Wie im Flug

Spritzbetonzement für Herrschaftsbucktunnel bei Rheinfelden

Die Anforderungen an den Tunnelbau steigen stetig. Das Know-how, die vorausschauende Entwicklungsarbeit und das umfangreiche Portfolio von HeidelbergCement ermöglichen eine anspruchsvolle Bauweise dieser komplexen Projekte. So wie beim Herrschaftsbucktunnel bei Rheinfelden.

Das Licht am Ende des Tunnels sieht man schon durch denselben: „Der Herrschaftsbucktunnel ist mit knapp 500 Metern Länge nicht besonders lang, aber die Herausforderungen und Arbeitsvorbereitungen sind die gleichen wie bei einem Tunnel von mehreren Kilometern Länge“, sagt Roland Arnold, Projektleiter von der Innsbrucker BeMo Tunnelling GmbH, die zusammen mit dem Argepartner Subterraden Rohbau errichtet. Der zweiröhrige Tunnel wird nach seiner Fertigstellung den Straßenverkehr der Ost-West-Verbindung von der Bundesautobahn A5 zur A81 bis in die Schweiz leiten. Arnold: „Der Tunnel unterfährt die namensgebende Bergkuppe des Herrschaftsbucks. Er bringt eine große Entlastung für die Menschen am Hochrhein, die in der dicht besiedelten Region auf eine gute Infrastruktur angewiesen sind. Das Ganze ist ein wichtiger Durchbruch beim Weiterbau der A98, die bislang am Autobahndreieck Hochrhein endet.“ Die Ingenieure wählten für das Projekt die „Neue Österreichische Tunnelbauweise“ (NÖT), die auf eine Tunnelbohrmaschine verzichtet. „Diese rechnet sich normalerweise erst bei einem längeren Tunnel“, erklärt Roland Arnold. „Außerdem benötigt ein Straßentunnel mehr Breite als Höhe – im Gegensatz zu einem Eisenbahntunnel mit seiner Oberleitung. So haben wir zwei eher eiförmige Röhren im sogenannten Maulprofil in den Berg gebaggert und gesprengt.“ Beide Tunnelröhren wurden – mit geringem Vorlauf der Nordröhre (30 Meter) – gleichzeitig von Osten her aufgefahren. „Von Westen kommend steigt das Gelände relativ steil an, so dass nach circa 100 Metern die maximale Überlagerung von 20 bis 25 Metern erreicht wird. Die Röhre in Fahrtrichtung Westen wird 7,5 Meter breit und bekommt zwei Fahrspuren, die nach Osten wird dagegen elf Meter breit und erhält drei Spuren, da es auch eine Einfädelspur geben wird“, so der Bauingenieur. „Neben den beiden Röhren sind seitliche Notgehwege angeordnet. Diese Wege sind in der Tunnelmitte mit einem Querschlag verbunden, damit im Falle eines Brandes die jeweils andere Röhre als Fluchtweg dienen kann“, ergänzt Roland Arnold. „Das Durchfahren des schwierigen Baugrunds stellte eine große Herausforderung dar“, erklärt Arnold. „Wir mussten uns hier durch verschiedene Gesteinsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften arbeiten. Lettenkeuper und Muschelkalk trafen wechselweise aufeinander – dazu Gipskeuper und Karst. Die prognostizierten Wassermengen sind aber nicht eingetreten.“ „Nach jedem Abschlag von 1,25 Metern war es das A und O, die frisch ausgebrochene Tunnellaibung sofort zu sichern, damit eventuell herabfallende Gesteinsbrocken nicht unsere Arbeiter gefährden“, so Arnold. Diese Sicherung erfolgte durch eine etwa drei Zentimeter dicke Lage Spritzbeton. „Erst dann setzen wir die erste Bewehrungslage und den Stahlgitterbogen als Stützelement. Darauf kommt dann erneut Spritzbeton. Pro Spritzvorgang trägt der Mineur zunächst rund neun Kubikmeter beziehungsweise 20 Tonnen Spritzbeton auf. Nach einer zweiten Armierungs- und Spritzbetonlage bedecken je nach Vortriebsklasse etwa 15 bis 40 Zentimeter Spritzbeton die Wände.“ Spieße, die vier Meter tief rund um die sogenannte Firste, also die Tunneldecke, in das Gestein gebohrt werden, sowie radiale Anker geben dem Tunnel zusätzlichen Halt. So ist er gut gesichert, bis nach Abklingen der Setzungen die eigentliche Innenschale betoniert wird. Für den Spritzbeton wurde ein CEM I 52.5 N (sb) aus dem Werk Schelklingen der HeidelbergCement AG verwendet. Dieser zeichnet sich durch eine besonders hohe Reaktivität aus. „Im Prinzip startet die Zementreaktion schon im Flug des Spritzbetons“, erklärt Dr. Klaus Felsch, Produktmanager Verkehrswegebau bei HeidelbergCement in Deutschland. „Das Erstarren setzt unmittelbar nach Aufspritzen des Betons ein.“

„Das endgültige Tragsystem, nämlich die 60 Zentimeter starke Betoninnenschale, wird unter Verwendung verfahrbarer Schalwagen mit einem CEM II A-LL 42.5N eingebaut“, sagt Arnold. Die Besonderheit ist „der Einsatz von Kunststofffasern im Beton, die dem Brandschutz dienen. Die Verwendung von Brandschutzbeton für die Tunnelschalen ist inzwischen Standard.“ In Brandschutzbetone werden Propylenfasern eingemischt, die im Brandfallereignis schmelzen sollen, so dass über die kapillare Struktur im Zementstein Dampfdruck abgebaut wird. Im Ergebnis lassen sich Betonabplatzungen minimieren und die damit verbundene Gefährdung von Personen (Betroffene und Helfer) wird reduziert. Auf diese und ähnliche Weise leistet eine Vielzahl von Bauprodukten und intelligenten Bauweisen einen alternativlosen Beitrag zur Sicherheit auf den Verkehrswegen.

Infokasten

Wie wird die optimale Qualität eines Spritzbetons erzielt?

Frage an Dr. Klaus Felsch, Produktmanager Verkehrswegebau bei HeidelbergCement:

„Zur Sicherung von bergmännisch aufgefahrenen Tunneln wird Spritzbeton schon recht lange eingesetzt. Gemäß Neuer Österreichischer Tunnelbauweise verzichtet das heutige Nassspritzverfahren auf den Einsatz alkalihaltiger Beschleuniger, da diese aggressiv und gesundheitsgefährdend sind. Die neuen alkalifreien Beschleunigertypen sind im Vergleich allerdings weniger effektiv. Dementsprechend steigen die Anforderungen an den Zement: Er muss besonders reaktiv sein. Beim Einsatz sehr guter Spritzbetonzemente lassen sich dann die Zugabemengen der Beschleuniger an der Spritzbetondüse deutlich reduzieren, so dass der Spritzbeton insgesamt wirtschaftlicher wird. Eine gute Kombination aus reaktivem Spritzzement und geeignetem Beschleuniger erhöht ferner die Vortriebsgeschwindigkeit. Es lassen sich größere Spritzbetonmengen in kürzerer Zeit verarbeiten. Beim Schelklinger Spritzbetonzement haben die Experten unserer Abteilung mit dem Werkslabor und den Bauberatern lange getüftelt und getestet. Entwickelt wurde ein sehr reaktiver Zement, der nun in verschiedenen Tunnelprojekten eingesetzt wird, unter anderem aktuell im Herrschaftsbucktunnel in Rheinfelden.“

Objektsteckbrief

Projekt Herrschaftsbucktunnel, Rheinfelden

• Bauherr: Land Baden-Württemberg
• Eigentümer: Bundesrepublik Deutschland
• Planung: Regierungspräsidium Freiburg
• Baufirma: Arbeitsgemeinschaft Herrschaftsbucktunnel BeMo Tunnelling / Subterra, Innsbruck
• Zement: CEM I 52.5 N sowie CEM II ALL 42,5 N aus dem Werk Schelklingen der HeidelbergCement AG
• Beton: Mobile Betonkonzepte GmbH, München
• Bauzeit: voraussichtlich bis Mitte 2019

Bildunterschriften

Bild1: Schelklinger Spritzbetonzement kam beim Herrschafttsbucktunnel in Rheinfelden zum Einsatz. Auf dieser Baustelle wurde im großen Maßstab gearbeitet. HeidelbergCement AG / Steffen Fuchs

Bild 2: Die Rohbauarbeiten für den Tunnel sollen 2019 fertig gestellt werden. Anschließend muss unter anderem noch die betriebstechnische Ausstattung erfolgen, bevor der Tunnel in Betrieb gehen kann. HeidelbergCement AG / Steffen Fuchs

Bild 3: Einbau des Sohlbetons im Tunnel Rheinfelden. Der Beton wird gepumpt, verteilt und mit Innenrüttlern verdichtet. HeidelbergCement AG / Steffen Fuchs