Tunele na trasie nowej linii kolei dużych prędkości między Norymbergą a IngolstadtemSekcja północna trasy z tunelami Göggelsbuch i Offenbau

Dwa szczególnie istotne wydarzenia polityczne ostatnich dekad – Zjednoczenie Niemiec oraz wstąpienie do Unii Europejskiej no-wych Państw członkowskich Europy Wschodniej – przyczyniły się do znacznego wzrostu ruchu kolejowego (zarówno pasażerskiego jak i towarowego) na terenie Niemiec. Aby sprostać nowym wy-mogom, konieczne było podjęcie wielu działań i programów in-frastrukturalnych przebudowy, rozbudowy i modernizacji kolei na dużą skalę. W ramach działań mających na celu postęp integracji europejskiej podjęto program budowy i rozbudowy Sieci Transeu-ropejskich tzw. TEN (Trans-European-Network), mający za zada-nie rozbudowę i modernizację sieci infrastruktury głównych linii spinających kontynent europejski. W kontekście tych wydarzeń i działań należy patrzeć na budowę linii kolei dużych prędkości No-rymberga – Ingolstadt – Monachium. Stanowi ona przedłużenie linii transportu „Deutsche Einheit Nr 8“ prowadzącej z Berlina przez Halle/Lipsk i Erfurt do Norymbergi oraz jednocześnie bardzo istotny odcinek Osi Nr 1 Sieci Transeuropejskiej (Berlin – Verona - Palermo) na terenie Niemeic.

Linia podzielona jest na dwa odcinki: nowa linia Norymberga – In-golstadt oraz rozbudowywana i modernizowana linia Ingolstadt – Monachium. Trasa nowej linii dostosowana jest do obsługi ruchu mieszanego (pasażerskiego i towarowego). Maksymalne podłużne nachylenie niwelety wynosi 20 promili, minimalne zaokra glenie równa się 22.500 m, a minimalny promień 3.700 m. Umożliwia to maksymalną prędkość nocnego przejazdu pociągów towarowych osiągającą nawet 160 km/h. Prędkość projektowana dla ruchu pociągów pasażerskich wynosi 300 km/h. Na całym odcinku za-projektowana została nawierzchnia bezpodsypkowa. Długość całkowita linii to 83,30 km i dzieli się na dwie sekcje – południo-wą i północną, która dodatkowo podzielona jest na 5 odcinków projektowych. Sekcja północna o długości 35,02 km przebiega głównie wzdłuż autostrady A9. Powodem takiego wytyczenia trasy był zamysł jak najmniejszej ingerencji w krajobraz. Z tej koncepcji wynikła konieczność zaprojektowania w sumie 22 mostów drogowych i przepustów, 32 mostów kolejowych, umocnień skarp i wałów, specjalnego posadowienia trasy na 3,5-kilometrowym odcinku, wykonanego jako konstrukcja pali pokrytych płytą oraz licznych głębokich posadowień, jak i dwóch tuneli – Offenbau i Göggels-buch. Podczas budowy sekcji północnych zostało przeniesione 2.60 miliona m³ gruntu.

Linia Norymberga – Ingolstadt, sekcja północna – most kolejowy przez rzekę Main-Donau-Kanal

zdję

cie:

Pho

togr

aphi

e W

olfg

ang

Seitz

- projekt umocnionego posadowienia wykonanego jako układ pali pokrytych płytą

- projekt konstrukcji dźwiękochłonnych- projekt architektury krajobrazu- dokumentacja, wnioski i uzyskanie pozwoleń i uzgodnień

administracyjnych - koordynacja projektów wyposażenia i sieci trakcyjnej - dokumentacja i koordynacja podczas występowania o

pozwolenie na nowelizacje projektu podczas wykonawstwa

Tunel Göggelsbuch – tunel główny w stronę północną

zdję

cia:

ARG

E N

BS N

ürnb

erg

- Ing

olst

adt L

os N

ord

Firma SSF Ingenieure otrzymała od wykonawcy odcinka zlecenie na pełnienie funkcji Głównego Projektanta i Koordynatora oraz opracowanie projektu wykonawczego, w następującym zakresie (główne zadania):

- fundametowanie, korpus drogowy, mechanika gruntów- projekt trasy kolejowej z nawierzchnią bezpodsypkową- projekt dróg przebiegających wzdłuż i krzyżujących trasę kolejową- projekt mostów kolejowych (wiadukt nad doliną Schwarzachtal,

most przez rzekę kanał wodny Main – Donau) - projekt licznych mostów drogowych- projekt tuneli i wanien (Offenbau, Göggelsbuch)- projekty stacji kolejowych (stacja regionalna Allersberg)- projekt konstrukcji umocnienia skarp (Auer Berg)

Tunel Göggelsbuch – wyjście ewakuacyjne w stronę tunelu ewakuacyjnego

Tunel GöggelsbuchTunel na trasie łączącej Norymbergę z Ingolstadtem w sekcji pół-nocnej przejeżdża na długości około 2,3 km pod wzniesiem przy miejscowości Goegglsbuch oraz pod stacją postojową przy auto-stradzie A9. Tunel został wykonany metodą górniczą i oddany do użytku w 2002 roku.

Przebiega z przykryciem od 5 do 22 m wyłącznie przez warstwy luźnych skał klastycznych. Występujące parcie wód gruntowych dochodzi do wartości 3 barów. Powierzchnia przekroju poprzecz-nego wykonanego przebicia pod tunel wynosiła 150 m2.

Przebicie tunelu o całkowitej długości 2.223 m rozpoczęto równo-legle od obu jego wlotów – północnego i południowego. Podczas

wykonywania tunelu Nową Austriacką Metodą Budowy Tuneli (New Austrian Tunneling Method, NAMT) jako środki zabezpiecza-jące stosowano łuki, beton natryskowy, kotwy i pale. Maksymaly zabiór wynosił 1,30 m.

Za przebiciem postępowały od strony południowej prace wykoń-czeniowe. Tunel uszczelniany jest od wewnątrz tak, aby napierają-ca woda gruntowa nie wdała się do środka. Obudowę wewnętrz-ną stanowi obudowa powłokowa o grubości 35 cm, wykonywana w dwóch krokach roboczych - spągu i stropie tunelu. Długość segmentu powłokowego wynosi 12,5 m.W celu zoptymalizowania procesów roboczych został skonstru-owany specjalny tandemowy wózek szalunkowy o długości 70 m,

który umożliwił zabetonowanie dwóch odcinków spągu dziennie. Portale, które łączą się z siecią dróg publicznych, zostały wykona-ne w wykopach otwartych, a ich łączna długość wynosi 65 m. Zgodnie z wymogami bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przed innymi zagrożeniami przy obu portalach powstały place ratunko-we, a nad środkowym punktem trasy tunelu wykonano wyjście ewakuacyjne w postaci szybu o głębokości 30 m, do którego osoby mogą dostać się tunelami przebiagającymi równolegle do tunelu głównego.

Tunele ewakuacyjne oddzielone są od tunelu głównego drzwiami śluzowymi. Powierzchnia przekroju poprzecznego tunelu ewaku-acyjnego wynosi 18 m². Tunele te zostały wydrążone za pomocą maszyn przy zastosowaniu takich samych środków zabezpieczają-cych jak w przypadku tunelu główego.

Tunel Göggelsbuch

długość całkowita tunelu 2.287 m, wykonane metodą górniczą: 2.223 m

massa 350.000 m³ przebicia, 50.000 m³ betonu natryskowego, 25.000 kotew, 23.000 pali90.000 m² uszczelnienia, 60.000 m³ żelbetu5.000 ton stali zbrojeniowej

czas budowy przebicie tunelu 16 miesięcywykonanie obudowy 12 miesięcycałkowity czas wykonania (stan surowy) 26 miesięcy

Zamawiający Deutsche Bahn AG, reprezentowana przez DB Projekt Bau GmbH, centrum projektowe Nürnberg

SSF Ingenieure Główny Projektant i Koordynator, projekt wykonawczy

1 Tunel Göggelsbuch – wózek szalunkowy2 Tunel Göggelsbuch – betonowanie 3 Tunel Göggelsbuch – wykonanie łuku 4 Tunel Göggelsbuch – południowy portal tunelu w fazie budowy

zdję

cia:

ARG

E N

BS N

ürnb

erg

- Ing

olst

adt L

os N

ord

1

3 4

2

Tunel OffenbauMiejscowość Offenbau leży bezpośrednio przy autostradzie A9 i nowej linii kolei dużych prędkości Norymberga-Ingolstadt. Aby zminimalizować ujemne oddziaływanie ruchu pociągów KDP na mieszkańców Offenbau, zdecydowano poprowadzić trasę tunelem na całej długości wzdłuż tej mieiscowości. Ponadto postanowiono, iż wody gruntowe podczas wykonywania budowy mogą być jedy-nie w niedużym stopniu obniżane.

Początkowa koncepcja projektu zakłądała wykonanie płytko posa-dowionego tunelu o prostokątnym przekroju poprzecznym. Miała zostać zastosowana technologia wykonania konstrukcji w zako-twionych wykopach otwartych o bokach skarpowych. Jednak już w fazie przetragowej (przetarg funkcjonalny) została zapropono-wana oferta alternatywna korzystniejsza pod względem koszto-wym, która została zlecona. Zaproponowane rozwiązanie polegało na statycznej optymalizacji sklepienia.

Jednak już po upływie krótkiego okresu od rozpoczęcia robót bu-dowlanych doszło do deformacji (podnoszenie) zabetonowanych płyt fundamentowych na południowym odcinku oraz osuwania się skarp. Budowa została wstrzymana w celu sprawdzenia powodów tych zjawisk.

Okazało się, że założona koncepcja nie może zostać zrealizowana ze względu na silnie osiadające grunty oraz artezyjskie, napięte wody gruntowe poniżej czwartorzędowego poziomu wolnej wody gruntowej. - wykonanie częściowego wykopu bez znacznego obniżania pozio-

mu wód gruntowych czwartorzędowych, brak ingerencji w dru-gie piętro wód

- wykonanie ściany z pali wierconych- montaż pali wierconych tak, aby utrzymać przepływ prądów wód

gruntowych w niezwietrzałych glinach opalinusowych - wykonanie stropu bez znacznego obniżania poziomu wód grunto-

wych czwartorzędowych - wykonanie nasypu nad stropem tunelu - wykonanie tunelu przy użyciu sprężonego powietrza – dwuetapo-

we wydobywanie gruntu w celu redukcji ciśnienia- wykonanie spągu betonem natryskowym bezpośrednio po wy-

dobyciu gruntu- spuszczenie sprężonego powietrza- montaż warstwy buforowej przeciw siłom działającym w wyniku

pęcznienia gliniastego gruntu (w warunkach atmosferycznych) - wykonanie płyty fundamentowej konstrukcji - wykonanie ścian konstrukcji- prace końcowe

1 Tunel Offenbau – drugi etap wydobywania gruntu2 Tunel Offenbau – śluza do komory ze sprężonym powietrzemzd

jęci

a: S

SF In

geni

eure

Gm

bH

1

2

Najpierw zostały wykonane ściany z pali wierconych. Do wykony-wania tych robót stosowano nawet 12 maszyn wiertniczych rów-noczeście. Pale o średnicy 1,20 m i długości dochodzącej do 34 m były montowane w odstępach co 1,04 m tak, aby utrzymać przepływ prądów wód gruntowych (nie tworząc zapory).Konstrukcja między blokiem 7 a 107 jako budowa liniowa wykony-wana była odcinkowo. Standardowa długość bloku wynosiła 12,50

m. Połączenia między blokami wykonywane były jako szczeliny kontrakcyjne dotykowe. Za montażem ścian postępowało po ok. 350 m wykonanie elementów stropowych o grubości 1,00 - 1,20 m. Po osiągnieciu odległości ok. 600 m między odcinkiem już pokrytym stropem a odcinkiem, na którym wiercone są kolejne pale, wykony-wano na stropie tunelu nasyp o grubości 3 m. Po niedużym obni-żeniu poziomu wód gruntowych na obszarze południowej wanny,

1

wydobyto grunt na odcinku sześciu bloków tunelu, w celu zainsta-lowania śluz do późniejszego wprowadzania materiałów, urządzeń, maszyn i ludzi.

Przebicie tunelu (wydobywanie gruntu) musiało się odbywać przy zastosowaniu sprężonego powietrza, gdyż napierająca pod dużym ciśnieniem woda gruntowa, zagrażała wybiciem spągu i zalaniem

tunelu. Wydobycie gruntu postępowało w dwóch etapach. Wiel-kości maksymalnego zabioru dostosowywane były do panujących warunków geologicznych i hydrologicznych. Dwuetapowe wydo-bywanie gruntu umożliwiło stosowanie niewielkiego ciśnienia pod-czas większości wykonywania robót. Praca z wysokim ciśnieniem sprężonego powietrza była konieczna jedynie do wydobywania resztek gruntu.

1 Tunel Offenbau – budowa liniowa, ściany z pali wierconych2 Tunel Offenbau – stan surowy wewnątrz tubelu/ widok na spąg3 Tunel Offenbau – południowy portal tunelu wraz z odcinkiem wannowym

Tunel Offenbau

długość tunelu 1.331 m, wraz z odcinkami wanny północnej 288 m oraz wanny południowej 838 m, całkowita długość 2.457 m

przykrycie tunelu między 2,0 m a max. 6.50 m

powierzchnia przekroju poprzecznego

ok. 100 m2

pale wiercone 45.000 metrów bieżących

czas wykonania pale wiercone 12 miesięcy praca przy użyciu spręzonego powietrza 12 miesięcyprace końcowe wraz z wykonaniem wyjścia ewa-kuacyjnego na środku tunelu 12 miesięcy

metody blok 1 do 7 posadowiony na palach, w wykopie otwartym, blok 7 do 107 posadowiony na palach, „metoda stropowa“, wanna północna 288 m, wanna południowa 838 m, posadowione na palach

Zamawiający Deutsche Bahn AG, reprezentowana przez DB Projekt Bau GmbH, centrum projektowe w Norymberdze

SSF Ingenieure Studium wykonalności, projekt

zdję

cia:

SSF

Inge

nieu

re G

mbH

2

3

EÜ wiadukt linii kolejowejSÜ estakadaKrBW budowla inżynierska skrzyżowania drogowego

Plan sytuacyjny – Linia Norymberga – Ingolstadt, sekcja północna

A 9

A 6

A 73

NBSnowo wybudowany odcinek trasy w kierunku Norymbergii

13,630 km

odcinek nr 21długość odcinka 10,920 m

odcinek nr 31 długość odcinka 7,250 m

24,550 km

Sü St 2225KrBW BAB A73

Feucht

AllersbergKrBW AS Allersberg

Schwarzachtalbrücke

Innowacyjne rozwiązanie stanowiło wykonanie spągu tunelu technologią zbrojonego betonu natryskowego bezpośrednio po wydobyciu gruntu. Przy wymiarowaniu spągu brano pod uwagę parametry ciśnienia wody gruntowej i pęcznienia gruntu. Po wy-konaniu spągu betonem natryskowym, sprężone powietrze mogło zostać spuszczone. Dalsze roboty odbywały się w normalnych warunkach atmosfe-rycznych, co znacznie ułatwiało dalsze prace, ponieważ dla robót wykonywanych podczas stosowania sprężonego powietrza, obo-wiązują specjalne przepisy BHP.

Duże potencjalne zagrożenie dla konstrukcji tunelu stanowiły warstwy pęczniejących iłowców (gliny opalinusowe), w których tunel leży na długości ok. 1000 m . Ich właściwości pęcznienia były intensywnie badane i analizowane. Aby przeciwdziałać temu zagrożeniu, stworzono nowatorskie rozwiązanie technologiczno-materiałowe. Zastosowano zupełnie nową, stosunkowo cienką

(10 cm) warstwę buforową z porowatego materiału, która spełnia-ła wymagane wartości graniczne naprężenia i deformacji. War-stwa została umieszczona bezpośrednio nad spągiem. Po wyko-naniu warstwy buforowej, rozpoczęto prace wykończeniowe. Pod stropem wykonano płytę fundamentową oraz ściany konstrukcji.

W fazie eksploatacji dno tunelu (płyta fundamentowa) przejmuje obciążeniawynikające z ciśnienia wody i pęcznienia oraz przenosi je przez ściany do stropu, a stamtąd na ścianę z pali wierconych. Owe pale stanowią głębokie posadowienie. Cała konstrukcja wy-konana jest z wodoszczelnego betonu. Spoiny wykonane są za pomocą wewnętrznych taśm izolacyjnych.

Konstrukcja tunelu Offenbau została uzupełniona o wyjścia ewa-kuacyjne oraz konstrukcje umożliwiające filtrację wód gruntowych (nie tworzenie zapory dla prądów). Przy obu portalach znajdują się wanny żelbetowe z pali wierconych.

N

zdję

cia:

edi

unds

epp

NBSnowo wybudowany odcinek trasy w kierunku Ingolstadtu

kanał wodny Main – Donau

odcinek nr 31 długość odcinka 7,250 m

odcinek nr 32długość odcinka 6,500 m

odcinek nr 41 długość odcinka 5,735 m

odcinek nr 42 długość odcinka 4,615 m

48,650 km31,800 km 38,300 km 44,035 km

Tunnel Göggelsbuch

Hilpoltstein

Greding

SÜ St 2227

EÜ Main-Donau-Kanal Anschlussstelle Hilpoltstein

Tunnel Offenbau

1 warstwa wyrównawcza z elementami izolującymi2 zachodzące na siebie pale wiercone palisady3 niezbrojony pal pierwotny4 zbrojony pal wtórny5 z wartością ciśnienia równą 0,7 bar podczas pierwszej fazy wykonywania wykopu6 z wartością ciśnienia równą 0,99 bar podczas drugiej fazy wykonywania wykopu

konstrukcja pierwotnakonstrukcja nośna wykończenia

dren dna konstrukcji

wyk

op w

ykon

ywan

y po

d ci

śnie

niem

wysokość nasypu technologicznego ≥3,0m

grubość stropu 1,00-1,20 m

izolacja dwuwarstwowa

warstwa betonu natryskowego konstrukcji dna d=0,3m

podkad wykonany z tworzywa sztucznego o grubości d=10cm mający za zadanie przyjęcie panującego w czasie prac budowlanych ciśnienia od pęcznienia

-3.11

16.40

+8.70

+7.50+7.50

-0.71 -0.71 -0.61-0.61

+8.70

40

40

40

1

2

3

4

6

5

-3.71

2.20 2.251.70 1.702.25

SO±0.00 SO±0.00

2.20

Title

: Pho

togr

aphi

e W

olfg

ang

Seitz