Gesamterneuerung Cityring Luzern
Nach knapp 40 Jahren Betrieb waren die Spuren von Verkehr und Witterung an der A2 in Luzern unübersehbar. Diese Schlüsselstelle im Schweizer Autobahnnetz passieren heute täglich im Durchschnitt über 90 000 Fahrzeuge. Verschiedene Kunst- und Tunnelbauten prägen diesen Autobahnabschnitt. Damit der Verkehr während der Gesamterneuerung tagsüber rollen kann, wird während der Hauptarbeiten zwischen 2011 und 2013 nachts und an rund 25 Wochenenden pro Jahr gearbeitet. Die Verkehrsfläche steht tagsüber dem Individualverkehr ohne Einschränkungen zur Verfügung. Die engen Terminvorgaben, die kurzen Nettoarbeitszeiten nachts und an den Wochenenden und die innerstädtischen Verhältnisse rufen nach schnellen und leisen Bauverfahren. Lassen sich diese beiden Anforderungen kombinieren?
1 Projektübersicht
1.1 Bauen im städtischen Siedlungsgebiet
Der Projektperimeter Cityring Luzern umfasst das der Reuss entlang laufende Lehnenviadukt im Norden, den rund 600 m langen Reussporttunnel, die Sentibrücken mit dem Stadtanschluss sowie den 1,5 km langen Sonnenbergtunnel im Süden. In einer vierjährigen Gesamterneuerung – dem Projekt „Cityring Luzern“ – werden diese auf den heutigen Stand der Technik gebracht. Was sich einfach anhört, ist in der Realität eine planerische, logistische und technische Herausforderung für alle Projektbeteiligten. Denn betroffen von den Arbeiten sind die Stadt Luzern mit rund 80 000 Einwohnern und die ganze Agglomeration mit ca. 200 000 Einwohnern (Bild 1).
Ein baulicher Eingriff solchen Ausmaßes an der A2 hat erhebliche Auswirkungen auf verschiedenste Anspruchsgruppen. Es reicht nicht aus, die Auswirkungen auf die Verkehrsteilnehmer in der Stadt und Agglomeration Luzern zu untersuchen. Die zahlreichen weiteren Ansprüche so unterschiedlicher Interessengruppen wie Anwohner, Gewerbe, Veranstalter und Tourismusorganisationen etc. müssen ebenfalls in die Projektplanung einfließen. Ihnen ist eines gemeinsam: Sie wollen eine möglichst kurze und möglichst geringe Beeinträchtigung ihrer Interessen. Diese stehen sich zum Teil aber diametral entgegen und rufen nach unkonventionellen Maßnahmen. Schnell und zugleich leise zu bauen bedingt zahlreiche organisatorische Maßnahmen, welche hier näher beleuchtet werden.
1.2 Umfassende Gesamterneuerung
1.2.1 Reussport- und Sonnenbergtunnel
Das Kernstück der Hauptarbeiten ist die Instandsetzung des Reussport- und Sonnenbergtunnels. Abschnitt für Abschnitt werden verschiedenste Elemente überholt oder ersetzt. Die wichtigsten Arbeiten sind in Bild 2 ersichtlich. Neben den baulichen Instandsetzungen werden auch die Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen (BSA) im Fahrraum und in den Technikzentralen ersetzt.
1.2.2 Sentibrücken und Lehnenviadukt
Die Brücken zeigen typische Alterserscheinungen. Vor allem die Brückenplatten wurden durch Tausalz stark in Mitleidenschaft gezogen. Undichte Fahrbahnübergänge haben auch bei den Widerlagern zu Betonabplatzungen und Korrosion geführt. Die Brückenlager, undichte Abdichtungen, Entwässerungen und Straßenbelag werden erneuert. Weiter werden neue Lärmschutzwände, Leitschranken sowie Kabelrohrblöcke eingebaut.
1.3 Anspruchsvolles Bauprogramm
1.3.1 Umfangreiche Vorarbeiten
Für die Hauptarbeiten mussten im Vorfeld diverse Arbeiten ohne Verkehrsbehinderungen getätigt werden. Von 2007 bis 2010 wurden der Reussport- und der Sonnenbergtunnel mit je einem Werkleitungstunnel (WLT) mit knapp 4 m Durchmesser und mehreren Kabeltrassen ausgerüstet. Um die Hauptarbeiten für die bauliche Instandsetzung möglichst nicht durch Einbauten und Kabelanlagen zu behindern, wurden Zuleitungen zu den BSA-Einrichtungen wenn immer möglich in den WLT verlegt. Zusätzlich sind dort die Wasserleitungen für die Trinkwasserversorgung der Stadt Luzern und das Löschwasser für den Tunnel untergebracht. Weitere Vorbereitungsmaßnahmen waren der befahrbare Mittelstreifen und die zurückversetzten Stützmauern nördlich des Reussporttunnels. Auf der betrieblich-technischen Ebene wurden die bestehenden Systeme (Verkehrssteuerung, übergeordnetes Leitsystem, Videoüberwachung) für die spezielle Nutzung in den Bauphasen angepasst und in den Technikzentralen Provisorien eingerichtet, um später die Umschaltung von Energieversorgung und Kommunikationseinrichtungen unterbrechungsfrei ablösen zu können. Die Hauptarbeiten starteten am 2. November 2010.
1.3.2 Bauphasen
Die Hauptarbeiten umfassen 5 Bauphasen. In den Phasen 1 und 2 wurden 2011 die Arbeiten in den Tunneln in Fahrtrichtung Norden ausgeführt (Innen- und Außenwand). Im Jahre 2012 fallen dieselben Arbeiten in Richtung Süden an. Bis zum Abschluss der Bauarbeiten Mitte 2013 finden diverse betriebstechnische Tests, Ausbildungsgänge, Übungen der Blaulichtorganisation und Fertigstellungsarbeiten statt. Nach dem Abschluss übernimmt der Betreiber der Autobahnen wieder die betriebliche und technische Verantwortung über diesen Abschnitt.
1.4 Kosten
Die gesamten Baukosten belaufen sich auf rund 400 Mio. CHF. Davon machen die baulichen Anlagen rund 2/3 der Summe aus. Die übrigen Kosten verteilen sich auf die Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen sowie diverse Leistungen für Planer und Spezialisten. Der finanzielle Mehraufwand infolge der Nacht- und Wochenendarbeiten anstelle einer Totalsperrung einer Tunnelröhre beträgt rund 100 Mio. CHF. Der Mehraufwand war nötig, um einen Verkehrskollaps auf der A2 und auf dem untergeordneten Straßennetz in der Stadt Luzern zu verhindern.
1.5 Sorgfältig abgestimmtes Verkehrsregime
1.5.1 Nachtarbeiten und Wochenendarbeiten
2006 prüften Bund und Kanton Luzern verschiedene Möglichkeiten, um den Individualverkehr aufgrund der Baustellen so wenig wie möglich zu beeinträchtigen. Das Verkehrskonzept „Nachtsperrung Plus“ (Nachtarbeiten plus Wochenendarbeiten) hat sich dabei als Bestvariante erwiesen. Die Umsetzung des Verkehrskonzepts führt zu folgenden Rahmenbedingungen für die Verkehrsführung:
Die Arbeiten werden weitgehend nachts zwischen 20.00 und 6.00 Uhr ausgeführt (Sonnenbergtunnel: jeweils eine Tunnelröhre für den Verkehr gesperrt; Reussporttunnel: Tunnelröhre mit Baustelle jeweils einstreifig befahrbar). Die lokale Verkehrsumleitung erfolgt durch die Stadt Luzern. Tagsüber ist der Streckenabschnitt im Normalbetrieb befahrbar (Bild 2).
Für Arbeiten, die nicht in einer Nacht erfolgen können (z.B. die Belagseinbauten), wird an rund 25 Wochenenden pro Jahr zwischen Freitag 20.00 Uhr und Montag 6.00 Uhr eine Tunnelröhre des Sonnenbergtunnels vollständig für den Verkehr gesperrt (der Reussporttunnel bleibt einstreifig befahrbar). Bei der Sperrung einer Tunnelröhre wird der Verkehr im Gegenverkehr durch die zweite Tunnelröhre geleitet. In der gesperrten Röhre wird rund um die Uhr gearbeitet.
(Bild 3).
Das beschriebene Verkehrsregime kommt in den Jahren 2011 (Arbeiten Fahrbahn Richtung Norden) und 2012 (Arbeiten Fahrbahn Richtung Süden, Bild 3) zur Anwendung. Die Wochenendsperrungen sind auf möglichst verkehrsarme Monate gelegt worden und lassen sich wegen der engen zeitlichen Bauabläufe nicht verschieben. Zur Sicherstellung des Verkehrsflusses in und um Luzern werden umfassende flankierende Maßnahmen umgesetzt.
2 Nachts möglichst schnell bauen
2.1 Klare Vorgaben schaffen
Um der Forderung „schnelles Bauen“ gerecht zu werden, müssen bereits in frühen Projektphasen folgende wichtige Weichen richtig gestellt werden.
Die Arbeiten Bau und Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen BSA müssen aufeinander abgestimmt sein. Das Ergebnis dieser Koordinationsarbeit ist ein für alle Unternehmer geltendes Gesamtterminprogramm. Mit über 60 im Einsatz stehenden Unternehmern gilt es, frühzeitig die Starttermine und die Zeitpunkte der Übergabe der einzelnen Zeitfenster Bau/BSA festzulegen. Es werden Meilensteine definiert, welche mittels Anreizsystemen den fristgerechten Abschluss der Zwischenziele sicherstellen. Vor Verkehrsumstellungen und am Ende von witterungsabhängigen Arbeiten müssen zeitliche Reserven zu Gunsten der Bauherrschaft eingeplant werden, welche a priori keinem der Unternehmer zustehen. Die sperrfreien Nächte und Sperrwochenende sind in der Submissionsphase verbindlich festzulegen.
Parallele Arbeiten vom Unternehmer Bau und BSA sind auf ein Minimum zu begrenzen, um gegenseitige Behinderungen möglichst auszuschließen. Für eine umfassende Gesamterneuerung unter hohem zeitlichem Druck sind Vorleistungen unabdingbar. Ein vom Fahrraum losgelöstes Werkleitungstrassee stellt ein zentrales Element solcher Vorleistungen dar. Es ermöglicht vor dem Start der Bauarbeiten den Einzug der Kabel zur provisorischen Erschließung der BSA-Komponenten im Fahrraum und den anschließenden Rückzug der alten Kabelanlagen in den Tunnelbanketten.
Ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor bei nächtlichen Baustellen im Verkehrsbereich ist ein auf die Standorte der Installationsplätze abgestimmtes und leistungsfähiges Verkehrserschließungskonzept. Auf den An- und Abtransport-Routen sind der Baustelle vorgelagerte Verkehrsgassen zur Sicherstellung der Logistik einzuplanen.
2.2 Zusammenspiel unterschiedlicher Optimierungen
Ist das Verkehrsregime einmal festgelegt, richten sich alle Prozesse nach den darin festgelegten verkehrsfreien Zeiten. Dabei ist es ausgeschlossen, zur Sicherung der Termine länger zu arbeiten. Das tägliche Einrichten und Abbauen der Baustelle und der nachgelagerte Reinigungs- und Kontrollaufwand reduziert die Nettoarbeitszeit am Cityring Luzern auf rund 7 Stunden. Diese kurzen produktiven Zeitfenster stellen die Unternehmer vor anspruchsvolle logistische Aufgaben. Die beengten Platzverhältnisse und das Arbeiten unter Verkehr machen es nahezu unmöglich, zur Leistungssteigerung Personal- und Inventarressourcen aufzustocken. Es sind daher sowohl bei den Baumeisterarbeiten (wie auch bei den Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen BSA) innovative Lösungen gefordert, die durch spezialisiertes Personal geplant und umgesetzt werden müssen. Die folgende Aufzählung zeigt, dass das Optimierungspotential immer sowohl auf Seiten des Projektes wie auch auf Seiten der Ausführung zu suchen ist.
2.2.1 Beschleunigende Anpassungen am Projekt
Im Rahmen der Erneuerungsarbeiten wird das Entwässerungssystem in den Tunneln von einem Mischsystem in ein Trennsystem umgebaut. Dies bedingt den Einbau von neuen Schlitzrinnenelementen inkl. Siphonschächten und den Ersatz von Entwässerungsleitungen. Aufgrund Ihrer Lage im Fahrbahnbereich kann diese Leitung nur während Sperrwochenenden gebaut werden. Die Platzverhältnisse sind im Sonnenbergtunnel aufgrund der schmalen Fahrstreifen, den Leitelementen und der Zwischendecke stark beschränkt (Bild 4). Die Unternehmer sind daher gezwungen, die wichtigsten Arbeitsschritte in der Vorbereitung genauestens zu studieren, um die eigene baustelleninterne Logistik sicherzustellen und stets auch die Notfall- und Logistikspur für Blaulichtorganisationen bzw. Drittunternehmer freizuhalten.
Die terminlichen Vorgaben erfordern, dass pro Wochenende bis zu 350 m Rohrleitung ersetzt werden. Die Arbeitsvorbereitung hat bereits früh gezeigt, dass die Umhüllung und der Einbau der Rohrleitung anzupassen sind: Die Erhärtungszeit des Betons von minimal 6 Stunden kann nicht eingehalten werden. Nach einer Prüfung verschiedener Ausführungsvarianten wurde ein biegeweiches System (PP-Rohr mit Ringsteifigkeitsklasse SN16 verlegt in Betonkies) anstelle der Betonumhüllung in einem Feldversuch getestet und schließlich eingebaut (Bild 5).
2.2.2 Leistungssteigerung durch Einsatz innovativer Produkte
Auch der lokale Ersatz der Zwischendecke steht unter hohem Zeitdruck. Im Sonnenbergtunnel muss an 2 Stellen über eine Länge von 22 m die Zwischendecke abgebrochen und neu erstellt werden. Die geringe lichte Höhe der Zwischendecke würde nach Verkehrsfreigabe nur eine äußerst schlanke Schalungskonstruktion erlauben. Im Rahmen der Arbeitsvorbereitung wurde vom Unternehmer vorgeschlagen, einen schnell härtenden Beton einzusetzen und die Zwischendecke während nur einer Wochenendsperrung zu schalen, zu betonieren und auszuschalen. Aufgrund der geringen Offenzeit dieses Betons (Zeit, in der der Beton verarbeitet werden kann) von nur rund 3 Stunden wird die Betonanlieferung bei einem Stauereignis von der Polizei auf die Baustelle eskortiert. Der Einsatz innovativer Produkte und die detaillierte Planung des Unternehmers haben gezeigt, dass sich Zwischendecken in kurzen Zeitfenstern und ohne im Fahrraum verbleibende Installationen ersetzen lassen.
2.2.3 Einsatz geeigneter Gerätschaften
Die an Sperrwochenenden durchgeführten Einbauten der Beläge stehen aufgrund der großen Einbaumengen und den kurzen Zeitfenstern ebenfalls unter enormem Leistungsdruck. Die lichte Höhe und die Einbauten der BSA lassen im Sonnenbergtunnel das Aufkippen großer Transportgefäße nicht zu, so dass der Belag vor dem Tunnel hätte umgeladen werden müssen. Um die Transportleistungen bis zum Belageinbaufertiger sicherzustellen, wurden Lastwagen mit Abschiebemechanismus eingesetzt (Bild 6). Ein anderes Beispiel zur Sicherstellung des schnellen Bauens ist die Wahl geeigneter Gerätschaften bei den zahlreichen Linienbaustellen. Für unterbruchfreie Vorbeifahrten an Arbeitsstellen werden vorwiegend Bagger mit Kurzheck sowie mit abdrehbaren Armkonstruktionen eingesetzt. Bei den Hebegeräte und Arbeitsgerüsten besteht aus Sicht der Autoren noch Innovationspotential für Gerätehersteller.
3 Nachts möglichst leise bauen
Die nächtlichen innerstädtischen Arbeiten haben ihren Preis. In den an die Baustelle angrenzenden Wohngebieten muss mit Lärm gerechnet werden – beispielsweise in Form von Körperschall als Folge von Abbrucharbeiten im Tunnel oder weil in den Portalbereichen nachts der Paramentbeton mit Höchstdruckwasserstrahlen (HDW) abgetragen werden muss. Die Nähe zu den Wohngebieten, das Arbeiten während der Ruhezeiten der Anwohner und die über Monate andauernden Immissionen rufen nach umfassenden Maßnahmen zur Reduktion des Baulärms. Diese Maßnahmen sind nicht per se leistungsbehindernd, wie die folgenden Ausführungen zeigen.
Der Grundstein wird mit einem Baulärmkonzept gelegt. Hohe Bedeutung kommt dabei der Definition der Zeitfenster für lärmintensive Arbeiten zu. Dem Baulärm ist im Rahmen der Submissionen entsprechendes Gewicht beizumessen, indem z.B. vom Unternehmer vorgeschlagene lärmreduzierende Maßnahmen als Zuschlagkriterium definiert werden oder im Leistungsverzeichnis ein Anreizsystem für die Einhaltung der Vorgaben Lärmschutz ausgesetzt wird.
Als Kontroll- und Steuerungsinstrument werden stationäre Lärmmessungen an exponierten Lagen empfohlen. Die Messresultate werden wöchentlich ausgelesen, analysiert und den Projektbeteiligten zugestellt. Anhand der Tagesgrafiken wird die Einhaltung der Arbeitszeiten überprüft. Gleichzeitig können hohe Pegelwerte analysiert werden, um so zielgerichtet zusätzliche Schutzmaßnahmen zu ergreifen. HDW-Arbeiten (vor allem beim Einsatz von Handlanzen) verursachen Luftschall von bis zu 80 dBA. Die Arbeiten am Cityring haben gezeigt, dass der Lärm mit provisorischen Einhausungen um 15 dBA reduziert werden kann (Bild 7).
Schwieriger zu kontrollieren ist der Körperschall (Luftschall, der über das Erdreich in die Gebäude abstrahlt). Der Körperschall tritt lokal je nach Abstand, Fundationsart und geologischen Verhältnissen unterschiedlich stark auf. Stationäre Messungen des Körperschalls können nicht flächendeckend durchgeführt werden und sind aufgrund der Umgebungsgeräusche in den Wohnungen schwierig zu interpretieren. Mit laufenden Optimierungen der Bauverfahren lässt sich aber auch der Körperschall reduzieren. So wurden die teilweise im Bereich des alten Füllbetons liegenden Gräben nicht gespitzt, sondern mit einer Grabenfräse ausgefräst (Bild 8). Dieses Verfahren ermöglichte, die Gräben auch außerhalb der lärmintensiven Zeitfenster zu erstellen. Das wiederum hat einen positiven Einfluss auf die Leistungswerte. Weitere Optimierungen können durch das Verlegen lärmintensiver Arbeiten von der Nacht auf das Wochenende tagsüber erzielt werden.
Sowohl beim Luftschall wie auch beim Körperschall kommt der Kommunikation eine entscheidende Rolle zu. Die Anwohner werden gezielt mit Informationen über die anstehenden Arbeiten informiert. Im Rahmen von regelmäßigen Anlässen für den Erfahrungsaustausch mit den Anwohnern wird der unerlässliche Direktkontakt zwischen der lärmgeplagten Bevölkerung und den Projektbeteiligten gefördert. Dank eines über 24 Stunden besetzten Projekttelefons können die Reklamationen und Anliegen der Bevölkerung rund um die Uhr aufgenommen und beantwortet werden. Die Anrufe liefern wichtige Hinweise für die Anpassungen von Lärmschutzmaßnahmen, Baumethoden oder Einflussbereiche.
4 Schlussfolgerungen
Der Cityring Luzern ist in seiner Komplexität kaum zu überbieten. Die verkehrlichen, zeitlichen und umwelttechnischen Rahmenbedingungen fordern allen Projektbeteiligten viel ab. Die Kapazitäten und das Know-how der Planer, der Spezialisten und der Unternehmer sind die Voraussetzung für die Umsetzung eines solchen Vorhabens – genauso wie das Wohlwollen der betroffenen Bevölkerung. Versucht man aber der Vielfalt der Herausforderungen von allen Seiten gebührend Rechnung zu tragen, ist schnelles und zugleich leises Arbeiten inmitten einer Stadt keine Unmöglichkeit.
