1. Allgemeines

Insbesondere seit Beginn der Industrialisierung ist die Elbe eine wichtige Lebensader Hamburgs; sie stellt jedoch auch ein „ärgerliches" Hindernis für den Nord-Süd-Verkehr, der sich mit einem großräumigen binnenländischen Markt in Deutschland entwickelte, dar. Erst Ende des letzten Jahrhunderts entstanden die Eisenbahnbrücken über die Süderelbe sowie die Straßenbrücke über die Norderelbe. Dies blieb für lange Jahre die einzige leistungsfähige Verbindung Hamburgs in Richtung Süden. Der 1911 eröffnete alte Elbtunnel an den Hamburger Landungsbrücken mit seinen Fahrstühlen an beiden Tunnelenden diente lediglich der direkten Anbindung der Hafen- und Industriegebiete südlich der Elbe. Eine weitere Straßenverbindung entstand 1963 im Zuge des Neubaues der Autobahn A 1 im Osten des Hamburger Stadtgebietes.

Eine spürbare Entlastung des innerstädtischen Straßennetzes Hamburgs wurde jedoch erst mit der 1975 eröffneten westlichen Umgehung BAB/A 7 geschaffen, deren Kernstück der neue Elbtunnel mit seinen drei Röhren und sechs Fahrstreifen zwischen Othmarschen und Waltershof ist. Der Tunnel war für eine Verkehrsbelastung von 70.000 Kfz/Tag ausgelegt, in Spitzenzeiten wurde in den drei Tunnelröhren eine Verkehrsbelastung von bis zu 140.000 Kfz/Tag erreicht, was eine Erweiterung des Tunnels zwingend erforderlich machte.

Mit dem Bau der 4. Röhre Elbtunnel, der im Herbst 1995 begann, wird die Leistungsfähigkeit des Elbtunnels deutlich erhöht und die Sicherheit für die Tunnelbenutzer weiter gesteigert.

Aufgrund der schwierigen Bauaufgabe wurde 1986 ein internationaler Ideenwettbewerb mit elf erfahrenen Baufirmen durchgeführt. Hierdurch sollte einerseits erreicht werden, dass die Angaben im nachfolgenden Planfeststellungsverfahren nicht durch die spätere Ausschreibung und eine dadurch eventuell bedingte Neuauslegung korrigiert werden müssen und andererseits neueste Techniken im Tiefbau sowie innovative Details der Bauverfahren in das Planfeststellungsverfahren einfließen konnten. Das Verfahren wurde zwischen 1988 und 1990 mit über 7.500 Einwendungen durchgeführt.

Im Laufe des Verfahrens beim OVG mussten jedoch von der Baubehörde zahlreiche Sicherungsmaßnahmen detailliert zugesagt werden. Hierzu gehörten u.a. der Einsatz einer besonderen Tunnelvortriebsmaschine, umfangreiche Eignungsprüfungen für die Tübbinge, die Entwicklung und der Einsatz von Geräten zur Baugrundvorauserkundung, auch aus der Tunnelvortriebsmaschine heraus, die vorherige Erprobung von Boden-lnjektionsmaßnahmen für durchzuführende Gebäudeunterfahrungen in und aus einem Probeschacht sowie eine umfangreiche Qualitäts- und Beweissicherung.

Wegen fehlender Finanzierungsmöglichkeiten wurde 1990 die Projektbearbeitung vorerst eingestellt und erst 1992 wieder aufgenommen, als das Bauvorhaben von der Bundesregierung in die Liste der Pilotprojekte für eine über Banken durchzuführende private Vorfinanzierung eingestellt werden konnte.

Bei diesem Finanzierungsmodell wurde der Bau zunächst über eine private Finanzierung, die mit den Bauleistungen ausgeschrieben wurde, vorfinanziert und durch den Bauherrn nach Fertigstellung und Abnahme der Baumaßnahme in 15 gleichen Jahresraten aus dem Straßenbauhaushalt zurückerstattet.

2. Bauwerksentwurf

2.1 Lage und Querschnitt

Die 4. Röhre des Elbtunnels liegt westlich des vorhandenen Tunnels, der die Elbe in einem Winkel von 45° unterquert. Sie ist im Mittelteil etwa 50 m von ihm entfernt. Die S-förmige Trasse bindet im Norden bei der Ausfahrt Othmarschen im Einschnitt an die BAB A 7 an und im Süden an die dort aufgeständerte Autobahn. Im endgültigen, betriebsbereiten Zustand wird die 4. Röhre ausschließlich von Norden nach Süden mit einem sehr hohen Anteil an Lkw's befahren. Deshalb erhält die Röhre je zwei 3,75 m breite Fahrstreifen, einen 2 m breiten Standstreifen und zwei je 0,50 m breite Gehwege.

Die 4. Röhre unterquert die Elbe bei einer Fahrwassertiefe von über 15 m, sie wird durch drei zwischen 15 und 70 m lange Quertunnel mit einem Innendurchmesser von 3,50 m mit dem bestehenden Tunnel verbunden. Die Gesamtausbaustrecke der Maßnahme hat eine Länge von 4.402 m. Die Länge der geschlossenen Tunnelstrecke beträgt 3.100 m, wovon 2.561 m im Schildvortrieb aufgefahren wurden.

An die Schildvortriebsstrecke schließt im Nordbereich ein rund 430 m langer Tunnel an, der in Schlitzwandbauweise erstellt wurde. Parallel dazu wurden die drei vorhandenen Röhren um 160 m nach Norden verlängert. Auf der Überbauung wurde eine neue Betriebszentrale für die gemeinsame Verkehrssteuerung der vier Röhren installiert. Die Verlängerung der Tunneldecke über den drei Röhren erfolgte im Taktschiebeverfahren, um die Verkehrsstörungen in den drei Röhren so gering wie möglich zu halten.

Im Südbereich der Schildvortriebsstrecke erfolgt die Einfädelung der 4. Röhre in die vorhandene Hochstraßenrampe über einen ca. 100 m langen Tunnel in offener Bauweise, eine ca. 290 m lange Trogstrecke und eine ca. 175m lange Verbreiterung der vorhandenen Hochstraße. Über der Tunnelstrecke wurde ein weiteres Betriebsgebäude für die Versorgung des Südabschnittes errichtet.

2.2 Geologie

Die beim Bau der 4. Röhre Elbtunnel zu bewältigende Geologie ist sehr heterogen (Sande, Kiese, Tone und Geschiebemergel), hinzu kommen organische Bodenbereiche (Schlick, Torf) und Einlagerungen Z.B. im Geschiebemergel, gegebenenfalls unter Wasserüberdruck stehende Sandlinsen sowie Geröllfelder und große Blöcke (Findlinge).

Die Durchörterung dieser Geologie in Verbindung mit setzungsempflindlicher Bausubstanz sowie äußerst geringen Überdeckungshöhen im Bereich der Elbsohle (minimal ca. 7 m) stellt selbst für den modernen Tunnelbau eine Herausforderung dar. Sie ist nur möglich, wenn dem Tunnelbauer vor Ort weitgehende Informationen über Struktur und Art des Baugrundes vor der Tunnelvortriebsmaschine mit einer Ortsbrust von ca. 150 m² vorliegen.

Zum Zeitpunkt der Beauftragung der Baumaßnahme standen für den hier beschriebenen Einzelfall keine Standardverfahren für permanente Baugrundvorauserkundungen zur Verfügung. Gleichwohl befinden sich weiterhin einige unterschiedliche geophysikalische Verfahren in der Entwicklungsphase und es können Verfahren aus benachbarten Einsatzbereichen modifiziert bzw. übertragen werden.

Es war daher nach dem abgeschlossenen Bauvertrag Aufgabe der Arge 4. Röhre Elbtunnel, im Rahmen dieser Baumaßnahme den neuesten Entwicklungsstand respektive den Stand von Wissenschaft und Technik zur Anwendung kommen zu lassen, um eine bestmögliche Vorauserkundung des Baugrundes zu erreichen.

In einem umfangreichen Untersuchungsprogramm wurde daher in ihrem Auftrage die Eignung verfügbarer geophysikalischer Verfahren geprüft und diese wurden im Hinblick auf die geologischen Insitu- Verhältnisse im Bereich der Trasse kalibriert.

Im Rahmen der Baumaßnahme 4. Röhre Elbtunnel wurde damit eine über das bisher übliche Maß hinausgehende Vorgehensweise zur Erkundung von Tunneltrassen beschritten, wobei festgestellt werden konnte, dass die seismischen Verfahren unter Wasser die besten Ergebnisse erzielten. Eine entsprechende Technik wurde im Schneidrad der Schildvortriebsmaschine installiert.

2.3 Der einschalige Ausbau in Tübbings

Die im Schildvortrieb hergestellte 4. Röhre des Elbtunnels erhielt einen einschaligen Ausbau aus Stahlbetontübbings. Für die Gesamtlänge des im Schildvortrieb herzustellenden Tunnels von 2.560 m wurden 1.280 Tunnelringe mit insgesamt 11.520 Tübbings benötigt. Mit einem Tunnel-lnnendurchmesser von 12,35 m und einem Durchmesser des Schild- Vortriebes von 14,25 m ergibt sich aus den statischen Anforderungen eine Tübbingdicke von 0,70 m.

Die gewählte 45°-Ringteilung führt zu 8+ 1 =9 Tübbings, d.h. 6 Normalsteine, 2 Kontersteine und 1 Schlussstein. Die Tübbings besitzen eine mittlere Breite von 2,00 m und eine größte Länge von ca. 5,30 m und ihre Einzelmassen betragen bis zu ca. 18 t. Sie sind damit die größten jemals hergestellten Tübbings.

Die Armierung des Tübbings besteht aus einer Rasterbewehrung an allen Außenflächen, verbunden durch Bügelkörbe. Die Längsfugen erhalten eine volle Abdeckung der Spaltzugkräfte. Um die Scher-Kräfte abzudecken, werden die Längsfugen mit sog. Leitermatten unterlegt. Insgesamt ergibt sich eine Bewehrung von ca. 130 kg Stahl je m3 Beton; die Betongute ist dabei B 45. Das gesamte Herstellverfahren der Tübbings ist darauf abgestellt, diese hohe Betongute gezielt zu erreichen. Die maximale zulässige Abweichung von den Sollmaßen der in robusten Stahlschalungen herzustellenden Tübbings durfte zum Beispiel in der Breite nur 0,6 mm betragen.

2.4 Die Dichtungselemente

Die Ringfuge ist eine Nut-Federkonstruktion mit einseitig unter 45° verlaufender Schrauben-Dübel- Verbindung. Die Längsfuge ist beidseitig glatt mit einer kreuzweise verlaufenden Verschraubung. Zur Übertragung der Pressenkräfte der Tunnelvortriebsmaschine auf die Tunnelringe werden Hartfaserplatten in die Kontaktflächen der Ringfugen eingelegt. Ferner werden sog. Kaubitstreifen zur Aufnahme der Koppelkräfte zwischen den Ringen und den versetzten Einzelsteinen eingeklebt. Eine Besonderheit stellte die Fugendichtung dar. Aufgrund der großen Tübbingdicke und möglicher Fugenbewegungen durch den Einfluss der hohen Wasserdrücke von über 50 m Wassersäule bei höchsten Flutwasserständen und der äußerst schwierigen Boden- Verhältnisse wurde eine zweifache Dichtungsband- Konstruktion gewählt. Innen- und Außenbänder, gebirgsseitig ca. 8 cm und tunnelinnenseitig ca. 10 cm vom Rand gelegen, werden durch Stege miteinander verbunden, so dass um einen Tübbing herum 4 Kammern entstehen, die es ermöglichen, eine eventuell entstehende Leckage zu lokalisieren und bei Leckagen gezielt zu verpressen.

Die beiden Profilstränge bestehen aus EPDM-Kautschuk, sind je 56 mm breit und 32 mm dick. Bei der Montage werden die Bänder zweier benachbarter Tübbings auf 60 % der Dicke zusammengepresst. Damit sind sie in der Lage, auch größere Öffnungsbewegungen ohne Leck aufzunehmen. Das Material ist auf eine Lebensdauer von über 100 Jahren geprüft.

2.5 Die Fluchttunnel und Notausgänge

Die drei Fluchttunnel zwischen der 4. Röhre Elbtunnel und der Weströhre des vorhandenen Elbtunnels sind ein wesentlicher Bestandteil der Sicherheitseinrichtungen und des Fluchtwegekonzeptes. Sie sind jeweils in einem Abstand von rund 1000 m voneinander angeordnet, bzw. rund 500 m von den Tunnelportalen entfernt. Durch diese Aufteilung liegt der 1 5 m lange Fluchttunnel Nord oberflächennah im Bereich der Nordrampe und kann als Stahlbetonrahmenkonstruktion in offener Bauweise errichtet werden. Der 70 m lange Fluchttunnel Mitte und der 30 m lange Fluchttunnel Süd liegen in ca. 30 m bis 25 m Tiefe im nördlichen und südlichen Uferbereich des Flussbettes der Elbe. Sie verbinden jeweils die Schildvortriebsstrecke der 4. Röhre mit den Lüfterbauwerken Süd und Mitte des vorhandenen Elbtunnels. Aufgrund der großen Tiefe und der zugehörigen Wasserdrücke werden diese beiden Fluchttunnel aus der 4. Röhre heraus als Rohrvortriebe mit einem Haubenschild als Teilschnittmaschine aufgefahren.

Um für-den Fluchtweg einen lichten Raum von 2,50 m Breite und 2,50 m Höhe zu erhalten, werden Stahlbeton-Vortriebsrohre mit einem Innendurchmesser von 3,50 m und einem statisch erforderlichen Außendurchmesser von 4,40 m eingesetzt. Alle drei Fluchttunnel sind durch Brandschutztüren von den Fahrräumen der angrenzenden Tunnelröhren abgetrennt. Durch eine eigene Lüftung werden die Fluchttunnel immer mit Frischluft von außen versorgt und es wird ein kleiner Luftüberdruck erzeugt, der die Verrauchung dieser Fluchtwege im Brandfall verhindert.

2.6 Die Rampenbauwerke

Durch die geometrischen Zwangspunkte in der Gradiente der 4. Röhre Elbtunnel entstehen am nördlichen und südlichen Ende Bereiche, in denen die Überdeckung über der Tunnelröhre zu gering für einen Schildvortrieb ist. In diesen beiden Bereichen, der so genannten Nordrampe und Südrampe, wird der Tunnel bis zu den Portalen hin in offener Bauweise errichtet. Hier wird auch die 4. Röhre Elbtunnel baulich mit den vorhandenen drei Röhren des Elbtunnels zusammengeführt, so dass der Tunnelbenutzer für alle vier Röhren den Eindruck eines einheitlichen Tunnelbauwerks gewinnt.

Vor dem Nordportal des vorhandenen Elbtunnels ist eine Rasterstrecke angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine offene Rampe in einem Geländeeinschnitt, die durch Winkelstützwände auf der Ost und Westseite, sowie Leitwänden zwischen den einzelnen Röhren begrenzt ist. Oberhalb der Leitwände befindet sich eine Rasterdecke, die dem Autofahrer die Anpassung an den Helligkeitswechsel zwischen 4. Röhre Elbtunnel Hamburg Tageslicht und der künstlichen Tunnelbeleuchtung erleichtern soll. Für diese Adaptation sind nach heutiger Technik jedoch keine baulichen Vorkehrungen mehr erforderlich, sondern sie erfolgt durch eine speziell geschaltete Beleuchtung, die so genannte Adaptationsbeleuchtung, im Portalbereich des Tunnels. Durch den hieraus folgenden Entfall der Rasterdecke vor dem ehemaligen Nordportal wird es möglich, den Bereich der ehemaligen Rampe mit ihren Wänden durch eine Überdeckelung zu einem Tunnel umzubauen.

3. Tunnelsicherheit und Tunnelbetrieb

Neben den im Abschnitt 2.1 beschriebenen drei Fluchttunneln in die benachbarte Weströhre wird ein hohes Maß an Sicherheit im Elbtunnel grundsätzlich dadurch gewährleistet, dass die vier Röhren rund um die Uhr per Video von der Tunnelbetriebszentrale aus überwacht werden. Im Notfall können die Personen im Tunnel per Lautsprecherdurchsagen informiert und geleitet und ggf. auch über ihre Autoradios angesprochen werden.

3.1 Lüftung

Die 4. Röhre erhält eine dem neuesten Standard entsprechende Lüftungsanlage. Da die neue Röhre nur im Richtungsverkehr befahren wird, genügt hier als Betriebslüftung eine reine Längslüftung mittels 68 Strahlventilatoren, die gruppenweise im Süden und im Norden des Tunnels angeordnet werden. Als Besonderheit wird die Lüftung im gesamten Elbtunnel künftig nicht nur in Abhängigkeit von der Messung der CO- und Sichttrübungskonzentrationen, sondern auch durch eine ständige Kontrolle der NO^-Werte an allen vier Seiten der Tunnelportale gesteuert.

Für den Brandfall ist in der Tunnelfirste ein separater Rauchabzugskanal angeordnet. Hier wird das System der punktuellen Rauchabsaugung umgesetzt. Im Brandfall öffnen sich automatisch durch Linienmelder oder manuell von der Betriebszentrale ausgelöst Rauchabzugsklappen; jeweils vier Stück bilden über die Tunnelbreite einen Absaugungsschlitz. Der Abstand von Klappenreihe zu Klappenreihe beträgt 60 m. Geöffnet werden grundsätzlich mindestens zwei Klappenreihen, nämlich die dem Brandort unmittelbar zugeordnete und die in Fahrtrichtung folgende Klappenreihe. Im Normalbetrieb sind jedoch alle Klappen geschlossen.

Axialventilatoren an den beiden Tunnelenden, die in Abluftkaminen angeordnet sind, erzeugen einen Unterdrück im Rauchabzugskanal und fördern die Brandgase zu den Tunnelenden.

Die Deckenkanalkonstruktion besteht aus einer an den Tübbingausbau angehängten, mit Brandschutzplatten bekleidete Edelstahldecke. Zusammen mit der Brandschutzbekleidung des Tübbingausbaus wird damit ein hochtemperaturresistenter Rauchabzugskanal gebildet. Trotz konstruktionsbedingter Leckluftmengen kann die Absaugung unmittelbar im Bereich des Brandereignisses - auch bei so genannten „kalten Bränden" mit großer Rauchentwicklung -je nach Ort des Brandereignisses noch etwa 240 m3/s fördern.

3.2 Tunnelbetriebszentrale

Das organisatorische Zentrum und damit das Herzstück der Sicherheit am Elbtunnel ist die Tunnelbetriebszentrale. Sie ist rund um die Uhr besetzt. Dabei nimmt einerseits jeweils ein Polizist alle für die Überwachung und Steuerung des Verkehrs erforderlichen und andererseits ein Betriebstechniker des Tunnelbetriebes alle betriebstechnischen Aufgaben wahr. Verstärkt wird dieses Personal durch die permanente Anwesenheit der Feuerwehr, die von einem eigenen Arbeitsplatz am Bedienpult Rettungsmaßnahmen einleiten und koordinieren kann.

Das wichtigste Hilfsmittel hierbei ist die lückenlose Fernsehüberwachung mittels Kameras im Tunnel und in den Tunnelweichenstrecken, deren Bilder auf eine Monitorwand übertragen werden. Diese Monitore sind in eine Mosaikwand integriert, auf der zusätzlich die Funktionen aller Verkehrseinrichtungen abgebildet sind und Fehlfunktionen oder Ausfälle unmittelbar angezeigt werden. Die Betriebszentrale ist damit das Herzstück und Schaltzentrum des gesamten Elbtunnels und ein unverzichtbares Sicherheitselement.

Neben den genannten Überwachungs- und Steuerungsfunktionen hält die Feuerwehr an beiden Tunnelenden Einsatzfahrzeuge mit entsprechender Besatzung in Bereitschaft. Diese ständige Bereitschaft hat bisher sichergestellt, dass bei Liegenbleibern, Unfällen und insbesondere bei Bränden innerhalb kurzer Zeit geschultes Personal mit entsprechender Ausrüstung vor Ort ist und geeignete Maßnahmen ergreifen kann. Für den Brandfall bedeutet es, dass sofort erste Löschmaßnahmen ergriffen werden, möglichst um zu verhindern, dass sich große Brände entwickeln.

3.3 Verkehrsbeeinflussung

Der Verkehrsbeeinflussung beim Elbtunnel kam schon mit der Planung der ersten 3 Röhren eine besondere Bedeutung zu. Zwei Gründe waren hierfür maßgebend:

• Die BAB A 7 hat zwei 3-streifige Richtungsfahrbahnen, der Tunnel dagegen drei Röhren mit je2-streifigen Fahrbahnen.
• Bei Sperrung einer Röhre muss in den restlichen beiden Röhren Richtungsverkehr durchgeführt werden.

Das hat zur Folge, dass heute bei drei geöffneten Röhren der Verkehr in der Mittelröhre im Gegenverkehr abgewickelt wird. Bei Sperrung einer Außenröhre wird dagegen die Mittelröhre im Richtungsverkehr befahren, und zwar entweder von Nord nach Süd oder von Süd nach Nord. Es werden daher heute 4 Hauptbetriebszustände (HBZ) für die Verkehrsabwicklung unterschieden.

Diese Verkehrsabwicklung erfordert eine besondere Fahrbahngeometrie auf den Zufahrten. Sie muss es ermöglichen, den Verkehr vor/hinter dem Tunnel entweder 3-streifig oder 2-streifig, dann wahlweise in die Außen- oder Mittelröhre, einfahren/ ausfahren zu lassen. Diese Bedingungen erforderten die Anlage von so genannten Weichenstrecken, wo die 3-streifige Richtungsfahrbahn zunächst auf vier Streifen erweitert wird, um dann mit je zwei Fahrstreifen in die Außen- und Mittelröhre hineinzuführen.

Die Verkehrsabwicklung wird sich nach der Fertigstellung der Gesamtbaumaßnahme erheblich verbessern. Folgende drei Gründe sprechen dafür:

• Die Verkehrskapazität des Tunnels ist mit acht Fahrstreifen der Leistungsfähigkeit der 6-streifigen Autobahn angepasst.
• Stauungen im Tunnelbereich werden seltener eintreten.
• Im Regelfall wird der Tunnel nur noch im Richtungsverkehr befahren.
• Durch bauliche Maßnahmen wird die Höhenkontrolle entschärft; Vollsperrungen einer Fahrtrichtung wie bisher werden dann die Ausnahme sein.

4. Bauausführung

Für die 1993 durchgeführte internationale Ausschreibung zur Ausführung der Großbaumaßnahme in vier Baulosen wurde eine Leistungsbeschreibung mit Leistungsprogramm - eine so genannte Funktionale Leistungsbeschreibung - gewählt, um auch hier das Know-how der Bieter für einen wirtschaftlichen Ausführungsentwurf der komplexen Bauaufgabe nutzen zu können. Die Ausschreibung erfolgte nach einem öffentlichen Teilnahmewettbewerb in einem Nichtoffenen Verfahren, um den Kreis auf kompetente Bieter einzuschränken. Es beteiligten sich vier Bietergemeinschaften mit Firmen aus fünf Ländern an der Ausschreibung. Am 13.10.1995 wurde der Hauptauftrag an die „Arbeitsgemeinschaft 4. Röhre Elbtunnel" vergeben, die sich aus sieben großen deutschen Baufirmen zusammensetzte und die als Totalunternehmer (TU) die Rampenbauwerke (Los 1 u. 3), aber auch die Betriebstechnik (Los 4) an Nach- Unternehmer, bestehend aus mittelständischen Firmen, weiter zu vergeben hatte.

Vom Auftraggeber wurde für die Baumaßnahme eine bauherrenkontrollierte kombinierte Haftpflicht- und Bauleistungsversicherung, für alle am Bau Beteiligten, das sind der Totalunternehmer, alle Nachunternehmer und der Bauherr, hier die Bundesrepublik Deutschland und deren Auftragsverwaltung, die Behörde für Bau und Verkehr der Freien und Hansestadt Hamburg mit allen ihren Bediensteten und von ihr beauftragten Ingenieurbüros sowie Sonderfachleuten, unter Einschluss des Bauherrenrisikos abgeschlossen. Vorteile der Einbeziehung des Bauherrenrisikos in das Gesamtversicherungskonzept sind, dass auch das verschuldungsunabhängige Haftpflichtrisiko des Bauherren mitversichert ist.

Daraus folgte, dass im Schadensfall Auseinandersetzungen zwischen dem AG und dem Auftragnehmer über die Frage, wer den Schaden zu vertreten hat, entfielen. Dieses wiederum führte zu einer zügigen Schadensabwicklung, die letztlich auch deshalb wichtig war, um den „Goodwill" des Bürgers gegenüber der Baumaßnahme zu erhalten.

4.1 Schildmaschine

Für die Schildvortriebsstrecke war mit 14,20 m Außendurchmesser der größte Schild gebaut worden, der weltweit jemals für einen Vortrieb im Lockergestein eingesetzt wurde.

Die Tunnelbohrmaschine wurde als Hydroschild mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust betrieben. Das Schneidrad bestand aus fünf Haupt- und fünf Nebenarmen und war mit 111 Schälmessern und 31 Diskenmeißeln bestückt. Die Abbauwerkzeuge konnten über die begehbaren Hauptarme unter atmosphärischem Druck ausgewechselt werden. Der hinter dem Schneidrad angeordnete Steinbrecher konnte Findlinge bis zu einem Durchmesser von 1,20 m in förderfähige Größen zerkleinern. Die gesamte Vortriebsmaschine einschließlich Nachläufer war 60 m lang. Ihr Gesamtgewicht betrug 2.600 Tonnen. Davon entfielen allein 2.000 Tonnen auf den 12m langen Schild.

4.2 Der Schildvortrieb

Die Bauarbeiten begannen mit der Herstellung des Startschachtes in Schlitzwandbauweise (20 m x 40 m im Grundriss, 20 m tief, Schlitzwandlänge 38 m). Außerdem waren im Bereich des Südufers und der Elbe umfangreiche Bodenverbesserungsmaßnahmen durchzuführen. Um die für den statischen Nachweis der Ortsbrust-Stabilität erforderliche mitteldichte Lagerung der Böden zu erreichen und somit die Sicherheit der Schildfahrt bei den teilweise sehr geringen Überdeckungen zu gewährleisten, mussten die hier anstehenden locker gelagerten Sande bis in eine Tiefe von 12 m im Rütteldruckverfahren verdichtet werden. Im Elbbereich wurden dabei zusätzlich auf einer Breite von 25 m insgesamt 46.000 t Metallschlacke der Körnung 16/32 mm eingerüttelt. Der gesamte Elbsohlenbereich wurde darüber hinaus zum Schutz gegen Auskolkung und Auflockerungen mit einer 1,50 m dicken Schicht aus Kupfer- Schlackensteinen 0-250 mm (80.000t) abgedeckt.

Die im schwäbischen Schwanau gefertigte Schildvortriebsmaschine wurde ab Juni 1997 im Start- Schacht installiert; der Vortrieb begann im Oktober 1997.

Nach 440 m wurde planmäßig in einem „Bahnhof" - einem aus überschnittenen Bohrpfählen hergestellten Betonblock - bei total abgesenktem Bentonitspiegel unter Druckluft (ca. 2 bar) die Tunnelvortriebsmaschine „generalüberholt" und die Abbauwerkzeuge insgesamt gewechselt.

Im Strombereich ging es dann -wie aufgrund der Baugrundaufschlüsse auch zu erwarten - nicht mehr so „reibungslos" voran. Die typischen Hamburger Baugrundverhältnisse, mit den auf kürzester Strecke immer wieder wechselnden Bodenformationen, stellten höchste Anforderungen an den Vortrieb. In bindigen Böden ging die Vortriebsgeschwindigkeit auf bis zu 5 mm pro Umdrehung und Minute (in Sandböden bis zu 30 mm) zurück.

Hauptproblem beim Vortrieb war jedoch der in diesem Ausmaß nicht einkalkulierte extreme Verschleiß der Abbauwerkzeuge; sie unterlagen insbesondere beim Durchfahren des Geschiebemergels außergewöhnlichen Beanspruchungen. Betroffen waren hier speziell die außen liegenden Werkzeuge, die je Umdrehung ca. 45 m zurücklegen; das ergibt bei einer Vortriebsgeschwindigkeit von 5 mm pro Umdrehung ca. 9 km Wegstrecke für einen Meter Tunnelvortrieb. Einzelne Disken „überlebten" nur 25 m Vortrieb.

Der Wechsel konnte sich dabei nicht nur auf die aus den Hauptspeichen unter atmosphärischen Bedingungen auszubauenden Werkzeuge beschränken. So wurde es notwendig, an Stellen, an denen die Bodenverhältnisse es zuließen, im Strombereich in den Abbauraum einzusteigen, um auch die Werkzeuge auf den Nebenarmen, auf dem Zentrums- Schneider und im Kaliberbereich zu erneuern sowie notwendige Reparaturarbeiten am Schneidrad teilweise unter Drücken von bis 4,0 bar durchzuführen.

Parallel zum Vortrieb wurde im April 1998 auch mit den Sicherungsmaßnahmen für die nördlich der Elbe zu unterfahrenden Häuser begonnen.

Die Injektionen erfolgten aus zwei zentralen Schachtbauwerken, aus denen Injektionslanzen in 2-3 Ebenen in einer Tiefe von ca. 8-10 m fächerförmig unter die Gebäude gebohrt wurden.

Diese Anordnung ermöglicht durch Injektion der obersten Ebene eine gleichmäßige Konsolidierung und Vorspannung des Erdkörpers, der dann bei auftretenden Setzungen während des Unterfahrens durch Injektionen der tiefer liegenden Ebenen gezielt gehoben werden konnte.

Die Genauigkeit in diesem Kompensations-lnjektionsverfahren lag im Bereich einiger Millimeter.

Die Tunnelvortriebsmaschine erreichte im Februar 2000 den Zielschacht ca. 60 m nördlich der Bernadottestraße.

Danach wurden die Fluchttunnel Süd und Mitte unter Druckluft im Rohrvortrieb aus der 4. Röhre heraus aufgefahren und im Schütze eines Injektionsblockes an die Weströhre des vorhandenen Tunnels angeschlossen.

4.3 DieTübbingherstellung

Für die Herstellung der gesamten Anzahl der Tübbings stand ein Zeitraum von 22 Monaten zur Verfügung, beginnend ab August 1 997. Der Tunnelbau ging von einer durchschnittlichen Vortriebsleistung von 6 m/Tag aus, mit einer möglichen Steigerung auf 9,0 m/Tag. Diesen Vorgaben wurde die Produktionskapazität angepasst. Die Produktion und Lagerung der Tübbings erfolgte auf dem Hansaport- Gelände, wo ein Produktions-Areal von ca. 20.000 m2, davon 9.000 m2 überdacht, gepachtet wurde. Von hier aus konnten die fertig ausgerüsteten Tübbings über den vorhandenen Gleisanschluss, auf Bahnwaggons verladen, direkt zum Schacht transportiert werden.

Der Ablauf der Tübbingherstellung folgt im Wesentlichen den nachfolgend beschriebenen Einzelschritten:

In einer Umlaufanlage mit einer Arbeitslinie und drei Rücklauflinien, bestückt mit vier Formensätzen gleich 36 Einzelformen, wurden die Rohlinge produziert. Bei einer Belegung von einem Umlauf pro 24 h konnten bis zu 36 Elemente pro Tag hergestellt werden. Das Betonieren und Rütteln des einzelnen Tübbings erfolgte zentral in einer lärmgekapselten Betonierkammer. Nach dem Betonieren und der Oberflächenbehandlung setzte die Erhärtung des Betons ein. Die dabei entstehende Hydratationswärme und deren Verteilung im Betonkörper musste im gesamten Verlauf der Erhärtungszeit so gesteuert werden, dass einerseits eine Temperatur von 60° C im Kernquerschnitt nicht überschritten wurde und andererseits der Temperaturunterschied benachbarter Querschnittsteile unter 20° C bleibt. Um diese Grenzen kontrolliert in allen Phasen der Produktion einzuhalten, wurden die Tübbings im so genannten Wärmerückstauverfahren sorgfältig nachbehandelt. So konnte die natürliche Wärmeentwicklung aus der Hydratation genutzt werden und es musste keine weitere externe Energie in das Element eingetragen werden.

Nach dem Ausschalen des Tübbings wurde das noch warme Element sofort wieder isoliert eingehüllt und im Zwischenlager in der Halle eingelagert. Wenn es sich an die Umgebungstemperatur angepasst hatte, konnte frühestens am 5. oder 6. Tag die Übergäbe ins Freilager erfolgen. Um dem ungleichmäßigen Fortschritt des Tunnelvortriebs folgen zu können, hatte das Freilager eine Kapazität von bis zu vier Produktionsmonaten.

Die Tübbings mussten im Herstellwerk komplett ausgerüstet werden, so dass sie nach Anlieferung auf die Baustelle direkt in den Tunnel transportiert werden konnten. Für diese Ausrüstung war ein weiterer Hallenbereich eingerichtet, in dem die Dichtungsrahmen incl. der Querstege in die dafür vorgesehenen Nute der Tübbings eingeklebt und die Druckverteilungsplatten sowie die Kaubitstreifen auf den Fugenflächen aufgebracht wurden.

Aufgrund der außerordentlichen Anforderungen an die Qualität der Tübbings verlief die gesamte Fertigung und Logistik nach einem dafür aufgestellten Qualitätssicherungs-Plan. Darin wurde der Lebenslauf jedes einzelnen Tübbings verfolgt und in den Einzelschritten einschließlich aller Angaben über den Beton und die Bewehrung dokumentiert.

4.4 Die Eignungsprüfungen

Im Zusammenhang mit der Tübbingherstellung wurden vor der Produktion durchzuführende Eignungsprüfungen der Tübbings erforderlich. Sie hatten zum Ziel, die Ausbildung der Tübbingfugen hinsichtlich der Tragfähigkeit und Koppeleigenschaften zu optimieren und die Eignung der gewählten Fugenausbildung und der Dichtungsprofile zu belegen. Hierzu wurden bereits Scher- und Abplatzversuche. Versuche zur Verdrehsteifigkeit und Lastübertragung sowie Versuche zur Auswahl der geeigneten Dichtung durchgeführt. Im Herbst 1997 wurde außerdem ein Großversuch im Maßstab 1:1 durchgeführt.

4.5 Die Rampenbauwerke

Aufgrund der verkehrspolitischen Bedeutung der Autobahn für Hamburg und den überregionalen Durchgangsverkehr durften die Verkehrseinschränkungen während der Bauzeit der Überbauung nur minimal sein. Es musste also ein Bauverfahren für die Herstellung der Überdeckelung der Nordrampe gefunden werden, für das keine planmäßigen Verkehrsunterbrechungen erforderlich würden. Hierzu wurde die Decke über der Autobahn auf einem stationären Traggerüst am Tunnelmund in Abschnitten gefertigt und die Tunnelröhren in der Art des Taktschiebeverfahrens kontinuierlich verlängert, ohne in den fließenden Verkehr einzugreifen. Die Autobahndecke wurde für den Bauzustand als schlaffbewehrte Balkendecke mit geschlossener Unterseite ausgeführt.

Nach Abschluss des Verschubes erhielt die Decke für den Endzustand eine Obergurtplatte als Grundfläche des Zwischengeschosses, auf der dann mit konventionellen Rahmenskelettkonstruktionen weiterzubauen war.

Die Verschubdecke wurde Teil des Haupttragwerkes der Überbauung, das als zweigeschossiger verschieblicher Rahmen mit horizontaler und vertikaler Bettung berechnet wurde.

Auf dieser Überdeckelung wurde die neue Betriebszentrale errichtet, von der die Steuerung und Überwachung aller vier Röhren des Elbtunnels erfolgt.

Im Oktober 1997 begannen die Arbeiten im Bereich der Südrampe.

Anschließend an den Anfahrschacht des Schildvortriebes wurde in diesem Baulos die Tunnelröhre im Rechteckquerschnitt zwischen Schlitzwänden in offener Bauweise aus WU-Beton hergestellt. Die Baugrube wurde durch eine Unterwasserbetonsohle bzw. durch eine untere Weichgel- und eine obere HDI-Sohle gegen das Grundwasser abgedichtet, die gleichzeitig als Aussteifung der Baugrube dienen. Die Sohlen sind, wie auch das Tunnelbauwerk selbst, auf Verpresspfählen gegründet.

Die Wände des Trogbauwerkes aus WU-Beton wurden in Schlitzwandbauweise hergestellt und die Bauwerkssohle ebenfalls auf Verpresspfählen gegründet. Zusätzlich musste auch hier in einem Teilbereich zunächst eine Unterwasserbetonsohle eingebaut werden.

In einem weiteren Abschnitt konnte das Trogbauwerk in abgeböschter Baugrube, gegründet auf Ortbetonrammpfählen, erstellt werden.

In unmittelbarer Nähe des südlichen Ausfahrtportales wurde das Betriebsgebäude Süd erstellt. Dieses Gebäude integriert die südliche Ventilatorstation der Rauchabsaugung, dient der Unterbringung sämtlicher betriebstechnischer Einrichtungen zur Versorgung der südlichen Hälfte der 4.Röhre und beherbergt mit Sozialräumen und einer Fahrzeughalle eine Einsatzbereitschaft der Feuerwehr des Elbtunnels.

4.6 Innenausbau

Im Anschluss an die Herstellung der Innenschale erfolgte der Innenausbau mit der Herstellung der Prallwände der Betriebstechnischen Ausstattung und des Fahrbahnaufbaus. Die Inbetriebnahme der 4. Röhre des Elbtunnels erfolgte Ende 2002.

 

 

• Land: Deutschland
• Region: Hamburg
• Tunnelnutzung: Verkehr
• Nutzungsart: Autobahntunnel
• Auftraggeber: Bundesrepublik Deutschland
• Planer: Freie und Hansestadt Hamburg, Baubehörde
• Ausführende: Dyckerhoff & Widmann AG, Philipp Holzmann AG, Bilfinger + Berger Bau AG, Wayss & Freytag AG, Hochtief AG, Ed. Züblin AG, E. Heitkamp GmbH
• Bauweise: Geschlossen
• Vortrieb: Schildmaschine (SM)
• Auskleidung: Stahlbetontübbinge
• Anz. Röhren: 1
• Gesamtlänge: 3100,75 m, davon 2561 m im Schildvortrieb
• Querschnitt: Außendurchmesser 14,14 m, Innendurchmesser 12,25 m
• Herstellkosten: Gesamtauftrag ca. 800 Mio. DM
• Bauzeit: Baubeginn 1995
• Fertigstellung: geplant für 2003