Halbzeit beim Bau des Eisenbahntunnels Liefkenshoek
Seit Ende 2008 ist das größte Infrastrukturprojekt Belgiens, das als PPP-Projekt (Public Private Partnership) im Gebiet des Seehafens von Antwerpen ausgeführt wird, im Bau. Ziel des Projektes ist es, im Jahr 2014 zwischen dem linken Ufer des Flusses Schelde und dem rechten Ufer eine Verbindung für den Eisenbahngüterverkehr herzustellen. Die Bauarbeiten sind in vollem Gange und die ersten wichtigeren Meilensteine des Projektes wurden erfolgreich passiert.
1 Einleitung
Erstmals wurde dieses Projekt in tunnel 7/2009 vorgestellt. In der vorliegenden Ausgabe wird nach etwas mehr als 2 Jahren Bauzeit über den aktuellen Stand der Arbeiten bei diesem Infrastrukturprojekt berichtet.
Bild 1 zeigt eine schematische Übersicht über die Hafenanlagen mit der neuen S-förmigen Eisenbahnverbindung Liefkenshoek. Durch die neue Verbindung müssen die Züge das Hafengebiet nicht mehr verlassen. Zusätzlich werden die Betriebskosten für die Züge niedriger sein, da die Bahnstrecke zwischen den bedeutenden Orten auf dem linken und rechten Ufer um ca. 22 km oder 45 min Fahrzeit verkürzt wird.
Die neue Eisenbahnlinie verläuft zu einem großen Teil parallel zur vorhandenen Ringautobahn R2, einschließlich des abgesenkten Schelde-Straßentunnels, der in den 1980er Jahren gebaut wurde. Außerdem waren die Beschränkungen bezüglich der Gradienten für Eisenbahngleise zu berücksichtigen, die sehr viel flacher sind als diejenigen für Straßen.
Das Infrastrukturprojekt für den Eisenbahngüterverkehr mit einer Gesamtlänge von ca. 16,2 km ist ein Public Private Partnership-Projekt (PPP-Projekt) mit einer Laufzeit von 38 Jahren, die 2051 mit der endgültigen Übergabe an den Auftraggeber Infrabel NV endet. Nach einer Angebotszeit von 2 Jahren wurde der DBFM-Vertrag (Design, Build, Finance and Maintenance) schließlich an das erfolgreiche Bieterkonsortium LocoRail NV, bestehend aus der belgischen Firma CFE NV, der französischen Firma VINCI Concession SA und der niederländischen Firma BAM PPP, als Projektgesellschaft vergeben. Der Gesamtinvestitionswert beträgt 765 Mio. Euro, wobei sich der Wert des Design-and-Build-Auftrags auf 690 Mio. Euro beläuft.
2 Auszuführende Arbeiten
Das Projekt ist in 13 Bauteile geteilt. Dazu gehören 2 Durchlässe mit einer Gesamtlänge von 280 m, ein Aquädukt über die Gleise, 3 Straßen- und Bahngleisquerungen, die Sanierung des bestehenden, 30 Jahre alten, aber nie genutzten Beveren-Tunnels unter dem Waasland-Kanal, 4.300 m Dichtwände, 430 m Schlitzwände, 2 im Schildvortrieb herzustellende Tunnel mit einer Länge von fast 6 km sowie 8 Rettungsschächte, die mit den beiden Tunneln zu verbinden sind, und 13 Querschläge zwischen den Tunnelröhren (Bild 2). Insgesamt sind fast 3 Mio. m³ Erde zu bewegen und 400.000 m³ Beton sowie ca. 40.000 t Stahl einzubauen.
Die Arbeitsgemeinschaft THV LocoBouw, bestehend aus MBG/CFE, BAM CEI-de Meyer, Vinci Construction Grands Projets und Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, erhielt den Bauauftrag von der LocoRail NV. MBG und BAM CEI-de Meyer sind für die übertägigen Bauarbeiten verantwortlich, Vinci und Wayss & Freytag als Tunnelexperten für die im Schildvortrieb zu erstellenden Tunnel und die Querschläge.
Die Ausführung des Projekts begann im November 2008 an mehreren Stellen der Baustelle, wobei der erste Meilenstein die Fertigstellung des Startschachts war, die den Aufbau und das Anfahren der 2 jeweils 100 m langen Mixschild-TBM ermöglichte. Nach erfolgreicher Montage der beiden TBM von Herrenknecht startete Schanulleke, die TBM Nord, erfolgreich im Februar 2010. Die TBM Süd, Wiske, folgte Ende März 2010, 7 Wochen nach Schanulleke.
In diesem Beitrag soll der Schwerpunkt auf die mit dem Tunnel zusammenhängenden Arbeiten gelegt werden sowie auf den Tunnelvortrieb selbst, die Arbeiten im Kanaldock B1-B2, die vor der Durchfahrt der TBM auszuführen sind, die Arbeiten an den Querschlägen und schließlich die Verbindungsstollen zwischen den Tunneln und den Rettungsschächten.
3 KW10 – Die 5970 m langen TBM-Tunnel
Die beiden Tunnelröhren mit einer Länge von jeweils ungefähr 6 km haben einen Außendurchmesser von 8,1 m und werden mit 2 Hydroschild-TBM mit einem Durchmesser von 8,4 m aufgefahren. Die Dicke der vorgefertigten Tunneltübbinge beträgt 0,4 m bei einer Breite von 1,8 m. Die Tunnelvortriebe haben eine maximale Neigung von
1,25 %. Die Mindestüberdeckung entlang der Tunneltrasse beträgt im Gebiet des Kanaldocks ungefähr 3 m, was besondere Maßnahmen in diesem Gebiet erforderlich macht. Die maximale Überdeckung liegt bei ca. 33,6 m, die maximale Wassersäule über der Tunnelsohle beträgt ungefähr 40 m.
Die Geologie im Tunnelquerschnitt besteht aus mehreren Schichten tertiärer Sande unterschiedlicher örtlicher Formationen, die geringe Anteile von Ton sowie Glaukonit enthalten, und aus Boomse Klei, einem steifen, überkonsolidierten und zerklüfteten tertiären Ton, als Dichtschicht darunter. Zum größten Teil liegt die Tunneltrasse in den tertiären Sanden, allerdings reicht der Ton, der eine starke Neigung zum Verkleben aufweist, bei ca. 800 Ringen, was 1,44 km entspricht, bis auf maximal 40 % des Tunnelquerschnitts hinauf.
Die 13 Querschläge zwischen den Tunneln sind während der Tunnelvortriebsarbeiten herzustellen, was einen großen Einfluss auf den Vortriebsfortschritt des nördlichen Tunnels hat, von wo aus die meisten Querschlagsarbeiten beginnen.
4 Durchquerung des Boomse Klei und Unterquerung des Flusses Schelde
Nach einem erfolgreichen Start der beiden TBM erreichte die Leistung in den tertiären Sanden schnell ein zufriedenstellendes Niveau von bis zu 75 Ringen pro TBM pro Woche. Nach ungefähr 800 Ringen schnitten die TBM erstmals den Boomse Klei in der Tunnelsohle an. Da das Schneidrad häufig durch den Ton verklebt wurde (Bild 3), fiel die Vortriebsgeschwindigkeit auf zuweilen 1 oder 2 Ringe pro Tag.
Beim Bauwerk ES07, dem 4. Rettungsschacht auf der Tunneltrasse, das direkt vor dem Schelde-Deich liegt, hatte LocoBouw eine Wartungsbox gebaut, um dort die Schneidwerkzeuge der 2 TBM auszuwechseln und die TBM auf die Unterquerung der 1000 m langen Schelde vorzubereiten. Die TBM Süd, die die TBM Nord infolge des bei den Querschlägen erforderlichen Stop-and-Go-Modus überholt hatte, verließ die Wartungsbox nach 3 Wochen intensiver Wartung und begann mit der Unterquerung der Schelde. Hundert Ringe mussten bei Tonhöchststand eingebaut werden, bevor die Vortriebsgeschwindigkeit wieder zu steigen begann.
Die TBM Nord kam Ende Oktober 2010 in der Wartungsbox an. Während der Vorbereitung für die Ausführung der Wartungsarbeiten unter atmosphärischen Bedingungen in der entwässerten Wartungsbox wurde ein Defekt im Dichtblock vor dem Schneidrad festgestellt. Vor dem Schneidrad wurde ein Hohlraum mit einer Länge von 1,8 m, einer Breite von 0,8 m und einer Höhe bis zu 7 m mit Fließsand entdeckt. Intensive Reparaturen wurden durchgeführt, um den Block zu sanieren und nach einem Monat Verzögerung mit Wartungsarbeiten zu beginnen. Schließlich verließ die TBM Nord die Wartungsbox Ende Dezember 2010. Aufgrund der Erfahrungen, die man bei der TBM Süd mit dem Abbau und der Abfuhr des Tons und der Unterquerung der Schelde gesammelt hatte, war die Leistung der TBM Nord im Ton um 3 Ringe/Tag höher als die der TBM Süd.
Die Unterquerung der Schelde war geprägt von der geringen Mindestüberdeckung von 9,7 m und einem Flussbett, das Schlammablagerungen und dicke Schichten von gestörtem Sedimentboden enthielt. In Verbindung mit dem hohen Wasserdruck der Schelde führte dies zu einem sehr kleinen Abstand zwischen dem Mindeststützdruck der Bentonitsuspension und dem Ausbläserdruck, der am kritischsten Punkt des Querschnitts 0,35 bar betrug. Hinzu kam, dass die Wasserstandsänderungen der Schelde, die von den Gezeiten der Nordsee beeinflusst wird, zu berücksichtigen waren. Alle 6 Stunden veränderte sich der Wasserstand der Schelde vom Niedrigwasserstand zum Hochwasserstand und umgekehrt. Die Höchststände verschieben sich pro Tag um eine ¾-Stunde. Die regelmäßige Veränderung der Wasserstandes liegt zwischen +6,5 m TAW (Tweede Algemeene Wateraanpassing) und -1 m TAW, aber auch eine Springflut mit zusätzlichen 2 m war zu berücksichtigen. Als Folge des kleinen Abstands zwischen den entscheidenden Druckhöhen und dem schnellen Wechsel des Wasserdrucks musste der zur Stützung der Ortsbrust erforderliche Stützdruck der Bentonitsuspension von den Geräteführern sehr häufig angepasst werden (Bild 4).
Die Tunnelexperten von LocoBouw arbeiteten eine spezielle Methode aus, um auch bei dem sehr kleinen Sicherheitsspielraum eine sichere Unterquerung des Flusses zu gewährleisten. Die Schelde wurde in grüne, gelbe und rote Zonen eingeteilt, die sich auf den jeweiligen Schwierigkeitsgrad beziehen, mit dem jeweils besondere Maßnahmen verbunden waren. Mitte Februar 2011 schloss auch die TBM Nord die Unterquerung der Schelde erfolgreich ab, als sie die sichere Zone auf dem rechten Ufer erreichte, die die TBM Süd bereits in der zweiten Januarwoche 2011 erreichte hatte.
5 Unterquerung des Kanaldocks B1-B2
Den zweiten sehr kritischen Teil der Tunnelvortriebe stellte aufgrund der sehr geringen Überdeckung von nur 1,1 m in Verbindung mit der Forderung des Auftraggebers, das Kanaldock jederzeit für den Schiffsverkehr freizuhalten, die Unterquerung des Kanaldocks B1-B2 dar. Die Steigung der Eisenbahngleise wurde so steil wie möglich vorgesehen, um die Tunnel so tief wie möglich zu halten. Trotzdem nimmt die Überdeckung zwischen dem Bett des Kanaldocks und der Tunnelfirste auf ca. 3 m ab. Da der im Kanaldock vorhandene Boden aus einer Schlamm-/Schluffschicht bestand, die bis maximal zur Tunnelachse herunterreichte, musste dieser Boden ersetzt werden.
Während der Ausführungsplanung schlug LocoBouw einen eindrucksvollen Alternativentwurf für den Bodenersatz in Kombination mit einer 2,1 m dicken stahlfaserverstärkten Unterwasserbetonplatte vor, um das vorläufige Verfüllen auf einen Mindestbereich zu reduzieren und das Sicherheitsniveau während der Unterquerung zu erhöhen. Anfang 2010 baute LocoBouw in einer Tiefe von 18 m unter dem Wasserspiegel 2 Reihen von Spundpfählen neben den Außenkanten der Tunneltrassen. Innerhalb der 270 m langen und 35 m breiten Spundwandbaugrube wurde der Schluff unter Wasser ausgehoben und durch 30.000 m³ Mörtel mit geringer Festigkeit ersetzt (Bild 5). Das Einbringen des Mörtels erfolgte an 4 Tagen rund um die Uhr mit einer Leistung von 400 m³/h, wofür 4 Mischanlagen und 120 Mischer im Einsatz waren. Nach dem Ersatz des Schluffs wurde eine 2,1 m dicke stahlfaserverstärkte Platte erfolgreich als Überdeckung auf dem Mörtel hergestellt. Das Betonieren des sehr empfindlichen Stahlfaserbetons wurde auch innerhalb von 4 Tagen mit einer Gesamtleistung von 290 m³/h durchgeführt. Das Einbringen sowohl des Mörtels als auch des Betons erfolgten über einen Ponton, der von den Dockufern aus versorgt wurde, zur Hälfte von einer Seite aus und zur Hälfte von der anderen Seite aus, nachdem die Zulaufrohre gedreht worden waren. Schließlich wurde an den Übergängen der Böschungen zur Stahlfaserplatte eine temporäre Aufschüttung mit zusätzlichem Ballast eingebracht. Die erste TBM hat die Unterfahrung des Kanaldocks Ende März 2011 begonnen, nachdem bereits 4,9 km Tunnel aufgefahren wurden.
6 Querschläge
Wie bereits erwähnt, werden die Querschläge parallel zu den Tunnelvortrieben hergestellt. Dies erfordert besondere Lösungen und stellt hohe Anforderungen an die Organisation und Koordination der Arbeiten, um Störungen auf ein akzeptables Mindestmaß zu reduzieren. Alle Querschläge müssen innerhalb eines Frostkörpers hergestellt werden. Damit die Arbeiten an den Querschlägen beginnen können, ist bei jedem eine über 50 m lange Stahlplattform zu errichten, die es ermöglicht, dass die Nachschubmaterialien für die Vortriebsarbeiten diese Stellen ständig passieren. Der nördliche Tunnel muss regelmäßig abgesperrt werden, damit die Plattformen eingebaut und die unteren Bohrungen für die Gefrierrohre durchgeführt werden können. In Zusammenarbeit mit Rodio, dem Nachunternehmer für die Bohrarbeiten, wurde ein spezieller Bohrmast entwickelt, mit dem sich mehr als die Hälfte der Bohrungen für die Gefrierrohre ausführen ließen, ohne dass sich Auswirkungen für die Tunnel-Lkw ergaben. Nach Fertigstellung der Bodenvereisung muss die aus speziellen Stahlbetontübbingen bestehende Tunnelauskleidung geöffnet werden. Dann kann mit dem Aushub des 8 m Bereichs begonnen werden. Als vorläufige Sicherung wird zunächst Spritzbeton eingebracht, bevor zur Gewährleistung der Wasserdichtigkeit ein Dichtungssystem eingebaut wird. Zum Schluss muss die hoch bewehrte Innenschale des Querschlags hergestellt werden. Die Gefrierrohre und die große Menge an Sohlenbewehrung in den Portalbereichen erfordern eine sehr professionelle Ausführung der Arbeiten, damit die Qualitätsanforderungen erfüllt und das Programm eingehalten werden können (Bild 6).
7 Verbindungsstollen zu den Rettungsschächten
Die Tunnelröhren müssen durch kurze, aber breite und hohe Verbindungsstollen mit den Rettungsschächten verbunden werden, die als rechteckige Schlitzwandschächte zwischen den Tunneln hergestellt wurden. Die 8 Schächte sind bis zu 40 m tief und innen nur 3,4 m breit. Der Bau der Verbindungsstollen erfolgt hauptsächlich in mit Zement-Bentonit-Blöcken verbesserten Böden mit einer geringen Festigkeit. Nur eine Verbindung zu einem Rettungsschacht wird im Schutze einer Bodenvereisung hergestellt.
Für den Stollenbau wird eine zunächst ca. 3 x 4 m große Öffnung in die 1,2 bis 1,5 m dicke Schlitzwand geschnitten, um den Stahlbeton zu entfernen. Dann erfolgt der Aushub des fast 6 m hohen Stollens innerhalb eines Dichtblocks. Der Abstand zur Außenseite der Tunnelauskleidung beträgt ungefähr 0,55 m auf der Höhe der Tunnelachse und bis zu 1,7 m in der Tunnelsohle. Nach der Sicherung mit Spritzbeton wird die Tunnelauskleidung aufgeschnitten und teilweise entfernt. Im Endzustand stellt der Stollen eine Verbundkonstruktion aus Beton und Stahlprofilen dar.
Zurzeit wird an der Endkonstruktion von 2 erfolgreich geöffneten Rettungsschächten gearbeitet. Diese Rettungsschächte werden während der Bauzeit auch als Notausgänge genutzt (Bild 7).
