Tunnel Hochwald, BAB A71

1. Aufgabenstellung

Mit dem Bau der Bundesautobahn A 71 von Erfurt nach Schweinfurt im Zuge des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr. 16 wird die Verkehrsinfrastruktur wesentlich und nachhaltig verbessert. Die BAB A 71 erschließt das nördliche Unterfranken und Südthüringen, verbindet die fränkischen und thüringischen Wirtschafts- und Fremdenverkehrs- Zentren und stellt eine leistungsfähige Verkehrsverbindung zwischen Südwestdeutschland, Nordbayern und Thüringen her.

Die Kammquerung des Thüringer Waldes im Zuge der A 71 gilt aufgrund der dichten Aufeinanderfolge unterschiedlicher Ingenieurbauwerke als der technisch aufwendigste Neubauabschnitt aller Verkehrsprojekte Deutsche Einheit-Straße. In dem knapp 20 km langen Teilstück zwischen der Anschlussstelle Geraberg und dem Autobahndreieck Suhl liegen die drei Großbrücken Schwarzbachtal (352 m), Wilde Gera (552 m) und Steinatal (340 m) und vier Untertagebauwerke mit einer Gesamtlänge von 12,6km.

Ausgehend von der am Nordrand von Zella-Mehlis gelegenen Senke Schneidersgrund unterquert der Tunnel Hochwald in einer Länge von 1.058 m den Höhenrücken des Hochwaldes und endet am Rande des Industriegebietes nördlich von Suhl.

Die Strecke der BAB A 71 wird im Vollausbau gebaut, d. h. für jede Richtungsfahrbahn ist eine eigene Röhre erforderlich. Der Achsabstand der Richtungsfahrbahnen beträgt im Tunnel und in den Portalbereichen 25 m. In der auf der Südseite anschließenden Strecke verringert sich der Achsabstand der Richtungsfahrbahnen auf 11,00 m. Im Norden wird der Achsabstand nicht verringert, da sich nördlich der Anschlussstelle 16 das Südportal des Rennsteigtunnels befindet.

Die beiden Tunnelröhren, die im Abstand von ca. 360 m durch zwei Querschläge verbunden werden, liegen auf der gesamten Länge in der Geraden. Die Querneigung zu den äußeren Fahrbahnrändern beträgt jeweils 2,5%.

Im Einschnittsbereich am Südportal sind wegen der Reduzierung des Achsabstandes der Richtungsfahrbahnen auf der freien Strecke Verziehungsbogen mit R = 5.000 m angeschlossen. Im Bereich des Nordportals haben die Richtungsfahrbahnen einen geraden Trassenverlauf.

Die Gradients der Strecke wurde im Bereich des Tunnels so gewählt, dass ein fallender Vortrieb möglichst vermieden wird. Daher verläuft der Tunnel mit Ausnahme der Ausrundungen an beiden Portalen von Süd nach Nord mit einer konstanten Steigung von 0,501 %.

Die freie Strecke der BAB A 71 weist einen Regelquerschnitt RQ 26 auf. Entsprechend dem prognostizieren Verkehrsaufkommen wurde für den Normalbereich des Tunnels ein Regelquerschnitt RQ 26 t (ohne Standspur) gewählt. Dieser Querschnitt hat je Tunnelröhre eine Fahrbahnbreite von 2 x 3,50 m zuzüglich eines beiderseitigen Randstreifens von je 0,25 m Breite sowie seitlichen Notgehwegen von jeweils 1,00 m. Die lichte Höhe des Verkehrsraumes beträgt 4,50 m.

Im Gewölbebereich über dem Fahrraum waren entsprechend den betriebstechnischen Erfordernissen die Strahlventilatoren, die Tunnelbeleuchtung und die Verkehrsbeeinflussungsanlagen zu berücksichtigen. Für die Verlegung von Kabeln wurde der Bereich unter den Notgehwegen genutzt. Unter der Fahrbahn liegen die Leitungen für die Straßenentwässerung und Sohldränage sowie eine Hydrantenleitung.

Unter Berücksichtigung der Erfordernisse und der geotechnischen Eigenschaften des Gebirges wurde für das Regelprofil ein Gewölbequerschnitt aus zusammengesetzten Korbbögen entwickelt, der die vorgegebenen Zwangspunkte aus Lichtraum und Einbauten eng umschließt und im gesamten Tunnel, mit Ausnahme der erforderlichen Aufweitungsbereiche im Bereich der Anschlussstelle am Nordportal, konstant bleibt. Aus technischen Gründen wurde davon abgesehen, das Tunnelprofil mit dem Verlauf der Fahrbahn zu drehen. Damit ist die Symmetrielinie des Tunnels immer vertikal ausgerichtet. Die geneigte Fahrbahnachse ist an Fahrbahn- Oberkante gegenüber der Tunnelachse um 3 cm verschoben, um wegen der Querneigung des Lichtraumprofiles den Ausbruchsquerschnitt zu reduzieren.

Für den Aufweitungsquerschnitt im Bereich des Nordportals wurde der Gewölbequerschnitt des Regelprofils entsprechend der zusätzlich erforderlichen Spurbreite um 3,50 m aufgeweitet. Durch den hierfür aus statisch-konstruktiven Gründen erforderlichen minimalen Gewölbestich vergrößert sich die Gewölbehöhe über der Fahrbahn gegenüber dem Regelquerschnitt um 0,75 m.

Die Lage der Portale, Länge und Tiefe der Voreinschnitte sowie die Abschnittslängen der offenen und geschlossenen Bereiche ergaben sich aus den topographischen und geologischen Randbedingungen. Zur Vermeidung tiefer Voreinschnitte und zur Begrenzung der Eingriffe in den Waldbestand wurde die Überdeckung im Portalbereich auf das für einen bergmännischen Vortrieb noch vertretbare Minimum reduziert. Die Böschungsneigungen im Bereich der Voreinschnitte wurden durch die natürliche Standsicherheit des anstehenden Baugrundes bestimmt und variieren dementsprechend in einem Bereich von 30° - 50°.

Die maximale Überdeckung beträgt im Mittelbereich des Tunnels etwa 45 m und nimmt zu den Portalen hin langsam ab. Mit Ausnahme der Portalbereiche ist meist eine Überdeckung von mehr als 20 m vorhanden. Die minimale Überdeckung bei den bergmännischen Anschlägen beträgt ca. 6-8 m.

2. Bauwerksentwurf

2.1 Geologische Verhältnisse

Der Tunnel Hochwald liegt auf volle Länge im Granit der Suhler Scholle, einer nordwest-südost gerichteten Hochstruktur des Thüringer Waldes. Der Granitkomplex des Hochwaldes wird von zahlreichen Ganggesteinen (Quarzporphyr und Aplitte) durchzogen und ist insbesondere im oberflächennahen Bereich teilweise tiefgründig verwittert oder verkrustet. Der anstehende Granit bzw. Granitersatz wird von geringmächtigem Hangschutt überlagert.

Der Tunnel verläuft in beiden Portalbereichen und im Nordbereich abschnittsweise in der Verwitterungs- bzw. Anwitterungszone des Granits. Der Mittelabschnitt und der Südbereich liegen weitgehend im harten Granit. Nach der geotechnischen Prognose war im Bereich des unregelmäßig vergrusten Granits am Südportal mit gebrächem bzw. sehr gebrächern bis leicht druckhaftem Gebirge zu rechnen. Dies kann untergeordnet auch in der Forstquellen- Talmulde und im unmittelbaren Bereich des Nordportals auftreten. Ansonsten wurde im Bereich der Forstquellen-Talmulde und der Granitscholle am Nordportal nachbrüchiges bis stark nachbrüchiges Gebirge erwartet. In der Granitscholle des Hochwaldes (mittlerer und südlicher Tunnelbereich) wurde standfestes bis nachbrüchiges, teilweise auch stark nachbrüchiges Gebirge prognostiziert. Im Bereich des Südportales reicht die Verkrustungszone teilweise bis in den Sohlbereich. Hier kann das Gebirge auch die Eigenschaft von Lockermaterial haben.

Gebirgswasser bzw. Grundwasser ist im Granit lediglich in Form von Kluftwasser vorhanden. Wegen der starken Durchlässigkeitsunterschiede zwischen der oberflächennahen Verwitterungszone, der stark klüftigen Zone in den oberen 20-40 m und dem tieferen, deutlich weniger geklüftetem Gebirge ergibt sich eine gewisse Stockwerksbildung mit deutlich höherer Wasserführung in aeroberen Zone. Der Spiegel in der oberen Zone schwankt, je nach jahreszeitlichen Niederschlagsverhältnissen, im Bereich von ca. 1-2 m. Der maximale Wasserspiegel liegt im mittleren Tunnelabschnitt ca. 30 m über der Tunnelfirste und fällt zu den Portalen bis auf 0 m ab.

2.2 Tragwerk, Abdichtung

Der Tunnel ist als zweischalige Gewölbekonstruktion mit einer Abdichtungsschicht aus Kunststoff-Dichtungsbahnen zwischen Innen- und Außenschale des Tunnelgewölbes ausgeführt.

Aufgrund der geologischen bzw. hydrologischen Verhältnisse ist in beiden Röhren ein in der Sohle offener Gewölbequerschnitt auf nahezu der gesamten Länge möglich. Lediglich im Bereich des Südportals war wegen der dortigen ungünstigeren Gebirgsverhältnisse auf einer Länge von ca.60-70 m der Einbau einer gewölbten Sohle erforderlich. Die Außenschale des Regelquerschnitts besteht je nach Gebirgsverhältnissen aus unbewehrtem Spritzbeton mit einer Dicke von 5 cm bzw. aus bewehrtem Spritzbeton mit einer Dicke von 10-25 cm. Die Innenschale hat in der Regel eine Dicke von 30-35 cm, welche in den Portalbereichen auf mindestens 40 cm verstärkt wird. Die Dicke der Sohle im Bereich des geschlossenen Sohlgewölbes beträgt 40-50 cm. Bei den Querschnittsaufweitungen im Bereich des Nordportals war es erforderlich, die Querschnittsdicke auf 40-50 cm zu erhöhen. Die Innenschale wurde in den zentralen Abschnitten des Tunnels aus unbewehrtem Beton B 25 (frost- und tausalzbeständig) hergestellt.

Die Blockfugenabstände betragen 10m; alle Blockfugen im bergmännischen Bereich wurden als Pressfugen ausgebildet. Am Übergang zu den in offener Bauweise erstellten Portalblöcken wurden Dehnfugen angeordnet.

Unterhalb der Notgehwege wurden Betonsockel zur Auflagerung der Schlitzrinne bzw. der erforderlichen Leerrohre für Kabel und der Kabelschächte ausgebildet. Für die Notgehwege wurde oberhalb der einbetonierten Kabelleerrohre eine 20 cm dikke Kappenbetonplatte mit einem Betonrandstein bzw. mit einer Schlitzrinne als Abschluss angeordnet.

Die geologischen Verhältnisse und die wirtschaftlichen Randbedingungen erlauben es den Bergwasser- bzw. Kluftwasserdruck um den Tunnel mit einer lokalen Grundwasserabsenkung durch ein dauerhaft wirkendes Dränagesystem abzubauen. Für die Tunnelröhre wurde eine Abdichtung nach dem Regenschirmprinzip gewählt, die lediglich das zusickernde Bergwasser den Dränageleitungen zuführen soll. Dies geschieht für das sohloffene Gewölbe durch ein Abdichtungssystem, bestehend aus einem Schutzvlies und der eigentlichen Dichtungshautaus mindestens 2 mm dicken Dichtungsbahnen auf PE-Basis, die bis zur Bergwasserdränage geführt wurde. Im Bereich des Querschnitts mit Sohlgewölbe wurde die Sohle in WU-Beton ausgeführt.

Die Abdichtung der Tunnelröhren aus Kunststoffbahnen ist an der Portalwand mittels einer Klemmleiste verwahrt. An der Rückseite der Portalstützwand ist eine vertikale Sickerschicht angeordnet

2.3 Betriebseinrichtungen, Ausstattung

Die Betriebsüberwachung und Steuerung ist von der Tunnelwarte am Südportal und im Rahmen des Gesamtkonzeptes der Kammquerung von der Autobahnmeisterei Suhl vorgesehen.

Die Tunnelröhren haben eine Beleuchtung mit Adaptationsstrecken nach den Empfehlungen der RABT. Die Beleuchtung erfolgt mit an der Tunnelfirste angeordneten Leuchten, die aus Wartungsgründen ca. 80 cm in die rechte Fahrspur verschoben wurden. Im Bereich der Adaptationsstrecke arbeitet die Beleuchtung nach dem Negativkontrastprinzip, die Innenbeleuchtung und die Nachtbeleuchtung nach dem Mischkontrastprinzip.

Da eine natürliche Belüftung des Tunnels aufgrund seiner Länge, des zu berücksichtigenden Brandfalles und des möglichen Gegenverkehrsbetriebes bei Sperrung eines Tunnels nicht ausreichend ist, wurde eine mechanische Tunnelbelüftung vorgesehen.

Die Steuerung der Tunnellüftung im Normalbetrieb erfolgt mittels im Tunnel angeordneter CO- und Sichttrübungsmessgeräte. Mit drei Schaltstufen können bei Überschreitung der einstellbaren Grenzwerte die Ventilatoren jeweils paarweise, der jeweiligen Situation angepasst, betrieben werden. Die Lüftungseinrichtung entspricht wegen der Kolbenwirkung durch die Fahrzeuge im Regelfall der Fahrtrichtung.

Die Abluft wird an den Portalen ausgeblasen. Die daraus resultierende zusätzliche Immissionsbelastung in den Portalzonen führt zu keiner Überschreitung der dort zulässigen Grenzwerte.

Zur Vermeidung von Lüftungskurzschlüssen sind an beiden Portalen zwischen den Richtungsfahrbahnen nach vorn abgeschrägte Trennwände mit ca. 35 m Länge angeordnet.

An beiden Portalen befindet sich eine Lichtzeichenanläge, um den Tunnel in besonderen Fällen kurzfristig sperren zu können.

Nachdem die Länge des Tunnels mit 1.056 m nur geringfügig über der in der RABT genannten Grenzlänge von 1.050 m liegt, wurden keine Pannenbuchten vorgesehen. Zwischen beiden Röhren wurden im Abstand von 360 m zwei Querschläge angeordnet, die in Verbindung mit den seitlichen Notgehwegen als Flucht- und Rettungswege dienen und durch beleuchtete Fluchtwegmarkierungen gekennzeichnet sind.

Im Tunnel sind im Abstand von 180 m Notrufnischen mit Brandmeldeeinrichtungen und Handfeuerlöschern angeordnet. Unmittelbar an den Portalen sind Notrufsäulen vorhanden. Im Hinblick auf eine in allen Tunneln der Kammquerung der BAB A 71 gleiche Brandschutzeinrichtung wurde auch in diesem Tunnel eine Hydrantenleitung verlegt, die Hydranten sind jeweils gegenüber den Notrufnischen angeordnet. Die direkte Versorgung der Leitung aus dem öffentlichen Netz ist nicht gesichert. Daher wurde am Betriebsgebäude ein Zwischenspeicher für die erforderliche Löschwassermenge und eine Druckerhöhungsanlage vorgesehen. Außerdem wurde in beiden Tunneln eine Fernsehbeobachtungsanlage sowie eine Funkanlage installiert.

Die Stromversorgung des Tunnels erfolgt als Ringeinspeisung an den Portalen über entsprechende Einspeisungsleitungen aus dem öffentlichen Stromnetz. Für die Stromversorgung im Notfall ist eine Batterieanlage (USV-Anlage) im Betriebsgebäude vorhanden. Das zentrale Betriebsgebäude ist auf der Ostseite des Südportales angeordnet. Es wurde so in die Voreinschnittsböschung eingebunden, dass nur die Vorderfront zur Straßenseite hin sichtbar ist. Die Gestaltung entspricht dem vorgegebenen architektonischen Konzept für die Kammquerung.

3. Bauverfahren

Der Hochwaldtunnel wurde auf eine Länge von 1.040 m in bergmännischer Bauweise im Sprengvortrieb aufgefahren. Im Bereich des Nordportals bzw. des Südportals wurden je Tunnelröhre 8,5 m bzw. 7,5 m lange Abschnitte in offener Bauweise hergestellt. Die Böschungen der temporären Voreinschnitte wurden, soweit statisch erforderlich mit Spritzbeton, Baustahlgewebe, Bodennägel und Boden-/Felsankern gesichert.

Der Ausbruch erfolgte im Bohr- und Sprengverfahren in gebirgsschonender Bauweise. Für die jeweiligen Bauzustände wurde das anfallende Bergwasser gefasst und über bauseitige Entwässerungsleitungen bzw. Sohldränagen abgeführt.

Nach Herstellung der Voreinschnitte und der Luftbogenstrecken an den Tunnelanschlagspunkten wurde der Ausbruch und die Sicherung für den Bereich der geschlossenen Bauweise durchgeführt. Dazu wurde der Hohlraum im Sprengvortrieb zunächst abschnittsweise ausgebrochen und temporär je nach Erfordernis mit einem kombinierten System aus Spritzbeton, Baustahlgewebe, Felsankern und Stahlbögen gesichert.

Die Gebirgsverhältnisse ließen zumindest in Teilbereichen einen Vollausbruch des Querschnittes nicht zu. Deshalb wurde der Ausbruchsklassifizierung grundsätzlich eine Unterteilung des Querschnittes in Kalotte, Strosse und Sohle zugrunde gelegt. Im Bereich der Querschnittsaufweiterung am Nordportal und in Bereichen mit ungünstigen Gebirgsverhältnissen (z. B. Anschlagsbereich am Südportal) war eine weitere Unterteilung des Kalottenquerschnittes in eine halbseitig vorausei-lende Kalotte und eine in kurzem Abstand nachgezogene Kalottenhälfte erforderlich.

Ausbruch und Sicherung des Tunnels erfolgten in steigendem Vortrieb vom Südportal aus, um im Hinblick auf den Bergwasseranfall die Kosten der Wasserhaltung gering zu halten und das Ausbruchmaterial auf kurzem Weg zur Wiederaufbereitung zu bringen. Die beiden Tunnelröhren wurden - beginnend mit der Oströhre - versetzt parallel aufgefahren.

Wo es die Gebirgsverhältnisse erforderten, wurde in einem weiteren Arbeitsgang in kurzem Abstand zum Strossenausbruch die tiefere Sohle ausgebrochen und das Sohlgewölbe unmittelbar danach eingebaut, um einen schnellen Ringschluss sicherzustellen.

Anschließend wurde im Gewölbebereich das Abdichtungssystem aus Kunststoffbahnen aufgebracht und nachfolgend die Betoninnenschale als Tragsystem für den Endzustand eingebaut. Die Herstellung des Betons der Innenschale erfolgte unter Verwendung eines fahrbaren Schalwagens in Abschnitten von jeweils 10 m. Im Bereich der offenen Bauweise wurde die Tunnelschale mit Konter- Schalung hergestellt. Um das Schwinden der frisch betonierten Abschnitte zu minimieren, werden durch die Zugabe von Flugasche zum Zement Betons mit geringer Rissneigung ausgeführt. Nach den hierfür entsprechend optimierten Betonrezepturen wurden zusätzlich hinter dem Schalwagen Nachbehandlungswagen entsprechend den Anforderungen der ZTV-Tunnel, Teil 1 eingesetzt.

Anschließend wurden dann die restlichen Rohbauarbeiten für den Innenausbau und die Straßenbauarbeiten im Tunnel ausgeführt.

4. Literatur

[1] BAB A 71 Erfurt - Schweinfurt Tunnel Alte Burg und Hochwald. Faltblatt der DEGES, September 1998

 

 

• Land: Deutschland
• Region: Thüringen
• Tunnelnutzung: Verkehr
• Nutzungsart: Autobahntunnel
• Auftraggeber: DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH
• Planung: EDR GmbH
  
• Ausführung: Walter Bau AG, Jäger Baugesellschaft mbH
• Bauweise: Geschlossen
• Vortrieb: Sprengvortrieb
• Auskleidung: Ortbeton
• Anz. Röhren: 2
• Gesamtlänge: 2 x 1056 m
• Querschnitt: Hufeisenprofil 76,3 bis 94,2 m²
• Kosten Rohbau: 23,5 Mio. Euro
• Bauzeit: 07/1998 bis 11/2001 (41 Monate)
• Inbetriebnahme: 2003