Bühltunnel Siegen, B62n (Hüttentalstraße)
1. Allgemeines
1.1 Aufgabenstellung
Im Zuge des Neubaus der B 62n (Hüttentalstraße) im Süden der Stadt Siegen wurde im Ortsteil Niederschelden der Bühltunnel zur Unterquerung des dicht bebauten Bühlrückens errichtet. Der Tunnel liegt im letzten Bauabschnitt der Gesamtmaßnahme zwischen Siegtalbrücke (A 45) und Mudersbacher Kreisel (Rheinland-Pfalz). Durch den Neubau des Tunnels werden die Verkehrsverhältnisse in der Ortsdurchfahrt der B 62 verbessert, die bisher durch Signalanlagen sowie eine Vielzahl von Einmündungen und Knotenpunkten gekennzeichnet waren. Die unzureichenden Verkehrsverhältnisse hatten zur Folge, dass das nachgeordnete Straßennetz als Ausweichstrecke genutzt und die Anwohner mit starken Emissionen belastet wurden.
Die Planung sah ursprünglich für diesen Abschnitt der Hüttentalstraße einen vierstreifigen Querschnitt vor, der um den Bühlrücken herumgeführt werden sollte. Nach Aufhebung des entsprechenden Planfeststellungsbeschlusses 1983 und umfangreichen Neuplanungen unterquert die B 62n jetzt den Bühlrücken in einem zweistreifigen Gegenverkehrstunnel. Vom Beginn bis zum Tunnel hat die Bundesstraße im Zuge der B 54 und der B 62 einen vierstreifigen Querschnitt, bis zum Bauabschnittsende in Rheinland-Pfalz einen zweistreifigen Querschnitt.
Die neue Trasse verläuft von Osten kommend in einem Radius von 500 m, der nach einer Klothoide in einen gleichgerichteten Radius von 400 m übergeht. In Richtung Westen schließt sich eine Wendeklothoide zum Übergang auf eine entgegengesetzt verlaufende Kurve mit einem Radius von 450 m an. In Ost-West-Richtung fällt die Gradiente zunächst mit 3,5 %, nach ca. einem Drittel der Tunnellänge verringert sich die Längsneigung auf 1,155 %.Am westlichen Portal steigt die Gradiente mit 3,5 % an. Der Muldentiefpunkt liegt im Tunnel ca. 9 m vor dem westlichen Portal. Die B 62n hat im Tunnel den Regelquerschnitt 10,51. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit im Tunnel beträgt 60 km/h.
1.2 Geologie
Im Tunnelbereich stehen überwiegend Festgesteine aus mittelhartem, bankigem bis massigem Tonschiefer mit eingelagerten Grauwackelinsen an. Die darüber liegenden Deckschichten bestehen aus Auffüllungen, Schluff-, Kies- und Felszersatzschichten. Im östlichen Bereich des Tunnels befindet sich die so genannte „Rudolf-Störung" mit vollständig zu Lockergestein zerriebenen Gesteinen. Weiterhin quert hier der Stollen eines früheren, weit verzweigten Erzbergwerks die Tunneltrasse. Nördlich der Tunnelachse verläuft ein 1860 errichteter, zweigleisiger Eisenbahntunnel der Strecke Köln - Siegen.
1.3 Bauwerksgestaltung
Die Gestaltung des Tunnelbauwerks wird wesentlich durch die Einbindung des östlichen Portals in die Landschaft und die des westlichen Portals in die Ortslage bestimmt.
Das östliche Portal liegt am Ende eines 70 m langen Voreinschnittes, der auf der Nordseite parallel zur Fahrbahn durch eine natursteinverkleidete Stützwand begrenzt wird. Das Tunnelportal wurde mit einem kreisförmigen Portalkranz aus Stahlbeton und senkrecht zur Tunnelachse stehenden Stirnwänden ausgeführt. Die Stirnwände sind analog zur Stützwand mit Naturstein verkleidet und auf der Oberseite durch Stahlbetongesimse abgedeckt. In das Mauerwerk eingelassene linienförmige Betonelemente lockern die Natursteinansichtsflächen der Stützwand und der Stirnwände optisch auf. Das westliche Portal liegt am Ende eines 52 m langen Voreinschnittes, dessen Böschungen auf beiden Seiten mit Raumgitterwänden abgestützt werden. Der kreisförmige Portalkranz aus Stahlbeton liegt in der Böschungsebene. Stirnmauern sind nicht vorhanden. Am westlichen Portal, im Bereich des in Deckelbauweise hergestellten Tunnelabschnittes, befindet sich über dem Tunnel das Betriebsgebäude. Es steht in der Flucht der Bebauung auf der Ostseite der Bühlstraße. Das in der Straßenansieht zweistöckig wirkende Gebäude wurde funktionell mit glatter heiler Fassade ausgeführt. Ein niedriger Techniküberbau bildet die obere Etage. Durch seinen Überstand schützt er die Gebäudezugänge im Erdgeschoss. Das Gebäude bindet rückwärtig in den Hang ein, der in das begrünte Dach übergeht. Das Betriebsgebäude ist durch einen Treppen- und Versorgungsschacht mit dem darunter liegenden Tunnel verbunden.
2. Bauwerksentwurf
2.1 Allgemeines
Der Bühltunnel besteht aus einer Röhre mit zwei jeweils 3,50 m breiten Fahrstreifen sowie beidseitig 0,25 m breiten Randstreifen und 1,00 m breiten Notgehwegen. Die lichte Weite beträgt 9,50 m. Der Tunnel weist eine Gesamtlänge von 525 m auf. Die maximale Überdeckung beträgt ca. 27 m. Der Abstand zum Eisenbahntunnel liegt zwischen 45 und 120 m. Der Tunnel unterquert mehrere städtische Straßen mit Wohnbebauung sowie eine Schule. Etwa in Tunnelmitte liegt ein Notausgang, der über einen 149 m langen und 2,50 m breiten Fluchttunnel mit dem Betriebsgebäude verbunden ist.
2.2 Bauweise
Das Portal und die ersten 5 m des Tunnels auf der Ostseite wurden in offener Bauweise hergestellt. Die Herstellung des im Festgestein liegenden, 417 m langen Mittelbereichs erfolgte bergmännisch in geschlossener Spritzbetonbauweise im Sprengvortrieb. Der 57 m lange Tunnelbereich mit geringer Überdeckung unterhalb der städtischen Bühlstraße auf der Westseite wurde in Deckelbauweise hergestellt und der folgende 46 m lange Abschnitt bis zum Portal aufgrund der anstehenden Lockergesteinsböden wieder in offener Bauweise. Die Tunnelsohle liegt durchgehend oberhalb des Grund- Wasserspiegels, der mit dem Wasserstand der benachbarten Sieg korrespondiert. Das Auffahren des Mittelbereiches erfolgte vom tieferliegenden westlichen Portal aus, um das während des Vortriebs anfallende Gebirgswasser zu diesem Portal abzuleiten.
2.3 Konstruktion
Der bergmännisch im Sprengvortrieb hergestellte Mittelteil wurde mit einer verankerten Spritzbetonaußenschale und einer bewehrten Stahlbetoninnenschale hergestellt. Abhängig von den geotechnischen Verhältnissen wurde die Innenschale mit oder ohne Sohlgewölbe ausgeführt. Die Regelblocklänge der Innenschale beträgt 10 m. Zusammen mit den Portalen und zwei kürzeren Blöcken auf der Ostseite besteht die Innenschale aus 55 Blöcken. Die Regeldicke der Innenschale beträgt im Scheitel 35 cm, bei ungünstigen Gebirgsverhältnissen 40 cm. Die geschlossene Sohle weist eine Mindestdicke von 50 cm auf.
Sohle und Gewölbe bestehen aus Beton der Festigkeitsklasse C 30/37. Dem Beton wurden im Rahmen eines Pilotprojektes Polypropylenfasern (PP-Fasern) beigefügt, um die Gefahr von Abplatzungen im Brandfall zu verringern. Die Fasern haben einen Durchmesser von 15,4 cm und eine Länge von 6 mm. Der Fasergehalt beträgt 1,4 kg/m3. Mit dem Pilotprojekt wurden die Herstellung und der Einbau des PP-Faserbetons unter Baustellenbedingungen untersucht. Die Herstellung von Tunnelinnenschalen mit PP-Faserbeton als baulicher Brandschutz ist inzwischen die Regelbauweise. Sie wurde in die ZTV-ING, Teil 5, aufgenommen.
Die Tunnelabdichtung im Bereich des oberen Gewölbes besteht aus einer Kunststoffdichtungsbahn zwischen der Tunnelaußen- und -innenschale. Auf der Spritzbetonschale wurden dafür von außen nach innen ein 3 cm dicker Abdichtungsträger, ein Schutzvlies als Schutzunterlage und die 2 mm dicke Kunststoffdichtungsbahn eingebaut. Die Dichtung endet an den seitlichen Drainagerohren. Diese liegen 1,00 m unterhalb der Gradiente. Im Bereich des Sohlgewölbes wurde nur eine Trennfolie zwischen Spritzbeton und Stahlbeton vorgesehen. Die in offener Bauweise hergestellten Tunnelabschnitte weisen die gleiche Innenform wie der bergmännisch hergestellte Bereich auf. Die Scheiteldicke beträgt dort 60 cm. Die geschlossene Sohle wurde als wasserundurchlässige Betonkonstruktion (WUBKO) hergestellt. Der in Deckelbauweise als WUBKO errichtete Tunnelabschnitt besitzt ebenfalls die gleiche Innengeometrie wie der bergmännisch hergestellte Abschnitt. Die Sohle ist geschlossen und der Scheitel hat eine Dicke von 40 cm. Darüber liegt der gewölbeförmige Deckel mit einer Dicke von 55 cm. Die Auflagerung dieses Stahlbetondeckels erfolgt in Nischen der als Verbau dienenden aufgelösten Bohrpfahlwände. Der Fluchttunnel besteht im bergmännisch hergestellten Bereich aus einer temporären Spritzbetonaußenschale, einer trennenden Gleitfolie und einer 30 cm dicken Innenschale als WUBKO. Im Anschlussbereich an das Betriebsgebäude weist er einen Rechteckquerschnitt mit 40 cm Wandstärke auf. Die Herstellung erfolgte in diesem Bereich in offener Bauweise.
Die Blockfugen im bergmännisch hergestellten Tunnelbereich wurden als Pressfugen ausgeführt, die Dichtung ist an den Fugen verstärkt. An jeder dritten Fuge wird die Außenabdichtung durch ein außenliegendes Fugenband segmentiert. Die Blockfugen bei der offenen Bauweise und am Übergang zwischen den Bauweisen sind als Raumfugen mit außenliegendem und zusätzlichem innenliegenden Fugenband ausgeführt.
2.4 Entwässerung
Über die Abdichtung und die beiden außenliegenden Drainageleitungen wird das Bergwasser bis vor das Westportal geführt und dort in die Hauptentwässerungsleitung eingeleitet. Im Abstand von 75 m sind in Nischen Kontroll- und Reinigungsschächte für die Drainage angeordnet. Die Fahrbahnentwässerung erfolgt über eine seitliche Schlitzrinne, die im Abstand von 50 m an die Sammelleitung DN 400 angeschlossen ist. Das Fahrbahnplanum entwässert über eine separate Drainageleitung DN 200.
2.5 Baulicher Brandschutz
Bei starker und schneller Erhitzung des Betons im Brandfall kann es durch den im Beton entstehenden Wasserdampfdruck und die thermische Materialausdehnung zu Abplatzungen an der Oberfläche kommen. Die Erwärmung der dann freiliegenden Bewehrung führt zur Beeinträchtigung der Standsicherheit der Tunnelschale. Seit 2012 ist es zur Verhinderung dieser Abplatzungen im Regelwerk vorgesehen, anstelle konstruktiver Maßnahmen den Dampfdruck im Brandfall durch die Zugabe von Kunststofffasern zum Beton abzubauen. Im Brandfall führt das Schmelzen der eingesetzten Polypropylenfasern zur Bildung von Kanälen, über die der Wasserdampf aus dem Beton entweichen kann.
Mit dem am Bühltunnel durchgeführten Pilotprojekt sollten die Herstellung und der Einbau des kunststoffmodifizierten Betons unter Baustellenbedingungen untersucht werden. Die Forderung aus dem baulichen Brandschutz, dass sich die Bewehrung im Brandfall nicht über 300 °C erwärmt, wurde mit Probekörpern bei einem Fasergehalt von 1,4 kg/m3 erfüllt. An einer Probewand am Block 51 wurde die Verarbeitbarkeit des Betons überprüft. Die anschließende Herstellung der Tunnelschale bei werkmäßiger Herstellung des Betons im Mischwerk und Einbau über Betonierstutzen an der Tunnelschalung ergab keine nennenswerten Unterschiede im Vergleich zur Verwendung von Normalbeton. Insbesondere trat keine Erhöhung der Hydratationswärme auf. 130 Neubau Bühltunnel Siegen, Hüttentalstraße.
2.6 Technische Ausstattung
Zur neuen betriebstechnischen Ausrüstung und den Sicherheitseinrichtungen des Tunnels zählen:
- Notgehwege,
- Mittige Fluchttür in den Fluchtstollen (maximale Fluchtweglänge < 300 m),
- Pannenbuchten vor beiden Portalen,
- Notrufstationen im Abstand von 150 m,
- Löschwasserleitung als Ringleitung mit Löschwasserbecken neben dem Betriebsgebäude,
- Löschwasserentnahmestellen im Abstand von 150 m und jeweils 50 m vor den Portalen,
- Lüfter (Strahlventilatoren) im Tunnel,
- Tunnelbeleuchtung,
- CO-, Strömungs- und Sichttrübemessgeräte, Rauchdetektoren,
- Lautsprecher, Tunnelfunkanlage,
- Videokameras im Tunnel, an den Portalen und im Fluchtstollen,
- Fluchtwegkennzeichnung mit Orientierungsleuchten,
- Brandmeldeanlage mit Linienbrandmelder,
- Verkehrstechnische Minde Staus stattung nach RABT.
Die Steuerung, Überwachung und Energieversorgung der betriebstechnischen Ausrüstung erfolgt vom Betriebsgebäude oberhalb des Tunnels aus. In der TunnelleitzentraIe in der Autobahnniederlassung Hamm wird der Tunnel ständig überwacht.
3. Bauausführung
3.1 Tunnelvortrieb
In einer Vorabmaßnahme wurden im Jahr 2010 die alten Bergbaustollen verfüllt sowie 2011 ein im Bereich des geplanten Tunnelportals stehender Hochspannungsmast versetzt. Das Auffahren des Tunnels begann im Oktober 2011 am westlichen Portal. Der Tunneldurchschlag erfolgte am 6. Dezember 2012.
Der 417 m lange bergmännische Teil des Tunnels wurde von Westen aus in Spritzbetonbauweise aufgefahren. Bei diesem Verfahren wird der Hohlraum in kurzen Abschlägen im Bagger- oder Sprengvortrieb hergestellt und unmittelbar danach mit Spritzbeton, Bewehrung und Ankern gegen ein Nachbrechen des Gebirges gesichert. Der Ausbruch erfolgte in den festen Felsbereichen im Sprengvortrieb. Wegen seiner Größe wurde der Ausbruchsquerschnitt in Kalotte, Strosse und Sohle (bei Erfordernis eines Sohlgewölbes) unterteilt. Die Abschlagslängen lagen zwischen 1,25 m bis 1,75 m in der Kalotte und zwischen 2,50 m und 3,50 m in der Strosse. Da auf den ersten 55 m Länge auf der westlichen Seite Lockergesteine anstanden, wurde hier ein vorauseilender Rohrschirm aus 27 Stahlrohren (d = 140 mm) mit einer Länge von 15 m und 3,50 m überlappend ausgeführt. Der Vortrieb erfolgte mittels Bagger bzw. bei aufsteigendem Felsgestein im kombinierten Bagger-Spreng-Vortrieb. Die Tunnelinnenschale wurde anschließend abschnittsweise mit einem fahrbaren Schalwagen in einer Stahlschalung hergestellt. Die Abschnittslänge betrug 10 m.
Wegen der vorhandenen Überbauung und dem benachbarten Eisenbahntunnel wurde ein gebirgsschonendes Sprengverfahren angewendet, dessen Abstimmung auf die örtlichen Verhältnisse durch Probesprengungen erfolgte. Der Zustand der Überbauung wurde vor Beginn der Arbeiten mit einem Beweissicherungsverfahren festgestellt. Durch ein begleitendes geotechnisches Messprogramm wurden die Gebirgsverformungen und Kräfte im Ausbruchbereich, sowie die Verformungen und die Erschütterungen an der Oberfläche erfasst. Bei den Erschütterungen wurde die Einhaltung der nach DIN 4150 zulässigen Werte überprüft.
3.2 Deckel- und offene Bauweise
Im Abschnitt mit der Deckelbauweise wurden zuerst von der Geländeoberfläche die Pfähle der aufgelösten Bohrpfahlwände hergestellt. Anschließend erfolgte der Aushub bis zur Unterkante des Deckels bei gleichzeitiger Herstellung der Spritzbetonausfachung. Der Deckel bildet einen Stahlbetonbogen und bindet an seinen Auflagern in die Bohrpfähle ein. Beim Aushub unterhalb des Deckels wurde die Tunnelsohle durch Spritzbeton gesichert. Die Betonage der Innenschale im Deckelbereich erfolgte gegen den Deckel und die Bohrpfahlwand. Vorher wurde an der Außenseite von Oberkante Deckel bis zur Längsdrainage Filterbeton eingebaut.
Der Schalwagen für die Innenschale im Bereich der bergmännischen Bauweise wurde als Innenschalung auch für die Bereiche mit der Deckelbauweise und der offenen Bauweise genutzt.
3.3 Verkehrsfreigabe
Nach dem Einbau der Betriebstechnik bis Mitte 2016 erfolgte die Verkehrsfreigabe für den Tunnel und die Gesamtmaßnähme der B 62n zwischen der Siegtalbrücke (A 45) und dem Mudersbacher Kreisel am 11. Mai 2017.
4. Literatur
[1] Mämpel, H.; Peter, C.; Steiner, B.; Beier, M.; Dehn, F.; Eickmeier, D.: Bühltunnel: Erfahrungen aus dem Vortrieb und Festlegung der Betonrezeptur für die Innenschale aus PP-Faserbeton; Tunnel 1/2014, S. 33-40
[2] Landesbetrieb Straßenbau NRW: Geschafft - Fertigstellung der A 4/B 54 (HTS); Dokumentation zur Verkehrsfreigäbe am 11.5.2017, Verlag Vorländer, Siegen
- Land: Deutschland
- Region: Siegen, Nordrhein-Westfalen
- Tunnelnutzung: Straßentunnel
- Bauherr: Bundesrepublik Deutschland, Land NRW vetr. durch Landesbetrieb Straßenbau NRW
- Planer: Straßen NRW; IMM, Bochum; Stredich + Partner, Mühlheim; BUNG, Heidelberg
- Bauausführung: Ed. Züblin AG, Stuttgart; OSMO Anlagenbau GmbH, Georgsmarienhütte
- Gesamtlänge: 525 m
- Lichte Weite: 9,50 m
- Kosten: 26,4 Mio. Euro (Tunnel), 4,2 Mio. Euro (Betriebstechnik)
- Bauzeit: 9/2011 bis 12/2016