterative Simulationen und Berechnungen weiter optimiert.

Die Dicke der Dämpfungsschicht wurde unter Berücksichtigung baupraktischer Aspekte so gewählt, dass die Überschüttung mit der geplanten Schichtenfolge Schutzschicht auf Bauwerk/Dämpfungsschicht/Deckschicht mit der geplanten Geometrie hergestellt werden kann.

Als Material der Dämpfungsschicht wurde der im Zuge der Baumaßnahme abgebaute Hangschutt als lockere Schüttung eingebaut. Die Eignung dieses Materials wurde bodenmechanisch untersucht und durch Simulationsberechnungen bestätigt.

5 Auswahl der Tragkonstruktion

Im Zuge der Entwurfsplanung wurden für die Galerie eine reine Ortbetonkonstruktion und eine Fertigteilkonstruktion mit Ortbetonergänzungen untersucht. Die Ortbetonvariante bestand aus 14 jeweils 10 m langen Blöcken, die Fertigteilvariante aus 13 Blöcken mit einer Länge von 10 bis 12,5 m. Bei beiden Varianten war für die Fundamente, die bergseitige Wand der Galerie, die Brüstungsmauer und die Stützen Ortbeton vorgesehen. Im Gegensatz zur reinen Ortbetonvariante mit ihren zwei 1,0 × 0,6 m starken Stützen pro Galerieblock, musste für die Variante mit Fertigteilen die Stützenzahl auf vier Stützen (0,5 × 0,7 m) pro Block erhöht werden (Bild 9 und 10). Nur so konnte eine Fertigteilkonstruktion konzipiert werden, deren Fertigteile noch mit den üblicherweise verwendeten Geräten transportiert und wirtschaftlich eingebaut werden können.

Bild 9. Ansicht Ortbetonvariante der Schutzgalerie; Stützenabstand 5,0 m, Stützengröße 1,0 × 0,6 [2]

Bild 10. Ansicht Fertigteilvariante der Schutzgalerie; Stützenabstand 2,5 m, Stützengröße 0,5 × 0,7 [2]

Hauptkriterium der Entscheidung für eine Konstruktionsart sollte neben den Zwängen aus dem Bauablauf (weitgehender Verzicht auf Vollsperrungen der B 21) und den Herstellungskosten auch die Gesamtsicherheit des Tragwerks sein. Hier spielten vor allem die Tragreserven und die Umlagerungsfähigkeit des Gesamtsystems eine entscheidende Rolle. Um hier einen objektiven Vergleich der beiden Tragwerksvarianten zu erhalten, wurden folgende Vorgaben für die Untersuchung gemacht:

– Die getroffenen Lastansätze (Bemessungsereignisse) sind identisch.

– Konstruktive und geometrische Randbedingungen (z. B. Überschüttungen, inkl. Neigungswinkel der Überschüttungen usw.) werden gleich angesetzt.

– Das Gesamtsystem soll eine mindestens 30%ige Tragreserve für den maßgebenden Lastfall enthalten.

Verzichtet wurde jedoch auf den Ansatz des sehr seltenen Ereignisses eines vollständigen Stützenausfalls, der insbesondere bei der Fertigteillösung problematisch ist.

Um den dreidimensionalen Lastabtrag aus den hohen und sehr konzentriert auftretenden Lasten wie Blockschlag oder Fahrzeuganprall genau untersuchen zu können, wurde für jede Variante ein Galerieblock als 3-D-Flächentragwerk (Faltwerksmodell) modelliert (Bild 11 und 12) und gemäß den geltenden Regeln der Eurocodes bemessen.

Das für die Fertigteilvariante erstellte Berechnungsmodell ermöglichte die Untersuchung aller Bauzustände der Galeriekonstruktion. Bei der Modellierung wurde insbesondere Wert auf die wirklichkeitsgetreue Abbildung der Änderung des Lastabtrags und der Lagerungsbedingungen der einzelnen Fertigteilelemente in den verschiedenen Bau- und Betonierzuständen und die realitätsnahe Modellierung des Zusammenwirkens der Fertigteil- und Ortbetonbauteile im Endzustand gelegt.

Bild 11. 3-D-Berechnungsmodell Ortbetonvariante der Schutzgalerie [17]

Bild 12. 3-D-Berechnungsmodell Fertigteilvariante der Schutzgalerie [18]

6 Betriebstechnische Ausstattung

Neben der Tragkonstruktion mit den geforderten Sicherheiten und den sehr beschränkt zur Verfügung stehenden Zeiten für Vollsperrungen wurden auch bei der betriebstechnischen Ausstattung neue Wege beschritten. Durch die abgelegene Lage des Bauwerks wären für die Erstellung einer Stromversorgung hohe Kosten angefallen. Auch wenn sich das bei diesem Bauwerk in einem noch vertretbaren Rahmen bewegt hätte, wurde bewusst so geplant, dass das Bauwerk trotz vollständigen Verzichts auf elektrische Anlagen den Vorgaben der RABT 2006 [1] entspricht. Diese Vorgabe war insbesondere auch im Hinblick auf weitere Galerien getroffen worden, bei denen die Stromversorgung dann tatsächlich von entscheidender Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit sein wird. Die größte Herausforderung stellte dabei die Einhaltung der in der RABT 2006 geforderten Leuchtdichtewerte im Bauwerk dar. Um auf eine zusätzliche Beleuchtung verzichten zu können, mussten die Stützen auf ein Maximum verschlankt werden, um eine möglichst geringe Verschattung im Bauwerk sicherzustellen. Aus diesem Grund waren die Bauteilabmessungen so weit zu reduzieren, dass die erforderlichen Werte der Leuchtdichte noch eingehalten sind und die hohen Kräfte aus den Naturgefahrenlastfällen trotzdem noch aufgenommen werden können. Dies führte während der Planung zu einem in dieser Form unüblichen Iterationsprozess zwischen den einzelnen Bauteilabmessungen, den Stützenabständen und den Bauteilhöhen, wobei die Ergebnisse der Vorstatik auf ihre lichttechnische Brauchbarkeit hin überprüft werden mussten. Im Ergebnis konnte nachgewiesen werden, dass bis auf wenige Stunden im Jahr die natürliche Beleuchtung der Galerie ausreichend ist. Auch auf weitere betriebstechnische Ausrüstung wurde weitgehend verzichtet. Damit wurde hier im Wesentlichen ein Standard angewandt, der in den anderen Alpenländern häufig anzutreffen ist, wobei jedoch im Einzelnen eine Abwägung nach RABT 2006 vorgenommen wurde. Die Galerie wurde so konstruiert, dass bei einem Brand ein schneller Abzug der Rauchgase gewährleistet ist. Aufgrund der Schlitzrinnen in der Galerie wurde die Durchfahrt mit Fahrrädern verboten. Der Radverkehr, der auf dieser Straße ohnehin problematisch ist, wird auf einen parallelen Weg unterhalb der Galerie am Saalachsee geführt. Ein Rückhaltebecken für Schadflüssigkeiten, allerdings mit reduziertem Volumen, ist vorhanden. Es muss von Zeit zu Zeit inspiziert werden, da auch hier keine automatische Meldung möglich ist. Die Entleerung des Beckens wurde mit einer Vakuum-Pumpe realisiert.

7 Entscheidung für die Fertigteilvariante

Nach Abwägung aller Vor- und Nachteile der beiden untersuchten Konstruktionen, fiel die Entscheidung, vor allem aufgrund der deutlich geringeren Sperrzeiten (6 statt 18 Wochen bei der Ortbetonlösung) bei annähernd gleichen Kosten, auf die Ausführung als Fertigteilvariante.

Die gewählte Konstruktion der Schutzgalerie besteht somit aus 13 Blöcken mit Blocklängen von 10 bzw. 12,5 m (s. Bild 10). Die talseitige Wand wurde mit Fertigteilstützen, die bergseitige Rückwand und die Streifenfundamente in Ortbeton ausgeführt (s. Bild 12). Die Deckenträger bestehen aus Stahlbetonfertigteilen. Sie sind im Bauzustand beidseitig gelenkig gelagert. Auf den Fertigteilträgern wurden 10 cm dicke Elementdeckenplatten verlegt, die dann im Verbund mit dem Ortbeton der Decke eine insgesamt 44 cm starke Stahlbetondecke der Galerie ergeben. Durch die Verbindung der Ortbetondecke mit den Fertigteilträgern und die biegesteife Verbindung mit der bergseitigen Rückwand entsteht eine sehr steife, rahmenartige Konstruktion, was der Bemessung auf die hohen Lasten aus Sturzereignissen sehr entgegenkommt.

7.1 Statisches System der Fertigteilvariante

Für die Bemessung der Konstruktion wurde ein dreidimensionales Berechnungsmodell verwendet (Bild 12). Dabei wurden die Galerierückwandwand, die talseitige Wand und die Fundamente als Flächenelemente modelliert. Die Stützen und die Deckenträger wurden mit Stabelementen abgebildet. Die Elementplatten der Decke und die später betonierte Ortbetondecke gingen als Volumenelemente in die Berechnung ein. Zur Abbildung der Bettung der Fundamente wurden elastische Federn, die nur Druckkräfte und keine Zugkräfte übertragen können, verwendet.

Bei diesem Berechnungsmodell konnten die Wechselwirkung zwischen Bauwerk und Baugrund mittels einer iterativen FEM-Berechnung ausreichend erfasst werden. Die Ermittlung der Schnittgrößen erfolgte unter Verwendung der Theorie I. Ordnung.

Alle Bauteile sind im Endzustand biegesteif miteinander verbunden. Lediglich das Auflager der Balken am Stützenkopf konnte wegen der Ortbetonstützen und der Fertigteilträger nur gelenkig ausgebildet werden.

Im Bauzustand, bis nach dem Betonieren der Decke, lagerten die Fertigteilträger der Decke auch auf der Galerierückwand gelenkig auf. Erst durch die Ortbetonergänzung der Decke wird eine biegesteife Verbindung zwischen Decke und Galerierückwand geschaffen.