Ingenieurbau

Génie civil

Civil engineering

132

Einleitung Die Durchmesserlinie kann als ak -tuellstes Kapitel in der Erfolgs ge -schichte des öffentlichen Verkehrsim Raum Zürich gelesen werden:Als die S-Bahn im Jahr 1990 ihrenBetrieb aufnahm, nutzten täglich160 000 Reisende den ZürcherHauptbahnhof. Heute ist die Zahlauf 400 000 angestiegen, was denHauptbahnhof als wichtigstenKno tenpunkt des Bahnverkehrs anseine Kapazitätsgrenzen ge brachthat. Die SBB und der KantonZürich haben darauf mit der Pla -nung einer Bahn hofser weite rungreagiert, die nun unter der Pro -jektbezeichnung «Durch messer -linie» schon weitgehend Gestaltangenommen hat. Politisch stehtdas Bauwerk auf solidem Grund:Im Jahr 2001 stimmten 82% desZürcher Stimmvolks dem 2-Milli ar -den-Projekt zu. Gebaut wird damiteine 9,6 Kilometer lange Bahn -strecke von Altstetten via Haupt -bahnhof nach Oerlikon. Das Kern -stück der Strecke bildet der unter

Introduction The Cross-City Line is the latestchapter in the history of publictransport in the Zurich area.When the S-Bahn started opera-ting in 1990, 160,000 passengersused Zurich Central Station everyday. Today the figure has risen to400,000, which has brought theCentral Station, which is thebusiest rail intersection to itscapacity limit. Therefore the SBB(Swiss Federal Railways) andCanton Zurich decided to under-take the planning of a station ex -tension, which has begun to takeshape under the project name ofthe ”Cross-City Line”. Politically theproject stands on solid ground: In2001, 82% of the Zurich electora-te voted for the 2 billion francproject. Thus a 9.6 kilometre longrailway line was built fromAltstetten via Central Station toOerlikon. The centre-piece of theline is the Löwenstrasse Stationsituated under the existing tracksof Zurich Central Station. This

den bestehenden Gleisen desZürcher Hauptbahnhofs liegendeDurchgangsbahnhof Löwen stras se.Mitte 2014 soll die aus vier Glei -sen bestehende Anlage ihren Be -trieb aufnehmen (Fig. 1).

Bau des Tiefbahnhofs Verschachtelter UntergrundDie Anlage bildet einen sowohlbautechnisch als auch logistischsehr komplexen Abschnitt. Unterengen innerstädtischen Platzver -hält nis sen entsteht ein neues,gigantisches Bauwerk, ohne dasses von aussen wahrgenommenwerden könnte: Praktisch dergesamte Neu bau entsteht unter-irdisch, gebaut wird hauptsäch-lich mit der «Deckelbauweise»und im Bereich der neuen Fuss -gänger pas sagen unterhalb vonGleishilfs brücken. Der umbauteRaum fasst rund 320 000 m3. DieBaumass nahme am grössten undwichtigs ten Verkehrsknoten punktist vergleichbar mit einer Ope ra ti -on am offenen Herzen. Während

Tiefbahnhof Löwenstrasse der Zürcher DurchmesserlinieLöwenstrasse underground station on the Zurich Cross-City Line

Martin O. Bachmann, Valentin Rabitsch

Fig. 1

Übersicht über die Abschnitte der Durchmesserlinie.Overview of the sections of the Cross-City Line.

133

four-platform through stationwill go into service in the middleof 2014 (Fig. 1).

Construction of the under-ground station Underground complexIt is the most complex section ofthe project, both from the con-structional and from the logisticspoint of view, because with therestricted space conditions of theinner city a very large new struc-ture is being produced that can-not be seen from outside: In prac-tice the completely new under-ground structure is executedmainly by the top-down methodand in the region of the pedestrianpassageways with the aid of tem -porary track bridges. The utilisedspace comprises some 320,000 m3.The construction work at Switzer -land’s biggest and most impor-tant traffic intersection is compa-rable to open heart surgery.Throughout the whole of theconstruction time the CentralStation and the traffic intersectionpoint for suburban, intercity andlong-distance traffic, as well asthe shopping centre, have toremain in operation with no

der gesamten Rohbauphase mussder Hauptbahnhof sowohl als Ver -kehrsknotenpunkt für Nah- undFernverkehr als auch als Einkaufs -zentrum uneingeschränkt in Be -trieb bleiben. Ferner muss die his -torische Bausubstanz der Bahn -hofsgebäude geschützt und er -hal ten bleiben, und die Anforde -rungen an die Sicherheit der Bau -arbeiten sowie die Emissionensind sehr hoch. Hinzu kommt dieSihl, die von den Gleisen derDurchmesserlinie unterquert wirdund bei Hochwasser weitere si -cherheits- und bautechnische Zu -satz massnahmen bedingt (Fig. 2).

Das Teilprojekt «Querhalle» Der Bau des Bahnhofs Löwen -strasse erfolgte im Wesentlichenin fünf Teilprojekten, deren öst-lichstes unterhalb der Querhalledes Hauptbahnhofs liegt und andie Unterfahrung des historischenSüdtrakts grenzt. Das Teilprojektbesteht aus der Brandlüf tungs -zentrale, der Passage Löwenstras -se, einem Technikgeschoss unddem darunterliegenden Abschnittdes neuen Perrongeschosses. DerBahnhof besteht aus vier Gleisenund zwei Mittelperrons.

restrictions. In addition, the histo-ric fabric of the station buildinghad to be protected and main -tain ed and the requirements forthe safety of the constructionwork, as well as for the emissionsare very high. In addition, theriver Sihl runs beneath the tracksof the Cross-City Line and at highgroundwater levels this requiresfurther safety and constructionalmeasures (Fig. 2).

The Transverse Hall Löwenstrasse Station is basicallydivided into five parts, the mosteasterly of these lying below theTransverse Hall of the CentralStation and borders on the under-crossing of the historic building ofthe southern wing. The sub-pro-ject consists of the fire ventilationplant for the removal of smoke,the Löwenstrasse Passage, a storeywith technical equipment. andthe underlying section of the newplatform storey consisting of fourtracks with two island platforms.

The Löwenstrasse PassageThe Löwenstrasse Passage retainsits current function in the recon-structed station. However, with

Fig. 2

Grundriss des Zürcher Hauptbahnhofs (oben) sowie Grundriss und Längsschnitt des Bahnhofs Löwenstrasse.Ground plan of Zurich Central Station (above) as well as ground plan and longitudinal section of Löwenstrasse Station.

134

Die Passage LöwenstrasseDie Passage Löwenstrasse bleibtin ihrer jetzigen Funktion auch imneu umgebauten Bahnhof beste-hen. Sie wird jedoch mit Aus nah -me der Decke komplett abgebro-chen, erneuert und gegen Westenhin um die Halle Löwenstrasseerweitert. Das darüberliegendeGepäckgeschoss und die Quer -halle bleiben dabei ständig in Be -trieb. Das bestehende Trag werkwird von zwei Schlitzwänden undzwei auf Bohrpfählen fundiertenStützenreihen getragen. Die Passage Löwenstrasse ist einwichtiger Fussgängerbereich, derwährend der gesamten Bauar -beiten auf einer Mindestbreitebegehbar bleiben muss. Es wirddeshalb etappenweise vorgegan-gen, die Abfangung der beidenseitlichen Stützenreihen, der Aus -hub und der Bau des neuen Zwi -schengeschosses, dessen Deckeden Boden der erneuerten Pas sa -ge bildet, erfolgen zeitlich ver-setzt (Fig. 3).

Die BrandlüftungszentraleDie drei unterirdischen Technik -geschosse der Brandlüftungs zen -trale reichen vom Perrongeschossdes neuen Bahnhofs Löwenstras -se bis zur Oberfläche. Für ihren

the exception of the roof it hasbeen completely demolished, re -placed and extended westwardsaround the Löwenstrasse Hall.The luggage hall that lies above itand the Transverse Hall remainedcontinuously in use. The existingstructure is carried by two dia-phragm walls and two rows ofcolumns supported on boredpiles. The Löwenstrasse Passage is animportant pedestrian area, a mi -nimum width of which had to beaccessible throughout the wholeof the construction work. The lat-ter was carried out therefore instages, with the underpinning ofthe two side rows of columns, theexcavation and the building ofthe new intermediate floor, theslab forming the floor of thereconstructed passage, were car-ried out at different times (Fig. 3).

The fire ventilation plantThe three underground storeyshousing technical equipment forthe fire ventilation plant stretchfrom the platform storey of thenew Löwenstrasse Station up tothe surface. For their construction,besides the previous demolishingof the post office building, consi-derable underpinning and stabili-

Bau sind nebst dem vorgängigenRückbau des Postanbaus umfang-reiche Abfangungen und Stabili -sie rungen des südwestlichen Flü -gels des historischen, unter Denk -malschutz stehenden Südtraktserforderlich. Die Unterfangungenbestehen hauptsächlich aus Klein -bohrpfählen, die während desAushubs kontinuierlich zu Fach -wer ken verschweisst werden,sowie aus Schlitzwandpfeilernund Jettingkörpern. Diese wur-den mit Hochdruckinjektionenteils von OK Terrain, teils aus Kel -lerräumen heraus im anstehen-den Sihlschotter erstellt (Fig. 4).

Der SüdwesttraktMit der Auflage der Denkmal -pflege, auch die bestehendeinnen liegende Bausubstanz zuschützen, stellte sich die Aufgabeeiner Abfangung nicht nur derFassade, sondern eines ganzenGebäudeflügels – mit entspre-chend kleinen zulässigen Verfor -mun gen. Um Setzungen und Rissewährend der Bauarbeiten mög-lichst zu verhindern, wurde imErdgeschoss ein räumliches Stahl -fachwerk eingebaut (Fig. 5).Ein automatisches, dreidimensio-nales Überwachungssystem ausmeh reren Tachymetern und

Fig. 3

Für den Bau abgefangene Passage Löwenstrasse.Löwenstrasse Passage underpinned during construction work.(© Marco Püntener)

135

sation work for the historic listedbuilding of the south west wingof the station were necessary. Theunderpinning consisted mainly ofsmall bored piles, which duringthe excavation were continuallywelded to form frameworks, aswell as of diaphragm wall pilesand jet-grouted bodies of soil.These were produced with high-pressure injection partly from theground surface and partly frombasement rooms situated in theSihl river gravel (Fig. 4).

The south west wingTo conform with the require-ments to protect not only theappearance of the historic build -ing but also the interior structurethe task was to underpin not onlythe façade, but also a completewing of the building – with corre-spondingly small permissible de -for mations. In order to prevent,as far as possible, settlement andcracks during the constructionwork a three-dimensional steelframework was installed on theground floor (Fig. 5).An automatic, three-dimensionalcontinuous monitoring systemconsisting of several tacheome-ters and a settlement gauge mea-suring the water level in a tube

Schlauch waagen kontrolliert lau-fend die Verformungen undSetzungen. Hydraulische Pressenkönnen allfällige Setzungen derprovisorischen Tiefgründungen,auf denen die bestehenden Bau -ten fundiert sind, im Laufe derAushubarbeiten kompensieren.Die Pfahlfundation muss alle ver-tikalen und horizontalen Lastenmöglichst setzungsarm gezielt bisin den Baugrund ableiten. Dieoberirdischen Geschosse wurdenmit horizontalen und vorge-

checks for deformations and sub-sidence. Hydraulic presses cancompensate any settlement ofthe provisional deep foundationson which the existing buildingsare supported, in the course ofthe excavation work. The pilefoun dation must divert all verticaland horizontal loads with as littlesettlement as possible into theground. The storeys aboveground were stabilised with hori-zontal and pre-stressed tensilebars in order to prevent unaccep-

Fig. 5

Stabile Abfangung des Südwesttrakts mit einem räumlichen Fachwerk.Stable underpinning of the southwest wing with a space frame.(© Marco Püntener)

Fig. 4

Kleinbohrpfahl-Türme für die Unterfangungen.Small bored pile towers for the underpinning.(© Marco Püntener)

136

spannten Zugstangen stabilisiert,um unzulässige Deformationenund instabile Zustände (z.B. Aus -knicken der Fassade) zu verhin-dern. Im Gebäude sind Laden -lokale und Büros eingemietet, dievon den Bauarbeiten so wenig alsmöglich tangiert werden sollten.

BaumethodenDer generelle Ablauf der Bauar -beiten ist durch die mehrfacheDeckelbauweise vorgegeben. DasAbfangkonzept besteht haupt-sächlich aus Kleinbohrpfählen,Schlitzwänden und Schlitzwand -pfeilern und den Jettingunter fan -gungen. Sie bilden die zentraleBauhilfsmassnahme und sind somitbestimmend für den Bauab -lauf. Der grösste Teil dieser Tief -gründungen wurde von bestehen -den Untergeschossen aus ge bohrt(Fig. 6). Nach Fertigstellung des Zwischen -geschosses (das die Decke deszuunterst liegenden Perronge -schos ses bildet) wurden die Las -ten aus der abgefangenen Deckeder Passage Löwenstrasse durchneue Vollstahlstützen auf einenmassiven Abfangträger umgela-gert. Dieser funktioniert als insZwischengeschoss eingebauter

table deformations and unstableconditions (e.g. buckling of thefacade). Shops and offices in thebuilding are rented, and theseshould be affected as little as pos-sible by the construction work.

Building methodsThe construction process as awhole is determined by the top-down excavation method. Theunderpinning concept consistsbasically of small bored piles, dia-phragm walls and contiguouspiled diaphragm walls and under-pinning with the use of jetting.These are the main constructionalmeasures used in the TransverseHall area and have an influencetherefore on how the work pro-gresses. Most of these deep foun-dations were bored from existingbasements (Fig. 6).After completion of the interme-diate floor (that forms the roof ofthe lowest-lying platform storey),the loads from the floor of theLöwenstrasse Passage were redis-tributed by means of new solidsteel columns on a massive beam.This functions as fixed-end up -stand and downstand beams inte-gral with the intermediate floor.The support itself lies on a steel

Unter-/Überzug. Der Abfangträ gerselbst liegt auf einer Abfangkon -struktion aus Stahl auf, derenLasten in die provisorischen Klein -bohrpfahl-Türme geleitet werden.Nach Fertigstellung des Perron -geschosses werden schliesslichauch diese durch Vollstahlstützenersetzt. Im Endzustand werdendurch sie die gesamten Lasten indie zwei bis drei Meter starkeBodenplatte des Perronge schos -ses eingeleitet.Schlitzwandarbeiten mit einerSchlitzwandpfeilertiefe von 32 merfolgten von der Oberfläche her.Die äusseren Schlitzwände fürden Baugrubenabschluss desPerrongeschosses mit einer Tiefevon 18 m wurden hingegen unterdem Deckel erstellt, ebenso wei-tere Schlitzwandscheiben miteiner Tiefe von gut 22 m. Die biszu 60 Tonnen schweren Schlitz -wandbagger wurden nachts überdie Querhalle respektive über denPortalkran durch die Logistik öff -nung ins Untergeschoss einge-bracht (Fig. 7). Die knappe Arbeits -höhe unter dem Deckel führtedazu, dass die Ausleger der Bag -ger umgebaut werden mussten.Um die Stabilität des offenenSchlitzes zu gewährleisten, muss-

Fig. 6

Schlitzwandpfeiler.Diaphragm wall pillar.(© Marco Püntener)

137

support construction, the loads ofwhich are transferred to the pro-visional small bored pile towers.After completion of the platformstorey these were finally replacedby solid steel supports. In the finalstate the complete load is trans-mitted through them into thetwo or three metre thick floorslab at platform level.Diaphragm walls with a depth of32 m were excavated from theground surface. The outer dia-phragm walls for the completionof the excavation walls of the plat -form floor with a depth of 18 m,however, were excavated underthe slab as also further diaphragmwalls with a depth of at least 22 m.The heavy diaphragm wall exca-vators weighing up to 60 t were

ten bestehende Fundamente vor-gängig teilweise unterfangenwerden. Für die Herstellung der Klein -bohr pfähle mit einer Tiefe von biszu 40 m und der Hochdruckinjek -tionen waren spezielle Keller -bohr geräte im Einsatz.Bei der Herstellung der Injek -tions körper waren nebst den übli-chen auch weitergehende Über-wachungsmassnahmen erforder-lich, um ein unerwünschtes Ein -drin gen von Injektionsgut inangrenzende Räume, Werklei tun -gen und Gebäudetechnikanlagenzu verhindern. Zudem mussteeine minimale Druckfestigkeit derInjektionskörper erreicht werden,um die im Zuge der Aushubar bei -ten einseitig freigelegten Injek -

brought in at night through theTransverse Hall or using the gan-try crane through the logisticsopening into the lower storey(Fig. 7). The tight working heightunder the roof slab meant thatthe jibs of the excavators had tobe dismantled. In order to gua-rantee the stability of the opentrench the existing foundationshad to be partly underpinnedbeforehand. For the production of the smallbored piles with a depth of up to40 m and the high pressure grou-ting special drilling machines suit-able for use in basements wereused.In creating the grouted bodies, inaddition to the normal precautio-nary methods also extensive

Fig. 7

Einbringen des Schlitzwandgeräts mit dem Portalkran.Installing the diaphragm wall equipment with the gantry crane.(© Marco Püntener)

138

tions körper – nebst ihrer Funk -tion als Unterfangungskörper –auch als Baugrubenabschluss nut-zen zu können.

Betonbau BetonlogistikEine der logistischen Problem -stellungen, die es zu lösen galt,war der Umschlag von Beton.Rund 150 000 Kubikmeter sind indiesem Abschnitt verbaut wor-den. Es liegt angesichts des dich-ten Verkehrs rund um denHauptbahnhof auf der Hand, dasseine solche Menge nicht mitFahrmischern von aussenstehen-den Werken antransportiert wer-den konnte. Zur Umsetzung der Vorgabe, 80%der Materialtransporte per Bahnabzuwickeln, stand an der Zoll -strasse am nordöstlichen Randdes Gleisfelds der SBB ein grosserInstallations- und Umschlagplatzzur Verfügung. Dort wurde einesder beiden provisorischen Beton -werke aufgebaut. Das zweite be -fand sich auf der gegenüberlie-genden Seite des Hauptbahnhofsunmittelbar neben der Sihl an derKasernenstrasse. Zusammen erbrachten die beidenWerke eine Stundenleistung von90 Kubikmetern (60 m3 an der Zoll -strasse, 30 m3 an der Kasernen -strasse). Damit konnten an einemTag Betonieretappen von bis zu500 Kubikmetern realisiert wer-den. Betonbauteile dieser Grössen -ordnung ergaben sich vor allem

monitoring measures were neces-sary in order to prevent the unde-sirable penetration of groutedmaterial into the neighbouringrooms, ducts and building servicesequipment. In addition, a mini-mum compressive strength of thegrouted body had to be achievedin order that in the course of theexcavation work grouted bodiesexposed on one side – besidestheir function in underpinning –could also be used as excavationsupport.

Concreting Concrete logisticsOne of the logistic problems thathad to be solved was the handlingof the concrete. Some 150,000 cu -bic metres were placed in this sec-tion. In view of the dense trafficaround the Central Station it isobvious that such a quantitycould not be transported to thesite by concrete mixing lorries fromexternal concrete production fac-tories.To carry out the requirement that80% of the material should bebrought in by rail, use was madeof a large installation and materi-al handling site that was availablein the Zollstrasse on the north-east side of the SBB track field. Itwas there that one of the twoprovisional concrete productionplants was installed. The secondone was on the opposite side ofthe Central Station adjacent tothe river Sihl on Kasernenstrasse.

im Bereich der 2 Meter starkenBodenplatten im Perrongeschoss. Die weitgehend fix installiertenPumpleitungen konnten Längenvon bis zu 450 Metern überwin-den. Ihre grösste Anfälligkeit wardas Verstopfen, insbesondere beigebogenen Übergängen miteiner Gummi-Innenwand: Diesekonnte dem Beton Wasser entzie-hen und damit dessen Fliessfähig -keit verringern. Grundsätzlich hatsich jedoch das Konzept, bei demsowohl konventioneller Beton alsauch SCC gepumpt wurden,bewährt.

AbdichtungskonzeptDie vier Geschosse des BahnhofsLöwenstrasse liegen beinahe voll-ständig im Grundwasser und sindeinem hohen Wasserdruck ausge-setzt. Als Abdichtungskonzeptwurde eine sogenannte «BrauneWanne» mit aussenliegendenBentonit-Dichtungsbahnen vor-gesehen. Die Abdichtung liegtunter der Bodenplatte auf einerbetonierten und abtaloschiertenAusgleichsschicht. Im Wand be reichwird die Abdichtung zwischender aussenliegenden Schlitz wandund der Innenwand hochgezo-gen. Die dazu erforderliche Eben -heit der Schlitzwand wurde durchabtaloschierten Spritzbeton ge -schaffen. Die gesamte Konstruk -tion des über 500 Meter langenTief bahnhofs wurde ohne Dilata -tionsfugen gebaut. Bei den Ar -beits fugen wurden Injektions -

BauherrschaftSBB Infrastruktur, I-PJ-DML, ZürichSBB Immobilien, IM-DV, ZürichProjektierung, Bauleitung (Rohbau,Brandlüftung)IG Zalo bestehend aus: Basler &Hofmann AG, Zürich/Esslingen, undPöyry Schweiz AG, ZürichGeneralplanungUas ag, bestehend aus: Dürig AG(Architektur), Zürich, Amstein undWalthert (Gebäudetechnik), Zürich,Caretta & Weidmann (Baumana ge -ment), ZürichAusführung Rohbau, SpezialtiefbauArge 2.1 bestehend aus: Marti AG,Zürich, Implenia Bau AG, Zürich,Strabag AG (Brunner Erben AG,Astrada AG), Glattbrugg, Toneatti AG, Bilten

ClientSBB Infrastruktur, I-PJ-DML, ZurichSBB Immobilien, IM-DV, ZurichPlanning, Site management (basicstructural shell, fire ventilation)IG Zalo consisting of: Basler &Hofmann AG, Zurich/Esslingen, andPöyry Schweiz AG, ZurichGeneral planningUas ag, consisting of: Dürig AG(archi tecture), Zürich, Amstein undWalthert (building technology),Zurich, Caretta & Weidmann (con-struction management), ZurichBasic structural shell, special civilengineering worksConsortium 2.1 consisting of: MartiAG, Zurich, Implenia Bau AG, Zurich,Strabag AG (Brunner Erben AG,Astrada AG), Glattbrugg, Toneatti AG, Bilten

139

Together the two plants couldproduce 90 cubic metres of con-crete per hour (60 m3 on Zoll -strasse and 30 m3 on Kasernen -strasse). Consequently in one dayconcreting stages of up to 500cubic metres could be achieved.Concrete components of this sizeare used mainly in the area of the2 metre thick floor slabs of theplatform storey. The concrete pumping pipesused, which were mainly fixed inposition, could manage lengthsof up to 450 metres. Their mainweakness was blocking up, espe-cially with curved transitions witha rubber inner wall. This couldremove water from the concreteand consequently reduce its abili-ty to flow. Basically, however, theconcept by which both conventio-nal and self-compacting concrete(SCC) could be pumped was suc-cessful.

Sealing designThe four storeys of LöwenstrasseStation lie almost entirely withinthe groundwater and are expos -ed to high water pressure. Thedesign of the sealing system isbased on a so-called ”brown sag”

kanäle eingelegt. Mit der Vor ga -be, die Bodenplat ten, die Schlitz -wände und die Innenwände alsWD-Beton auszuführen, wurdenebst der «Brau nen Wanne»gleich zeitig eine «Weisse Wanne»realisiert. Beson dere Aufmerk -samkeit verlangten dabei die An -schlussstellen an die bestehenden,«schwarz» abgedichteten Bau -werke.

BetonqualitätenDie wichtigsten, nicht statischenAnforderungen an den Betonergaben sich aus dem Abdich -tungs konzept, das im Bereich derWeissen Wanne einen wasserun-durchlässigen Beton vorsah,sowie durch den hohen Anteil anSichtbetonflächen und Sichbeton -kanten, deren Qualität mitsamtder erforderlichen Kosmetik inder Ausschreibung festgehaltenwar (Fig. 8). Für die Schlitzwände, die als WD-Beton ausgeführt wurden, kamein C25/30 XC1 mit einem Mehl -korngehalt von 400 kg/m3 zumEinsatz. Für den Konstruktions -beton wurde weitgehend C30/37verwendet, wobei mit zweiRezepten (konventioneller Pump-

with external bentonite sealingstrips. The sealing lies under thefloor slab on a concret ed andpower trowelled levelling layer. Inthe wall area the seal is raisedbetween the external diaphragmwall and the inner wall. The flat-ness of the diaphragm wall wasobtained by power trowelledsprayed concrete. The walls of thecomplete underground station,which is over 500 m long, werebuilt without expansion joints.Grouting channels are introducedfor the construction joints. With the requirement that thefloor slabs, the diaphragm wallsand the inner walls should bemade in impervious concrete inaddition to the ”brown sag” atthe same time a ”white sag” wasconstructed. Special attentionwas given to the connection pla-ces to the existing bitumen-sealedstructure.

Quality of concreteThe most important, non staticrequirements placed on the con-crete came firstly from the designof the sealing, which specified aconcrete that was impervious towater in the area of the white

Fig. 8

Sichtbetonbauteile mit anspruchsvollen Formen bilden die Abgänge aus der Perronhalle.Fair-faced components with demanding shapes form the exits from the platform hall.

140

und selbstverdichtender Beton,SCC), die unterschiedlichen An -for derungen der meisten Bau teileabgedeckt waren. Nur bei Last -verteilbalken und anderen hoch-belasteten Bauteilen kam einC40/50 zum Einsatz.SCC wurde einerseits bei An -schlüssen an den Bestand (dünneBauteilstärken, eingeschränkteVerdichtungsmöglichkeiten), beiBauteilen mit komplizierten geo-metrischen Formen (z.B. Treppen -aufgänge und Liftschächte inSicht beton) sowie bei Bauteilenmit aussergewöhnlich hohem Be -weh rungsanteil verwendet. An -de rerseits wurden auch die alsUnterfangung funktionierendenBauteile mit SCC gebaut. Solcheergaben sich im Zusammenhangmit der Deckelbauweise insbeson-dere bei den obersten Wandetap -pen unter dem Deckel.

SichtbetonZahlreiche Bauteile, wie Treppen -aufgänge, Liftschächte, Abluftka -min und Rampenwände, wurdenin Sichtbeton ausgeführt und hat-ten sehr hohe gestalterische An -for derungen zu erfüllen. Insbe son -dere die geometrischen Formender Treppenaufgänge im Perron -ge schoss und die Rahmenkon -struktionen bei den Treppen inder Perronhalle (Fig. 8), die zu -gleich als Abfangung der Hallen -dachstützen dienen, waren pla-nerisch und ausführungstechnischäusserst anspruchsvoll. Die inten-sive Zusammenarbeit zwischenArchitekt, Projektverfasser undBauunternehmung – insbesonde-re zu Beginn der Ausführungs -phase – sowie ein Muster auf demInstallationsplatz waren für dieerfolgreiche Umsetzung unab-dingbar.

sag, and secondly from a highproportion of fair-faced concretesurfaces and edges, the quality ofwhich together with the requiredcosmetic appearance had beenlaid down in the specification(Fig. 8).For the diaphragm walls, whichwere made of impervious concre-te, a C25/30 XC1 with a fines con-tent of 400 kg/m3 was used.C30/37 concrete was widely usedfor the construction and two con-crete mix designs (conventionalpumped concrete and self-com-pacting con crete, SCC) coveredthe different requirements ofmost of the components. C40/50was only used for the load distri-bution beams and other highlyloaded components.SCC was used firstly for connec -tions to the existing building (thincomponent thicknesses, restrictedcompaction possibilities) for com-ponents with complicated geo-metric shapes (e.g. staircases andlift shafts in fair-faced concrete)as well as components with a veryhigh reinforcement content. Onthe other hand, components thatprovided the underpinning werealso made with SCC. These wererequired in connection with thetop-down construction of thefloor slabs, especially for theuppermost wall stages under theroof slab.

Fair-faced concreteMany components such as stairca-ses, lift shafts, exhaust air chim-neys and ramp walls were execut -ed in fair-faced concrete and hadto meet very high aestheticalrequirements. In particular, thegeometric shapes of the staircaseexits in the platform storey andthe frame structures for the stepsin the platform hall (Fig. 8), whichserve at the same time as under-pinning for the hall roof columnswere technically extremely de -mand ing in both planning andexecution. Close cooperation bet-ween architect, design engineerand contractor – especially at thestart of the construction phase –as well as a sample on the sitewere essential for the successfulcompletion of the project.

Autoren/Authors

Martin O. Bachmanndipl. Ing. ETH/SIAmartin.o.bachmann@poyry.com

Valentin Rabitschdipl. Ing. FHvalentin.rabitsch@poyry.com

Pöyry Schweiz AGCH-8037 Zürich

141

EinleitungMit dem Projekt «Durchmesser -linie» entsteht in Zürich derzeiteine neue Bahnstrecke, die denWesten der Stadt mit dem Haupt -bahnhof und dem im Nordengelegenen Bahnhof Oerlikon ver-bindet. Ein zentraler Teil dieserNeubaustrecke ist der 4,8 kmlange Weinbergtunnel, der vonOerlikon zum neuen Durch gangs -bahnhof Löwenstrasse führt, derdirekt unter dem Zürcher Haupt -bahnhof entsteht (vgl. Seite 132).

IntroductionWith the project Cross-City Line anew railway line is currentlyunder construction in Zurich,which will link the western partof the city with Zurich main sta -tion and Oerlikon station in thenorth. A significant part of theproject is the 4.8 km long Wein -berg Tunnel, connecting Oerlikonto the newly built Löwenstrassestation, which is situated directlyunderneath the main station (cf.page 132). Here, the tunnel runs a

Der Tunnel muss dabei auf einerLänge von 110 m den historischenSüdtrakt des Haupt bahnhofs un -ter queren. Dieses 150 Jahre alteGebäude steht unter Denkmal -schutz und darf durch die Tunnel -bauarbeiten keinerlei Schadenerleiden. Die un mittelbare Nähezum Gebäude und die logisti-schen Schwierig kei ten, die sichbeim Bauen unter dem intensivgenutzten Haupt bahn hof erge-ben, erfordern in no vative Lösun -gen beim Erstellen des Tunnels.

Hauptbahnhof Zürich – Unterquerung SüdtraktZurich main station – undercrossing of the southern wing

Fabian Persch, Roland Schmed

Längsstollen ab Schacht Südtrakt vorgetrieben

Tunnel voll abgedichtet

Schlitzwände Längsstollen erstellt

Abfangdecke in Querstollen erstellen

Hauptbahnhof Südtrakt

GWS 398.50

lennutgrebnieW

Südtrakt

Schotter Seeablagerungen

Längsstollen

Energiezentrale

Längsstollen

Unterquerung Südtrakt

110 m

Los 3.1 Südtrakt

23 m

Südtrakt

Hauptbahnhof

Schacht Südtrakt

lennutgrebnieW 2.3 soL

Passage Bahnhofstrasse

24 m

Fig. 1

Längsschnitt Unterquerung Südtrakt.Longitudinal section of south wing.

Fig. 2

Querschnitt Unterquerung Südtrakt.Cross section of south wing.

142

length of 110 metres below thestation's historical southern wing.This 150-year old listed building isheritage-protected, and the tun-nel has to be constructed withoutcausing any structural damage tothe building. Con struc tion inclose proximity to the southernwing, as well as the logis tical dif-ficulties involved with tunnellingbeneath an intensively used rail-way hub requires innovative solu-tions.

Construction methodThe construction method chosenfor the undercrossing was a varia-tion of the top-down solution.Top-down construction consists ofa basement roof slab supportedon diaphragm walls that provideslateral support as the basement isexcavated. In the present case,however, due to the lack of accessaboveground, the post-tensionedslab and the diaphragm wallswere, in contrast to the usual top-down method, constructed usinga conventionally driven system oflongitudinal and transverse tun-nels. The tunnel roof slab is de -sign ed as a structural elementthat transfers the loads acting onthe diaphragm walls at the sidesof the excavation. A total of 29support beams, which were castinside the transverse tunnels,

BauverfahrenAls Baumethode für die Unter que -rung wurde die bergmännischeDeckelbauweise gewählt. Die De -ckelbauweise besteht aus einerAbfangdecke, die auf Schlitz -wänden aufliegt. Wegen des feh-lenden oberirdischen Zugangsmussten im vorliegenden Fallaber die vorgespannte Abfang -decke und die Schlitzwände überein System von Längs- und Quer -stollen «bergmännisch» erstelltwerden. Die Tunneldecke ist alsAb fangkonstruktion ausgebildet,um die Lasten an die seitlichenSchlitzwände abtragen zu kön-nen. Insgesamt 29 Abfangträger,die in die Querstollen betoniertwurden, bilden eine auf denSchlitzwänden aufliegende Decke.Unter dem Schutz dieser Beton -konstruktion konnte dann dereigentliche Tunnelquerschnitt aus -gehoben und konnten Boden undWände betoniert werden. DieLängsstollen über den Schlitz -wänden werden im Endzustandals begehbare Gänge ausgebil-det, aus denen die Vorspannungder Abfangträger kontrolliertund gegebenenfalls ausgewech-selt werden kann.

BauausführungDie zwei 110 m langen Längs stol -len wurden so ausgelegt, dass aus

form a slab supported by the dia-phragm walls. Protected by thisstructure the actual tunnel workscould be carried out. Once com-pleted the longitudinal tunnelsover the diaphragm walls willfunction as accessible passages,from which the post-tensioningof the support beams can bechecked and replaced if necessary.

ExecutionThe size of the two 110 m longlongitudinal tunnels was design -ed to enable the construction ofthe diaphragm walls and the driv -ing of the transverse tunnels.The size of the 29 transverse tun-nels was given by the drivingrequirements and the static ana-lysis for the support beams thathad to be installed. The driving ofthe transverse tunnels and theconcreting of the beams was car-ried out using a step-back pro-cess, i.e. starting with the primarytunnels and followed by seconda-ry tunnels between them.The transverse tunnels were dri -ven from the southern longitudi-nal tunnel. The northern longitu-dinal tunnel was used as access toconstruct the transverse beams. Once the transverse tunnels hadbeen excavated, the concrete fillmaterial and the lost formworkwere installed in the floor. The

Primärquerstollen Sekundärquerstollen

Fig. 3

Querschnitt Primär- und Sekundärstollen (mit eingebautem Abfangträger).Cross section of primary and secondary tunnels (with transverse beams).

143

diesen heraus mit Seilbaggern dieSchlitzwandelemente abgeteuftwerden konnten. Die Grösse der29 Querstollen ergab sich aus denAnforderungen aus dem Vortriebund den statischen Berechnungenfür die einzubauenden Abfang -trä ger. Der Vortrieb der Querstollen unddas Betonieren der Abfangträgererfolgten alternierend, indem zu -erst jeder zweite Stollen (Primär -stollen) erstellt und die entspre-chenden Abfangträger betoniertwurden. Anschliessend wurdendie zwischen den fertiggestelltenAbfangträgern liegenden Quer -stollen (Sekundär stollen) undAbfangträger ausgeführt.Der Ausbruch der Querstollen er -folgte aus dem südlichen Längs -stollen heraus mit einem kleinenTunnelbagger. Der nördlicheLängs stollen wurde als Zugangzur Erstellung der Abfangträgergenutzt.In den Sohlen der fertig ausge-brochenen Querstollen erfolgteder Einbau des Negativbetonsund der verlorenen Schalung.Anschliessend wurden die Träger -bewehrung und die Hüllrohre fürdie Vorspannkabel verlegt. Durch -schnittlich konnte alle 8 Arbeits -tage ein Abfangträger mit bis zu380 m3 selbstverdichtendem Betonverfüllt werden.

reinforcement and the casing forpost-tensioning were laid, theformwork for the box beam plac -ed in position and the faces shut-tered. On average every 8 work -ing days a bracing beam could befilled with up to 380 m3 of self-compacting concrete (SCC).Subsequently, the end beamswere concreted, which transferthe loads to the diaphragm walls.The end beams also contained theanchorages of the post-tension -ing tendons.

Post-tensioningFor the design of the slab post-tensioning, a multitude of boun-dary conditions had to be consi-dered – for instance logistical andregulatory issues. Therefore, co -or di nation between the projectengineers, the contractor and thepost-tensioning company had tostart at an early stage. Accordingto the guidelines of the SwissFederal Railways, all tendons hadto be electrically insulated. Fur -ther more, a potential replace-ment at a later stage had to beensured. The main difficulty, how -ever, was the extremely limitedworking space in the tunnels.After concreting of the endbeam, the clear distance to thetunnel walls was very narrowwith a maximum width of 1.50 m.

Anschliessend wurden an die Ab -fangträger die Endträger anbeto-niert, die die Auflasten an dieSchlitzwände abtragen. Im End -träger befinden sich auch dieVerankerungen für die Vorspann -kabel.

VorspannungBei der Konzeption der Vorspan -nung der Abfangdecke musstensämtliche logistischen und regula-torischen Randbedingungen inBetracht gezogen werden. Schonfrühzeitig in der Planungsphasewar daher eine gute Koordi na -tion zwischen den Projektverfas -sern, der ausführenden Bauunter -nehmung und der Vorspannfirmanotwendig. Gemäss den SBB-Richt -linien waren alle Spanngliederelektrisch isoliert auszuführen.Zudem sollte ein späterer Ersatzder Kabel gewährleistet sein. DieHauptschwierigkeit stellten beiallen Arbeiten aber die extrembeengten Platzverhältnisse in denStollen dar. Nach dem Betonierender Endträger betrug der lichteAbstand zur Stollenwand ledig-lich noch maximal 1,50 m. Ein Lit -zen überstand, der normalerweisezum Vorspannen respektive zumspäteren Kabelausbau nötig ist,war hier nicht möglich – ebensowenig wie herkömmliches Hebe -gerät zum Ansetzen einer Spann -

Fig. 4

Bewehrung eines Abfangträgers mitHüllrohren für die Vorspannung.Reinforcement of a transverse girderwith post-tensioning ducts.

Fig. 5

Bewehrung und Schalung des Endträgers.Reinforcement and formwork of the end beam.

144

A strand overlength that is nor-mally required for tensioning ten-dons or detensioning them forlater replacement, was not availa-ble. Neither could conventionallifting equipment for the stress -ing jack be used in the narrowtunnel.The post-tensioning system thatwas finally designed can certainlybe considered unique. The ten-dons consisted of sheathed mono -strands, which were pushed intocast-in-place plastic pipes in thetransverse beams. To make surethat they withstand the concretepressure the pipes were filledwith water during concreting.The strand coils had to be placedoutside the tunnel, and themonostrands had to be pushedthrough by means of a long guidetube and a special deviation devi-ce. In total, 3,600 m of post-ten-sioning tendons (i.e. 80 t of pre-stressing steel) were installed inthe supporting load transfer slab.The stressing of the tendons wascarried out by means of a bell-shaped grip, which was screwedonto the threaded anchor-headsand pulled by a stressing jack thatwas specially manufactured forthe project. Between the pulled

presse eingesetzt werden konnte. Unter Berücksichtigung aller Rah -menbedingungen wurde ein Vor -spannsystem entworfen, das in

heads and the bearing plates,shims were placed to maintainthe elongation. Detensioning ofthe cables at a later stage is possi-

Fig. 6

Einstossen der Monolitzen mit spezieller Umlenkvorrichtung.Installation of monostrands with deviation device.

Fig. 7

Hebewagen für Spannpresse.Trolley with stressing jack.

145

dieser Form einmalig sein dürfte.Die Spannglieder bestanden ausgefetteten Monolitzen, die nachdem Betonieren der Abfangdeckein Sammelhüllrohre aus Kunst stoffeingestossen wurden. Um demBetondruck garantiert standzu-halten, wurden die Hüllrohre vordem Betoniervorgang mit Wassergefüllt und verschlossen. Beim Einführen der Monolitzenstand der Litzenabrollkäfig aus-serhalb des Stollens, und dieLitzen mussten über ein langesFührungsrohr und mit einer spe-ziell konstruierten Umlenkvor rich -tung in die Abfangträger einge-stossen werden. Insgesamt wur-den etwa 3600 m Vorspannkabelrespektive 80 Tonnen Spannstahlin der Abfangdecke verbaut.Das Spannen der Kabel erfolgteüber eine Zugglocke, die auf diemit einem Gewinde versehenenAnkerköpfe geschraubt und voneiner eigens für das Projekt gefer-tigten Spannpresse gezogenwurde. Zwischen die gezogenenKöpfe und die Verankerungs kör -per wurden dem Dehnweg ent-sprechende Stützschalen einge-legt. Für ein allfälliges Ent span -nen der Kabel müsste man späterlediglich die Ankerköpfe mit der

ble by simply removing the shims.Thus a strand overlength was notneeded for stressing or for repla-cement.For placing the approx. 1,000 kgheavy stressing jack, the post-ten-sioning company designed andmanufactured a suitable liftingtrolley that could be moved alongthe end girder. After tendon stressing, the an -chor ages were sealed and thetendons were electrically insulat -ed from the structure.After completion of the post-ten-sioning the bracing loads fromthe slab were transferred activelyto both diaphragm walls with 140jacks (DN 750/6000 kN), and thetunnel excavation works underthe completed transfer slab couldbe started.

Zugglocke anheben und dieStützschalen wieder entfernen.Auf einen Litzenüberstand fürSpannen und Ausbau konnte soverzichtet werden. Zum Ansetzen der ca. eine Tonneschweren Spannpresse konstru-ierte die Vorspannfirma einenpassenden Hebewagen, der aufRollen gelagert am Endträger ent -lang verschoben werden konnte.Nach dem Spannen wurden dieVerankerungen abgedichtet unddie elektrische Isolierung derSpannglieder gegenüber demBauwerk gewährleistet. Nach Beendigung der Vorspann -arbeiten wurden die Abfang las -ten der Decke mit 140 Flach pres -sen (DN 750/6000 kN) aktiv aufdie beiden Schlitzwände übertra-gen. Danach wurde mit den Aus -hubarbeiten unter der Abfang -decke begonnen.

Autoren/Authors

Fabian Perschdipl. Bauing. FHStahlton AGCH-8340 Hinwilfabian.persch@stahlton.ch

Roland Schmeddipl. Bauing. ETHPöyry Schweiz AGCH-8005 Zürichroland.schmed@poyry.com

Fig. 8

Aushub unter fertiger Abfangdecke.Excavation work under completed transfer slab.

146

EinleitungDie Stadtentwicklung mit einerneuen Tramlinie bedingte eineneue Erschliessung der Bushalte -stellen auf der sanierten Hard -brücke. Architekten und Inge -nieu re formten dazu skulpturaleTreppenspiralen, die den öffentli-chen Raum unter der Brücke mitdem eigentlichen Brückenbau -werk verbinden. Bei der filigranenStruktur be sonders zu berücksich-tigen waren die konstruktive De -tail aus bil dung, um eine an dieserexponierten Lage ausreichendeDauerhaftig keit zu erzielen, so wiedie Auf nahme der Brücken ver -formun gen. Zwei der Aufgän geüberbrücken 7 m mit einer aus -kragenden vorgespannten Passe -relle.

Anlass und Aufgaben -stellungDie Hardbrücke in Zürich wurdeursprünglich als provisorisches In -frastrukturbauwerk erstellt und

Introduction The urban development in thecity with a new tram line necessi-tated renewed accessibility to thebus stops on the renovated Hard -brücke (a flyover bridge). For thispurpose, the architects and engi-neers designed sculptural spiralstaircases that connect the publicspace under the bridge with theactual bridge structure. Particularattention was given to the struc-tural detail, to achieve a sufficientdurability in this exposed positi-on, as well as the deformations ofthe bridge. Two of the staircaseshave a 7 m span with a pre-stres-sed cantilev ered pedestrian foot-bridge.

Motivation andassignment of tasksThe Hardbrücke in Zurich was ori-ginally erected as a temporary in -frastructure and was once on theborder between the city and anindustrial area. Today it is locat ed

lag damals an der Grenze zwi-schen Stadt und Industriegebiet.Heute befindet sie sich mitten imIn-Quartier Zürich-West. Aus Si cher -heitsgründen wurde die Brückefür die zukünftige Nutzung er -tüchtigt und saniert (vgl. S. 165).Im Abschnitt zwischen BahnhofHard brücke und Escher-Wyss-Platz ha ben sich unter der Brückewegen dieser Stadtent wick lungöffentliche Räu me ge bildet. Dieneuen Treppen auf gän ge dienenals Naht und verbinden dieseRäume mit dem öffentlichenVerkehr auf der Hardbrücke inbeide Fahrtrich tun gen (Fig. 1).

Architektur und FunktionDie geschwungene Form verleihtden Treppen eine plastische, zei-chenhafte Wirkung. Die Treppen -geometrie, aufgebaut auf denGesetzmässigkeiten einer loga -rithmischen Spirale, vereint ober-seitig die Anforderungen an Si -cherheit und Komfort der Be nut -zer und unterseitig die Festle gungeiner einfachen Wendelgeome -trie zum Bau der Schalung. Die Untersicht der Treppen spira -len und der Passerellen zeichnenHöhenlinien in der Stärke derSchalungsbretter ab, wobei jedeTreppenstufe in sechs Höhen stu -fen unterteilt wurde. Die Aufgän -ge weichen das harte Betonbrü -cken bauwerk durch ihre ge -schwungene Form auf, was dieHandläufe aus Holz mit ihrer un -erwarteten haptischen Quali tätbetonen (Fig. 2). Die Passerellen bei den Auf gän -gen zur neuen Haltestelle Schiff -bau/Abaton sind die Verbindungzur Buswartehalle auf der Hard -brücke. Sie spannen als weit aus-kragende Platte vom Liftturmzum Brückenrand, ohne jedochauf diesen Lasten abzugeben.Diese Passerellen sind notwendig,weil im Bereich der Hardstrassewegen eines Industriegleises und

Neue Treppenaufgänge auf die Hardbrücke in ZürichNew staircases at Hardbrücke in Zurich

Wolfram Kübler

HaltestellenEscher-Wyss-Platz

HaltestellenSchiffbau

Fig. 1

Situation und Standorte der Aufgänge.Location and position of the staircases.

147

in the heart of the trendy districtof Zurich-West. For safety reasonsthe bridge was strengthened andrenovated for future use (cf. p.165). Due to the urban develop-ment, public spaces have beendeveloped in the area betweenthe Hardbrücke railway stationand the Escher-Wyss-Platz. Thenew staircases serve as an inter-face connecting these public spa-ces and in particular, the publictransport system, i.e. the existingtrams and the new tram line No. 4on the lower level with the busstops on the Hardbrücke bridge inboth directions (Fig. 1).

Architecture and functionThe curved form of the staircasesgives a vivid, stylish appearance.The geometry of the staircases,which are based upon the princi-ples of a logarithmic spiral, com-bines the requirements of safetyand comfort of the users at thetop and the definition of spiralgeometry to construct the form-work at the bottom.The views from underneath thespiral staircase and the footbrid-ge produce contour lines in thethickness of the formwork, witheach step divided into six heightintervals. The staircases soften theappearance of the rigid concretebridge structure through theircurved form, also accentuated bythe timber handrail with theunexpected haptic quality (Fig. 2).

des Freihaltebereichs für Spezial -transporte die Aufgänge nicht di -rekt an der Brücke anliegen kön-nen.Am Escher-Wyss-Platz verbleibtder Ausgangspunkt der Treppenunter der Brücke. Sie schwingensich in einem Bogen nach aussenund hinauf auf die Brücke, einmalim Uhrzeiger- und einmal imGegenuhrzeigersinn. In der Hard -strasse hingegen verlaufen beideTreppen im Uhrzeigersinn undverhalten sich somit punktsym-

The footbridges from the stairca-ses to the new stop Schiffbau/Abaton connect to the bus shelteron the Hardbrücke. They are inthe form of a wide cantileveredslab from the lift tower to theedge of the bridge but withouttransferring load to it. These foot-bridges are necessary as the stair-cases cannot abut directly on thebridge due to the presence of anindustrial railway line and a hold -ing area for special transports.At the Escher-Wyss-Platz the exitpoint of the stairs remains underthe bridge. It curves outwards inan arc and up onto the bridge,once clockwise and once anti-clockwise. In the Hardstrassehowever, both staircases run in aclockwise direction and thus rela-te to each other point-symmetri-cally. The staircase is also in aclose spatial relation to the lift,which is also utilised structurally,as the load-bearing inner wallevolves out from the core of thelift (Fig. 3).

Boundary conditions andinterfacesThe space is very confined at allfour locations: bridge ramps, ad -jacent buildings and basements,as well as multiple layers of utility

H a r d b r ü c k e

H a r d b r ü c k e

Fig. 2

Geometrieschema bei a) Escher-Wyss-Platz und b) Schiffbau.Geometrical diagram at a) Escher-Wyss-Platz and b) Schiffbau.

(a) (b)

Fig. 3

Aufnahme der Treppenuntersicht (Boesch Architekten).Photo from below the stairs (Boesch Architekten).

148

metrisch zueinander. Die Treppesteht indes auch mit dem Lift ineiner engen räumlichen Bezie -hung, die auch konstruktiv ge -nutzt wird, indem sich die tragen-de Innenwange aus dem Liftkernheraus entwickelt (Fig. 3).

Randbedingungen undSchnittstellenDie Platzverhältnisse sind an allenvier Standorten sehr beengt: Brü -ckenrampen, angrenzende Ge -bäu de und Untergeschosse sowiemehrlagig in alle Richtungen ver-laufende Werkleitungen inklusiveGasleitungen. Bahn- und Tram -glei se waren beim Bau der Auf -gänge in Betrieb und musstenteilweise für das Gewicht einerGüterzuglokomotive unter- undabgefangen werden. Für die geo-metrische Entwicklung der Spi ra -len waren die Lichtraumprofilevon Güterzügen und S-Bahn,Fahrleitungen, Freihaltebereichefür die Spezialtransporte undselbstverständlich die Blinden-und Behindertengerechtigkeit zuberücksichtigen.Es sollen nahezu keine Lasten aufdie verbreiterte Auskragung derBrücke abgegeben werden. Gros -se Verformungen in alle Richtun -gen des Fugenübergangs von derBrücke zu den Passerellen erfor-derten die Entwicklung einerSpezialfugenkonstruktion.

TragwerksbeschreibungDie Treppenaufgänge, deren L-Quer schnitt mit einseitiger Beton -brüstung sich in Form einer helix-artigen logarithmischen Spiralehochschraubt, sind jeweils ineinen Liftkern eingespannt. DieFundation besteht beim StandortSchiffbau wegen enger Platzver -hältnisse aus Pfahlwänden, dieden Turmschaft verlängern undgleichzeitig als Baugruben ab -schlüsse dienten. Beim Escher-Wyss-Platz verhindern tatzenför-mig exzentrisch angeordneteFlach fundamentplatten das Kip -pen des Liftturms, der durch dieangehängten Treppenspiralenstark exzentrisch belastet wird.Speziell sind die vorgegebenen De -formationen der Hardbrücke alsEinwirkungen/Randbedingun gen:

ducts running in all directions in -cluding gas pipes. Train and tramrails were in operation during theconstruction of the staircases andpartially underpinning and brac -ing was necessary to carry theweight of the engine of a freighttrain. For the geometrical develop -ment of the spirals, the structuralclearance for freight and commu-ter trains, overhead contact lines,free hold ing areas for special trans -ports and of course accessibilityfor the handicapped and blindhad to be taken into account .Almost no loads could be trans-ferred to the extended cantileverpart of the bridge. Large defor-mations in all directions from thejoint transition from the bridge tothe footbridge required the deve-lopment of a special joint con-struction.

Description of the structureThe staircases, whose L-cross-sec-tion is a one-sided concrete para-pet-like wall, rotate upwards inthe form of a helical logarithmicspiral, are each fixed to one liftcore. At the location Schiffbau,due to the limited space availa-ble, the foundation consists ofpile walls that extend the towershaft and at the same time servedas an excavation support. AtEscher-Wyss-Platz the tilting ofthe lift tower is prevented byeccentrically arranged flat paw-like foundation slabs. The lifttower is subjected to high eccen-tric loads due to the suspendedstaircases. Worthy of mention are the speci-fied deformations of the Hard -brücke as actions/boundary con-ditions: – the joint transition must be

designed to allow movementin horizontal directions.

– due to the risk of stumblingrelative vertical displacementsare undesirable, but at thesame time if possible only smallforces or none at all should betransferred.

The following actions were con -sidered for the joint transition: – Horizontal displacements of

the bridge of parallel ± 41 mmand of transverse ± 57 mm

– der Fugenübergang muss inhorizontalen Richtungen ver-schieblich ausgeführt werden

– vertikal sind wegen der Stol -per gefahr keine Relativver -schie bungen erwünscht, es sol-len aber gleichzeitig nur mög-lichst k(l)eine Kräfte übertra-gen werden

Es wurden folgende Einwirkun genfür den Fugenübergang berück-sichtigt:– Horizontale Verschiebungen der

Brücke von parallel ± 41 mmund quer ± 57 mm

– Endzustand Brücke hoch = un -belastet: Hebung Kragarm spit -ze um +21 mm sowie volle Nutz -last Passerelle, was die Brückemit max. 50 kN belastet

– Endzustand Brücke tief = be -las tet: Senkung Kragarmspitzeum – 41 mm sowie keine Nutz -last Passerelle, was die Brückeum max. 100 kN entlastet (fürDimensionierung der Fugen -über gangskonstruktion)

Daraus ergab sich das Ziel: Einemöglichst schlanke Konstruktionführt zu kleinen Zwängungs kräf -ten aus Schwinden und Tempera -tur sowie damit zu kleinen Riss -brei ten und einer hohen Dauer -haf tigkeit und Robustheit bei ver-hältnismässig geringem Beweh -rungsverbrauch.

VorspannungUm diese Ziele auch für die starkexponierte und aus der Torsions -wirkung auf der Innenseite gezo-genen Treppenbrüstung zu errei-chen, ist diese durch eine obenliegende Monolitze vorgespannt.Das Vorspannkabel in der Passe -relle teilt sich von einem Spann -kopf im Lift auf zwei Stränge, umdie Spanndrähte in der wenigerals 20 cm dünnen Kragplatte aufsehr niedrige feste Verankerun -gen verteilen zu können.

Entwicklung FugenübergangAufgrund der aufzunehmendenVerschiebungen in horizontalerRichtung bei gleichzeitig vertika-ler Fixierung konnten keine han-delsüblichen Lager und Fugen -über gänge verwendet werden. Eswar eine dauerhafte Fugenkons -truk tion mit niedrigem Unter -

149

– Final state bridge high = unloa-ded: Heave of the tip of thecantilever of +21 mm as well asthe full live load from the foot-bridge: the bridge is loaded bymax. 50 kN

– Final state bridge low = loaded:Sagging of the tip of the canti-lever of –41 mm as well as nolive load of the footbridge: thebridge is unloaded by max. 100kN (for dimensioning of thejoint transition construction)

This led to the following aim: Asslender a construction as possibleleads to small constraining forcesdue to shrinkage and temperatu-re and thus to small crack widthsand high durability and robust-ness, with comparatively low useof reinforcement.

PrestressTo achieve these results also forthe very exposed areas and dueto the torsional action on theinside parapet-like wall of thestaircase an external prestressedmonostrand was required.The prestressing cable in the foot-bridge splits from one prestress -ing head in the lift to two strands,to distribute the prestressing wiresin the less than 20 cm thin cantile-ver slab to very low fixed anchor-ages.

Development of joint transitionDue to the displacements to beaccommodated in the horizontaldirection while fixed at the sametime in the vertical direction,commercially available bearingsand joint transitions could not beused. A durable joint construction

halts aufwand zu entwickeln, dienach Möglichkeit die Nutzer nichtbeeinträchtigt und k(l)eine Kräfteauf die Brücke abgibt.

Bau- und EndzuständePasserellenDie Grundidee bestand darin, dieauskragenden neuen Brücken ver -breitungen für die Bushalte buch -ten im belasteten Zustand durchdie Passerellen nicht zusätzlich zubelasten, sondern tendenziellsogar zu entlasten.– Ausgangslage:Liftturm ist betoniert, die vorbe-reitete Treppenspirale wird zu -sam men mit der Passerelle ineinem Arbeitsgang betoniert– Bauzustand I (Fig. 4):Die Schalung für die Passerelle wirdauf der tiefsten zu erwartendenHöhenlage der Brücke er stellt.– Bauzustand II (Fig. 5):Die Passerellen werden bereitsnach wenigen Tagen bei einer fürdas Vorspannen ausreichendenFestigkeit des Betons mitsamt derSchalung mithilfe von Pressen aufdie eigentliche Null-Lage angeho-ben, womit sich ein positives Mo -ment im Passerellenquerschnitteinstellt.– Bauzustand III (Fig. 6):Nun erfolgt der Fugenschluss mitder Brücke, indem die Lager ele -mente in die bereits beidseitig inBrücke und Passerelle einbeto-nierten Stahlelemente mithilfeeiner Presse eingebaut und aufihren Gebrauchszustand vorge-spannt werden. In diesem quasi-ständigen Zustand ist das erfor-derliche Gefälle für die Entwäs -serung in Längsrichtung zum Lift

with low maintenance effort hadto be developed, which as far aspossible does not affect the userand which transfers no or justsmall stresses to the bridge.

Construction and final states ofthe footbridges The basic idea consisted in theloaded state of reducing ratherthan increasing the load appliedby the footbridges to the canti -lev ered new bridge extensions forthe bus stop bays. – Initial position:Lift tower is concreted, the pre -par ed spiral staircase is cast toge -ther with the footbridge in oneoperation.– Construction stage I (Fig. 4):The shuttering for the footbridgeis mounted on the lowest expec-ted level of the bridge. – Construction stage II (Fig. 5):After a few days at a sufficientstrength for prestressing the con-crete, the footbridges, along withthe shuttering, are raised bymeans of jacks to the actual zeroposition, which creates a positivemoment in the cross-section ofthe footbridges. – Construction stage III (Fig. 6):The joint sealing with the bridgeis now carried out, the bearingelements are already built intothe concreted steel elements onboth sides in the bridge and thefootbridge with the aid of a jackand are prestressed to the service -ability state. In this quasi-perma-nent state, the required slope forthe drainage in the longitudinaldirection towards the lift is assur -ed and the sealing in the form of

Arbeitsfuge

Arbeitsfuge

Lehrgerüst+ Schalung

-30mmArbeitsfuge

Arbeitsfuge

Lehrgerüst+ Schalung

Fig. 4

Bauzustand I.Construction stage I.

Fig. 6

Bauzustand III.Construction stage III.

Fig. 5

Bauzustand II.Construction stage II.

150

hin sichergestellt und wird dieAbdichtung in Form einen Flüssig -kunststofffolie unter dem As -phalt belag aufgebracht.– Endzustand:Stellt sich die Brücke höher als imNullzustand ein, bewirkt dies fürdie Einspannung der Passerelle imTurm ein zusätzliches positives Mo -ment. Dieser kurzzeitige Zustandist für den Querschnitt unkritisch,selbst wenn die Unterseite auf-reisst. Stellt sich die Brücke tieferals im Nullzustand ein, erfährt diePasserelle ein negatives Momentund das im Bauvorgang einge-prägte positive Moment. Infolgeder exzentrisch eingelegten Vor -span nung bleibt der Querschnittungerissen und die Abdichtungunbeschädigt.

MaterialisierungDie Aufgänge wurden aus frost-tausalzbeständigem Beton (XC4,XD3, XF4, Cl < 0,1, Dmax = 16mm)erstellt. Der Betonlieferant wähl-te dieselbe Betonrezeptur wie fürjene der Brückenergänzungen,um eine möglichst optimale farb-

a synthetic liquid membrane sea-lant is installed under the asphaltlayer. – Final state:If the bridge is higher than thezero state, this resuslts in an addi-tional positive moment in thefixed end connection of the foot-bridge to the tower. This short-term state is not critical for thecross section, even if the soffitexhibits cracking. If the bridgecomes to rest lower than zeroposition the footbridge experien -ces a negative moment superim-posed on the positive momentresulting from the constructionprocess . As a consequence of theeccentric prestressing the crosssection remains intact and thesealing undamaged.

Special materials choicesThe staircases were constructedwith frost and de-icing salt resis -tant concrete (XC4, XD3, XF4, Cl <0.1, Dmax = 16mm). The concretesupplier chose the same concretemix design as that used for thebridge extensions to achieve an

liche Übereinstimmung der Bau -werke zu erreichen. Geländer und nicht zerstörungs-frei austauschbare Veranke run -gen sind aus rostfreiem Stahl aus-gebildet, die Fugenkonstruktionwurden entweder im Duplexver -fah ren (Feuerverzinkung + 2xAnstrich) beschichtet oder beste-hen aus rostfreiem Stahl, für dieKunststoffteile wurde Teflongewählt.

Planung und SchalungsbauFür die Ausführung in Sichtbetonwurden erhöhte Anforderungenan die Schalungseigenschaftendefiniert und ausgeschrieben.Ausserdem wurde ein Muster imMassstab 1:1 erstellt, das von denArchitekten und der Bauherr -schaft genehmigt wurde.Als Grundlage für die Werk pla -nung diente dem Schalungsbauerein vollständiges 3D-CAD-Modelldes Betonvolumens inklusive sämt -licher Schraubbewehrungen fürLift und Geländerveranke run gensowie der Vorspannung. Auch dieFugenkonstruktion wurde zur Klä -

Fig. 7

Treppenaufgang am Escher-Wyss-Platz (Boesch Architekten).Staircase at Escher-Wyss-Platz (Boesch Architekten).

151

optimum colour match betweenthe structures.The railings and non-indestructi-ble replaceable anchors are madeof stainless steel, while the jointconstruction was coated eitherwith the duplex process (hot-dipgalvanising + two coatings) ormade from stainless steel, for theplastic parts Teflon was chosen.

Planning and formworkFor a finish in fair-face concrete,increased requirements were de -fined and included in the call fortenders for the formwork proper-ties. In addition, a 1:1 scale modelwas built, which was approved bythe architect and the client.As a basis for the detailed execu-tion, a complete 3D CAD modelof the concrete volumes, includ -ing all reinforcement screws, in -serts for lift and handrail anchor-ages and prestressing was provi-ded for the formwork firm.

Durability and maintenanceJoint planning of the architectsand the client resulted in a verycareful detailing and selection ofmaterials, to create durable andlow maintenance staircases thatare heavily stressed the surroun-dings (traffic) and also the users: – Partial reinforcement and an -

chors made of stainless steel

rung der geometrischen Schnitt -stellen und Übergänge räumlichals Volumenmodell konstruiert.

Dauerhaftigkeit undUnterhaltResultat der gemeinsamen Pla -nung mit Architekten und derBau herrschaft waren eine sehrsorgfältige Detaillierung undAuswahl der Materialien, um diesehr stark durch die (Verkehrs-)Umgebung und auch die Nutzerbeanspruchten Aufgänge dauer-haft und mit minimiertem Unter -halt auszugestalten:– Teilweise Bewehrung und Ver -

an kerungen aus rostfreiem Be -wehrungsstahl zur Optimie rungder Bewehrungsüber de ckung

– Vorspannung, damit Passerel -lenoberseite mit Abdichtung inungerissenem Zustand bleiben

– Graffitischutz und Hydropho -bierung erleichtern den Unter -halt und die Reinigung

– Natursteinbelag auf Trittenführt zu weniger Kantenbe schä - digungen

– Flüssigkunststofffolie als Ab -dichtung unter den Belägen istelastisch, rissüberbrückend undunterlaufsicher

– Fugenkonstruktion mit hoherLebensdauer durch hochwerti-gen Korrosionsschutz und Lager -materialien.

reinforcement to optimize thecover to the reinforcement.

– Prestressing, so that the seal tothe upper side of the footbrid-ge remains in a crack-free con-dition.

– Graffiti protection and hydro-phobic treatment (water-repel-lent) for easy maintenance andcleaning

– Natural stone facing on thesteps resulting in less damageto the edges

– Synthetic liquid membrane assealing under the facing is elas -tic, crack-bridging and imper-vious to underflow beneaththe sealing

– Joint construction with a higherworking life using high qualitycorrosion protection and fac -ing materials.

Autor/Author

Wolfram Küblerdipl. Bauing. FHWalt+Galmarini AGCH-8008 Zürichkuwo@waltgalmarini.ch

Projektdaten/Project data

Bauherr/OwnerStadt Zürich/City of ZurichArchitekt/ArchitectElisabeth & Martin BoeschArchitekten ETH SIA BSA, ZürichBauingenieur/Civil engineerWalt+Galmarini AG, ZürichGeometrie Treppen/Geometry stairsUrs Beat Roth, ZürichBetonbau/Concrete worksImplenia Bau AGCH-8050 Zürich

Fig. 8

Treppenaufgang mit Passerelle bei der Haltestelle Schiffbau (Boesch Architekten).Staircase with footbridge at Escher-Wyss-Platz (Boesch Architekten).