Tunele na trasie nowej linii kolei dużych prędkości między Norymbergą a Ingolstadtem Sekcja północna trasy z tunelami Göggelsbuch i Offenbau
zdjęcie: Photographie Wolfgang Seitz
Dwa szczególnie istotne wydarzenia polityczne ostatnich dekad – Zjednoczenie Niemiec oraz wstąpienie do Unii Europejskiej nowych Państw członkowskich Europy Wschodniej – przyczyniły się do znacznego wzrostu ruchu kolejowego (zarówno pasażerskiego jak i towarowego) na terenie Niemiec. Aby sprostać nowym wymogom, konieczne było podjęcie wielu działań i programów infrastrukturalnych przebudowy, rozbudowy i modernizacji kolei na dużą skalę. W ramach działań mających na celu postęp integracji europejskiej podjęto program budowy i rozbudowy Sieci Transeuropejskich tzw. TEN (Trans-European-Network), mający za zadanie rozbudowę i modernizację sieci infrastruktury głównych linii spinających kontynent europejski. W kontekście tych wydarzeń i działań należy patrzeć na budowę linii kolei dużych prędkości Norymberga – 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 – Ingolstadt 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 zaprojektowana została nawierzchnia bezpodsypkowa. Długość całkowita linii to 83,30 km i dzieli się na dwie sekcje – południową 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 Göggelsbuch. Podczas budowy sekcji północnych zostało przeniesione 2.60 miliona m³ gruntu. Linia Norymberga – Ingolstadt, sekcja północna – most kolejowy przez rzekę Main-Donau-Kanal
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)
- 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
zdjęcia: ARGE NBS Nürnberg - Ingolstadt Los Nord
Tunel Göggelsbuch – tunel główny w stronę północną
Tunel Göggelsbuch Tunel na trasie łączącej Norymbergę z Ingolstadtem w sekcji północnej przejeżdża na długości około 2,3 km pod wzniesiem przy miejscowości Goegglsbuch oraz pod stacją postojową przy autostradzie 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 poprzecznego wykonanego przebicia pod tunel wynosiła 150 m2. Przebicie tunelu o całkowitej długości 2.223 m rozpoczęto równolegle od obu jego wlotów – północnego i południowego. Podczas
Tunel Göggelsbuch – wyjście ewakuacyjne w stronę tunelu ewakuacyjnego
wykonywania tunelu Nową Austriacką Metodą Budowy Tuneli (New Austrian Tunneling Method, NAMT) jako środki zabezpieczające stosowano łuki, beton natryskowy, kotwy i pale. Maksymaly zabiór wynosił 1,30 m. Za przebiciem postępowały od strony południowej prace wykończeniowe. Tunel uszczelniany jest od wewnątrz tak, aby napierająca woda gruntowa nie wdała się do środka. Obudowę wewnętrzną 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 skonstruowany specjalny tandemowy wózek szalunkowy o długości 70 m,
Zgodnie z wymogami bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przed innymi zagrożeniami przy obu portalach powstały place ratunkowe, 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 ewakuacyjnego wynosi 18 m². Tunele te zostały wydrążone za pomocą maszyn przy zastosowaniu takich samych środków zabezpieczających 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 pali 90.000 m² uszczelnienia, 60.000 m³ żelbetu 5.000 ton stali zbrojeniowej
czas budowy
przebicie tunelu 16 miesięcy wykonanie obudowy 12 miesięcy całkowity 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 szalunkowy 2 Tunel Göggelsbuch – betonowanie 3 Tunel Göggelsbuch – wykonanie łuku 4 Tunel Göggelsbuch – południowy portal tunelu w fazie budowy
1
2
3
4
zdjęcia: ARGE NBS Nürnberg - Ingolstadt Los Nord
który umożliwił zabetonowanie dwóch odcinków spągu dziennie. Portale, które łączą się z siecią dróg publicznych, zostały wykonane w wykopach otwartych, a ich łączna długość wynosi 65 m.
Tunel Offenbau Miejscowość 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 jedynie w niedużym stopniu obniżane. Początkowa koncepcja projektu zakłądała wykonanie płytko posadowionego tunelu o prostokątnym przekroju poprzecznym. Miała zostać zastosowana technologia wykonania konstrukcji w zakotwionych wykopach otwartych o bokach skarpowych. Jednak już w fazie przetragowej (przetarg funkcjonalny) została zaproponowana oferta alternatywna korzystniejsza pod względem kosztowym, która została zlecona. Zaproponowane rozwiązanie polegało na statycznej optymalizacji sklepienia.
1
Jednak już po upływie krótkiego okresu od rozpoczęcia robót budowlanych 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 poziomu wód gruntowych czwartorzędowych, brak ingerencji w drugie 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 gruntowych czwartorzędowych - wykonanie nasypu nad stropem tunelu - wykonanie tunelu przy użyciu sprężonego powietrza – dwuetapowe wydobywanie gruntu w celu redukcji ciśnienia - wykonanie spągu betonem natryskowym bezpośrednio po wydobyciu 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
zdjęcia: SSF Ingenieure GmbH
2
1 Tunel Offenbau – drugi etap wydobywania gruntu 2 Tunel Offenbau – śluza do komory ze sprężonym powietrzem
1
Najpierw zostały wykonane ściany z pali wierconych. Do wykonywania tych robót stosowano nawet 12 maszyn wiertniczych równoczeście. 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 wykonywana 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, wykonywano na stropie tunelu nasyp o grubości 3 m. Po niedużym obniżeniu poziomu wód gruntowych na obszarze południowej wanny,
2
zdjęcia: SSF Ingenieure GmbH
3
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 miesięcy prace końcowe wraz z wykonaniem wyjścia ewakuacyjnego 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
1 Tunel Offenbau – budowa liniowa, ściany z pali wierconych 2 Tunel Offenbau – stan surowy wewnątrz tubelu/ widok na spąg 3 Tunel Offenbau – południowy portal tunelu wraz z odcinkiem wannowym
wydobyto grunt na odcinku sześciu bloków tunelu, w celu zainstalowania 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. Wielkości maksymalnego zabioru dostosowywane były do panujących warunków geologicznych i hydrologicznych. Dwuetapowe wydobywanie gruntu umożliwiło stosowanie niewielkiego ciśnienia podczas większości wykonywania robót. Praca z wysokim ciśnieniem sprężonego powietrza była konieczna jedynie do wydobywania resztek gruntu.
Plan sytuacyjny – Linia Norymberga – Ingolstadt, sekcja północna
A6 Feucht A9 KrBW BAB A73 NBS nowo wybudowany odcinek trasy w kierunku Norymbergii
Allersberg
Sü St 2225
KrBW AS Allersberg
Schwarzachtalbrücke A 73
N 24,550 km
13,630 km EÜ wiadukt linii kolejowej SÜ estakada KrBW budowla inżynierska skrzyżowania drogowego
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 wykonaniu spągu betonem natryskowym, sprężone powietrze mogło zostać spuszczone. Dalsze roboty odbywały się w normalnych warunkach atmosferycznych, co znacznie ułatwiało dalsze prace, ponieważ dla robót wykonywanych podczas stosowania sprężonego powietrza, obowiązują 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 technologicznomateriałowe. Zastosowano zupełnie nową, stosunkowo cienką
odcinek nr 21 długość odcinka 10,920 m
(10 cm)warstwę buforową z porowatego materiału, która spełniała wymagane wartości graniczne naprężenia i deformacji. Warstwa została umieszczona bezpośrednio nad spągiem. Po wykonaniu 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 wykonana jest z wodoszczelnego betonu. Spoiny wykonane są za pomocą wewnętrznych taśm izolacyjnych. Konstrukcja tunelu Offenbau została uzupełniona o wyjścia ewakuacyjne oraz konstrukcje umożliwiające filtrację wód gruntowych (nie tworzenie zapory dla prądów). Przy obu portalach znajdują się wanny żelbetowe z pali wierconych.
o długoś
Greding Tunnel Göggelsbuch
Tunnel Offenbau
kanał wodny Main – Donau
SÜ St 2227
NBS nowo wybudowany odcinek trasy w kierunku Ingolstadtu
EÜ Main-Donau-Kanal
Anschlussstelle Hilpoltstein
Hilpoltstein 31,800 km
odcinek nr 31 ść odcinka 7,250 m
38,300 km odcinek nr 32 długość odcinka 6,500 m
44,035 km
48,650 km
odcinek nr 42 długość odcinka 4,615 m
odcinek nr 41 długość odcinka 5,735 m
wysokość nasypu technologicznego ≥3,0m 16.40 +8.70
+8.70
grubość stropu 1,00-1,20 m
wykop wykonywany pod ciśnieniem
+7.50
konstrukcja pierwotna konstrukcja nośna wykończenia
+7.50
1 5
1.70
2.20
2.25
2.25
SO±0.00
-0.61
1.70
2.20
40 40
2
SO±0.00 40
-0.71
-0.71
-0.61
6
3 -3.71
-3.11
zdjęcia: ediundsepp
dren dna konstrukcji 1 2 3 4 5 6
warstwa wyrównawcza z elementami izolującymi zachodzące na siebie pale wiercone palisady niezbrojony pal pierwotny zbrojony pal wtórny z wartością ciśnienia równą 0,7 bar podczas pierwszej fazy wykonywania wykopu z wartością ciśnienia równą 0,99 bar podczas drugiej fazy wykonywania wykopu
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
4
Title: Photographie Wolfgang Seitz