Söderledstunnel
Stockholm:
Generalsanierung der Weströhre

Einführung

Der Söderledstunnel („Weg nach Süden“) ist ein Tunnel zwischen der Zentralbrücke und der Johannishovbrücke und unterführt die Insel Södermalm in Stockholm. Södermalm gehört zur Innenstadt von Stockholm. Der Tunnel ist ca. 1.580 m lang und unterquert die Insel von Norden nach Süden mit je 2 Röhren und 2 Fahrstreifen.

Auf der Strecke zwischen Brännkyrkagatan und Folkungagatan wurde bereits 1944 ein Tunnel in offener Bauweise errichtet, der von 1964 bis 1966 um 150 m erweitert wurde. Heute befindet sich das Åso-Gymnasium über dem Tunnelabschnitt. Der endgültige Bau begann 1984 und wurde im Januar 1991 mit dem Clarion Hotel am südlichen Ende termingerecht abgeschlossen.

Der Tunnel ist heute eine der wichtigsten Verbindungen zwischen dem Norden und Süden Stockholms mit einer DTV von ca. 80.000 Kfz/24h.

Die Planung für die Gesamtsanierung erfolgte bereits im Jahr 2004. Die Oströhre wurde zwischen 2005 und 2009 in 3 Abschnitten saniert. Für die Weströhre war eine Komplettsanierung vorgesehen um Baukosten und -zeit zu reduzieren. Die Sanierung begann am 4. Juli 2011 und war bereits am 27. November 2011 wenige Stunden vor dem Endtermin abgeschlossen, sodass die Weströhre wieder für den Verkehr freigegeben werden konnte. Während der Sanierung arbeiteten bis zu 120 Arbeiter und Ingenieure aus 7 verschiedenen Nationen, teilweise im 3-Schicht-System, gemeinsam im Tunnel.

Auftraggeber für das Projekt war die Stadt Stockholm. Die Sanierung wurde von ein­er Arge (NSA) bestehend aus Strabag Schweden und E-Schakt durchgeführt. Täby Brand­­­­­­skyddsTekknik (TBT) bekam den Zuschlag für die Brandschutz- und Schallschutzarbeiten sowie die Lieferung und Montage der Fluchtwegmarkierungen.

 

Die Gesamtsanierung umfasste folgende Arbeiten:

• Hochdruckwasserstrahlfräsen der beschädigten Wandbereiche

• Spritzbetonapplikation

• Betonierte Kabelkanäle auf beiden Seiten (Bild 1)

• Teilerneuerung der Abwasser- und Regenwasserleitungen

• Einbau von Anprallelementen

• Brandschutz in der Tunneldecke

• Neuinstallation der Lärmschutzdecke

• Erneuerung der Installationen und Beleuchtung

• Installation von Lüftern

• Wandbeschichtung mit einer photokatalytischen Beschichtung für NO_x- und Ozon-Reduzierung

• Einbau einer neuen Asphaltdeckschicht

 

Das Hochdruckwasserstrahlfräsen, die Montage der Anprall­elemente, die photokatalytische Beschichtung und die Montage der Brandschutzbekleidung werden im Weiteren detailliert beschrieben.

 

Hochdruckwasserstrahlfräsen und Spritzbetonapplikation

Die Betonwände waren durch das Eindringen von Chloriden aus Streusalz und die Kohlendioxid-Emissionen durch den Verkehr im Tunnel beschädigt. Bereits aus Voruntersuchungen war bekannt, dass die Schadstoffe bereits bis zur Bewehrungslage in den Beton der Tunnelwände eingedrungen waren. Größtenteils verliefen die Beschädigungen in Bereichen bis 1 m über Fahrbahnniveau. An einigen Bereichen wurde eine komplette Schädigung erwartet. In diesen Bereichen wurde die Betonoberfläche mithilfe von Hochdruckwasserstrahlen zwischen 70 und 100 mm Tiefe entfernt. Danach wurde die freigelegte Bewehrung kontrolliert und gegebenenfalls ausgetauscht. Allerdings waren die Beschädigungen an der Bewehrung weitaus geringer als erwartet und es musste kaum Bewehrung ersetzt werden. Im Anschluss wurde durch Aufbringen von Spritzbeton die notwendige Betondeckung wieder hergestellt (Bild 2).

 

Einbau der Anprallelemente

Um die Tunnelwände besser vor künftigen Schäden durch Streusalz und Kohlendioxid zu schützen, wurden Betonfertigteile (Anprallelemente) entlang der Wände auf beiden Seiten des Tunnels installiert. Die Höhe der Elemente beträgt ca. 1,7 m. Alle Elemente wurden in Stahlformen betoniert und mit einer Bewehrung aus Edelstahl der Sorte 1.4362 mit sehr hoher Korrosionsbeständigkeit bewehrt. Die Dicke der Elemente an der Unterseite beträgt 180 mm und die Länge eines Standardelements 3,8 m.

Die Elemente wurden mit Edelstahlbolzen M20 und M24 an der Tunnelwand fixiert. Dabei wurde ein Spalt von 80 mm zur Wand gelassen. Dieser wurde im Anschluss mit einem selbstverdichtenden Beton ausgegossen und nach oben mit einer zementhaltigen Dichtschlämme geschlossen.

Insgesamt wurden über 700 Elemente installiert. Zusätzlich wurden die Elemente mit ein STO HG 200 hydrophobiert um weiteren Chlorideintrag zu verhindern. Durch die Montage der Elemente wird der Weg für das Eindringen von Streusalz und Kohlendioxid verlängert und die Wände strukturell gegen Anprall verstärkt. Das System ist für eine Lebensdauer von mindestens 80 Jahren ausgelegt (Bild 3).

 

Photokatalytische Wandbeschichtung

Der Bauherr nutze die Tunnelsanierung für ein Versuchsprojekt zur Verbesserung der Luftqualität im Tunnel. Dabei sollten der Anteil an NO_x und Ozon reduziert und die Reinigungsfähigkeit der Tunnelwände verbessert werden. Rund 16.000 m² Tunnelwände erhielten eine photokatalytische Beschichtung. Die bereits sanierte Oströhre erhielt eine Epoxidharzbeschichtung, sodass vergleichende Messungen zur Luftqualität durchgeführt werden können.

 

Brandschutz der Tunneldecke

Die Planung der brandschutztechnischen Ertüchtigung basiert auf einer detaillierten Analyse des bestehenden Tunnels und der Überbauung. Aufgrund der schrittweisen Errichtung des Tunnels über einen längeren Zeitraum sind 17 verschiedene Tunnelquerschnitte, vom Felstunnel über Ortbetontunnel bis hin zur Spannbeton-Fertigteilbauweise zu finden. Die Überbauung des Tunnels besteht aus Straßen, Wohn- und Gewerbebauten sowie öffentlichen Gebäuden.

Für einen Brandfall im Söderledstunnel wurde von einem Brand mit einer Dauer von 60 Minuten und einer maximalen Temperatur von 1.200 °C als höchstes anzunehmendes Risiko ausgegangen. Aufgrund der Übereinstimmung mit der Temperatur-Zeit-Kurve aus der ZTV-Ing (ehemals RABT) wurde eine modifizierte ZTV-Ing Brandkurve über 60 Minuten Vollbrand und 110 Minuten Abkühlphase spezifiziert.

Die strukturellen Analysen der bestehenden Betonqualität, Betondeckung, Bewehrung und Form der Tunneldecken und Wände waren Grundlage für die Konzeptionierung. Dabei war der erste Schritt eine numerische Untersuchung des Abplatzverhaltens des Betons. Der hohe Anstieg der Temperatur von 1.200 K in 5 Minuten und die maximale Temperatur von 1.200 °C beinflussen die Abplatzungen maßgebend. Die Betoneigenschaften wurden dafür wie folgt angesetzt:

• K40, Druckfestigkeit 28,8 MPa

• Zuschläge: quarzitisch bis maximal 32 mm

• Wasser-Zement-Wert: 0,45 bis 0,50

• Feuchtigkeit: 4 %

 

Die Resultate der Untersuchung weisen ein hohes Risiko für Abplatzungen an der Tunneldecke in Bereichen der Überbauung auf. Das Abplatzrisiko des Betons wird hier noch durch die hohen Biegespannungen aus der Auflast verstärkt. Für die Bereiche ohne Überbauung, z.B. Straßen, wurde ein mittleres Risiko ermittelt. Die Tunnelwände zeigen aufgrund der zu erwarteten geringeren Oberflächentemperatur und Biegespannungen nach den Untersuchungen keine Abplatzungen im Brandfall. Für die unteren Wandbereiche wurden auch die Anprallelemente in die brandschutztechnischen Betrachtungen mit einbezogen.

Um die strukturelle Schädigung des Betons durch Temperatureintrag und anfallende Reparaturarbeiten nach einem Brand zu minimieren wurde eine maximale Oberflächentemperatur von 380°C für die zu schützenden Bereiche festgelegt. Aufgrund der unterschiedlichen Bauweisen der Tunneldecken, insbesondere der verschiedenen Betondeckungen, wurden unterschiedlicheMaximaltemperaturen für die Bewehrung ermittelt. Diese lagen zwischen 260 und 290°C.

Ausgehend von diesen Untersuchungen wurde der passive Brandschutz der Tunneldecke auf Basis der Eigenschaften eines Brandschutz-Spritzbetons geplant. Die Schichtdicken lagen dabei zwischen 25 und 60 mm. Das verbleibende Risiko für die unbekleideten Tunnelwände und Deckenbereiche wurde als tragbar eingestuft.

Da die Gesamtsanierung der Röhre eine Vielzahl an parallel laufenden Arbeiten erforderte, wurde eine alternative Lösung mit hoher Flexibilität und geringen Umweltbelastungen gesucht.

Täby BrandskyddsTeknik AB und Fermacell GmbH erarbeiteten gemeinsam eine Lösung mit der zementhaltigen Brandschutzplatte Aestuver T. Dabei können mit nur einer Plattendicke alle Bereiche bekleidet werden. Die Montage erfolgt mithilfe von Scherenbühnen und Selbstfahrerliften. Dadurch ist es möglich, kurzfristig den Montageort zu verlegen und eine Spur für den Baustellenverkehr offen zu halten.

 

Genehmigung des Systems

Die Zulassung des Systems erfolgt auf Grundlage von Brandversuchen, mechanischen und physikalischen Nachweisen sowie mehreren thermischen Berechnungen. Diese ermöglichten es, die Resultate aus den Brandversuchen auf die spezifischen Projektanforderungen und Geometrien im Tunnel anzuwenden. Im ersten Schritt wurde eine Simulation des Brandversuches gerechnet. Damit konnten die Parameter der Software und der Brandschutzplatte kalibriert werden. Im zweiten Schritt wurden die notwendigen thermischen Gradienten für die Betonoberflächen und Bewehrungslagen berechnet.

Die Berechnungen belegten, dass eine Brandschutzbekleidung mit 20 mm Brandschutzplatten auf 10 mm Fugenhinterlegungsstreifen für die Betondecke und -balken alle Anforderungen erfüllt. Für die Bereiche mit gespannter Bewehrung wurde eine abgehängte Decke bestehend aus Edelstahl-Profilen bekleidet mit 20 mm Brandschutzplatten und einer 20 mm Fugenhinterlegung als bevorzugtes System gewählt. Die dickeren Hinterlegungsstreifen auf den Profilen verringern den Temperatureintrag und damit die thermische Längenänderung und Verformung.

Nach Beginn der Montage und der überzeugenden Baufortschritte kam eine Diskussion über die ungeschützten Deckenbereiche und das Restrisiko in einem Brandfall auf. Täby BrandskyddsTeknik und NSA schlugen vor, die gesamte Tunneldecke mit dem gleichen passiven Brandschutzsystem zu versehen. Die vergleichsweise geringe Investition gegenüber der zusätzlichen Sicherheit im Brandfall vor einer aufwändigen Sanierung mit langwieriger Tunnelsperrung und die gleichmäßige helle und glatte Optik der Tunneldecke überzeugten den Bauherrn.

 

Brandschutz der Stahlbetondecke und -balken

Die bestehende Stahlbetondecke war in einem relativ guten Zustand für die Montage von Brandschutzplatten. Die Oberfläche wies nur geringe Schäden und Unebenheiten auf. Die tatsächliche Betondeckung lag zwischen 40 und 50 mm. So konnten problemlos die 20 mm dicken Brandschutzplatten zusammen mit den Fugenhinterlegungsstreifen, 100 x 10 mm, montiert werden. Die Hinterlegungsstreifen schützen die Stoßfugen der Platten und sorgen für eine ebene Lage der benachbarten Platten. Die Befestigung erfolgte mit dem Fischer Nagel-Anker FNA II 6x30/30 in A4. Dafür werden die Platten und Streifen in Position gebracht und ein 6 mm Loch in den Beton durch die Platten und Streifen gebohrt. Der Anker wird in Durchsteckmontage mit einem Pneumatischen Hammer mit speziellem Werkzeug gesetzt, so dass der Kopf auf der Plattenoberfläche aufliegt. Die verbleibende Fuge zu den Tunnelwänden wird mit einem vertikalen Plattenstreifen, welcher an der Tunnelwand befestigt ist, abgedeckt.

 

Brandschutz der Spannbeton-Fertigteildecken

Das abgehängte System wurde in 2 unterschiedlichen Bereichen eingesetzt (Bild 4). Ein ca. 200 m langer Abschnitt der Tunneldecke wurde aus TT–Spannbetonfertigteilen errichtet. Unterhalb der Fertigteile war bereits eine abgehängte Lärmschutzdecke installiert. Diese Decke dient zur Reduzierung des Verkehrslärms in den Gebäuden. Der Brandschutz sollte hier unterhalb der bestehenden Lärmschutzdecke angebracht werden, um die Funktionalität zu erhalten. Glücklicherweise waren die TT-Elemente mit einer einbetonierten Montageschiene gefertigt worden. So konnten die Tragprofile der Brandschutzdecke mit einer Hammerkopfschraube abgehängt werden. Dafür wurde ein kleines Loch in die Lärmschutzelemente geschnitten und die Schraube in der Schiene befestigt. Die speziellen Profile erlauben eine Abhängung mit nur einer Schraube pro Befestigungspunkt und gewährleisten eine Flexibilität der benachbarten Brandschutzplatten, um Bewegungen aus dem Bauwerk und durch Temperatur beschädigungsfrei aufnehmen zu können. Die Profile werden in Tunnellängsrichtung mit einem Abstand von 625 mm montiert. Die Brandschutzplatten und Hinterlegungsstreifen werden mit selbstbohrenden Schrauben im Profil befestigt. Für alle Stahlteile war die Stahlqualität A4 gefordert (Bild 5).

Der zweite Bereich befindet sich am südlichen Ende des Tunnels unter einem Hotelkomplex. Hier wurden TT–Spannbetonfertigteile ohne Montageschiene verwendet. Aufgrund der gespannten Bewehrung war ein Bohren in den unteren 200 mm der Balken verboten. Deshalb wurden seitliche Konsolen im Balken zur Abhängung der Tragprofile verwendet. Die Montage der Platten und Streifen erfolgte analog zum ersten Bereich (Bild 6).

 

Montage der Brandschutzplatten

Die Grundlage für eine erfolgreiche Installation mit vielen parallelen Arbeiten und dem Baustellenverkehr im Tunnel war eine detaillierte Planung. NSA verwendete das System der visuellen Planung. Die Idee war es, alle Beteiligten ein- oder zweimal in der Woche zur Planungsbesprechung an einen Tisch zu bringen. Jeder bestätigte die abgeschlossenen Arbeiten der vergangenen Woche und präsentierte die detaillierte Planung für die laufende Woche. Weiterhin wurde ein Ausblick auf die kommende Woche gegeben. Alle Aktionen werden auf Notizzetteln notiert und tage- bzw. abschnittsweise aufgehängt. So waren alle Parteien informiert und alle Arbeiten abgesprochen.

Um die volle Flexibilität für die Installation zu halten, wurden vor allem Scherenbühnen verwendet. Bis zu 7 Montageteams mit je 3 Arbeitern installierten die Brandschutzplatten. Das „Bodenpersonal“ bestehend aus 3 bis 4 Arbeitern organisierte die Logistik und bereitete die Materialen für die Montage vor. Dieses System erlaubte eine flexible und schnelle Montage ohne Behinderung des Tunnelverkehrs. Im Laufe des Projekts wurden an 2 bis 5 Abschnitten zur gleichen Zeit im Tunnel die Brandschutzplatten montiert. Mehrmals musste die Montage spontan verlegt werden, da andere unvorhergesehene Arbeiten Vorrang bekamen.

Durch das Betonieren eines Kabelkanals auf beiden Seiten des Tunnels wurde ein ca. 1 m breiter Graben gezogen. Die Seitenbereiche waren nun nicht mehr mit den Scherenbühnen zu erreichen und es war nicht möglich, vor dem Aushub des Grabens zu arbeiten. Daher wurde ein Speziallift mit einer Kapazität von 1.000 kg aus den Niederlanden antransportiert. Um das Montageverhältnis und die Fertigstellung einzelner Bereiche zu gewährleisten wurde der Lift in 2 und 3 Schichten genutzt.

Die Montage der 7.000 m² Brandschutzbekleidung in den zusätzlichen Bereichen war ohne Veränderung des Gesamtprojektplans möglich. Es konnte mit dem gesamten Team bis zu 450 m² in 24 Stunden installiert werden.

Natürlich verläuft eine Sanierung nie ohne Überraschungen. Viele unterschiedliche Detaillösungen mussten während des Projektes entwickelt werden. Aufgrund des gemeinsamen Baubüros aller Parteien war eine sehr effiziente Kommunikation möglich. Die technischen Probleme wurden gemeinsam gelöst und praxisorientiert, basierend auf den Vorschlägen von TBT realisiert. So wurde zum Beispiel ein querender Lüftungskanal aus einem Asia-Restaurant in der Ausfahrt nach Södermalm unter einer Lärmschutzdecke versteckt. Auch einige alte Holzkonstruktionen wurden im Tunnel gefunden (Bild 7).

 

Fazit

Alles in allem war das Projekt erfolgreich für alle Beteiligten. Der Termin- und  Kostenplan wurde eingehalten und das technische wie visuelle Ergebnis war und ist sehr zufriedenstellend für den Bauherren und die Tunnelnutzer. Die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen allen Beteiligten und das hohe fachliche Niveau waren wichtige Faktoren für den Erfolg.