1. Aufgabenstellung

Die Bundesstraße B 462, die neben der B 500 die wichtigste Verbindung zwischen dem Rheintal und dem Schwarzwald darstellt, verläuft zwischen Rastatt und Freudenstadt im Murgtal und durchquert in diesem Zuge auch die Stadt Gernsbach. In der Ortslage Gernsbach ist die Bundesstraße in zwei Richtungsfahrbahnen getrennt. Durch die Mischung von Ziel-, Quell- und Durchgangsverkehr sowie insbesondere auch durch den Fremdenverkehr sind beide Straßen trotz Richtungstrennung an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit angelangt.

Erste Planungen für eine Durchgangsstraße in Tieflage wurden bereits Anfang der 80er Jahre durchgeführt. Es wurden mehrere Varianten untersucht, bevor die jetzige Trasse mit dem 1527 m langen Tunnelbauwerk am 15. Juni 1990 planfestgestellt wurde. Mit Fertigstellung der Maßnahme ist der Durchgangsverkehr vom Quell- und Zielverkehr getrennt und somit die Innenstadt von Gernsbach erheblich entlastet.

Der Tunnel unterquert auf der Südseite auf ca. 50 m Länge die Bahnlinie Rastatt - Freudenstadt, deren Betrieb während der Bauausführung aufrechterhalten werden mußte. Hierfür kam eine Behelfsbrücke der Deutschen Bahn AG mit 3 x 24,5 m Länge während der Bauzeit zum Einsatz.

Die Grundrißgeometrie des Bauwerkes wird durch die Trassierung der Strecke mit Radien zwischen 280 m und 900 m bei vorgeschalteten Klothoiden bestimmt. Die Gradiente wechselt von einem Gefälle von 4 % bis 1 % in eine Steigung von 4 %. Unter dem infolge des Neigungswechsels entstehenden Tiefpunkt im Tunnel war ein Auffangbecken anzuordnen.

Die Realisierung des Tunnels und damit die Herausnahme eines großen Teils des Verkehrs aus der Ortsdurchfahrt bietet für Gernsbach die besondere Chance für eine städtebauliche Neuordnung und Entwicklung des Innenstadtbereiches zwischen Murg und Bahnlinie und zwischen Bahnhof und Ebersteinbrücke.

Durch eine ansprechende Gestaltung der beiden Tunnelportale in Verbindung mit den Lärmschutzwänden der anschließenden Rampen (Tröge) sollte sich das Bauwerk nicht nur harmonisch in das Ortsbild einfügen, sondern zugleich mit seiner ansprechenden Architektur den jeweiligen Standort der Tunneleinfahrten bereichern.

2. Bauwerksentwurf

2.1 Baugrund- und Grundwasserverhältnisse

Zur Erkundung der geologischen und hydrologischen Verhältnisse wurden im Rahmen der Projekt- Vorbereitung 27 Bohrungen entlang der Tunneltrasse abgeteuft. Aufgrund der Bohrergebnisse kann die Tunnelstrecke sowohl morphologisch als auch geologisch in zwei Abschnitte untergliedert werden, wobei der Wechsel etwa in Tunnelmitte liegt.

In der südlichen Tunnelhälfte durchfährt der Tunnel eine stärker gegliederte Hangschulter östlich des Murgtals. Hier steht unter einer dünnen Deckschicht zunächst quartäres Lockergestein in einer Mächtigkeit bis 5,0 m an, das hauptsächlich aus Verwitterungsschutt des Granits mit Schluffbeimengungen besteht. Unter dieser quartären Deckschicht liegt gering bis mäßig stark geklüfteter Granit.

Die nördliche Tunnelhälfte quert die fast ebene, dicht bebaute Talaue des Murgtals. Auch hier steht ca. 5,0 m mächtiges quartäres Lockergestein an, das jedoch aus Auenschotter besteht. Darunter wurde massiges bis grob gebanktes Fanglomerat des Oberrotliegenden angetroffen. Die Fanglomerate setzen sich aus kantigem Gesteinsschutt, aus Granitbruchstücken, Feldspaten und Quarzkörnern, die durch eine tonig, sandige Matrix verkittet sind, zusammen.

Der Tunnel schneidet über seine gesamte Länge unter der Murgtalaue in die ständige Grundwasser- oberfläche ein. Dies hat zur Konsequenz, daß der Tunnel als druckwasserhaltendes System ausgebaut werden mußte. Im bergmännischen Tunnelabschnitt wurde hierzu ein rundum abgedichteter Querschnitt mit ausgerundeter Sohle, in der offenen Bauweise ein Rechteckquerschnitt als wasserundurchlässige Betonkonstruktion hergestellt.

2.2 Tragwerk, Abdichtung

Das gesamte Bauwerk mit einer Länge von 1820 m besteht aus der nördlichen und südlichen Rampe mit 120 m bzw. 173 m Länge und dem 1527 m langen Tunnel Gernsbach.

Der Tunnel selbst wurde auf eine Strecke von 1230 m in bergmännischer Bauweise vorgetrieben, die restlichen 297 m konnten in offener Bauweise hergestellt werden. Die Trogbauwerke in den Rampenbereichen mußten aufgrund der hydrologischen Verhältnisse als Grundwasserwannen ausgeführt werden.

Die Querschnittsgestaltung des Tunnels wird im wesentlichen durch den für den Straßenquerschnitt freizuhaltenden lichten Raum, den für dasLüftungssystem erforderlichen Zuluftquerschnitt und durch die geologischen Verhältnisse des zu durchörternden Gebirges bestimmt.

Für den bergmännischen Teil des Tunnels mit einer Firstüberdeckung von 11 - 30 m wurde deshalb ein annähernd kreisförmiger Querschnitt gewählt, um den Lichtraum des Regelquerschnittes RQ 12 t mit einer Fahrbahnbreite von 7,50 m einschließlich Randstreifen und beidseitigen 1,0 m breiten Notgehwegen zu garantieren.

Der in offener Bauweise hergestellte Tunnel erhielt einen Rechteckquerschnitt. Die lichte Durchfahrtshöhe im gesamten Tunnel beträgt einheitlich 4,50 m.

Unter Berücksichtigung statischer und geologischer Kriterien wurde als Querschnitt des bergmännischen Tunnels ein Korbbogenprofil mit Innenradien von 5,45 m in der Kalotte, 5,05 m in der Ulme und 8,90 m in der Sohle gewählt, denen Übergangsradien von 3,0 m bzw. 2,50 m zwischengeschaltet werden. Die Innenschalendicke beträgt in der Regel 0,40 m und wurde nur in dem um 2,50 m aufgeweiteten Querschnitt im Bereich der Haltebuchten auf 0,50 m erhöht.

Unterschiedlicher Belastung des Tunnelquerschnittes wurde durch Variation des Bewehrungsgrades in der Tunnelschale Rechnung getragen.

Durch die Wahl des Lüftungssystems als Halbquerlüftung war im Tunnel ein Zu- und Abluftkanal mit ca. 7,5 m2 vorzusehen.

Der Luftkanalquerschnitt ist im Firstbereich des Tunnels angeordnet und vom Regellichtraumprofil mit einer 20 cm starken Stahlbetondecke abgetrennt.

Da der gesamte Tunnel im Grundwasser liegt, mußte für den Querschnitt ein druckwasserhaltendes System mit Sohlgewölbe zur Anwendung kommen, womit garantiert wurde, daß die Bergwasserverhältnisse nach Fertigstellung des Tunnels wieder ihren ursprünglichen Zustand erreichen konnten.

Nach Fertigstellung des gesamten Tunnelvortriebs erfolgte im bergmännischen Tunnel die Abdichtung, bevor die Tunnelinnenschale betoniert werden konnte. Als Abdichtung kam erstmals für eine gesamte bergmännisch hergestellte Tunnelstrecke das System einer doppellagigen, gekammerten, vakuumprüfbaren und reparierbaren Abdichtung zur Anwendung. Gegenüber der herkömmlichen einlagigen Tunneldichtung aus Kunststoffbahnen zeichnet sich diese technisch anspruchsvolle Lösung durch eine höhere Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit aus. Bei dem System der zweilagigen Abdichtung, welches in [3] ausführlich und detailliert beschrieben ist, kommen mit Vakuumanschlüssen versehene Kunststoff- Kissen, bestehend aus einer Außen- und einer Innenlage, zur Anwendung. Mit Hilfe des in den einzelnen Kissen aufgebauten Vakuums kann über Vakuummanometer die Dichtigkeit und der Zustand der Dichtung während Bau und Nutzung jederzeit kontrolliert werden.

Sowohl die rechteckigen Rahmen des in offener Bauweise hergestellten Tunnelteils als auch die Trogbauwerke wurden als wasserundurchlässige Betonkonstruktion hergestellt.

2.3 Betriebseinrichtungen, Ausstattung

Zur Unterbringung sämtlicher für die Elektro- Versorgung und Lüftung des Tunnels notwendigen Einrichtungen sowie von Aufenthalts- und Bedienungsräumen für das Wartungspersonal wurde eine Betriebszentrale erforderlich, die etwa in Tunnelmitte ca. 15 m von der Tunnelachse entfernt oberirdisch angeordnet ist. In die Betriebszentrale, in der sich Räume für die 20 kV-Schaltanlage, das Notstromaggregat einschließlich Öllager, die unterbrechungsfreie Stromversorgung, die Niederspannungsverteilung, die Schalt- und Steueranlage sowie die Raumbelüftungsaggregate befinden, sind auch der Zuluftschacht des Tunnels sowie der Ausgang der Fluchttreppe integriert.

Der gesamte Tunnelbetrieb wird automatisch überwacht und über ein digitales Leittechniksystem ferngesteuert, wobei für alle Betriebsvorgänge autarke Vor-Ort-Steuerungen installiert sind. Sämtliche Meldungen und Meßdaten werden je nach Zuständigkeit zur Straßenmeisterei, zur Polizei und zur Feuerwehr übertragen. Durch die Polizei sind bei Bedarf Eingriffe in automatische Steuerabläufe möglich.

Die Energieversorgung erfolgt aus dem Mittelspannungsnetz des Badenwerks über ein 20 kV-Ringkabel, das in die Betriebszentrale eingeschleift wird.

Generell werden die Sicherheitssysteme, die Feuermeldeanlage, die Hinweisleuchten, die Meß- und Regelanlagen und die Nachtdurchfahrtsbeleuchtung unterbrechungsfrei betrieben. Mit Ersatzstrom wird die Grundlüftung/Brandnotlüftung (50 %) sowie der Eigenbedarf der Zentralen abgedeckt. Ausschließlich netzabgesichert sind die obere Leistungsstufe der Tunnelbelüftung und die Adaptationsbeleuchtung.

Als Lüftungssystem erhielt der Tunnel eine reversierbare Halbquerlüftung. Hierfür wurde über dem Fahrraum eine Zwischendecke eingezogen, um einen Luftverteilerkanal zu erhalten, in welchen Zuluft-/ Abluftschlitze im Abstand von 5,0 m eingebaut werden.

Im Regelbetrieb wird Frischluft mit Hilfe von Axialventilatoren, die vertikal in den in die Betriebszentrale integrierten Zuluftschacht eingebaut sind, angesaugt und über den Luftverteilerkanal durch die Deckenschlitze in den Fahrraum eingeblasen. Die Abluft entweicht über die beiden Portale. Im Brandfall wird die Luftförderrichtung der Ventilatoren umgekehrt, so daß der Rauch über die Deckenschlitze aus dem Fahrraum in den Luftkanal abgesaugt und von dort über den Lüftungsschacht ausgeblasen wird. Die Frischluft strömt hierbei über die beiden Portale nach. Durch das gewählte Lüftungssystem bleibt im Brandfall der Fahrraum rauchfrei und kann als Fluchtweg genutzt werden.

Der Tunnel wird mit Natriumdampfhochdrucklampen in einreihiger Anordnung beleuchtet, die aus Wartungsgründen außermittig zur Tunnelachse angeordnet werden. Die Adaptationsstrecke erhält eine Gegenstrahlbeleuchtung, die Innenstrecke eine Mischkonstrastbeleuchtung.

In den Eingangsbereichen des Tunnels wird mit einer Adaptationsbeleuchtung der Helligkeitswechsel zwischen Außenlicht und Tunnelbeleuchtung möglichst gut angeglichen. Mit einem System von Leuchtdichtemeßgeräten vor den Portalen wird diese erforderliche Adaptationsbeleuchtung vollautomatisch in Abhängigkeit von der Außenhelligkeit in verschiedenen Stufen geschaltet.

Insgesamt sind 15 Notruftelefone im Tunnel in Nischen vorgesehen. Zusätzlich befinden sich in den Notrufnischen zwei für den Autofahrer zugängliche 6 kg-Trockenlöscher sowie ein Hydrantenanschluß für die Feuerwehr. Ein Brand wird im Tunnel durch ein automatisches Linienfeuermeldesystem erfaßt, wobei jeder Notrufnische ein Brandmeldebereich zugeordnet ist. Die Verständigung der Rettungsdienste untereinander und nach außen wird über eine Funkanlage mit Sende- und Empfangsmöglichkeit sichergestellt. Im Vorfeld des Tunnels und im Tunnel selbst ist eine Verkehrslenkungsanlage mit Wechselverkehrszeichen und Signalanlagen installiert. Bei Brand oder Behinderungen werden Notprogramme vollautomatisch eingeleitet.

Das Oberflächenwasser wird über Pumpanlagen in die städtische Kanalisation geleitet.

Zur Erreichung eines optimalen Lärmschutzes wurden die Wände in den Trogbereichen mit hochabsorbierenden Schallschutzelementen versehen.

2.4 Bauweise

Mit dem Bauwerksentwurf wurde für jeden Bauabschnitt eine den jeweiligen topographischen, geologischen und hydrologischen Verhältnissen entsprechende Bauweise vorgegeben.

Als Baugrubenverbau wurde ein wasserdichter, rückverankerter Spundwandverbau gewählt, der auf dem unter den Überlagerungsschichten anstehenden, weitestgehend wasserdichten, unverwitterten Fels einbinden sollte. Vor dem Einrütteln der Spundbohlen mußten überschnittene Vorbohrungen mit einer Felsschnecke durchgeführt werden, um die in den Überlagerungsschichten vorhandenen Findlinge zu zerkleinern. Die Restbaugrube im wenig wasserdurchlässigen Fels konnte mit 85° abgeböscht und mit bewehrtem Spritzbeton und Ankern gesichert werden.

Maßgebend für die Herstellung der Portale und Tröge in den Rampenbereichen, die ebenso wie ein Teil des Tunnels (297 m) in offener Baugrube hergestellt wurden, war die Gewährleistung der Grundwasserumläufigkeit im Endzustand. Deshalb wurden die Trogstrecke und die Tunnelabschnitte in offener Bauweise in wasserundurchlässigem Beton monolithisch ohne Arbeitsfugen mit Blocklängen von 8,80 m für den Tunnelquerschnitt und 8,65 m für die Trogstrecke hergestellt. Da der Tunnelquerschnitt und die Trogstrecke die natürliche Grundwasserströmung wie eine Barriere unterbrechen, mußte, um die Grund- wasserströmung aufrechtzuerhalten, ein Groß-flächendüker eingebaut werden. Hierfür wurde zwischen Baugrubensohle und Sohlplatte des Bauwerkes und in den seitlichen Arbeitsräumen ein Filterbetonpaket vorgesehen, welches dem Grundwasser ein Umfließen des Bauwerkes nach dem Ziehen der Spundwände ermöglicht.

Da für den bergmännischen Vortrieb eine ausreichende Felsüberdeckung vorhanden sein muß, konnte der Tunnel erst ab km 0 +515 bzw. 1 + 745 bergmännisch aufgefahren werden. Der Tunnelvortrieb sollte zweckmäßigerweise nach den Regeln der Spritzbetonbauweise durchgeführt werden. Der Ausbruch erfolgte dabei in der Regel durch Bohren und Sprengen, wobei für den Sprengvortrieb ein gebirgsschonendes Sprengen zur Vermeidung von schädlichen Auswirkungen auf das den Hohlraum umgebende Gebirge und die direkt über dem Tunnel liegende Bebauung vorgegeben wurde.

Direkt nach dem Sprengabschlag und unmittelbar nach dem Abtransport des Ausbruchmaterials wurden die freigelegten Gebirgsflächen entsprechend den gebirgsmechanischen und tunnelbautechnischen Erfordernissen durch einen Sicherungsverbau gestützt. Nach dem Einbau der im direkten Abschlagsbereich notwendigen Sicherungsmittel und der Vervollständigung der Sicherung in den nachfolgenden Feldern konnte der nächste Abschlag in Angriff genommen werden.

3. Bauausführung

Der Auftrag zur Bauausführung wurde im Rahmen einer öffentlichen Ausschreibung auf den ursprünglichen Bauwerksentwurf an eine Bietergemeinschaft aus 4 Firmen vergeben, Sondervorschläge kamen nicht zur Anwendung.

Der Bau des in bergmännischer Bauweise hergestellten Tunnelbauwerkes, welches von Norden aufgefahren wurde, erfolgte in 2 Arbeitsgängen. Zuerst mußte der abschnittsweise vorgetriebene Ausbruchquerschnitt gesichert und stabilisiert werden, um in einem zweiten nachlaufenden Arbeitsgang nach der Abdichtung das endgültige tragende Betoninnengewölbe (bewehrt) blockweise von Süd nach Nord einzubauen.

Der Ausbruch des Gesamtquerschnittes wurde in 3 Teilausbrüchen - Kalotte, Strosse und Sohlgewölbe - räumlich und zeitlich gegliedert. Beginnend in der Kalotte wurde in Abschlagslängen, die in Abhängigkeit von den Gebirgsverhältnissen zwischen 0,65 m bis 2,50 m variierten, das Gebirge durch gebirgsschonendes Sprengen gelöst. Direkt nach dem Sprengabschlag und Abtransport der Ausbruchmassen erfolgte die Sicherung der freigelegten Gebirgsflächen entsprechend gebirgsmechanischer und tunnelbautechnischer Erfordernisse. Als Sicherungsverbau kamen Spritzbeton, Betonstahlmatten, Stahlanker, Stahlspieße und stählerne Tunnelbögen in der jeweilig erforderlichen Dimension und Kombination zur Anwendung. Nach Stabilisierung des Gebirges wurde im 2. Arbeitsgang ca. 150 m hinter dem Kalottenausbruch mit dem Ausbruch der Strosse in Abschlaglängen von 1,20 m - 5,00 m begonnen, die Sicherung erfolgte analog. Der Sohlausbruch erfolgte im Regelfall im Vorlauf zum Betoneinbau.

Die Ausbruchmassen, welche über Muldenkipper aus dem Tunnel gefahren wurden, konnten nach entsprechender Aufbereitung größtenteils sowohl für den Straßenbau als auch als Hinterfüll- bzw. Frostschutzmaterial für die Tunnelmaßnahme wiederverwendet werden.

Nach Fertigstellung des gesamten Tunnelvortriebs (Ausbruch und Sicherung) mußte der Tunnel rundum in Sohle und Gewölbe druckwasserhaltend mit der bereits im Pkt. 2.2 beschriebenen, doppellagigen Abdichtung, die mit einem speziellen Verlegewagen eingebaut wird, abgedichtet werden. Gegen diese Abdichtung wurde die 40 cm dicke, bewehrte Tunnelinnenschale abschnittsweise getrennt nach Sohle und Gewölbe betoniert.

Für die Nachbehandlung des Betons kam ein Nachläuferwagen mit affiner Geometrie zum Gewölbe, der mit einer wärmedämmenden Isolierhaut ausgestattet ist, zum Einsatz.

Im Gewölbequerschnitt wurde oberhalb des Fahrraumes nachträglich durch Einziehen einer 20 cm dicken Zwischendecke der Luftkanal für die Frischluftversorgung des Tunnels hergestellt.

Für die Herstellung des in offener Bauweise auszuführenden Tunnelteils waren folgende Arbeitsschritte erforderlich:

• Auflockerungsbohrungen und Spundwandverbau im oberen Bereich
• Baugrubenaushub und Böschungssicherung mit Ankern und bewehrtem Spritzbeton im Felsbereich
• Einbau eines Filterpaketes zwischen Baugrubensohle und Sohle des Bauwerkes
• abschnittsweises Herstellen des Tunnelquer- Schnittes in Blocklängen von 8,80 m
• Ziehen der Spundwände
• Abdichtung der Tunneldecke von außen
• Hinterfüllen der Arbeitsräume mit wasserdurchlässigem Filtermaterial
• Rekultivierung

Die Herstellung der Tröge in den Rampenbereichen erfolgte analog.

4. Literatur

[1] Straßenbauamt Karlsruhe, Bauleitung Bühl: Broschüre B 462 Tunnel Gernsbach

[2] Regierungspräsidium Karlsruhe: Entwurfs- und Ausschreibungsunterlagen, Bauwerksbuch

[3] Maier, G., Kuhnhenn, K.: Ausführung und Erkenntnisse mit der doppellagigen Abdichtung im Tunnel Gernsbach Fachzeitschrift Tunnel 9/96 

 

• Land: Deutschland
• Region: Baden-Württemberg
• Tunnelnutzung: Verkehr
• Nutzungsart: Straßentunnel
• Auftraggeber: Regierungspräsidium Karlsruhe
• Bauweise: Geschlossen
• Vortrieb: Sprengvortrieb
• Auskleidung: Spritzbeton
• Anz. Röhren: 1
• Gesamtlänge: 1527 m, davon 297 m offen
• Querschnitt: 90 m²
• Herstellkosten: 93 Mio. DM
• Bauzeit: 1992-1996 (~ 4 Jahre)
• Fertigstellung: ~Herbst 1996