Túnel do novo trecho Nuremberg – Ingolstadt (NBS) Lote norte – Túnel Göggelsbuch / Túnel Offenbau
Para solucionar as exigências resultantes da intensificação do tráfego ferroviário de pessoas e carga devido à reunificação da Alemanha e à expansão da União Europeia no Leste do continente, são necessárias medidas estruturais abrangentes que incluem correções e expansões significativas da malha ferroviária. Além disto, para o avanço da integração europeia é imprescindível a criação e expansão de uma rede de transporte transeuropeia. Neste contexto deve ser visto o trecho de alta velocidade que liga Nuremberg – Ingolstadt – Munique. Ele representa uma extensão do projeto ferroviário União Alemã nº 8, que vai de Berlim via Halle / Leipzig e Erfurt até Nuremberg, sendo considerado uma importante contribuição alemã para o eixo Nº 1 (Berlim – Verona – Palermo) das redes transeuropeias. O trajeto é dividido entre o novo trecho entre Nuremberg – Ingolstadt (NBS) e o trecho de expansão entre Ingolstadt – Munique (ABS). Para o novo trecho foram selecionados elementos de traçado que permitem um tráfego ferroviário misto de passageiros e carga. A inclinação longitudinal máxima de 20 por mil [2 %] com um arredondamento mínimo de 22.500 m e um raio mínimo de 3.700 m permite um tráfego de carga noturno a velocidades de até 160 km / h. A velocidade projetada para trens de passageiros é de 300 km / h. A via é construída com pavimento sólido em toda a sua extensão. A extensão total do novo trecho é de aprox. 83,3 km. O trecho foi dividido em cinco lotes.
Imagem: Photographie Wolfgang Seitz
O lote Norte do novo trecho, com 35,02 km de extensão, corre em grande parte paralelamente à autoestrada federal A9, de modo a minimizar o corte adicional na paisagem. Esta circunstância do percurso estabelecido para a conjugação de vias de transporte exigiu um total de 22 pontes rodoviárias e passagens, 32 pontes ferroviárias, medidas de estabilização de encostas, uma via elevada com fundações aprofundadas no solo em uma extensão de 3,5 km, assim como a construção dos 2 túneis Offenbau e Göggelsbuch. No total foram movidos 2,60 milhões de metros cúbicos de terra para este lote Norte.
NBS Nuremberg – Ingolstadt, lote Norte – edificação da ponte sobre o canal de ligação dos rios Meno e Danúbio
A SSF Ingenieure foi contratada pelo consórcio executor para o planejamento geral e executivo das obras com as seguintes prioridades, entre outras: - Fundações e mecânica do solo - Planejamento dos trechos do sistema de tráfego ferroviário ferrovia com pavimento sólido - Planejamento dos trechos do sistema de tráfego rodoviário rodovias paralelas e cruzamentos - Planejamento de pontes ferroviárias (Schwarzachtal, Canal Meno Danúbio) - Planejamento de pontes rodoviárias (entre outras, Kr. BW BAB autoestrada federal A 73, Kr. BW Vias AS Hilpoltstein, St2225, St2227) - Planejamento construção de túneis e calhas (Offenbau, Göggelsbuch)
- Planejamento de estações ferroviárias (estação ferroviária regional de Allersberg) - Planejamento de estabilização de encostas (Auer Berg) - Planejamento de via elevada (via sobre estacas e placas) - Planejamento de sistemas anti-ruído - Planejamento de medidas de proteção da paisagem - Execução de acordos administrativos e de cruzamentos - Realização da coordenação de interface dos equipamentos técnicos - Realização e acompanhamento de procedimentos de alteração de planos
Imagens: ARGE NBS Nürnberg - Ingolstadt Los Nord
Túnel Göggelsbuch – Tubo principal, sentido norte
Túnel Göggelsbuch Como parte do novo trecho ICE [trem de alta velocidade InterCityExpress] Nuremberg – Ingolstadt, lote Norte, o túnel Göggelsbuch passa por baixo de uma colina do vilarejo Göggelsbuch, em uma extensão de aprox. 2,3 km, assim como por baixo de um estacionamento com instalações sanitárias na autoestrada federal A9. Ele foi aberto por ambos os lados segundo o método de construção fechada. A construção foi finalizada em 2002. O túnel Göggelsbuch é coberto por uma camada de rochas com 5 a 22 m de espessura, formada exclusivamente por arenitos Feuerletten da formação geológica Mittlerer Keuper, portanto composta totalmente por rochas não consolidadas. Devido à pressão da água existente de até 3 bar, o túnel foi construído com uma área da seção transversal de escavação de aprox. 150 m² completamente formada com fundo em abóbada. A abertura do túnel na parte executada com método de construção fechada, com 2.223 m de comprimento, começou simultaneamente no lado norte e sul. PriTúnel Göggelsbuch – Saída de emergência, sentido poço de emergência
meiro foi aberta a calota com fundo contínuo, logo em seguida foram abertos o piso e o fundo. As rochas existentes puderam ser removidas por uma escavadeira em todas as subseções transversais. De acordo com o método NÖT foram utilizados arcos, concreto injetado, chumbadores e lanças como elementos de segurança. O avanço do corte teve comprimento máximo 1,30 m. Os planos de separação fósseis inseridos nas rochas Feuerletten precisavam ser previamente fixados durante o avanço, por meio de lanças e com concreto injetado na cabeceira. Depois da escavação completa seguiu-se o revestimento do interior a partir do lado sul, com uma vedação integral de 3 mm de espessura a prova d’água sob pressão, e um revestimento interno armado de 35 cm de espessura, cuja execução foi dividida em fundo e abóbada. O comprimento do bloco é de 12,5 m. Considerando o prazo limite de construção, um carro de cimbramento de quase 70 m de com-
Túnel Göggelsbuch Extensão do túnel
2.287 m, dos quais 2.223 m em construção fechada
Volumes
350.000 m³ de rochas removidas, 50.000 m³ de concreto injetado 25.000 chumbadores, 23.000 lanças 90.000 m² de material de vedação, 60.000 m³ de concreto armado 5.000 toneladas de barras de aço
Tempo de construção
Perfuração em 16 meses, revestimento interno em 12 meses Tempo total de construção da obra bruta 26 meses
Contratante da obra
DB AG [Ferrovias Alemãs], representada por DB Projekt Bau GmbH PZ, Nuremberg Tempo total de construção da obra bruta 26 meses
SSF Ingenieure
Planejamento geral para o planejamento executivo
1 Túnel Göggelsbuch – Carro de cimbramento da abóbada 2 Túnel Göggelsbuch – Concretagem 3 Túnel Göggelsbuch – Confecção do arco aéreo 4 Túnel Göggelsbuch – Entrada sul na fase de obras
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Imagens: ARGE NBS Nürnberg - Ingolstadt Los Nord
primento foi construído especialmente para este túnel, de modo que foi possível concretar duas seções do fundo por dia. As áreas das entradas que são interligadas com a rede rodoviária pública, foram executadas com o método de construção aberta e têm um comprimento total de 65 m. Por exigência do conceito técnico de segurança para proteção contra incêndio e catástrofes, foram alocadas áreas de resgate em ambas as entradas, bem como uma saída de emergência no meio do túnel em forma de um poço com 30 metros de profundidade. Este pode ser acessado através de duas galerias de emergência com 150 m de comprimento cada, que correm paralelamente ao túnel. As galerias de emergência podem ser isoladas do túnel principal por meio de comportas. A área da seção transversal de escavação das galerias é de 18 m². As galerias foram executadas com uma tuneladora tipo roadheader. Os elementos de segurança usados na perfuração são iguais àqueles do tubo principal.
Túnel Offenbau A localidade de Offenbau do município Thalmässing fica bem perto da autoestrada A9 e do novo trecho do ICE Nuremberge - Ingolstadt. Para minimizar os transtornos à população local causados pelo novo traçado da ferrovia, na resolução de aprovação do planejamento foi prescrito um encapsulamento total do novo trecho na altura da localidade. Além disso, foi determinado que durante a fase de construção o lençol freático poderia ser rebaixado apenas de forma limitada. O conceito original continha a confecção de um túnel com fundações pouco profundas, com área de seção transversal retangular e método de construção aberta, dentro de um fosso com taludamento e chumbadores. Já na fase de proposta para o novo trecho funcional licitado Nuremberge – Ingolstadt foi desenvolvida uma proposta especial de custo otimizado em forma de abóbada com estática otimizada, que acabou sendo contratada.
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Imagens: SSF Ingenieure GmbH
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Porém, pouco depois de iniciadas as obras, ocorreram elevações da placas de concreto já executadas na seção inicial sul, bem como deslizamentos de taludes. Os trabalhos foram suspensos para identificar as causas. Verificou-se que um subsolo muito susceptível à acomodação e um lençol freático sob pressão artesiana, abaixo do horizonte quaternário de águas subterrâneas sem pressão, não permitia a realização do conceito original. A segurança contra elevação do fundo do fosso, o taludamento e as propriedades do solo incompatíveis com o método de construção aberta na argila Opalinus decomposta pelas intempéries exigiu uma revisão da solução inicial com uma abordagem especial: - Não havia segurança contra elevação do fundo do fosso com o método de construção aberta sem a retenção do lençol freático na argila Opalinus. - O taludamento com o método de construção aberta sem a retenção do lençol freático nos estratos quaternários não era exequível devido aos possíveis rompimentos e deslizamentos dos taludes. - A plasticidade pronunciada do quaternário coesivo e dos estratos de argila Opalinus na zona de decomposição pelas intempéries promove uma forte sensibilidade à acomodação. - Acomodações inadmissíveis dentro das camadas quaternárias parcialmente moles e da zona mole da argila Opalinus decomposta em caso de fundações pouco profundas - Segundo estrato de água subterrânea com lençol freático sob pressão artesiana com risco de elevação do fundo - Possíveis deslizamentos de taludes nas interfaces - Proibição de intervenções na água subterrânea por parte do órgão de saneamento, ao mesmo tempo impossibilidade de grande rebaixamento do lençol freático devido ao perigo de acomodação do solo para a autoestrada e edificações - P resença de estratos passíveis de expansão da argila Opalinus com consideráveis elevações por expansão de até 40 mm, em caso de impedimento de deformação ocorrem pressões de expansão de até 0,4 MN / m²
1 Túnel Offenbau – Fase de escavação 2 – Operação de remoção de material 2 Túnel Offenbau – Comporta de ar comprimido
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Com as pesquisas continuadas de 15 variantes decidiu-se construir o túnel Offenbau com ar comprimido, segundo o método cut&cover: - Pré-escavação sem rebaixamento significativo do nível do lençol freático quaternário, nenhuma intervenção no segundo estrato de água subterrânea - Execução da parede de estacas perfuradas sobreposta a partir de uma escavação intermediária - Comprimentos escalonados das estacas perfuradas para a manutenção da circulação do fluxo de água subterrânea na argila Opalinus não decomposta pelas intempéries - Execução das coberturas sem um rebaixamento significativo do nível do lençol freático quaternário - Enchimento sobre a cobertura do túnel - Perfuração do túnel sob ar comprimido para redução do nível de pressão em duas seções de escavação - O alívio da pressão no segundo estrato de água subterrânea foi
necessário apenas em pequenos trechos - Instalação do fundo de concreto injetado imediatamente após a escavação do solo - Esvaziamento do ar comprimido - Instalação da camada de acolchoamento contra expansão no estado final sob condições atmosféricas - Instalação do fundo da edificação - Instalação das paredes da edificação Trabalhos restantes Inicialmente foram realizadas as paredes de estacas perfuradas sobrepostas. Com até doze perfuradoras ao mesmo tempo foram executadas as estacas perfuradas escalonadas - para manutenção da circulação do fluxo de água subterrânea na argila Opalinus não decomposta pelas intempéries - com diâmetro de 1,20 m, uma distância de 1,04 m e um comprimento de até 34 m (estacas secundárias armadas). As áreas entre o bloco 7 e o bloco 107
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Túnel Offenbau Extensão do túnel
1.331 m com calha Norte 288 m, calha Sul 838 m, total 2.457 m
Cobertura
Entre 2,0 m e no máx. 6,50 m
Área da seção transversal Cerca de 100 m2 – túnel Estacas perfuradas
45.000 metros corridos
Tempo de construção
Estacas perfuradas 12 meses, Escavação com ar comprimido 12 meses Trabalhos restantes com saída de emergência no meio do túnel 12 meses
Execução
Bloco 1 até 7 com estacas de fundação com método de construção aberta, Bloco 7 até 107 com estacas de fundação com método cut&cover, trecho de calha também com estacas de fundação
Contratante da obra
DB AG [Ferrovias Alemãs], representada por DB Projekt Bau GmbH PZ, Nuremberge
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Imagens: SSF Ingenieure GmbH
SSF Ingenieure
Estudos de viabilidade, planejamento da edificação e planejamento estrutural
1 Túnel Offenbau – Canteiro de obras de linha, parede de estacas perfuradas 2 Túnel Offenbau – V ista interna da obra bruta do túnel / Vista da abóbada do fundo 3 Túnel Offenbau – Entrada sul incluindo o trecho da calha
foram executadas em forma de um canteiro de obras de linha, em ciclos com um comprimento regular do bloco de 12,50 m e formação de juntas de pressão. Após a penetração das estacas perfuradas (aprox. 350 m) foram executados os componentes da cobertura com 1,0 até 1,20 m de espessura. Em uma etapa posterior de aprox. 600 m, as seções da cobertura do túnel finalizadas receberam uma camada de 3,0 m de terra para a redução das perdas de ar da pressurização e obtenção de um equilíbrio relativo à sobrepressão do ar. Após um pequeno rebaixamento do lençol freático na região do pré-corte do lado sul foram escavados seis blocos do túnel, de modo a possibilitar a instalação da comporta de pessoal, de material bem como a câmara de grande porte para os equipamentos de trabalho. Em virtude da presença de água subterrânea sob pressão e da camada vedante de argilas amolecidas e rochas argilosas do Opalinus, o túnel teve que ser escavado por baixo, sob ar comprimido
por motivo de segurança contra rompimento do fundo e penetração de água subterrânea. A pressão do ar necessária nas condições de trabalho era determinada em função do nível de pressão da água subterrânea na argila Opalinus e do nível de escavação atingido. Eine Innovation gegenüber bisherigen Lösungen stellt das in Spritzbeton hergestellte Sohlgewölbe dar, das unmittelbar nach Herstellung des Aushubs mittels bewehrten Spritzbetons hergestellt wurde. Dieses wurde auf die Aufnahme des Wasserdrucks aus dem artesisch gespannten Grundwasser und auf die Aufnahme des Quelldruckes bzw. Quellhebungen (Interationsverfahren nach dem Nachgiebigkeits- und Widerstandsprinzip) bemessen. A perfuração do túnel foi realizada sob ar comprimido em duas fases de escavação. Na fase de escavação 1 o túnel foi escavado até a profundidade da futura aresta superior dos trilhos, começando do sul até a extremidade norte. Para isso foi necessário um nível de pressão de aprox. 0,7 bar. A condição inicial no sul foi realizada
Planta de localização NBS Nuremberg - Ingolstadt lote Norte A6
Edificação de cruzamento viaduto rodoviário AS Allersberg
Úmido A9
Edificação de cruzamento viaduto rodoviário BAB A73 Allersberg
Novo trecho em direção a Nuremberg
Viaduto rodoviário St 2225
Ponte de Schwarzachtal A 73
N
24,550 km
13,630 km EÜ Viaduto ferroviário SÜ Viaduto rodoviário KrBW Edificação de cruzamento - viaduto rodoviário
através de uma parede de pressão com a respectiva instalação de comportas. O lado norte da edificação do túnel permaneceu fechado por uma parede de pressão previamente instalada durante a operação sob ar comprimido. Em seguida foi escavado o fundo em cortes individuais dentro da fase de escavação 2, retrocedendo do norte para o sul, com um nível de pressão máximo de 0,99 bar. Os comprimentos dos cortes foram selecionados em função da geologia e hidrologia. A escavação em duas etapas permitiu trabalhar durante um período de tempo mais longo possível sob níveis de pressão mais baixos, elevando a pressão somente para a escavação final. Uma inovação perante as soluções anteriores é a abóbada do fundo em concreto injetado, executada imediatamente após a escavação por meio de concreto armado injetado. Esta foi dimensionada para receber a pressão artesiana da água do lençol freático, bem como a pressão de expansão e de elevação (processo de interação segundo o princípio de flexibilidade e resistência). As estacas perfuradas foram imediatamente reforçadas na base através da abóbada do fundo. A aplicação das forças do fundo de concreto injetado sobre a parede de estacas perfuradas ocorreu através de uma junta de trabalho áspera, para isso foi exposta a estrutura granulométrica do concreto da estaca. Ao finalizar o revestimen-
Lote parcial 21 Extensão 10,920 m
to de concreto injetado foi possível esvaziar o ar comprimido. O revestimento seguinte foi continuado sob condições atmosféricas normais, facilitando bastante a execução das obras, visto que sob ar comprimido devem ser cumpridas disposições especiais de proteção à saúde e de segurança, com uma monitoração médica permanente dos trabalhadores e a utilização exclusiva de máquinas equipadas com motores elétricos, por exemplo. Também a fase de alívio do lençol freático pôde ser minimizada através da abóbada do fundo em concreto injetado. Um considerável potencial de danos para o túnel era dado pelas rochas susceptíveis à expansão (argila Opalinus) que o túnel atravessa em uma extensão de aprox. 1000 m. O seu comportamento de expansão foi examinado através de dispendiosos processos de análise. As tensões de expansão geradas normalmente são absorvidas por uma camada plástica intermediária. Entretanto, no túnel Offenbau seria necessário uma camada de argila expandida de cerca de 1,20 m de altura. Por este motivo foi desenvolvida uma inovadora camada de amortecimento, capaz de cumprir os valores exigidos de tensão e deformação, apesar de ser extremamente fina (10 cm). Esta camada de amortecimento é aplicada diretamente acima da abóbada do fundo. Uma vez assentada a camada de amortecimento, foi finalizado o revestimento interno do túnel. Sob o teto do túnel foi executado o fundo e as paredes da edificação. O fundo da edificação é ligado diretamente às paredes de estacas perfuradas através das zonas das
Greding Túnel Göggelsbuch
Túnel Offenbau
Canal Meno Danúbio
Viaduto rodoviário St 2227
Novo trecho em direção a Ingolstadt
Viaduto ferroviário Canal Meno Danúbio
Ponto de conexão Hilpoltstein
Hilpoltstein
Gráfico: ediundsepp
Lote parcial 31 Extensão 7,250 m
38,300 km Lote parcial 32 Extensão 6,500 m
44,035 km Lote parcial 41 Extensão 5,735 m
juntas de trabalho ásperas. Entre as paredes de estacas perfuradas e as paredes internas foi disposta uma camada de compensação com uma camada separadora, com objetivo de anular as tensões forçadas. A ligação das paredes ao teto do túnel é realizada através de luvas de união. No estado final o fundo do túnel assume a carga oriunda da pressão da água e parte da pressão de expansão, conduzindo-as para o teto do túnel e da lá para as paredes de estacas perfuradas. As fundações profundas da edificação são realizadas através das estacas perfuradas. A construção completa do túnel foi executada em concreto impermeável (WUB-KO) com faixas de juntas de bloco e juntas de trabalho situadas internamente, bem como mangueiras de injeção nas juntas de trabalho. A construção do “túnel Offenbau“ foi complementada através de uma saída de emergência bem como por medidas de condução da água subterrânea. Nas duas pontas do túnel encontram-se calhas com paredes de estacas perfuradas sobrepostas, de modo a dominar a água subterrânea de modo permanente. Execução: A maior parte do trecho do túnel foi executado com uma parede envolvente a prova d’água, formada por estacas perfuradas sobrepostas. No lado sul o túnel foi executado em seis blocos com fundações formadas por estacas perfuradas com método de construção aberta a calha anexa, esta última também presente no lado norte, executada da mesma forma com paredes de estacas perfuradas sobrepostas.
48,650 km Lote parcial 42 Extensão 4,615 m
Enchimento ≥ 3,0 m 16.40
+8.70
+8.70
Espessura do teto 1,00-1,20 m +7.50
Escavação sob ar comprimido
31,800 km
+7.50
40 40 1.70
2.20
2.25
2.25
1.70
1
2.20
5
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SO±0.00 -0.61
SO±0.00 40
-0.71
-0.71
-0.61
6
3 -3.71
-3.11
Drenagem do fundo Camada de separação em dois estratos Concreto injetado na abóbada do fundo d = 0,30 m Camada intermediária plástica de 10 cm para absorver a pressão de expansão nas condições de trabalho
1 Camada de compensação com camada separadora 2 Parede de estacas perfuradas sobreposta 3 Estaca primária sem armação d = 1,20 m 4 Estaca secundária com armação d = 1,20 m, l = até 32 m, a = 1,042 m 5 Com estágio de pressão 0,7 bar – fase de escavação 1 6 Com estágio de pressão 0,99 bar – fase de escavação 2
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Construção primária Construção secundária
TĂtulo: Photographie Wolfgang Seitz