Querschlagsabschlüsse: Einbau in weniger als 90 Minuten

Am 14. Dezember.2017 stellte das SCAUT-Konsortium unter der Führung der Elkuch Gruppe das Projekt „Einschubmodul für Querschlagsabschlüsse“ einem erweiterten SCAUT-Publikum im Versuchsstollen Hagerbach (VSH) vor. Michael Lierau, Geschäftsführer bei der Elkuch Gruppe, gab einen kurzen Rückblick auf den Werdegang des Projektes und die Zusammenarbeit mit SCAUT. Anschließend wurde den Teilnehmern die Versetzung des Einschubmoduls, des „Plug-in Crosscut Elements (PCE)“, im Maßstab 1:1 vorgeführt.

Den Anstoß für die Entwicklungsarbeiten gaben die beengten Einbaubedingungen beim österreichischen Koralmtunnel. Geringe Durchmesser der Querschläge sowie Betoneinbauten innerhalb der Verbindungsröhren machten eine Installation größerer Bauelemente wie Türen, Ventilatoren etc. von der Innenseite des Querschlags her nur schwer möglich. Aus dieser Problemstellung entwickelte sich die Idee eines komplett ausgerüsteten und vorfabrizierten Einschubmoduls. Eine Umsetzung für den Koralmtunnel war auf Grund des zu großen Baufortschrittes letztendlich nicht möglich. Elkuch entwickelte die Idee gemeinsam mit den Industriepartnern dennoch weiter, da ein überwältigendes Feedback aus der Industrie das Potential des Plug-in Crosscut Elements deutlich machte. Seit Anfang 2016 hat das Konsortium das BIM-kompatible Konzept bis zur Marktreife gebracht.

Herstellung und Einbau des
Plug-in Crosscut Elements

Das Betonelement wird außerhalb des Tunnels produziert. Die Fertigung in einer Werkshalle ermöglicht eine qualitativ und terminlich hochwertige Herstellung. Die Grundlage für eine größtmögliche Exaktheit bei der Ausführung der PCE ist ein 3D-Laserscan des Querschlagsanschlusses, der als Basis für eine CAD-gestützte Fertigung dient. Die heute verfügbaren Messtechnologien besitzen die dafür benötigte Genauigkeit.

Nach Fertigstellung der Bewehrung folgt die präzise Platzierung von Einbauteilen, wie z. B. von Bolzen, Gewindehülsen, Aussparungen, RFID-Tags etc. Dann wird die Form ausbetoniert mit einer fertigen Wandstärke von 25–30 cm. Nach dem Ausschalen wird das Wandelement für die weitere Fertigung, den Transport und den Einbauvorgang in einem Montagegestell aufgerichtet. Alle weiteren Bauteile (Ventilatoren, Anschlussstellen für Lüftungsschläuche, Türen, Schaltschränke etc.) werden nun hinzugefügt, sodass am Ende ein voll funktionsfähiges, geprüftes System steht, mit dem die Installationsdauer im Tunnel auf ein Minimum reduziert werden kann.

Für den Transport im Tunnel kommen entweder Bahnwaggons oder Tiefladeanhänger zum Einsatz. Im Falle von Bahnwaggons werden sechs Elemente mit je 8 t Gewicht für eine Arbeitsschicht aufgeladen. Vorausgesetzt wird hierbei eine Einbauzeit von 90 Minuten pro PCE. Am Einbauort angelangt, wird die Standposition des Waggons per Lasermessung bestimmt. Der Manipulator, mit dem das Querschlagselement in seine Einbauposition versetzt wird, kann hierbei Toleranzen von +/- 10 cm ausgleichen.

Nach der Positionierung des Waggons werden Führungsschienen zum Einbauort verlegt. Der Manipulator hebt das Element auf die Schienen und bewegt es mit leichter Neigung, um die Fahrleitungen nicht zu beschädigen, in die Endposition, wo es in die dafür vorgesehene Bodenaussparung eingelassen wird. Hierbei sind Toleranzen von 1–2 cm möglich. Die erwähnten Justierungsmöglichkeiten des Manipulators gewährleisten die plangenaue Platzierung. Anschließend wird das PCE im Querschlag verbolzt, während der Manipulator wieder eingezogen wird. Im nächsten Schritt wird die Bodenaussparung mit im Tunnelbau üblichem Fugenmörtel verfüllt. Der Mörtel härtet in ca. 6 Stunden aus. ohne die noch folgenden Arbeitsschritte zu beeinträchtigen.

Um den verbleibenden Spalt rund um das PCE zu schließen wird ein feuerresistenter Füllstoff eingesetzt; dafür sind Produkte verschiedener Hersteller verfügbar. Zuletzt wird das Querschlagselement an die Stromzufuhr und das Überwachungssystem angeschlossen. Damit ist der rund 90-minütige Einbau abgeschlossen und das Team kann mit dem Einbau am nächsten Querschlag beginnen.

Kosten- und Zeitvorteile

Einen großen Kostenfaktor stellt die technische Ausstattung dar, die am PCE angebracht wird. Auf Grund der Vorfertigung außerhalb des Tunnels sind die Kosten des PCE-Systems im Vergleich mit dem konventionellen Einbau dennoch um etwa 15 % geringer. Gründe dafür sind:

 Einbaurahmen für die Tür werden nicht mehr benötigt, da diese in das Element integriert wird.

 Die Kosten einer Fertigung in der Werkstatt sind erheblich niedriger als im Tunnel. Alle Arbeiten im Tunnel (z. B. Bohrungen und Abdichtung) sind jedoch in der Kalkulation berücksichtigt.

 Die Effizienz der Fertigung ist höher, da in der Werkstatt keine räumlichen Einschränkungen die Arbeiten behindern.

 Die Betonkosten fallen ebenfalls geringer aus, da Fertigbeton anstelle von Baustellenbeton verwendet wird.

Der große Vorteil des PCE-Systems liegt in einer deutlich schnelleren Installation und Inbetriebnahme (mit bis zu 90 % Zeitersparnis). Bei einem konventionellen Einbau benötigt ein erfahrenes, dreiköpfiges Bauteam derzeit etwa drei Tage für den Einbau und die elektrische Anbindung einer Querschlagstür – basierend auf Erfahrungswerten vom Lötschberg-, Gotthard und Ceneri-Basistunnel. Das Plug-in Crosscut Element kann dagegen in weniger als 90 Minuten installiert werden.

Ebenfalls von Bedeutung ist die deutlich einfachere Logistik, da nur Fertigelemente in den Tunnel transportiert werden und keine einzelnen Baumaterialien. Abfälle und Restbestände müssen ebenfalls nicht mehr abtransportiert werden. Dies führt auch beim Hauptunternehmer zu erheblichen Einsparungen an Kosten und Zeit.

Konzeptpräsentationen

Ab Februar 2018 wird das Konzept des Einschubmoduls durch das Konsortium interessierten Bauherrn und Tunnelbetreibern aus ganz Europa präsentiert; dies geschieht zusammen mit dem sich im Aufbau befindlichen SCAUT-Projekt „Querschlag der Zukunft“. Zudem werden ab dem 20. Februar auch wieder Demonstrationsveranstaltungen zum PCE-Einbau im VSH stattfinden. Für weitere Informationen oder einen Präsentationstermin im Versuchsstollen können sich Interessenten mit Christian Nutrice () in Verbindung setzen.