Taschenbuch für den Tunnelbau 2022 E-Book

• Herausgeber: Ernst, Wilhelm & Sohn
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Taschenbuch Tunnelbau
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2021

Seitenzahl: 336

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 2022 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, Maschineller Tunnelbau, Baustoffe und Bauteile, Forschung und Entwicklung, Instandsetzung und Nachrüstung sowie Praxisbeispiele.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelseite

Impressum

Vorwort zum sechsundvierzigsten Jahrgang

Autorenverzeichnis

Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise

I. Flughafentunnel – Hohlraumbau in vorbelasteten Tonsteinen des Lias α

1 Einleitung

2 Bauvorhaben

3 Baugrundverhältnisse

4 Erfahrungen bei ausgeführten Projekten

5 Standsicherheitsnachweise

6 Stand der Bauarbeiten

7 Monitoring und Vergleich mit Prognosen

8 Zusammenfassung

Literatur

Maschineller Tunnelbau

I. Erfahrungsstand zur Ringspaltverfüllung bei einschaligen Tunneln mit Schwerpunkt deutsche Eisenbahntunnel

1 Einleitung

2 Begriffe und Abgrenzung

3 Grundsätze der Ringspaltverfüllung

4 Technologie der Ringspaltverfüllung

5 Anforderungen an das RSVM

6 Überwachung – Materialtechnologische Prüfung und Kontrolle während der Ausführung

7 Technische und materialtechnologische Aspekte zur Ringspaltverfüllung bei ausgewählten TBM-Projekten

8 Diskussion bezüglich aktueller Herausforderungen

9 Zusammenfassung und Fazit

Literatur

II. GE-TI-ME – das neue Prüfverfahren zur Gelzeit-Bestimmung für den Zwei-Komponenten-Mörtel

1 Einleitung

2 Übersicht von Prüfarten zur Bestimmung der Gelzeit

3 Mischbarkeit von Stoffen

4 Mischverfahren

5 Mischverfahren mittels Magnetrührtisch

6 Plakative Darstellung der einzelnen Versuchsreihen

7 Untersuchung der Vergleichbarkeit zwischen Bechermethode und Magnetrührmethode

8 Anwendung des GE-TI-ME-Prüfverfahrens

9 Vergleich der ermittelten Gelzeit mittels Großversuch auf der Baustelle

10 Empfehlung zum Prüfverfahren GE-TI-ME

11 Zusammenfassung und Ausblick

Literatur

III. Entwicklung eines Vorauserkundungssystems zur frühzeitigen Erkennung der Bodenverhältnisse im Lockergestein beim maschinellen Vortrieb

1 Hintergrund/Einführung

2 Ziele

3 Methodik

4 Ergebnisse

5 Weiterentwicklung

6 Fazit

7 Ausblick

Baustoffe und Bauteile

I. Injektionsstoffe im Tunnelausbruchmaterial – Abfall oder Ersatzbaustoff?

1 Einleitung

2 Injektionsharze

3 Umweltrelevanz

4 Abfall

5 Umwelt- und abfalltechnische Einordnung

6 Ausblick

References

Forschung und Entwicklung

I. Minimalinvasive Fugensanierung – Laboruntersuchungen und Berichte aus der Praxis

1 Einleitung

2 Anwendung bei Bewegungsfugen von WU-Betonkonstruktionen

3 Anwendung bei Tübbingfugen

4 Erfahrungen mit der minimalinvasiven Fugensanierung aus der Baupraxis

5 Fazit

Literatur

II. Wirkungsweise von polymerbasierten Stützflüssigkeiten im Tunnelbau

1 Einleitung

2 Polymere

3 „Bulk-Rheologie“ von Polymerlösungen

4 Standsicherheit der flüssigkeitsgestützten Erdwand

5 Klassifizierung von Bentonitsuspensionen im Hinblick auf die Standsicherheit

6 Klassifizierung von Polymerlösungen im Hinblick auf die Standsicherheit

7 Schlussfolgerungen für die Standsicherheit polymerflüssigkeitsgestützter Erdwände im Tunnelbau

Literatur

Instandsetzung und Nachrüstung

I. Der Altstadtringtunnel – Umbau, Instandsetzung und technische Nachrüstung

1 Der Altstadtringtunnel

2 Die sicherheits- und betriebstechnische Nachrüstung

3 Bauliche Sanierung/Ertüchtigung des Altstadtringtunnels

4 Fazit

Literatur

Praxisbeispiele

I. 380-kV-Kabeldiagonale Berlin: Umsetzung der Energiewende durch Tunnelbau

1 Projekteinordnung

2 Das Projekt

3 Geologie

4 Schachtbauwerke

5 Bautenstand

6 Ausblick

Quelle

II. Tunnelplanung der 2. S-Bahn-Stammstrecke in über 40 Metern Tiefe unter historischen und sensiblen Bestandsgebäuden der Münchner Innenstadt

1 Die zweite S-Bahn-Stammstrecke in München

2 Vortriebsarbeiten für die Bahnsteigröhren am Haltepunkt Marienhof

3 Zusammenfassung

Literatur

Tunnelbaubedarf

Inserentenverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Leiten

Cover

Table of Contents

Titelseite

Impressum

Vorwort zum sechsundvierzigsten Jahrgang

Autorenverzeichnis

Begin Reading

Tunnelbaubedarf

Inserentenverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Abbildungsverzeichnis

Kapitel 1

Bild 1. Übersicht Flughafenanbindung im PFA 1.3 [1]

Bild 2. Lageplan Flughafentunnel mit Station NBS

Bild 3. Geologisch-geotechnischer Längsschnitt Flughafentunnel (überhöht)

Bild 4. Regelquerschnitt Zulaufröhren

Bild 5. Unterfahrung einer Messehalle

Bild 6. Ausschnitt aus dem 3D-Modell (BIM)

Bild 7. Regelquerschnitt Stationsröhren

Bild 8. Zentraler Zugang, 3D-Modell

Bild 9. Zentraler Zugang, 3D-Modell, Verschneidung Schacht/Stationsröhren

Bild 10. Gefügemodell

Bild 11. Ortsbrustfoto im Lias α

Bild 12. Überlagerung im Raum Stuttgart

Bild 13. Einfluss des Wassergehalts auf die Horizontalspannungen

Bild 14. Baugrube Haltestelle Universität, gemessene Verschiebungen im Schnitt

Bild 15. Baugrube Haltestelle Universität, Horizontalverschiebungen

Bild 16. Baugrube S-Bahn Station Flughafen Stuttgart, Horizontalverschiebungen

Bild 17. S-Bahntunnel nach Bern hausen, gemessene Verschiebungen

Bild 18. Lageplan Bereich Station NBS und Zugänge

Bild 19. 3D-Berechnungen der Stationsröhren, FE-Netz

Bild 20. Pseudoräumliche 2D-Berechnungen der Stationsröhren, FE-Netz

Bild 21. FE-Netz, Detail, Kalotten- und Strossen-/Sohlvortrieb

Bild 22. Zentraler Zugang Station, Grundriss Schachtbauwerke

Bild 23. Zentraler Zugang Station, Längsschnitt 2-2, Schachtbauwerke

Bild 24. Zentraler Zugang Station, Querschnitt 3-3

Bild 25. Zentraler Zugang Station, 3D-FE-Netz

Bild 26. Zentraler Zugang Station, 3D-FE-Netz, Detail 1

Bild 27. Zentraler Zugang Station, 3D-FE-Netz, Detail 2

Bild 28. Zentraler Zugang Station, Spannungen nach Aushub und Sicherung der Scha...

Bild 29. Baugrube Zulauf Ost

Bild 30. Baugrube Zugang Ost

Bild 31. Baugrube zentraler Zugang, oberer Teil

Bild 32. Zentraler Zugang, Technikgebäude West, Blick in den Schacht

Bild 33. Zentraler Zugang, Technikgebäude West, Abdichtungsarbeiten

Bild 34. Zentraler Zugang Station, Lage der Extensometer und Inklinometer (kombi...

Bild 35. Zentraler Zugang Station, Schnitt 2-2, Vergleich Rechnung – Messung

Bild 36. Zentraler Zugang Station, Schnitt 4-4, Vergleich Rechnung – Messung

Kapitel 2

Bild 1. Schematischer Querschnitt eines Eisenbahntunnels: links) Festgesteinsvor...

Bild 2. Modellannahme für den Auftriebsnachweis nach [13], A – Auftriebskraft in...

Bild 3. Schematische Darstellung der Ovalisierung von Tübbingringen (System 6 + ...

Bild 4. a) Schematische Darstellung der Ringspaltverpressung durch Lisenen; b) D...

Bild 5. Zusammenfassung der Anforderungen von Eigenschaften und Parameter des RS...

Bild 6. Zeitabhängige Druckfestigkeiten und Steifigkeiten eines 2K-RSVM am Boßle...

Bild 7. a) TBM inkl. Tübbingausbau bei der Verpressung mit sauber abgeschlossene...

Kapitel 3

Bild 1. Gelzeit-Bestimmung von Zwei-Komponenten-Mörtel aus [5]

Bild 2. Gelzeit-Bestimmung von Zwei-Komponenten-Mörtel [6] a) während des Mische...

Bild 3. Gelzeit-Bestimmung von Zwei-Komponenten-Mörtel [7] während des Mischens ...

Bild 4. Gelzeit-Bestimmung von Zwei-Komponenten-Mörtel mithilfe eines Dispergier...

Bild 5. Prüfmethode zur Bestimmung der Gelzeit von Zwei-Komponenten-Mörteln und ...

Bild 6. Allgemeine Zusammensetzung eines Zwei-Komponenten-Mörtels

Bild 7. a) Standardisierter Becher z. B. für Bentonitsuspensionen; b) Abmessunge...

Bild 8. Suspension in Bewegung mit sichtbarem Strudel im Zentrum

Bild 9. Verwendete Spritze zur Dosierung von Wasserglas

Bild 10. a) Rotierende Komponente A mit Dosierung der Komponente B; b) Komponent...

Bild 11. Gemessene Gelzeit in Abhängigkeit der umgerechneten Menge an Aktivatorg...

Bild 12. Darstellung gemessener Gelzeiten mittels drei unterschiedlicher Magnetr...

Bild 13. Suspension mit 30 g Wasserglas und einer ungelierten Menge am Becherbod...

Bild 14. Alle Suspensionen sind von unten nach oben homogen geliert; v. l. n. r....

Bild 15. Auswertung der gemessenen und daraus berechneten Gelzeiten in Abhängigk...

Bild 16. a) Einzelauswertung der Gelzeit der vier Prüfer; b) Gesamtauswertung de...

Bild 17. Vergleich der zwei Prüfmethoden zur Bestimmung der Gelzeit im Vergleich...

Bild 18. Auswertung der Aktivatorgehalte bezogen auf die Gelzeit einer Grundmisc...

Bild 19. Auswertung und Vergleich unterschiedlicher Zwei-Komponenten-Mörtelrezep...

Bild 20. Auswertung über den Einfluss der Verarbeitbarkeitszeit der Komponente A...

Bild 21. Auswertung über den Einfluss der Suspensionstemperatur der Komponente A...

Bild 22. Darstellung der Vergleichbarkeit zwischen einer Laborprüfung und einer ...

Bild 23. Suspensionseigenschaften hinsichtlich Gelzeit und Aktivatorgehalt auf d...

Bild 24. Baustellenversuchseinrichtung für den Zwei-Komponenten-Mörtel der Fa. H...

Bild 25. a) Versuchseinrichtung mit Blick auf die Lisene und deren Aktivatorzufü...

Kapitel 4

Bild 1. Übersicht über die Messhardware. Das SSP-E-System besteht aus drei ausfa...

Bild 2. SSP-E Bedienungsvisualisierung: a) Automatikmodus; b) manueller Modus

Bild 3. Bildschirm für die Darstellung der Ergebnisse der SSP-E-Messungen im Ste...

Bild 4. Browserbasierte Ergebnisdarstellung des Reflexionsvermögens (y-Achse) de...

Bild 5. Funktionsprinzip des SSP-E: a) Während des TBM-Vortriebs: SSP-E deaktivi...

Bild 6. SSP-E Ergebnis (oben), korreliert mit den Bauwerken der Durchbruchsituat...

Bild 7. Zwei aufeinanderfolgende SSP-E-Ergebnisse (oben links); Ortsbrust mit Fe...

Bild 8. Das vollautomatisch erstellte SSP-E-Ergebnis korreliert mit dem geotechn...

Bild 9. Anpassung der SSP-E-Empfänger für Multi-Mode-TBMs und Mix schilde: Insta...

Bild 10. Verschlussschieber-Einheit für den SSP-E-Senderwechsel

Kapitel 5

Bild 1. Gefahrklassensymbole: a) GHS03: Flamme über Kreis – „Brandfördernd“; b) ...

Bild 2. Reversibilität von Quellverhalten bei Acylatgelen [7]

Bild 3. Probekörper tertiäre Sande

Kapitel 6

Bild 1. Fugeninjektionsnadeln mit verschiedenen Durchmessern (5 mm, 4 mm und 3 m...

Bild 2. Mit einem Injektionsrohr (mit Ventilöffner) verschraubte Fugeninjektions...

Bild 3. Versuchsaufbau a) schematisch und b) in der Praxis für WU-Beton-probekör...

Bild 4. Versuchsaufbau für Fugenbewegungen

Bild 5. Versuchsaufbau a) schematisch und b) in der Praxis zur Prüfung von Tübbi...

Bild 6. Auseinanderdrücken der Dichtungsprofile entlang des Nadelschaftes

Bild 7. Einbau der Dichtungsrahmen mit Versatz

Bild 8. Undichtigkeit in der Blockfuge einer WU-Betonkonstruktion eines Tunnels ...

Bild 9. Aus der Blockfuge herausragendes Injektionsrohr (a) und Injektionsrohr m...

Bild 10. Darstellung der für die minimalinvasive Fugensanierung wesentlichen Arb...

Kapitel 7

Bild 1. Flüssigkeitsstützung beim Tunnelbau und beim Rohrvortrieb [4]

Bild 2. Granulare Schwebstoffe: a) Quarzkörner; b) Bentonitflocken; c) Hydrogele

Bild 3. Interaktionsmechanismen zwischen Boden und Stützfluid mit Beladung aus g...

Bild 4. Visualisierung ausgewählter Interaktionsmechanismen: a) Bewegung gelöste...

Bild 5. Beispiele für Polymere und ihre Zusammensetzung: a) Tonmineral: natürlic...

Bild 6. Beispielhafte Molekülstrukturen von Polymeren: linear, verzweigt oder ve...

Bild 7. Gequollene polymere Porenblocker (Hydrogele) sowie in Wasser gelöste Ket...

Bild 8. Chemische Struktur der Wiederholeinheiten typischer Viskosifizierer aus ...

Bild 9. „Bulk“-Rheologie von Polymerlösungen im Vergleich zu Bentonitsuspensione...

Bild 10. Druckgradient

f

s0,Wand

(

s

) an der Erdwand für unterschiedliche Verläufe ...

Bild 11. Eindringung und räumliche Erddruckansätze: a) Ortsbrust; b) Ringspalt

Bild 12. Resultierende Druckverläufe je nach Eindringverhalten von Stützflüssigk...

Bild 13. Mobilisierbare Stützkraft innerhalb des abgleitenden Bodenmonolithen ...

Bild 14. Differenzdruckverlauf

p-p

W

(normiert auf den maximalen Differenzdruck Δ...

Bild 15. Beispiel einer Kapillarbündelapproximation an Eindringversuche im Labor...

Bild 16. Kapillarbündelansatz zum Eindringverhalten eines viskosen Fluids

Bild 17. Filterkuchenbildung mit effektiver Kolmation durch Quarzkörner: a) CMC ...

Bild 18. Filterkuchen- und Membranbildung mit effektiver Kolmation durch granula...

Kapitel 8

Bild 1. Ostportal Altstadtringtunnel vor Prinz-Carl-Palais. Foto: LHM Baureferat

Bild 2. Übersichtsplan. Quelle: LHM Baureferat

Bild 3. Blick in den Tunnel vor Beginn der Arbeiten. Foto: LHM Baureferat

Bild 4. Tunnel unter dem Prinz-Carl-Palais. Foto: LHM Baureferat

Bild 5. Verankerung Biegezugbewehrung VA-Schrauben/Koppelplatten. Foto: ARGE Alt...

Bild 6. Verbundankerschrauben und hochfester Gewinde-Bewehrungsstahl. Foto: ARGE...

Bild 7. Bewehrung Querschnittsergänzung fertiggestellt. Foto: ARGE Altstadtringt...

Bild 8. Spritzbetonarbeiten. Foto: ARGE Altstadtringtunnel

Bild 9. Blick in einen fertiggestellten Tunnelabschnitt. Foto: ARGE Altstadtring...

Kapitel 9

Bild 1. Übersicht der Stromversorgung Berlin; Quelle: https://www.50hertz.com/Ka...

Bild 2. Trassenverlauf 380-kV-Kabeldiagonale Berlin; Quelle: https://www.50hertz...

Bild 3. Übersichtsbild Anfangsschacht Rudolf-Wissell-Brücke und Baustelleneinric...

Bild 4. Werksabnahme TBM; Quelle: 50Hertz, Jan Pauls

Bild 5. Werksabnahme TBM; Quelle: ZETCON Ingenieure GmbH

Kapitel 10

Bild 1. Streckenplan der 2. Stammstrecke

Bild 2. Längsschnitt der 2. Stammstrecke

Bild 3. Schotterebene unter München; Blockbild nach Münichsdorfer (1922)

Bild 4. Übersichtsplan über den westlichen Abschnitt bis zum Haltepunkt Marienho...

Bild 5. Regelquerschnitte der maschinell aufzufahrenden Tunnel im westlichen Abs...

Bild 6. Geotechnischer Längsschnitt des westlichen Tunnelabschnitts; T I – V: te...

Bild 7. Querschnitt an der westlichen Anschlagwand

Bild 8. Übersichtsplan über den östlichen Abschnitt

Bild 9. Regelquerschnitt eines Verkehrstunnels des östlichen Abschnitts; EBO: Ei...

Bild 10. Bodenverhältnisse im östlichen Vortriebsabschnitt, HP: Haltepunkt

Bild 11. Geotechnischer Längsschnitt: Vortrieb westliche Bahnsteigtunnel

Bild 12. Geotechnischer Längsschnitt: Vortrieb östliche Bahnsteigtunnel

Bild 13. Haltepunkt Marienhof, Regelquerschnitt der Bahnsteigröhren

Bild 14. Haltepunkt Marienhof, Übersicht über die Vortriebsabschnitte

Bild 15. Gesamtmodell für die numerische Berechnung im Westabschnitt

Bild 16. Querschnitt im Bereich der Unterfahrung der U3/U6 / Fertigstellung Vort...

Bild 17. Lageplan: westlicher Abschnitt mit Einflussbereich der 1 mm-Setzungslin...

Bild 18. Übersicht über das geotechnische und geodätische Messsystem

Tabellenverzeichnis

Kapitel 2

Tabelle 1. Zusammenstellung der gängigen Komponenten der RSVM

Tabelle 2. Mögliche Prüfmethoden für 1K-RSVM

Tabelle 3. Mögliche Prüfmethoden für 2K-RSVM

Tabelle 4. Aufstellung der Projekte der Eisenbahntunnel in Deutschland mit TBM-V...

Kapitel 3

Tabelle 1. Eigenschaften von Wasserglas

Tabelle 2. Technische Eigenschaften Magnetrührtische (Herstellerangaben)

Tabelle 3. Ergebnisübersicht von Prüfungen mit unterschiedlichen Magnetrührstäbc...

Tabelle 4. Suspensionseigenschaften der Komponente A

Tabelle 5. Ergebnisse der Messungen aus der Versuchsreihe 1

Tabelle 6. Ablaufbeschreibung mit Bildern zur Bestimmung der Gelzeit mittels Bec...

Tabelle 7. Ergebnisse der Gelzeit-Messung durch vier unterschiedliche Prüfer

Tabelle 8. Grundausstattung zum Messen der Gelzeit

Tabelle 9. Versuchsreihe zur Bestimmung der Gelzeit und einer Regressionsgeraden

Kapitel 5

Tabelle 1. Abfalltechnisch relevante Untersuchungsergebnisse

Kapitel 6

Tabelle 1. Überblick über die durchgeführten Untersuchungen

Tabelle 2. Aufgebrachte Fugenbewegungen [cm]

Tabelle 3. Äquivalente Wasserdrücke [bar]

Kapitel 7

Tabelle 1. Eigenschaften und Zusammensetzung typischer Viskosifizierer.

Kapitel 9

Tabelle 1. Technische Daten der Tunnelbohrmaschine

Kapitel 10

Tabelle 1. Charakteristische Werte der Bodenkenngrößen für die bergmännischen Ba...

Tabelle 2. Randbedingungen und Maßnahmen bei besonderen Unterfahrungsbereichen

Tabelle 3. Randbedingungen und Maßnahmen bei besonderen Unterfahrungsbereichen

Tabelle 4. Messsysteme mit Einsatzort und -zweck

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Taschenbuch für den Tunnelbau 2022

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. M. Breidenstein

Dr. C. Camós-Andreu

Dr. S. Franz

Dipl.-Ing. W.-D. Friebel

Prof. Dr.-Ing. A. Hettler

Prof. Dr.-Ing. B. Maidl

Dipl.-Ing. M. Meissner

Dipl.-Ing. S. Schwaiger

Prof. Dr.-Ing. M. Thewes

Dr.-Ing. G. Wehrmeyer

Dr.-Ing. B. Wittke-Schmitt

46. Jahrgang

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

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© 2022 Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany

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Herstellung: pp030 – Produktionsbüro Heike Praetor, Berlin

Satz: Olaf Mangold Text &Typo, Stuttgart

Druck und Bindung:

Printed in the Federal Republic of Germany.

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Print ISBN: 978-3-433-03358-6

ePDF ISBN: 978-3-433-61106-7

ePub ISBN: 978-3-433-61105-0

oBook ISBN: 978-3-433-61104-3

Vorwort zum sechsundvierzigsten Jahrgang

Der Tunnelbau wird auch in den nächsten Jahrzehnten einen wichtigen Beitrag beim Ausbau der Verkehrsinfrastruktur leisten. Dabei werden nicht nur die Anforderungen an das Tunnelbauwerk hinsichtlich Lebensdauer und Verfügbarkeit steigen, sondern auch die Herausforderungen bei der Planung und Ausführung. Die Digitalisierung im Tunnelbau wird das Planen und Bauen verändern; die Weiterentwicklung der Maschinentechnik wird die Einsatzgrenzen maschineller Vortriebseinrichtungen erweitern, innovative Baustoffe werden Einzug finden. Diese Evolution wird einerseits begleitet durch Fragen zur adäquaten Vertragsgestaltung und Finanzierung und andererseits durch neue Aspekte, z. B. hinsichtlich des ökologischen Fußabdrucks, ergänzt.

Das Taschenbuch für den Tunnelbau spiegelt diese Entwicklung seit mehr als vier Jahrzehnten wider. Es greift aktuelle Themen auf, zeigt Lösungen für Problemstellungen und dokumentiert so den erreichten Stand der Technik.

Bei der Auswahl und Beschaffung der Beiträge werden Herausgeber und Verlag durch einen Beirat unterstützt, der sich aus Vertretern der Bauherren, Bauindustrie, beratenden Ingenieure, Maschinenhersteller und Zulieferer sowie Hochschule und Wissenschaft zusammensetzt und damit alle am Tunnelbau Beteiligten vertritt. Mit dem Ausscheiden aus dem aktiven Dienst wird Herr Friebel sich aus dem Beirat zurückziehen. Herausgeber und Verlag danken Herrn Friebel herzlich für sein langjähriges ehrenamtliches Engagement im Herausgeberbeirat des Taschenbuchs für den Tunnelbau, dem er seit der Ausgabe 2008 angehört, und wünschen ihm alles Gute für seinen neuen Lebensabschnitt.

Die Beiträge in der Ausgabe 2022 behandeln die Themenbereiche Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise, maschineller Tunnelbau, Baustoffe und Bauteile, Forschung und Entwicklung, Instandsetzung und Nachrüstung 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

Autorenverzeichnis

Felix Basler, FH Münster – University of Applied Sciences, Fachbereich Bauingenieurwesen, Corrensstraße 25, 48149 Münster

Dipl.-Ing. Robert Bauer, Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Geisenhausenerstraße 15, 81379 München

Dipl.-Ing. Gereon Behnen, Büchting + Streit AG, Gunzenlehstraße 22–24, 80689 München

Dipl.-Ing. Robert Berghorn, DB Projekt Stuttgart–Ulm GmbH, Räpplenstraße 17, 70191 Stuttgart

Marco Bräuning, Fachabteilungsleiter, ZETCON Ingenieure GmbH, Rudi-Dutschke-Straße 5–7, 10969 Berlin

Matthias Breidenstein, Bereichsleiter Tunnel- und Ingenieurbau, ZETCON Ingenieure GmbH, Amsinckstraße 28, 20097 Hamburg

Prof. Dr.-Ing. Rolf Breitenbücher, Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Baustofftechnik, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum

Dr. Carles Camós-Andreu, DB Netz AG, Tunnel- und Erdbau Technik (I.NAI 431), Richelstraße 3, 80634 München

Prof. Dr.-Ing. Oliver Fischer, Technische Universität München, Lehrstuhl für Massivbau – MPA BAU/LKI, Theresienstraße 90, 80333 München

Dr. Paul Gehwolf, DB Netz AG, Tunnel- und Erdbau Technik (I.NAI 431), Richelstraße 3, 80634 München

Dr.-Ing. Anna-Lena Hammer, Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum

André Heim, Herrenknecht AG, Forschung & Entwicklung, Schlehenweg 2, 77963 Schwanau-Allmannsweier

Dipl.-Ing. (FH) Markus Heinol, Landeshauptstadt München Baureferat, Hauptabteilung Ingenieurbau, Friedenstraße 40, 81671 München

Dipl.-Ing. Axel Hillebrenner, Ed. Züblin AG, Albstadtweg 3, 70567 Stuttgart

Dr. Michael Koch, BFM Umwelt GmbH Beratung-Forschung-Management, Zehentstadelweg 7, 81247 München

Kai Kruschinski-Wüst, DB Netz AG, Arnulfstraße 25–27, 80335 München

Philipp Lange, DB Netz AG, Arnulfstraße 25–27, 80335 München

Dipl.-Ing. (FH) Nina Lindinger, Landeshauptstadt München Baureferat, Hauptabteilung Ingenieurbau, Friedenstraße 40, 81671 München

Prof. Dr.-Ing. Dietmar Mähner, FH Münster – University of Applied Sciences, Fachbereich Bauingenieurwesen, Corrensstraße 25, 48149 Münster

Maximilian Merl, Herrenknecht AG, Forschung & Entwicklung, Schlehenweg 2, 77963 Schwanau-Allmannsweier

Prof. Dr.-Ing. Matthias Pulsfort, Bergische Universität Wuppertal, Lehr- und Forschungsgebiet Geotechnik, Pauluskirchstraße 7, 42285 Wuppertal

Wolfgang Rieken, DB Netz AG, Arnulfstraße 25–27, 80335 München

Dipl.-Ing. Hendrik Schälicke, Prof. Dr.-Ing. Dieter Kirschke GmbH & Co. KG, Gutenbergstraße 9, 76275 Ettlingen

Dr.-Ing. Christoph Schulte-Schrepping, LPI Ingenieurgesellschaft mbH, Konrad-Adenauer-Str. 9–13, 45699 Herten

Dipl.-Ing. Michael Stopka, Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Geisenhausenerstraße 15, 81379 München

Dipl.-Ing. Wadim Strangfeld, Technischer Bereichsleiter, Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Geisenhausenerstraße 15, 81379 München

Dipl.-Ing Meinolf Tegelkamp, WBI GmbH, Im Technologiepark 3, 69469 Weinheim

Prof. Dr.-Ing. Markus Thewes, Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum

Götz Tintelnot, TPH Bausysteme GmbH, Nordportbogen 8, 22848 Norderstedt

Dr.-Ing. Rowena Verst, IGW Ingenieurgesellschaft für Geotechnik Wuppertal mbH, Uellendahl 70, 42109 Wuppertal

Dipl.-Ing. (FH) Maik Weber, Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Baustofftechnologie, Flinschstraße 20, 60388 Frankfurt am Main

Dr. Gerhard Wehrmeyer, Herrenknecht AG, Forschung & Entwicklung, Schlehenweg 2, 77963 Schwanau-Allmannsweier

Maximilian Weiß, DB Netz AG, Arnulfstraße 25–27, 80335 München

Dr.-Ing. Martin Wittke, WBI GmbH, Im Technologiepark 3, 69469 Weinheim

Dr.-Ing. Patricia Wittke-Gattermann, WBI GmbH, Im Technologiepark 3, 69469 Weinheim

Djalili Zougou, MSc., Eiffage Infra-Spezialtiefbau GmbH, Landgrafenstraße 29, 44652 Herne

Baugruben und Tunnelbau in offener Bauweise

I.Flughafentunnel – Hohlraumbau in vorbelasteten Tonsteinen des Lias α

Martin Wittke, Patricia Wittke-Gattermann, Meinolf Tegelkamp, Robert Berghorn, Axel Hillebrenner

Zur Anbindung des Flughafens Stuttgart an die Neubaustrecke Stuttgart – Ulm wird der 2,2 km lange Flughafentunnel mit der Station NBS in Spritzbetonbauweise gebaut. Dabei werden u. a. die Autobahn A8, zwei Hallen der Messe Stuttgart, das Kongresszentrum ICS, der Flughafenentlastungstunnel sowie zwei Hotels und drei Parkhäuser unterfahren. Die beiden Zugänge zur Station werden über Schachtbauwerke realisiert. Im Bereich des Zentralen Zugangs werden außerdem in sehr geringem Abstand zum zentralen runden Zugangsschacht zwei große Technikgebäude als Schachtbauwerke hergestellt. Die Tunnel und Schächte liegen in den gesteinsfesten Schichten (Fels) des unteren Schwarzen Jura (Lias α). In den Tonsteinen dieser Formation sind horizontale Primärspannungen vorhanden, die größer sind, als es sich nach der üblichen Betrachtungsweise aus dem Gewicht der heutigen Überlagerung und der Berücksichtigung des Seitendruckbeiwertes der Tonsteine ergibt.

Diese und die Schichtung und Klüftung sind für die Standsicherheit und die Verformungsprognose wesentlich. Die Nachweise und Prognosen werden nach der AJRM-Methode mithilfe von räumlichen FE-Berechnungen ausgeführt. Besondere Herausforderungen an die Berechnungen und die darauf basierende Ausführungsplanung stellt der Bereich der Zentralen Zugangsanlage dar. Die geometrischen Verhältnisse und die vorliegenden geotechnischen Randbedingungen mit den zusätzlichen Horizontalspannungen in den Tonsteinen erfordern einen besonderen Bauablauf, um unzulässig große Verschiebungen im Umfeld der Zugangsanlage zu vermeiden und um die Standsicherheit in jeder Bauphase zu gewährleisten.

Mit Stand Mai 2021 wurden bereits große Abschnitte der bergmännischen Tunnelröhren der westlichen Zulaufstrecke zur Station erfolgreich aufgefahren. Die angetroffenen geotechnischen Verhältnisse und die gemessenen vortriebsbedingten Verformungen bestätigen in vollem Umfang die Prognosen und die Ansätze zu den charakteristischen Kennwerten und Primärspannungszuständen. Auch die Arbeiten im Bereich der Station laufen planmäßig und ohne Überraschungen. Die Baumaßnahme wird durch ein umfangreiches Monitoring mit Messungen über- und untertage sowie an benachbarten Gebäuden, Anlagen und Verkehrswegen begleitet. Ein wesentliches Instrument stellt dabei die Aufbereitung und Veranschaulichung der sehr umfangreichen Bau- und Messdaten mithilfe des von WBI entwickelten BIM-Systems (WBIM) dar.

Airport tunnel – Cavity construction in pre-loaded claystone of Lias α

In order to connect the airport Stuttgart to the new highspeed railway line from Stuttgart to Ulm, the 2.2 km long airport tunnel including the underground station are being constructed by means of the CTM-method. The tunnels undercross the highway A8, the fair and congress center of Stuttgart as well as several hotels and parking garages. The two access points to the underground station will be realized by deep shafts. Adjacent to the central access shaft in addition two technical buildings are being constructed inside two additional shafts. The tunnels and shafts are mostly located in rocks of the Black Jurrassic. The claystones of this formation contain increased horizontal in-situ stresses, which are considerably larger than resulting from the weight of the overburden.

The increased in-situ stresses as well as bedding and jointing of the rock are decisive for the stability analyses and the prediction of the displacements. The corresponding analyses are carried out following the AJRM method by means of 3D-FE-analyses. Special considerations have to be made for the very complex central access to the station and the adjacent technical buildings. The geometrical constraints and the rock mechanical conditions require a tailor-made sequence of construction in order to limit the displacements and achieve stability in each stage of construction.

Already, by the end of May 2021 larger parts of the CTM-tunnels had been excavated successfully. The geotechnical conditions and the results of monitoring are in good agreement with the predictions for characteristic parameters and horizontal in-situ stresses. Also the works at the underground station proceed well without surprises. Construction is accompanied by a vast monitoring program, consisting of displacement and stress monitoring underground, above ground and at adjacent structures. An important element of this system is the adequate representation and evaluation of the results, which is being carried out by the BIM-system WBIM developed by WBI.

1 Einleitung

Im Rahmen des Infrastrukturprojekts Stuttgart 21 wird zur Anbindung des Flughafens Stuttgart an die Neubaustrecke (NBS) Stuttgart – Ulm im Planfeststellungsabschnitt (PFA) 1.3a der Flughafentunnel mit der Station NBS) hergestellt (Bild 1). Die in Bild 1 ebenfalls dargestellte Flughafenkurve (PFA 1.3b) wird noch nicht erstellt.

Die beiden Gleise der NBS werden nördlich der Bundesautobahn (BAB) A8 aus der dort parallel zur Autobahn verlaufenden freien Bahnstrecke ausgefädelt und unterqueren dann in zwei eingleisigen bergmännischen Tunnelröhren zunächst die BAB und danach den Bereich der Messe Stuttgart. Im mittleren Abschnitt der ca. 2,2 km langen Tunnelstrecke wird die etwas über 400 m lange Station NBS ebenfalls in bergmännischer Bauweise mit zwei nebeneinanderliegenden Bahnsteigröhren aufgefahren. Die Zugänge zur Station aus dem Bereich Messe/Flughafen werden über Schachtbauwerke realisiert. Nach Osten hin schließen sich an die Station wieder zwei eingleisige bergmännische Tunnelröhren an. Für die östliche Unterquerung der Autobahn werden die Tunnelquerschnitte in zwei Bauphasen in offener Bauweise ausgeführt. Dazu wird die BAB A8 temporär nach Norden verschwenkt und anschließend in ihre alte Lage zurückverlegt.

Bild 1. Übersicht Flughafenanbindung im PFA 1.3 [1]

Die in bergmännischer Bauweise aufzufahrenden Tunnelröhren der westlichen und der östlichen Zulaufstrecken sowie die Bahnsteigröhren der Station verlaufen in den gesteinsfesten Schichten des Lias α, der den unteren Teil des Schwarzen Juras bildet. Es handelt sich hier um Ton-, Schluff- und Kalk-/Sandsteine, die im oberen Abschnitt in Form einer Wechsellagerung anstehen. Darunter folgt bis zum Übergang zu den unterlagernden Keuperschichten (Rät und Knollenmergel) eine Zone, die fast ausschließlich aus Tonsteinen besteht. Infolge der geologischen Vorbelastung sind in den Tonsteinen des Lias α deutlich erhöhte horizontale Primärspannungen wirksam, die bei der Planung und beim Bau der untertägigen Hohlräume von Bedeutung sind.

Im Weiteren wird vornehmlich auf die besonderen Fragestellungen und Herausforderungen bei der Planung und der Bauausführung eingegangen, die sich beim Hohlraumbau für den Flughafentunnel und die Station in den vorbelasteten Tonsteinen des Lias α ergeben. Dabei werden die umfangreichen Erfahrungen genutzt, die bei im Raum Stuttgart in den entsprechenden Schichten des Schwarzen Juras erfolgreich realisierten Projekten gesammelt wurden.

2 Bauvorhaben

Der innerhalb des PFA 1.3a liegende Flughafentunnel ist Bestandteil der Vergabeeinheit Rohbau Flughafenanbindung Los 1, mit deren Ausführung die Arbeitsgemeinschaft (Arge) Neubaustrecke – Flughafentunnel (Züblin/Bögl/Strabag) 2019 von der DB Projekt Stuttgart–Ulm GmbH (DB PSU) beauftragt wurde. Die Bauausführung wurde Anfang 2020 aufgenommen. Mit den bergmännischen Tunnelvortriebsarbeiten der westlichen Zulaufröhren konnte bereits im Juni 2020 begonnen werden. Die WBI GmbH ist bei dem Projekt als Gutachter und Sachverständiger für Baugrund und Tunnelbau für die DB PSU tätig und begleitet die Ausführung auch als Fachbauüberwachung vor Ort. Die Ausführungsplanung für die Zulaufstrecken und das Entrauchungsbauwerk Mitte sowie die Schal- und Bewehrungsplanung der Innenschalen wird von der Zentrale Technik der Firma Züblin erstellt. Die WBI GmbH bearbeitet im Auftrag der Arge Teile der Ausführungsplanung, die die Stationsröhren mit den Verbindungsbauwerken und das zentrale Zugangsbauwerk untertage betreffen. Die Ausführungsplanung für Ausbruch und Sicherung des Zugangs Ost wurde von der DB PSU als vorgezogene Ausführungsplanung zur Verfügung gestellt und während der Ausführung von der Arge und von WBI optimiert.

Bild 2. Lageplan Flughafentunnel mit Station NBS

In Bild 2 ist der Flughafentunnel mit der Station NBS im Lageplan dargestellt. Die aus den nördlich der Autobahn A8 im Freien verlaufenden Teilen der NBS Stuttgart – Ulm ausgefädelten Gleise verlaufen sowohl im Westen als auch im Osten zunächst in Trogbauwerken, bis sie nach Erreichen ausreichender Tieflage jeweils in die Tunnelabschnitte in offener Bauweise überführt werden können. Der Verlauf der Gradiente ist dem überhöhten Längsschnitt entlang des südlichen Gleises von Stuttgart Richtung Ulm in Bild 3 zu entnehmen.

Im Westen endet die offene Tunnelbauweise (Baugrube) am Nordrand der BAB A8. Die Autobahn wird dann bereits mit den beiden eingleisigen Röhren der Zulaufstrecke West bergmännisch unterfahren. Es handelt sich hierbei um Tunnelquerschnitte mit einem Kreisprofil, deren Regelquerschnitt in Bild 4 dargestellt ist. Der lichte Durchmesser der mit einer Stahlbetoninnenschale ausgekleideten Röhren beträgt 8,10 m. Nach der Unterfahrung der BAB wird die Brücke Heerstraße (L 1192) unterfahren, wobei mit der Südröhre das Brückenwiderlager in geringem Abstand unterquert wird.

Bild 3. Geologisch-geotechnischer Längsschnitt Flughafentunnel (überhöht)

Bild 4. Regelquerschnitt Zulaufröhren

Die beiden Tunnelröhren der Zulaufstrecke West verlaufen im Anschluss unter dem Gelände der Messe Stuttgart. Nach der Unterfahrung des Ausstellungsfreigeländes gelangen die Tunnelquerschnitte unter die beiden Messehallen 3 und 4. In Bild 5 ist beispielhaft die Situation bei der Unterfahrung der Messehalle 3 dargestellt. Die Standardhallen der Messe besitzen im Querschnitt jeweils ein frei gespanntes Hängedach, das seine Lasten in A-förmige, auf großen Einzelfundamenten gegründete Stützen einträgt. An den Fundamenten sind auf der äußeren Seite vorgespannte Daueranker angeordnet, über die aus den Dachlasten resultierende Zugkräfte nach unten in den Fels des Lias α eingetragen werden. Die Tunnelvortriebe müssen so durchgeführt und messtechnisch überwacht werden, dass keine unzulässigen Senkungen und Verdrehungen der Hallengründungen eintreten.

Auch das zur Messe Stuttgart gehörige internationale Kongresszentrum ICS wird mit den beiden Tunnelröhren unterfahren. Unter dem Kongressbereich befinden sich zwei Untergeschosse (UG), sodass der vertikale Abstand der Tunnelquerschnitte zur ICS-Gründung nur noch ca. 11–12 m beträgt. Im Niveau des 2. UG des ICS verläuft außerdem angrenzend ein Straßentunnel, der sogenannte Flughafenentlastungstunnel, der im Rahmen des Baus der neuen Messe Stuttgart errichtet wurde (siehe Bilder 2 und 6). Dieser Tunnel ist durch den südöstlichen Eckbereich des ICS überbaut, sodass sich hier eine komplexe Bestandssituation ergibt. Hinzu kommt, dass in diesem Bereich die beiden eingleisigen Tunnelröhren der Zulaufstrecke West in die beiden Stationsröhren übergehen und kurz vor dem Erreichen des Stationsbereiches das sogenannte Schwallbauwerk West als Querschlag zwischen den beiden Tunnelröhren aufgefahren wird. Die beiden Schwallbauwerke westlich und östlich der Station dienen jeweils dem Druckausgleich beim Einfahren der Züge über die Zulaufstrecken.

Bild 5. Unterfahrung einer Messehalle

Bild 6. Ausschnitt aus dem 3D-Modell (BIM)

Der Regelquerschnitt der Stationsröhren mit dem sogenannten Bahnsteigquerschnitt ist in Bild 7 dargestellt. Die lichte Breite des als Maulprofil konzipierten Querschnitts beträgt 11,40 m und auch die lichte Höhe ist mit fast 10 m größer als bei den Zulaufröhren. Die Bahnsteige in den beiden parallel verlaufenden Stationsröhren werden jeweils auf der Seite des dazwischenliegenden Gebirgspfeilers angeordnet. Zusätzlich zu den Querverbindungen im Bereich der beiden Zugänge zur Station von über Tage (Zentraler Zugang und Zugang Ost) werden in den Bahnsteigbereichen insgesamt fünf begehbare Verbindungsbauwerke hergestellt. Die Entrauchung des Stationsbereichs im Brandfall erfolgt in den Röhren über Entrauchungskanäle oberhalb der Bahnsteige. Diese Kanäle werden sowohl am Zentralen Zugang (ZZ) und als auch am Zugang Ost (ZO) an schachtartige Entrauchungsbauwerke angeschlossen. Dazwischen wird zusätzlich das Entrauchungsbauwerk Mitte hergestellt. Dabei handelt es sich um ein Schachtbauwerk über der nördlichen Stationsröhre, an das der Entrauchungskanal der Südröhre über einen Querstollen angeschlossen wird.

Bild 7. Regelquerschnitt Stationsröhren

Die zentrale Zugangsanlage umfasst neben dem mittig angeordneten großen Rundschacht mit einem lichten Durchmesser von nahezu 20 m die beiden Technikgebäude West und Ost. Diese Technikgebäude werden ausgehend vom Niveau der Geländeoberfläche bis zum Niveau der Bahnsteigebene zwischen den Stationsröhren als große Rechteckschächte ausgeführt. Zwischen dem zentralen Rundschacht und den Technikschächten verbleibt dabei nur ein geringmächtiger Gebirgspfeiler. Die zentrale Zugangsanlage bildet in ihrer Gesamtheit aus drei großen, eng beieinanderliegenden Schachtbauwerken und den unmittelbar angrenzenden Stationsröhren mit den daraus resultierenden Verschneidungen ein komplexes räumliches Bauwerk. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Planung und die Ausführung. In Bild 8 ist ein Teil des dazu gemeinsam von WBI und der Zentrale Technik erstellten 3D-BIM-Modells (BIM: Building Information Modeling) dargestellt, in dem die wesentlichen Bauwerksstrukturen erkennbar sind.

Bild 8. Zentraler Zugang, 3D-Modell

Bild 9 zeigt in einer perspektivischen Sicht aus der Bahnsteigebene den Verschneidungsbereich zwischen den Schachtbauwerken und den Stationsröhren. Das gesamte 3D-Modell umfasst auch die Untergrundschichten und ermöglicht die Übernahme für die rechnerische Simulation des zur Herstellung des Zentralen Zugangs erforderlichen Bauablaufs. Aus statisch-konstruktiven Gründen werden zunächst von der Sohle einer in den Lockergesteinsdeckschichten liegenden großen Baugrube am ZZ die beiden Rechteckschächte für die Technikgebäude in der Spritzbetonbauweise abgeteuft und im Anschluss mit einer Stahlbetonkonstruktion ausgekleidet. Erst danach wird der zentrale Rundschacht von der Geländeoberfläche (GOF) aus abgeteuft und ebenfalls mit einer Stahlbetoninnenschale ausgebaut. Die Stationsröhren werden nach entsprechender Herstellung der Schachtbauwerke von Osten her vorgetrieben und an die vertikal orientierten Bauwerke angeschlossen bzw. mit diesen verschnitten.

Bild 9. Zentraler Zugang, 3D-Modell, Verschneidung Schacht/Stationsröhren

Das Stahlbetonbauwerk für den Zugang Ost der Station wird in offener Bauweise hergestellt. Die Baugrube wird aus logistischen Gründen als großer temporärer Rundschacht mit einem Durchmesser von ca. 45 m und einer Endtiefe von etwa 35 m ausgeführt. Der große Schachtdurchmesser ermöglicht es, den Vortrieb der beiden Stationsröhren von diesem Angriffspunkt aus gleichzeitig in westliche und östliche Richtung durchzuführen. Im Westen trifft der vom temporären Schacht ausgehende Vortrieb dann nach der Passage der zentralen Zugangsanlage auf den entgegenkommenden Tunnelvortrieb, der nördlich der BAB A8 aus der Baugrube der offenen Bauweise West gestartet wurde (vgl. Bild 2). Die bergmännischen Tunnelröhren der Zulaufstrecke Ost werden fast vollständig vom temporären Schacht am Zugang Ost aus aufgefahren. Aus der Baugrube des Tunnels Ost wurde nur ein sehr kurzer bergmännischer Gegenvortrieb geplant und ausgeführt. Damit kann später eine geordnete Durchschlagsituation im Berg gewährleistet werden, während die anschließenden in offener Bauweise erstellten Tunnelblöcke Ost zu diesem Zeitpunkt bereits hergestellt und eingeschüttet wurden.

Für das Entrauchungsbauwerk Mitte der Station wird zunächst der Schacht im Bereich der Nordröhre abgeteuft und gesichert. Der mit seinem unteren Teil im Kalottenniveau der Stationsröhren liegende Querstollen wird anschließend vom Schacht aus vorgetrieben. Die Vortriebe der beiden Stationsröhren erreichen die zuvor ausgebrochenen und gesicherten Hohlräume des Entrauchungsbauwerks erst später. Auch im Bereich des Entrauchungsbauwerks Mitte liegen komplexe räumliche Verhältnisse vor, die durch Verschneidungen gekennzeichnet sind. Auch hier spielt der Bauablauf eine wesentliche Rolle beim Nachweis der Standsicherheit und der Dimensionierung der Sicherungsmittel.

Bei Erstellung der Stationsröhren als Kalottenvortrieb mit temporärem Sohlgewölbe und nachlaufenden Strossen-/Sohlvortrieben sind mehrere bestehende Gebäude zu unterfahren (Bild 2). Von Westen kommend gelangt der Vortrieb der südlichen Stationsröhre nach der Unterquerung des Flughafenentlastungstunnels unter den Eckbereich des neuen Airport Kongresshotels. Zwischen den beiden Zugangsanlagen der Station liegt das Hotel Wyndham oberhalb der Bahnsteigröhren, zwischen denen hier außerdem eines der Verbindungswerke errichtet wird (Bild 6). Das Parkhaus P14, das in der Erdgeschossebene als Busterminal (SAB) ausgebildet ist, liegt im Stationsbereich noch südlich der Tunnelbauwerke, nach dem bergmännischen Vortrieb der Zulaufstrecke Ost aber auch über den Tunnelröhren. Im Unterschied zu den beiden im Folgenden noch mit der Zulaufstrecke Ost zu unterfahrenden Parkhäusern P8 und P11 ist der Gebäudekomplex SAB/P14 auf rasterförmig angeordneten Bohrpfählen gegründet, die in den Fels des Lias α einbinden.

3 Baugrundverhältnisse

3.1 Schichtenfolge und Grundwasser

Der Aufbau des Untergrunds im Bereich des Flughafentunnels und der Station NBS ist in Bild 3 in einem überhöhten geologisch-geotechnischen Längsschnitt dargestellt (aus [2]). Alle bisher bei der Bauausführung angetroffenen Verhältnisse bestätigen dabei vollumfänglich die im Tunnelbautechnischen Gutachten [2] prognostizierten Untergrundverhältnisse und angenommenen Eigenschaften.

Die bergmännischen Vortriebsabschnitte der Tunnelröhren und die unteren Bereiche der Schächte liegen fast vollständig in den gesteinsfesten Schichten des Lias α (unterer Schwarzjura). Nur in Teilabschnitten der westlichen Zulaufröhren und im sich daran anschließenden Bereich der Stationsröhren werden die fast ausschließlich aus Feinsandstein bestehenden Schichten des Rät (oberer Keuper) angeschnitten. Der darunter folgende Knollenmergel des Keuper gelangt nur in der westlichen Zulaufstrecke vorübergehend in den Basisbereich der Tunnelquerschnitte. Es handelt sich dabei um die sogenannte Reduktionszone des Knollenmergels, die durch mürbe Schluffsteine gekennzeichnet ist.

Die Schichten des Lias α werden nach der geologischen Bezeichnung von unten nach oben in die Psilonotenschichten (Lias α1), die Angulatenschichten (Lias α2) und die Arietenschichten (Lias α3) unterschieden. Die unteren Grenzen werden jeweils durch markante Leithorizonte in Form geringmächtiger Bänke aus Kalk-/Sandsteinen gebildet (Psilonotenbank, Oolithenbank und Kupferfelsbank). Aus felsmechanischer und bautechnischer Sicht hat sich bei den zahlreichen bereits im Stuttgarter Raum ausgeführten Projekten für den Lias α eine von der oben genannten stratigrafischen Zuordnung abweichende Einteilung bewährt. Danach unterscheidet man das untenliegende, überwiegend aus Tonsteinen bzw. Tonschluffsteinen bestehende Schichtpaket von den obenliegenden, aus einer Wechsellagerung von Kalk-/Sandsteinen und Tonschluffsteinen bestehenden Schichten. Die Grenze bildet die Unterkante des sogenannten Hauptsandsteins, die, bezogen auf die stratigrafischen Einheiten, etwa in der Mitte der Angulatenschichten (Lias α2) liegt.

Die Längsschnittdarstellung in Bild 3 zeigt diese geotechnische Untergliederung des gesteinsfesten Lias α. Es ist erkennbar, dass die Querschnitte des Flughafentunnels fast ausschließlich in dem überwiegend aus Tonsteinen aufgebauten Schichtpaket verlaufen. Nur im östlichen Bereich der Zulaufstrecke Ost durchfahren die bergmännischen Tunnelabschnitte mit der ansteigenden Gradiente auch die Schichten der Wechsellagerung. Die oberhalb der Felsoberkante anstehenden Schichten des sogenannten Lias α-Verwitterungstons gehören im Ausgangszustand der Wechsellagerung an. Hier sind die Tonsteine fast vollständig verwittert und entfestigt und liegen meist als mittelplastische Tone mit halbfester Konsistenz vor. Dazwischen sind verwitterungsresistente Kalk-/Sandsteinlagen quasi schwimmend eingelagert.