Weinbergtunnel Zürich: Alle Vortriebe laufen

Die Durchführung der Bau-maßnahme hat 3 örtliche Schwerpunkte:

– Hauptvortrieb ab Installationsplatz Brunnenhof

– Unterfahrung Südtrakt am Hauptbahnhof Zürich

– Vortrieb Flucht- und Rettungsstollen ab Bahnhof Oerlikon.

Die bisherige Bautätigkeit an diesen Schwerpunkten bzw. ausgehend von diesen Örtlichkeiten werden nachfolgend beschrieben.

1 Hauptvortrieb ab Brunnenhof

Seit Baubeginn wurden an dieser Stelle enorme Anstren-gungen unternommen, um den Hauptvortrieb rechtzeitig auf den Weg zu schicken. Dies ist auch gelungen. Nur ca. 13 Monate nach Baubeginn konnte die TBM mit einem Rumpfnachläufer in der Anfahrröhre ihre Arbeit beginnen.

Voraussetzung hierfür war, dass zunächst der Startschacht  mit einer Tiefe von ca. 40  m und einem Durchmesser von 23  m erstellt wurde. Weiterhin war der Ausbruch des Vortunnels Richtung Oerlikon durchzuführen, da er als Versor-gungstunnel in der Bauzeit benötigt wird.

1.1 Bauablauf

Nach Abschluss dieser Arbeiten konnte im Juli 2008 mit dem Aufbau der TBM und der ersten Nachläufer begonnen werden. Die einzelnen Segmen-te des TBM-Körpers wurden zunächst im Schacht zusammengesetzt. Das Schneidrad, das zuvor auf der Installationsfläche verschweißt worden war, wurde anschließend in den Schacht gehoben und auf den Antrieb montiert.

In dieser Konstellation verschob man den Schildkörper quer aus dem Schacht heraus in die Achse des Haupttunnels, die wie im ersten Beitrag dargestellt, exzentrisch zum Schacht gelegen ist (Bild 1). Zu diesem Zweck wurden am Schildkörper Stahlkonsolen angeschweißt, unter die – nach Anheben mittels Hydraulikpressen – Schwerlastrollen gesetzt wurden. Mit-hilfe dieser temporären Fahrwerke konnte der Schild zunächst quer in die Tunnelachse und anschließend längs der Tunnelachse bis zum Ende der Startröhre verschoben werden.

Nachdem der Schild auf der Schildwiege platziert war, mussten die Nachläufer mit den Antriebs- und Versorgungsaggregaten in der Startröhre und im Vortunnel Richtung Oerlikon installiert werden. Vorbereitend wurde hierzu im Vortunnel und in der Startröhre eine Nachläuferfahrbahn aus Stahlträgern aufgebaut. Die Nachlaufwagen wurden an der Oberfläche montiert und mittels Pneukran in den Schacht abgesenkt. Der Querverschub bis zur Fahrbahn erfolgte mithilfe eines verfahrbaren Stahlgerüstes, das bis in die Achse der Fahrbahn geschoben werden konnte (Bild 2).

TBM und Rumpfnachläufer nahmen Ende Oktober 2008 die Bohrarbeiten auf. Bis zur Weihnachtspause wurden 102 Ringe à 2  m Breite eingebaut. Während dieser Vortriebsstrecke waren Molasse und Glimmersandstein zu durchörtern und erste Hausunterfahrungen (u.  a. das Radiostudio DRS) zu bewältigen. Die Vortriebsarbeiten blieben ohne Setzungen für die Gebäude, jedoch zeigte sich der Glimmersandstein verschleißträchtiger als erwartet.

Im Januar 2009 begann die zweite Phase für den Aufbau der Vortriebsanlage. Die noch fehlenden Nachläufer für den Sohleinbau und der Rohrlegewagen für die spätere Hydro-strecke mussten ergänzt werden. Daneben waren auch die Materialsilos mit entsprechenden Förderbändern im Vortunnel zu installieren und die Betonmischanlage an der Oberfläche neben dem Schachtkopf aufzubauen. Diese wird den Beton liefern für die Sohle und das Innengewölbe des Tunnels. Ferner war in der Vortriebspause der Sohlbeton und die Sohlauffüllung für die bisher aufgefahre-ne Vortriebstrecke nachzuziehen (Bild 3).

Die aufgezählten Arbeiten waren im Zeitraum bis zum 23. März 2009 zu erledigen, um dann den Leistungsvortrieb aufnehmen zu können. Durch konsequente Arbeitsvorbereitung und enge Nachverfolgung der laufenden Arbeiten konnte dieses gesteckte Ziel erreicht werden. Die Vortriebsarbeiten laufen seither im Einschichtbe-trieb an 5 Tagen/Woche.

1.2 Durchfahren der Felsdepression Buchegg

Etwa 240  m nach Wiederanfahrt der TBM wurde die Felsdepression Buchegg angetroffen. An dieser Stelle taucht der Molassefels bis auf Firstniveau bis leicht darunter ab und es erscheint in der Tunnel-firste eine Kalkbank mit darüber liegendem Lockergesteinshorizont, bestehend aus Grundmoräne, eiszeitlichen Schottern und Moräne. Der Grundwasserhorizont in den Schottern ist dabei durch Brunnen bis auf OK Grundmoräne abgesenkt. Die Depression erstreckt sich über eine Länge von ca. 210 m.

Die Felsdepression war ohne Umstellung der Vortriebsmethode zu bewältigen, daher wurde im Vorfeld ein Sicherheitsplan durch den Projektverfasser ausgearbeitet. In diesem werden die möglichen Ereignisse erfasst und bewertet, entsprechend sind dazu die erforderlichen Regel-, Sonder- oder Zusatzmaßnahmen definiert. Für die Sonder- und Zusatzmaßnahmen sind vom Unternehmer spezielle Geräte und Materialien bereit zu halten. Die Vorhaltung wurde in Absprache zwischen Bauherr, PV und Unternehmung festgelegt. Weiterhin wurde zur Beschleunigung der Bohrarbeiten ein Durchlaufbetrieb für die Phase Felsdepression eingerichtet.

Am 20. April 2009 wurde die markante Stelle erreicht und bis Anfang Mai konnte die Felsdepression ohne Probleme bewältigt werden. Nun ist die TBM unter normalen geologischen Verhältnissen unterwegs und per Anfang Mai 2009 waren ca. 670  m Tunnel aufgefahren.

2 Unterfahrung Südtrakt

Die Aktivitäten waren zu Beginn geprägt von den vorbereitenden Abbruch- und Umbauarbeiten in der Zentralen Anlieferung des Bahnhofs Zürich und dem Shop Ville, dem etappenweisen Einbau einer Hilfsbrücke über den späteren Schacht (Bild 4) neben dem Aufbau, Komplettierung der Installationen und den Installationsplattformen. Die eigentlichen Bauarbeiten am Schacht konnten erst nach Abschluss der Vorbereitungsarbeiten beginnen.

Der Schacht dient zeitlich parallel unterschiedlichen Zwecken und ist daher zweigeteilt. Zum einen werden aus ihm die Längsstollen und der Tunnel unter dem Südtrakt hergestellt, zum anderen die Bauhilfsmaßnahmen für die Ankunft der TBM-Haupttunnel (Injektionen Dichtblock, Großrohrschirm) durchgeführt.

Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten wurden die Schlitzwände der Schachtumschließung in 2 Etappen hergestellt. Teil 1 der Schlitzwand (Bogenschlitzwand Ankunftsseite TBM) wurde im Juli/August 2008 erstellt. Teil 2 für die restlichen Außenwände und die Mittelwand folgte im Oktober bis Dezember 2008, nachdem der Kopfbalken für den ersten Teil abgeschlossen war. Die Schlitzwände wurden in den Molassefels eingebunden. Der Abtransport des Schlitzwandaushubes wurde mittels Mulden bewerkstelligt. Die Entsandungsanlage und die Bentonitvorratsbehälter waren an der Oberfläche vor dem Nordtrakt des Bahnhofs aufgestellt.

Die Schlitzarbeiten waren unter beschränkter Arbeitshöhe (Hmax = 5,75  m) durchzuführen (Bild 5). Das Einheben und Herausholen der Bagger konnte einzig mit dem neben dem Schacht montierten Turmdreh-kran erfolgen, weshalb die Bagger zu diesem Zweck teildemontiert werden mussten.

Auf die Schlitzwandherstellung folgte der Aushub und die Rückverankerung der beiden Schachthälften, wobei unterschiedliche Aushubniveaus realisiert wurden. Auf Seite der Längsstollen war das Aushubniveau ca. 2  m höher als auf der Seite Injektionsblock und Großrohrschirm.

Nachfolgend begann die erste Etappe der Injektionsarbeiten für den Zielblock, d.  h. die oberen 6 Injektionsreihen wurden gebohrt und die Manschettenrohre mit Doppelpacker verpresst. Ende März 2009 war diese Etappe abgeschlossen und es konnten die Installationen für die Pressung der ersten Rohre des Großrohrschirms im Schacht platziert werden. Die erste Etappe umfasst dabei die Rohre Nr. 4, 2, 1, 3, d.  h. alle Rohre, die direkt über der Firs-te des Haupttunnels zu liegen kommen. Sie haben einen Durchmesser DN  1800. Per En-de April 2009 lief der Vortrieb des ersten Rohrstranges mit einer Länge von 125 m.

Die Separationsanlage und Bentonitvorratsbehälter für die Rohrpressungen sind, ca. 300  m entfernt vom Ort der Rohrpressung, auf einer Plattform über der Limmat untergebracht. Deren Gründung besteht aus Holzpfählen, die in den Grund der Limmat gerammt wurden.

In der anderen Schachthälfte wurden zeitgleich die Arbeiten für die erste Rohrschirmetappe der Längsstollen Nord und Süd unter dem Südtrakt des Hauptbahnhof Zürich begonnen (Bild 6). Jeder Rohrschirm besteht aus 27 Rohren mit Durchmesser 140  mm, die von den Ulmenbereichen über der Firste angeordnet sind. Zusätzlich werden über diesen Rohren (in der Firste) nochmals in einer parallelen Reihe 10 weitere Rohre angeordnet zur Verstärkung des Firstsegmentes. Der Achsabstand aller Rohre beträgt jeweils 40  cm. Bei Rohrlängen von 14  m ist die nutzbare Vortriebslänge für den Stollenvortrieb auf 10  m begrenzt. Die Rohrschirmetappen werden in Längsrichtung der Stollen im Sägezahnprofil aneinander gereiht; damit entsteht eine Überlappung von 4  m zwischen den einzelnen Etappen.

Für die Stabilisierung der Ortsbrust während des Vortriebs der Längsstollen werden alle 5  m 26 Injektionsbohranker mit 10  m versetzt, sodass immer 52 Anker die Ortsbrust verstärken.

Per Anfang Mai 2009 waren die ersten Rohrschirmetappen im Nord- und Südstollen fertig gestellt. Der Vortrieb des Stollens Süd hatte begonnen und war am Ende der ersten Rohrschirmetappe angelangt (Bild 7); die zweite Etappe war in Arbeit. Der Vortrieb im Nordstollen kann erst begonnen werden, wenn im Südstollen eine Etappe ausgebrochen ist.

3 Flucht- und Rettungsstollen

In der Ausführungsphase wurde das Konzept bezüglich Notausgängen und Rettungs-stollen gegenüber dem ursprünglichen in der Ausschreibung angepasst. Grundlage hierfür war die Plangenehmigungsverfügung vom 20. De-zember 2006, aufgrund derer die Abstände der Notausgänge im zentralen Bereich des Weinbergtunnels auf rd. 500  m zu verkürzen waren (ursprünglich 1000 m).

Die Optimierung des Konzeptes, beruhend auf einem Unternehmervorschlag, sieht vor, einen zum Haupttunnel parallel geführten Flucht- und Rettungs-stollen (FLRS) zu bauen, dessen Portal beim Einschnitt am Bahnhof Oerlikon liegt. Diese Lösung wurde der Arge Tunnel Weinberg beauftragt.

Nach abgeschlossener Projektierung begannen die Arbei-ten vor Ort im April 2008 mit der Herstellung des Voreinschnittes für den Flucht- und Rettungsstollen auf dem Installationsplatz Oerlikon.

Nach der Erstellung des Voreinschnittes starteten die Vortriebsarbeiten für den Stollen Mitte Juli 2008. Die ersten Meter waren konventionell mit einer TSM aufzufahren. Der Grund lag in der vorherrschenden Geologie, welche aus Lockermaterial im Übergang zum Felshorizont bestand. Dieser Stollenabschnitt hat einen Querschnitt von ca. 20  m2 und schlussendlich eine Länge von 72  m. Während dieser Vortriebsphase erfolgten die Schutterung und die Verladung des Ausbruchs mit einem Pneu-lader auf die Bahn.

Parallel zum Auffahren der ersten Tunnelmeter wurde im Voreinschnitt die Gripper-TBM mit Nachläuferteilen für den anschließenden Maschinenvortrieb in der Molasse aufgebaut. Die TBM hat einen Bohrdurchmesser von 4,75  m. Nach Abschluss der Montage konnte die TBM in den Vortunnel schreiten. Die Bohrarbeiten begannen Ende September 2008 und dauern derzeit noch an. Die Bohrstrecke hat eine Länge von 4387  m und endet am Tiefpunkt des Haupttunnels. Von dort wird der FLRS mittels eines 542  m langen TSM-Vortriebes an die Oberfläche geführt und mündet beim Seilergraben wieder ins Freie (Bild 8).

Die ersten Bohrmeter bis ca. TM 450 waren gekennzeichnet durch Wasserzutritte, Nieder-brüche bis ca. 1,5  m und damit verbunden aufwändigen Sicherungsmaßnahmen. Bedingt war dies durch die Lage der Stollenfirste in der Zone des verschleppten Felshorizontes mit nicht stabilen Gebirgsverhältnissen. Weiter begünstigt wurde dies durch die bankige Struktur der Süßwassermolasse bei horizontaler Lagerung der Schichtpakete. Nach TM  450 besserten sich die geologischen Verhältnisse zusehends, sodass in der Folge die angestrebten Vortriebsleistun-gen erreicht bzw. überschritten werden konnten. Die Leistungen liegen über Wochen bei 110 bis 132  m/Woche mit einer Tageshöchstleistung von 31,5  m/16 h.

Die Hohlraumsicherung geschieht mit Spritzbeton (d = 12  cm), 1 Lage Netzen und Reibrohrankern (l = 2,4  m), ergänzt durch UNP Einbauprofile (Bild 9).

Per Anfang Mai 2009 waren ca. 2000  m Stollen gebohrt, was ca. 45  % der Gesamtstrecke entspricht.

Das Ausbruchmaterial wird über die Bunkersilos und die Materialverladeanlage auf dem Installationsplatz Oerlikon per Bahn abtransportiert. Hierzu wurde das Materialtransport-band aus dem Tunnel mit einem Unterflur-Querband und einem Steigband an die Bunkersilos des Haupttunnelvortriebes angeschlossen.

4 Logistikanlage in Oerlikon

Die Logistikanlage in Oerlikon ist aufgebaut und seit Ende März 2009 mit all ihren Komponenten in Betrieb. Es handelt sich dabei um folgende Einheiten:

Auf der Westseite des Bahn-hofs Oerlikon

– Entladegosse für Kies.

Auf der Ostseite des Bahnhofs

– Bunkersilos für Ausbruch-material aus dem Haupttunnel und dem FLRS

– Verladeanlage für Ausbruch-material

– Materialaufgabe für Aus-bruch aus dem FLRS

– Förderbandsystem zur Ver-bindung der einzelnen Komponenten mit den Vortrieben (Bild 10).

Der Aufbau der Anlage erfolgte in Abschnitten, so wie es die Bedürfnisse der Vortriebe erforderlich machten. Zum Teil waren die Installationsarbeiten (vor allem im Gleisbereich) nur in der Nacht zu bewältigen, da Gleissperrungen vonnöten waren. Mittels dieser Anlage können die Massengüter per Bahn an- und abtransportiert werden.

Betonzuschlag wird durch eine Bandbrücke über die Gleise von Oerlikon und weiter durch den Vorstollen bis zum Schacht-fuß am IP Brunnenhof verfrachtet. Dort sorgt ein Elevator für den Weitertransport an die Oberfläche zu den Bunkern der Betonmischanlage.

Über das gleiche Bandsystem werden die Vorratsbehälter für die Schüttgüter, die im Vortunnel installiert sind, beschickt. Das Hauptband übergibt dabei die Schüttgüter (Wandkies, Si-ckerkies, Perlkies) auf ein Verteilband, das sich über den Silos befindet und diese einzeln befüllen kann. Entleert werden diese Vorratsbehälter über ein Abzugsband, das unterhalb derselben platziert ist. Dieses Abzugsband belädt direkt die Transportfahrzeuge im Tunnel.

Ein separates Band verläuft von der TBM durch den Vor-tunnel bis zu den Bunkersilos in Oerlikon. Damit wird der Tunnelausbruch abgefördert. Von den Bunkersilos erfolgt der Weitertransport in die Verladeanlage und in die Waggons der Bahn.

5 Tübbingproduktion

Für den Tunnelausbau wird ein fünfteiliger Tübbingring mit unten liegendem Schlussstein verwendet. Projektspezifisch sind 3 verschiedene Typen von Tübbingringen herzustellen: Typ A, B für die Molassestrecke des Vortriebes und Typ C für die Hydrostrecke. Die Typen rühren von den abschnittsweise im Tunnel unterschiedlichen Ab-dichtungssystemen des Rohbaus und vom Vortriebssystem her.

Der Unterschied zwischen Typ A und B liegt in der Dicke der Sohltübbinge. Bei Typ B handelt es sich um verstärkte Sohltübbinge mit 60  cm Dicke, während bei Typ A alle Tübbinge durchgängig eine Dicke von 30  cm haben. Diese beiden Typen sind Spreiztübbingringe, die im Bereich des Molassefelses eingesetzt werden.

Typ C unterscheidet sich grundlegend von den anderen beiden. Er ist auf Wasserdichtigkeit ausgelegt und daher mit einer Gummidichtung ausgestattet. Er hat gleichfalls durchgehend eine Dicke von 30  cm, besteht aber aus 6 Teilen plus obenliegendem Schlussstein. Es sind Links- und Rechtsringe geplant.

Alle Tübbinge haben eine Breite von 2,0  m. Für den Tunnelvortrieb sind rd. 2200 Ringe zu produzieren. Die Tübbingproduktion findet ausgelagert am Standort Wilchingen statt. Dort ist ein Fertigteilwerk errichtet worden, ausgestattet mit einer Fabrikationshalle und einem Freilager für die Tübbinge. Die Eigenproduktion erwies sich als die wirtschaftlich günstigste Lösung für die Beschaffung der Fertigteile.

Die Produktion der Tübbinge erfolgt in einer Umlaufproduktion im Wärmerückstauver-fahren. Für die Tübbingtypen A und B ist 1 Typ Schalung vorhanden, der umbaubar konzipiert wurde. Es existieren

3 Schalsätze à 5 Schalungen und 3 Schlusssteinschalungen, die im 2-Schichtbetrieb am Tag 3-mal belegt werden. Somit können in einem 5-Tage Betrieb wöchentlich 225 Tübbinge hergestellt werden. Zurzeit werden Tübbinge vom Typ B hergestellt; nach Abschluss dieser Serie wird auf Typ A umgebaut. Zum Ende der Produktionszeit wird der Typ C in Angriff genommen.

Ab dem Außenlager werden die Tübbinge per Lkw-Trans-port zum Installationsplatz Brunnenhof in Zürich befördert.

6 Ausblick

Im Augenblick sind alle Vortriebe, die im Projekt Weinbergtunnel Abschnitt 3 beinhaltet sind, in Arbeit. Im Bauprogramm ist vorgesehen, dass der Flucht- und Rettungsstollen als erster seinen Zielpunkt erreicht. Geplant ist hierfür Ende Oktober 2009. Bis Ende 2009 wird dann die Gripper-TBM größtenteils demontiert sein.

Der Vortrieb Haupttunnel wird planmäßig im Frühjahr 2010 das Ende der Molassestrecke erreichen. Erst dann kann die Anlage auf den Hydrobetrieb umgestellt werden und anschließend die restlichen 246  m zum Schacht Südtrakt bohren.

Die Vortriebe der Längsstollen dauern bis Ende Jahr 2009, bevor mit den Arbeiten an den Schlitzwänden aus den Stollen heraus begonnen werden kann.