Projektierung und Ausschreibung der 2. Röhre des Pfändertunnels

1 Lage und Verkehrssituation

Der Pfändertunnel bildet die Umfahrung des Raumes Bregenz/A und liegt im Zuge der A 14 Rheintal Autobahn, die als wichtigste Nord-Süd-Verbindung im Vorarlberger Rheintal Bestandteil des transeuropäischen Straßennetzes ist (Bild 1).
Die bestehende von ILF geplante und im Dezember 1980 in Betrieb genommene Oströhre ist dem gestiegenen Verkehrsaufkommen nicht mehr gewachsen. Mit einem durchschnittlichen Tagesverkehr (DTV) von rd. 26 000 Kfz/d ist der Pfändertunnel der meist frequentierte einröhrige Straßentunnel in Österreich. Die Verkehrsprognosen sagen bis 2020 einen DTV von rd. 46 000 Kfz/d vorher, welcher die Kapazität der im Gegenverkehr betriebenen Röhre übersteigt. Daher wurde zur Erhöhung der Kapazität wie auch aus Sicherheitsgründen durch den Straßenbetreiber, die Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-AG (ASFI-NAG), beschlossen, die 2. Röhre (Weströhre) zu errichten.

2 Terminliche Abwicklung

Im August 2003 wurden die ILF Beratende Ingenieure mit der Gesamtplanung der 2. Röhre einschließlich der vorgelagerten Galeriebauwerke sowie der Gewässerschutzanlagen beauftragt. Unter Berücksichtigung des vorgegebenen Trassen- und Gradientenverlaufes der 2. Röh-
re (Weströhre), welcher bereits mit der Planung der Bestandsröhre (Oströhre) festgelegt wurde, sowie der bestehenden Galerie-, Querschlags- und Lüftungsbauwerke wurde auf Basis der aktuellen Richtlinien der Vorentwurf für die 2. Röhre erstellt.
Im Mai 2005 wurde das Projekt zur §4-Verordnung nach Bundesstraßengesetz eingereicht, im Dezember 2005 wurde seitens des zuständigen Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technolo-gie (BMVIT) die entsprechende Verordnung erlassen.
Im September 2005 wurde seitens der ASFINAG entschieden, neben der konventionellen auch die kontinuierliche (maschinelle) Vortriebsmethode zu planen und diese als Alternative auszuschreiben.
Im Januar 2007 wurden die Ausschreibungsunterlagen für die Bauarbeiten der 2. Röhre ausgegeben. Der Vergabevorgang wurde im September 2007 mit der Vergabe an die Bietergemeinschaft Beton- und Monierbau GmbH/Alpine Salzburg abgeschlossen. Die Bauarbeiten wurden im Oktober 2007 begonnen, wobei erstmals bei einem österreichischen Straßentunnel eine Tunnelvortriebsmaschine zum Einsatz kommt.
Mit dem Abschluss der Bauarbeiten und Inbetriebnahme der Weströhre ist Mitte 2012 zu rechnen. Im Anschluss daran wird die Oströhre saniert, so dass der Vollbetrieb beider Röhren ab Mitte 2013 möglich sein wird.

3 Planung der Weströhre
3.1 Technische Daten

Die 2. Röhre ist 6586  m lang. Der Achsabstand zur Bestandsröhre wurde bereits im Zuge der Planung der ersten Röhre mit rd. 70  m festgelegt. Die Längsneigung beträgt analog der Bestandsröhre im Nordabschnitt 0,4  %, im Südabschnitt 0,5  % und der Neigungswechsel befindet sich in Tunnelmitte. Bei den Portalen schließen Einfahrtsgalerien mit Ausfahrten für die Betriebsumkehr an.

3.2 Tunnelregelquerschnitte

Der Querschnitt wird durch das Lichtraumprofil mit 7,50  m Breite und 4,70  m Höhe, die Luftkanäle, den Gehraum und die Unterbringung der Versorgungsleitungen bestimmt (Bild 2).
Für den zyklischen Vortrieb unter Anwendung der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NATM) wurden die Erfahrungen aus dem Bau der ersten Röhre umgesetzt. In Bereichen, in denen hohes Quellpotenzial erwartet wird, wurde ein steifer Ausbau mit tiefem Sohlgewölbe (Bild 2, links) gewählt. Zudem wurde vorgesehen, die Strosse und Sohle bei eingestelltem Kalottenvortrieb von Abstellnische zu Abstellnische nachzuziehen, um die Einflüsse des Baubetriebes hinsichtlich Quellen zu minimieren. Das Betonieren des Innengewölbes sollte gleichfalls in diesen Abschnitten nachfolgen. Bei geringem Quellpotenzial war ein flaches Sohlgewölbe und in Strecken ohne Quellen eine ebene Sohle vorgesehen.
Für den kontinuierlichen Vortrieb mit einer Schild-TBM wurde ein zweischaliger Ausbau gewählt, der den Einsatz von kostengünstigen, nicht abgedichteten Tübbingen mit einer Dicke von 27  cm erlaubt, die mit Perlkies hinterfüllt werden (Bild 2, rechts). Die hinter der Regenschirmabdichtung in den Fugen anfallenden Bergwässer werden unterhalb der erhöhten Seitenstreifen gefasst und in die Sohlentwässerung abgeleitet. Die einschaligen Sohltübbinge werden in einem tixotropen Mörtel versetzt, um die Fugen abzudichten. Für die Verkiesung des First- und Ulmenbereiches sowie für die Vermörtelung der Sohltübbinge wurden strikte Vorgaben in den Vertrag aufgenommen.

3.3 Lüftungssystem

Für die Weströhre musste wie bereits für die Oströhre eine Vollquerlüftung gewählt werden, da gefordert wurde, dass bei einer Betriebssperre der Oströhre die Weströhre im Gegenverkehr ohne Einschrän-kungen betrieben werden kann. Unter Berücksichtigung dass die Schadstoffemissionen seit der Planung der 1. Röhre im Jahre 1976 sich gravierend verringerten, konnten die ursprünglich nur für die 1. Röhre geplanten Lüftungsschächte auch für die 2. Röhre genutzt werden.
Damit wurde erreicht, dass sich gegenüber dem genehmig-ten Projekt keine zusätzliche Umweltbeeinträchtigung ergibt. Die Größe der Luftkanäle im Tunnelbereich resultiert aus dem geringen Frischluftbedarf und den hohen Anforderungen an die Abluftabsaugung im Brandfall mit 120 m³/s.
Die beiden Lüftungszentralen bestehen aus Aufweitungen in Tunnellängsrichtung, von denen jeweils 2 rd. 35  m lange Kavernen quer zur Tunnelachse abzweigen, die in einem Achsabstand von 50  m angeordnet sind. Dieses bereits beim Bau der 1. Röhre gewählte Konzept hat den Vorteil, dass die Kavernen unabhängig vom Tunnelvortrieb hergestellt werden können. In jeder dieser Kavernen sind ein Zuluft- und ein Abluftventilator oberhalb der Zwischendecke angeordnet, welche die 4 Lüftungsabschnitte versorgen. Die Zu- und Abluft-kanäle werden ab den Kavernenenden in Schrägstollen zu den bestehenden Lüftungsschächten der 1. Röhre geführt und an diese angeschlossen (Bild 3, 4).
Die bestehenden Lüftungsschächte weisen eine Höhe von rd. 300  m (Schacht Nord) und rd. 230  m (Schacht Süd) auf. Die Anschlüsse an die Bestandsschächte sollen während Tunnelsperren, die ausschließlich nachts und nur wochentags erfolgen, abgewickelt werden, um die Beeinträchtigungen für den Verkehr durch die Bestandsröhre möglichst zu reduzieren.

3.4 Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen

Die Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen berücksichtigen die Vorgaben der Richtlinie der EU über die Mindestanforderungen an die Sicherheit von Tunneln im Transeuropäischen Straßennetz, die im Jahr 2004 nach einer Serie von schweren Tunnelbränden (Mont Blanc Tunnel, Tauern Tunnel, Gotthard Tunnel) in Kraft gesetzt wurde.
In der z.Zt. der Planung gültigen österreichischen Richtlinie war ein Maximalabstand von 250  m für die Querschläge vorgesehen. Bei der Austeilung der Einrichtungen wurde auf die bestehenden baulichen Anlagen der 1. Röhre Bedacht genommen, daher wurden die jeweils vorgegebenen Maximalabstände unterschritten (Bild 5).
Während der Bauausführung wurde in den sicherheitstechnischen Vorgaben der Maximal-abstand der begehbaren Quer-schläge (GQ) auf 500  m erhöht, so dass nunmehr 2/3 der begehbaren Querschläge entfallen können und nur mehr 8 Stück ausgeführt werden.

3.5 Portalgalerien

Die Einfahrtsgalerien an den Portalen orientieren sich in Art und Aussehen an den be-
nachbarten Bestandsgalerien (Bild 6). Schiebetore zwischen den benachbarten Bauwerken und an den Außenseiten der Galeriebauwerke gewährleisten einerseits den erforderlichen Lärmschutz für die Anrainer und können bei Bedarf durch den Betrieb der ASFINAG per Steuerung im Ereignisfall geöffnet werden.

4 Geologie

Der Pfänder gehört der „aufgerichteten Molasse“ der Mittelländischen Molassezone an. Die Molassegesteine am Pfänder bilden eine Schichtfolge des Neogen (Jungtertiär) und liegen heute als Konglomerate, Sandsteine, Mergelsandsteine, Mergel und Tonmergel vor.
Die Schichtfolgen zeigen generell flaches NNW Einfallen. Die Tunnelachse verläuft größtenteils senkrecht bis stumpfwinkelig, im Süden spitzwinkelig zum Schichtstreichen. Im südlichen Bereich überwiegen grobklastische, im nördlichen Bereich feinklastische Gesteine (Tonmergel und Mergel) mit hohem Quellpotenzial (Bild 7). Das Quellpotenzial geht von den quellfähigen Montmorilloniten aus, deren Anteil an der Ge-samtprobe bis zu 7  % betragen kann. Quellversuche im Labor im Zuge des Baus der 1. Röhre ergaben maximale unbehinderte Quelldrücke von 3,5  MPa und ein maximales freies Heben von 17,8  %.
Die geologische Prognose für die 2. Röhre wurde durch schichtparallele Extrapolation von der 1. Röhre abgeleitet. Erkundungsbohrungen wurden lediglich zur Entnahme von Gesteinsproben zur Ermittlung TVM-spezifischer Kennwerte (CAI, Druck- und Zugfestigkeit) ausgeführt. Die maximale Überlagerung beträgt rd. 350 m.
Im Zuge der Vortriebsarbei-ten für die Bestandsröhre (Oströhre) wurden lediglich untergeordnete Wasserzutritte dokumentiert. Aufgrund der bekannten Grund- und Bergwasserverhältnisse wird auch für die 2. Röhre eine geringe Wasserführung erwartet.

5 Entwurfskonzept der 1. Röhre

Beim Bau der 1. Röhre wurden anfänglich die Quellerscheinungen unterschätzt, da sich diese erst nach Monaten durch Hebungen bis 30  cm bemerkbar machten. Für das Auffahren des kritischen Nordabschnittes wurde folgendes Entwurfskonzept umgesetzt: Es wurde ein bewehrtes Sohlgewölbe in einem Arbeitsgang ohne Längs-teilung hergestellt. Dabei wurde besonders darauf geachtet, kein Betriebswasser auf der Felssohle zuzulassen und diese durch Spritzbeton umgehend zu versiegeln. Das bewehrte Sohlge-wölbe mit mindestens 0,40  m Dicke wurde durch permanente Sohlanker in Abhängigkeit der auftretenden Hebungstenden-zen verstärkt. Diese Beobachtungsmethode wurde deshalb gewählt, weil die im Labor festgestellten Quellparameter nicht auf die Verhältnisse vor Ort übertragen werden können und sich auch zeigte, dass das Quellpotenzial in den in Zenti-meterbereichen sich ändernden Gesteinsschichten stark variiert. Es wurde ein Ankerras-ter entwickelt, welches in 3 Stufen verstärkt werden konnte (Bild 8).
Um das lokale Quellpotenzial abschätzen zu können, wurden in der Sohle Extensometer eingebaut, laufend Gesteinspro-ben entnommen und Wasserlagerungsversuche durchgeführt. Die Disintegration über 24 Stunden ergab Hinweise, ob mit hohem Quellpotenzial zu rechnen ist. Als Kriterium für den Einbau der Zusatzanker wurde festgelegt: Bei Hebungen von weniger als 5  mm im ersten Monat werden keine Anker versetzt; bei Hebungen von 5 bis 10  mm wird der Ankertyp SN I, bei Hebungen von 10–20 mm der Ankertyp SN II und bei Hebungen über 20  mm der Ankertyp SN III eingesetzt.
Sollten die Hebungen nicht abklingen, war vorgesehen, die nächst höhere Ankerklasse einzubauen. Eine ausreichende Beruhigung wurde damit definiert, dass bei einer Extrapolation im semilogarithmischen Maßstab über 20 Jahre nicht mehr als 20  mm Hebungen zu erwarten sind.
Es hat sich gezeigt, dass die Ankerklasse SN I mit einem Aus-bauwiderstand von 0,13  MPa ausreichte und diese nur über 52  % des Nordabschnittes eingesetzt werden musste. Die Ergebnisse der Gleitmikrometermessungen ergaben, dass die Hebungen bis 4  m unter der Sohle überwiegen und sukzessive abklingen (Bild 9).

6 Entwurfskonzept der 2. Röhre
6.1 Ermittlung der Quelldrücke

Für die 2. Röhre wurden keine weiteren Untersuchungen des Quellpotenzials vorgenommen, sondern beschlossen, die Dimensionierung auf der Basis von Rückrechnungen des Defor-mationsverhaltens der 1. Röhre vorzunehmen. Dazu wurden volumetrische Dehnungen im Quellbereich angesetzt. Folgen-de Randbedingungen wurden gewählt:
– das Quellen reicht bis ½ Tunneldurchmesser unter die Sohle
– die maximalen Dehnungen treten in Tunnelmitte auf und nehmen zum Widerlager hin ab, d.  h. dass anisotrope Volumendehnungen vorausgesetzt wurden
– die Spannungsinvariante bestimmt das Quellverhalten
– 50  % der Quelldehnungen treten vor Einbau der Anker, 50  % nach Einbau der Anker auf (dies ist ein Ergebnis einer Parametervariation von 25  %, 50 %, 75 %).
Die Berechnungen wurden mittels FE-Programm getrennt für zyklischen und kontinuierlichen Vortrieb durchgeführt.

6.2 Sohlausbau für zyklischen Vortrieb

Im Gegensatz zur 1. Röhre wurde für die 2. Röhre ein steifer Ausbau der Sohle gewählt, obwohl sich das Entwurfskonzept der 1. Röhre über nahezu 30 Jahre bewährt hat. Der Grund liegt darin, dass die Anker in der Sohle auf Dauer nur mit hohem Aufwand kontrolliert werden können. Die Form des Sohlgewölbes wurde hinsichtlich des Kraftflusses optimiert, wobei sich die Trennung des Spritzbetongewölbes vom Ortbetongewölbe mittels Trennschicht als vorteilhaft erwiesen hat.
Gewählt wurde ein tiefes bewehrtes Sohlgewölbe mit Min-destdicke 50  cm in Sohlmitte, das sich gegen den Spritzbeton und eine 35  cm dicke Innenschale im Gewölbe abstützt. Die Rückrechnung ergab einen gesamten Quelldruck von 250 bis 450  kPa, der sichelförmig verteilt ist, und im Widerlagerbereich höher ist, da der Ausbau in diesem Bereich steifer reagiert (Bild 10).

6.3 Sohlausbau für kontinuierlichen Vortrieb

Der Sohlausbau für kontinuierlichen Vortrieb ist durch die Kreisform der TBM vorgegeben; die Sohltübbinge sind einschalig und weisen eine Dicke von mindestens 55  cm auf, die sich aus dem zweischaligen Ausbau des Gewölbes ableitet. Da beim Bau der 1. Röhre eine zeitliche Entwicklung der Quellerscheinungen beobachtet wurde, wurde angenommen, dass auf den Sohltübbing nur ein Teil des vollen Quelldruckes wirkt, bevor das Innengewölbe eingebaut ist. Auf Grund der Kreisform ist der Quelldruck gleichmäßig verteilt, im ersten Stadium beträgt der Quelldruck in der Sohlmitte 300  kPa, im Endzustand 500 kPa (Bild 11).

7 Ausschreibung und Vergabe
7.1 Besonderheiten

Beim Bau der 1. Röhre wurde vorab ein Richtstollen mit 2 offenen TBM erfolgreich vorgetrieben. Deshalb wurde bereits bei der 1. Röhre sowohl ein zyklischer Vortrieb  nach der Neuen Österreichischen Baumethode wie auch ein TBM-Vortrieb ausgeschrieben. Das Angebotsergebnis ergab, dass damals der Sprengvortrieb wirtschaftlicher war. Für die 2. Röhre wurde auf Grund der Marktentwicklung ein Vortrieb mit einer TBM mit Schild als konkurrenzfähig angesehen und daher in der Ausschreibung berücksichtigt.
Für den kontinuierlichen Vortrieb mit TBM-S wurde ein Leitentwurf einschließlich Leistungsverzeichnis (Leit-LV) erstellt, der die Basis für ein Alternativangebot bildete und der Gleichwertigkeitsbeurteilung der Angebote diente. Von der ASFINAG wurde in den Ausschreibungsgrundlagen festgelegt, dass bei Abgabe eines Alternativangebotes für Tunnelbau mit kontinuierlichem Vortrieb im Sinne der Aus-schreibung kein ausschreibungsgemäßes Angebot zum Auftraggeber-Entwurf für Tunnelbau mit zyklischem Vortrieb abgegeben werden musste.
Weiters wurden in den Ausschreibungsgrundlagen für das Alternativangebot Tunnelbau mit kontinuierlichem Vortrieb Sonderbestimmungen hinsichtlich der Nachweise, der Haftung und Risikotragung, der Kostentragung sowie Kalkulation und Erstellung der Preise aufgenommen.

7.2 Sonderbestimmungen für kontinuierlichen Vortrieb

In den Ausschreibungsgrundlagen wurde definiert, dass mit einem TVM-Alternativangebot
– ein Technischer Bericht mit Daten für die TVM,
– ein statischer Nachweis des Tübbingringes sowie
– ein Leistungsverzeichnis mit Massenermittlung bei Änderungen gegenüber dem TVM-Leit-LV abzugeben sind. Für die Ausarbeitung des Alternativangebotes wurde eine Vergütung gewährt.
Die Ausführungsplanung für die Baudurchführung mit einer Tunnelvortriebsmaschine wird der Sphäre der ausführenden Baufirmen zugerechnet und ist durch diese beizustellen.
Hinsichtlich Risikotragung für eine alternative Baudurchführung wurden dem Ausführenden jedenfalls eine Mengen- und Vollständigkeitsgarantie für die von der Alternative bestimmten Bauteile und eine Übernahme der Haftung für den gesamten Planungsumfang jenes Teiles, auf den die Alternative Einfluss hat, überbürdet.
Als Eignungskriterien für TVM-Alternativen wurden zum Nachweis der technischen Leistungsfähigkeit der Baufirmen Referenztunnelprojekte mit einer Tunnelbohrmaschine mit Schild oder Doppelschild, mit einem Mindestbohrdurchmesser über 6  m, einem Tübbingausbau und einer Gesamtlänge von 3000  m definiert. Für das zugehörige Schlüsselpersonal - den Bauleiter Maschinenvortrieb, den Leiter der Tübbingherstellung und einen Vortriebsmaschinenfahrer – wurden Nachweise entsprechender Baustellenerfahrungen gefordert.

7.3 Zuschlagkriterien

Zur Beurteilung der Angebote wurde neben dem Preis die Qualität der Angebote herangezogen. Im Zuge der Angebotsprüfung wurden die Angaben des Bieters wie in Tabelle 1 dargestellt bewertet.
Hervorzuheben ist, dass als Kriterium Umwelt die Länge der Transportwege und die Art der Beförderungsmittel eingeführt wurden mit dem Ziel, die Auswirkungen auf die Umwelt während der Bauzeit zu minimieren.

7.4 Angebotsergebnis

Von 5 Bietergruppen wurden insgesamt 8 Angebote abgegeben, und zwar:
– 3 Angebote für Tunnelbau mit zyklischem Vortrieb
– 4 Alternativangebote für Tunnelbau mit kontinuierlichem Vortrieb und
– 1 Alternativangebot für Tunnelbau mit zyklischem Vortrieb.
Die Kosten für das Baulos Pfändertunnel 2. Röhre einschließlich der vorgelagerten Anschlußstellenbereiche betragen netto 123 Mio. Euro ohne Ausrüstung.