September 2013, Seiten 358-368 G 21613 Bauingenieur

R. Katzenbach, M. Vogler, S. Kurze

Lösungen zur Akzeptanz großer Infrastrukturprojekte

Bauingenieur Die richtungweisende Zeitschrift im Bauingenieurwesen

Sonderdruck aus Heft September 2013, Seiten 358-368

ww

w.b

auin

ge

nie

ur.

de

Organ des VDI für Bautechnik

G 2

16

13

1 Einleitung

Um den hohen Anforderungen an umweltschonende und leistungsstarke Verkehrssysteme gerecht zu werden, wur-den und werden in fast allen europäischen Regionen Infra-strukturprojekte geplant bzw. realisiert. Für Deutschland sei hier beispielhaft das Großprojekt Stuttgart 21 genannt. Die Organisation des öffentlichen Personen- und Güterver-kehrs (Busse, Eisen-, U- und Straßenbahnen) neben dem In-dividualverkehr (PKW, LKW, Fußgänger und Radfahrer) er-fordert insbesondere in den dicht bebauten Innenstadtlagen neue unterirdische Infrastruktureinrichtungen. Gleichzeitig sind dort die Anforderungen an Tunnelbauprojekte hinsicht-lich der Minimierung der Einwirkungen auf das gesamte städtische Umfeld, auf die vorhandene Flora und Fauna, auf den baulichen Bestand, teilweise mit großer historischer oder kultureller Bedeutung, besonders hoch. Die Wechselwirkungen zwischen Bestand, bautechnischen Eingriffen, Baugrund und Grundwasser sind so hochgradig komplex, dass nur unter Anwendung moderner Methoden der Kommunikation mit Transparenz, Offenheit und Nach-vollziehbarkeit bei den Bürgern und Gesprächspartnern aus z.B. den Bereichen Politik, Wirtschaft, Erziehung, Bildung, Jurisprudenz, Soziologie, Philosophie, Theologie etc. die Möglichkeit der Akzeptanz von Infrastrukturprojekten er-reicht werden kann. Ein wesentliches Element, um den Sorgen von Projektgeg-nern um die Unversehrtheit des Bestandes und insbesonde-re um die Unversehrtheit, das heißt Schadensfreiheit ihres Eigentums, Rechnung zu tragen, ist die objektive Sicherstel-lung der Qualität der Bauausführung durch unabhängige Kontroll- und Überwachungsmaßnahmen gemäß der im Eu-rocode EC 7 (DIN EN 1997–1) normativ verankerten Beob-achtungmethode.

Lösungen zur Akzeptanz großer Infrastrukturprojekte

Zusammenfassung Die Erzielung der Akzeptanz großer Infra-strukturprojekte ist eine der zentralen gesellschafts-, umwelt-, ver-kehrs- und wirtschaftspolitischen Herausforderungen. Hierzu ist die Schaffung neuer Prozeduren von im Sinne einer Mediation neu etablierten Kommunikationswegen mit vollständiger Transparenz, Offenheit, Nachvollziehbarkeit und kontinuierlicher kritischer Refle-xion und Bewertung aller Gegebenheiten erforderlich. Damit ist es auch bei bereits weit fortgeschrittenem Projektstand möglich, den Sorgen der Öffentlichkeit und von betroffenen Bürgern um die Unversehrtheit des Umfeldes und der Umwelt, insbesondere des baulichen Bestandes und von Flora und Fauna, qualifiziert Rech-nung zu tragen. Am Beispiel des bei Einschaltung der Autoren auf der Kippe stehenden zweigleisigen Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunnels der Strecke Madrid-Barcelona-Perpignan, der mitten durch die Innenstadt von Barcelona verläuft und die his-torisch besonders wertvollen UNESCO Weltkulturerbe-Bauwerke Sagrada Familia und Casa Milà tangiert, wird exemplarisch auf-gezeigt, wie es durch die prozedurale Einbindung der Projektgegner und Kläger in neu geschaffene, interdisziplinär besetzte Beratungs-gremien mit klar definierter Kontrollfunktion gelungen ist, das Pro-jekt trotz allem termingerecht und im Kostenrahmen erfolgreich zu realisieren. Grundlage des am Schluss für alle Beteiligten gegebe-nen Erfolgs ist eine sorgfältig ausgearbeitete und geprüfte Planung, eine perfekte bauliche Umsetzung und eine absolut unabhängige, qualifizierte Kontrolle aller Maßnahmen durch neutrale Prüfsach-verständige im Sinne des bewährten Vier-Augen-Prinzips. Dies hat sich beim Hochgeschwindigkeits-Tunnelbau in Barcelona bewährt und kann auch an anderer Stelle zielführend sein.

R. Katzenbach, M. Vogler, S. Kurze

Solutions for acceptance of great infrastructure projects

Abstract The achievement of the acceptance of great infra-structure projects is one of the vital socio-political, environmental political, transport political and economic challenges. To get the

Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach

Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für

Geotechnik der Technischen Universität Darmstadt

Vereidigter Sachverständiger

Petersenstr. 13, 64287 Darmstadt

[email protected]

http://www.geotechnik.tu-darmstadt.de

Dr.-Ing. Matthias Vogler

Geschäftsführender Gesellschafter Ingenieursozietät

Professor Dr.-Ing. Katzenbach GmbH

Frankfurt am Main · Darmstadt · Weinheim · Kiew

Vereidigter Sachverständiger

Robert-Bosch-Straße 9, 64293 Darmstadt

[email protected]

http://www.katzenbach-ingenieure.de

Dipl.-Ing. Susanne Kurze

Ingenieursozietät Professor Dr.-Ing. Katzenbach GmbH

[email protected]

achievement it is necessary to establish new procedures in the sense of mediation processes including full transparency, openness, confirmability and continuously critical reflection of all circums-tances. With that procedure it is possible even in the case of well advanced projects, to meet the public concerns and to reflect the worries of the affected citizens regarding the integrity of the built environment and of flora and fauna. By example of the appoint-ment of the authors as independent checking engineers for the high-speed railway tunnel in Barcelona of the line Madrid-Barcelona-Perpignan which has a very low distance to the UNESCO world cultural heritage properties Sagrada Familia an Casa Milà it is shown how it was possible to carry out this great infrastructure project in time and within the cost limit successfully by including the combatants and prosecutors in new established multi-disciplinary boards with a well-defined control function. Basis for the success is accurate prepared and independent checked design, perfect construction works and an absolute independent qualified checking of all activities by neutral checking engineers applying the well-established four-eye-principle. This has been proved with the high speed railway tunnel in Barcelona and might be productive also in other cases.

Bauingenieur Band 88, September 2013

358

Hauptaufsatz Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen wissenschaftlich

begutachteten und freigegebenen Fachaufsatz („reviewed paper“).

Am Beispiel des neuen, mitten durch Barcelona verlaufenden Hoch-geschwindigkeits-Eisenbahntunnels werden die zur Akzeptanz dieses sei-nerzeit z.T. sehr ablehnend diskutier-ten Infrastrukturprojektes ergriffe-nen Maßnahmen exemplarisch vor-gestellt.

2 Projektübersicht

2.1 Streckenführung AVE-Tunnel

Als Teil der Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnstrecke (AVE = Alta Veloci-dad Española) von Madrid über Bar-celona bis zur französischen Grenze und dort über Perpignan bis nach Pa-ris wurde u.a. im Stadtzentrum von Barcelona der 5,6 km lange AVE-Tun-nel errichtet (Bild 1). Bauherr war das Land Spanien, ver-treten durch das staatliche Eisen-bahnverwaltungsunternehmen adif (administrador de infraestructuras ferroviarias). Bauausführende Firma war Sacyr. Der Streckenverlauf ist in Bild 2 dar-gestellt. Bei der Wahl der Strecken-führung musste aufgrund rechtlicher Vorgaben den Straßenfluchten gefolgt werden. Etwa in Streckenmitte nimmt die Trasse daher einen S-för-migen Verlauf. Die Kurven haben ei-nen Radius von minimal 500 m. In diesem Bereich beträgt die Entwurfs-geschwindigkeit 70 km/h. Der als zweigleisiger Tunnel für die AVE-Züge ausgebaute Tunnel verbin-det die beiden Bahnhöfe „Sants“ und „La Sagrera“ (Bild 2). Der Tunnel wurde von Mai 2010 bis Juli 2011 nach intensiver Einbindung der Projekt-gegner und Kläger in das Projekt-geschehen aufgefahren und wurde zusammen mit dem Strecken-abschnitt von Barcelona bis zur fran-zösischen Grenze im Januar 2013 er-öffnet. Der Streckenverlauf des Tunnels führt durch das Stadtzentrum von Barcelona und u.a. direkt an der vom Architekten Antoni Gaudí entworfe-nen, setzungsempfindlichen Kathe-drale Sagrada Familia und der Casa Milà vorbei, die beide zum Weltkulturerbe der UNESCO zählen (Bild 2). Der einschalige Tunnel wurde zwischen den An- und Aus-fahrtsbereichen mit einer Tunnelbohrmaschine (TBM) mit Erddruckschild (earth pressure balanced shield = EPB) der Firma Herrenknecht aufgefahren und mit Tübbingelemeten ausgebaut. Der Tunnel hat einen Ausbruchdurchmesser von 11,55 m.

Die maschinentechnischen Daten wurden beim Vortrieb au-tomatisch erfasst und in einem 24-Stunden-Monitoring kon-tinuierlich und permanent ingenieurtechnisch überwacht und bewertet. Die Verformungen des Baugrundes, die Ober-flächensetzungen in der Nähe der Sagrada Familia und der Casa Milà, die Setzungen der Sagrada Familia und der Casa Milà selbst und der angrenzenden Gebäude wurden mit ei-nem dichten Raster aus Extensometern, Inklinometern und geodätischen Messpunkten gemessen.

Bild 1. AVE-Trasse von Madrid über Barcelona nach Paris (Quelle: Google Maps) Fig. 1. Map of the AVE-route from Madrid to Barcelona and Paris

Bild 2. Trasse AVE-Tunnel in Barcelona (Quelle: Google Maps) Fig. 2. Position of the AVE tunnel in Barcelona


359

Hauptaufsatz

2.2 Baugrund- und Grundwasserverhältnisse

Im Stadtzentrum von Barcelona ist der Baugrundaufbau durch quartäre und tertiäre Sedimente geprägt (Bild 3). Die Tunnelbohrmaschine hat überwiegend tertiäre Baugrund-schichten durchfahren. Der Tunnel wurde vom Bahnhof „La Sagrera“ aus entgegen der Tunnelkilometrierung aufgefah-ren. Auf dem ersten Kilometer steht überwiegend tertiärer Ton an. Danach folgte ein Abschnitt mit schluffigen Sanden (Bild 3). In diesem Abschnitt liegen die beiden UNESCO Weltkulturerbe-Bauwerke. Im Bereich dieser beiden Bauwerke folgen unter den künst-lichen Auffüllungen, die bis zu 2 m dick sind, die quartären Schichten, deren Dicke von 4 m bis zu 10 m reicht. Unter dem Quartär folgen tertiäre, schluffige Sande, in die wenige Zentimeter bis zu mehrere Meter dicke Tonbänder eingela-gert sind. Diese sandigen tertiären Schichten reichen bis zur Endtiefe der Erkundungsbohrungen von 60 m. Es gibt mehrere Grundwasserstockwerke, die teilweise mit-einander korrespondieren, da die dichtenden Tonschichten

Bild 3. Geotechnischer Längsschnitt AVE-Tunnel Fig. 3. Geotechnical longitudinal section

Bild 4. Querschnitt Sagrada Familia und AVE-Tunnel Fig. 4. Cross section at Sagrada Familia with AVE tunnel

Bild 5. Sagrada Familia, Geburtsfassade und Hauptschiff Fig. 5. Nativity façade and main nave of Sagrada Familia

im Tertiär nicht großflächig durchgängig sind. Das oberste Grundwasserstockwerk bildet einen freien Grundwasser-spiegel aus, die tieferen Grundwasserleiter sind teilweise gespannt. Der freie Grundwasserspiegel steht an der Sagrada Familia in einer Tiefe von 16,5 m unter der Geländeoberfläche auf ei-nem Niveau von 13,5 mNN an. Die Tunnelsohle liegt maximal in einer Tiefe von 40 m unter der Geländeoberfläche und im Mittel 19 m tief unter dem Grundwasserspiegel (Bild 3). Der Tunnel liegt daher voll-ständig im Grundwasser.

2.3 UNESCO Weltkulturerbe-Bauwerke entlang der

Tunnelstrecke

2.3.1 Sagrada Familia

Die Sagrada Familia ist eine seit 1882 im Bau befindliche, ka-tholische Kirche, die sich insbesondere durch ihre außerge-wöhnliche Tragstruktur und die Vereinigung der architekto-nischen Stile vieler Epochen auszeichnet (Bild 4). Antoni Gaudí übernahm im Jahr 1883 die architektonische Leitung und veränderte die seinerzeitigen Pläne für die Kir-che vollständig. Er plante eine Kirche mit einem 90 m langen und rd. 50 m hohen Hauptschiff und insgesamt 18 Türmen, wovon der höchste 170 m hoch werden soll (Bild 4). Bis zu seinem Tod im Jahr 1926 konnte Gaudí die Apsis und die so genannte Geburtsfassade fertig stellen (Bild 5). Die zu Leb-zeiten Gaudís gebauten Teile der Sagrada Familia gehören seit 1984 zum Weltkulturerbe der UNESCO. Die Arbeiten an der Sagrada Familia wurden nach Gaudís Tod fortgesetzt. Der Abschluss der Bauarbeiten an der Sagrada Familia ist derzeit für 2026 geplant. Bis heute wurden das Hauptschiff, die Geburts- und die Passionsfassade mit insgesamt 8 Tür-men fertig gestellt (Bild 5). Der 170 m hohe Hauptturm wird noch errichtet. Die Arbeiten an den mittleren Türmen und der im Südosten gelegenen, so genannten „Gloriafassade“ sind zur Zeit im Gang. Parallel zu dieser Fassade verläuft in einem horizon-talen Abstand von nur 3,5 m der AVE-Tunnel in einer Tiefe der Sohle von 37 m (Bild 4).


360

Hauptaufsatz

Das Hauptschiff der Sagrada Familia ist nach den wenigen Bestandsplänen zu urteilen auf 20 m langen Pfählen tief ge-gründet. Zur Gewährleistung der Sicherheit und der Gebrauchstaug-lichkeit der Sagrada Familia wurde zwischen der Sagrada Familia und dem AVE-Tunnel eine aufgelöste Bohrpfahl-wand mit 1,5 m dicken Pfählen in einem Achsabstand von a = 2 m errichtet (Bild 4 und Bild 6).

2.3.2 Casa Milà

Das Wohn- und Geschäftshaus Casa Milà, auch „La Pedrera“ genannt, gehört seit 1984 ebenfalls als ein Werk Gaudís zum Weltkulturerbe der UNESCO. Die Casa Milà wurde zwischen den Jahren 1905 und 1910 erbaut.

Auch an der Casa Milà wurde als sogenannte Ab-schirmwand eine aufgelöste Bohrpfahlwand (Pfahldurchmesser 1,2 m) mit durchgängigem Kopfbalken errichtet (Bild 7 und 8).

3 Besondere Bedeutung der Baugrund-Tragwerk-Interaktion bei historischer Nachbarbebauung

Die Tunnelführung in direkter Nachbarschaft von kulturell wertvollen historischen Bauwerken stellt nicht nur besonders hohe Anforderungen an die Bauausführung, sondern insbesondere im Vorfeld der Baumaßnahme an die geotechnische Modell-bildung im Rahmen der Planung. Es waren nicht nur das Tragwerk „Tunnel“ und der Baugrund und dessen mechanisches Verhalten zu modellieren, sondern insbesondere das Tragwerk und die Ge-brauchstauglichkeit des benachbarten Gebäudes zu berücksichtigen.

Für die Sagrada Familia stellte dies in mehrfacher Hinsicht eine Schwierigkeit dar: • Die Kirche wird mit insgesamt 18 Türmen mit maximal

170 m Höhe sehr hohe Lasten in den Baugrund abtragen. • Die Kirche ist noch nicht fertiggestellt, sondern befindet

sich im Bau, d.h. es sind veränderliche Belastungs-zustände zu berücksichtigen.

• Aufgrund der historischen Plansituation konnten die Gründungssituation sowie die Statik dieser Kirche nicht vollständig erfasst werden. Zudem sind bis heute große Teile der Statik noch nicht erstellt, da im Wesentlichen auf der Grundlage von physischen Modellen des Architekten Gaudí geplant und gebaut wird.

Bild 6. Herstellung der aufgelösten Bohrpfahlwand vor der Gloria Fassade Fig. 6. Construction of the bored pile wall along Glory façade

Bild 7. Casa Milà und Querschnitt AVE-Tunnel Fig. 7. Casa Milà and cross section with the AVE tunnel


361

Hauptaufsatz

• Die Kirche ist aufgrund des hohen künstlerischen Werts auch wesentlicher tragender Elemente sowie der Fassa-den sehr sensibel gegen Verformungen.

Als Baugrund-Tragwerk-Interaktion waren folglich im Rah-men der geotechnischen Modellbildung nicht nur die Aus-wirkungen der Tunnelbaumaßnahme auf den umgebenden Baugrund und das Nachbarbauwerk Sagrada Familia, son-dern auch die Auswirkungen der zukünftig deutlich höheren und anderen Belastung der Sagrada Familia auf den Tunnel zu beachten. Um diese verschiedenen Lastfälle möglichst realitätsnah ab-bilden zu können, wurden zur Belastungs- und Verfor-mungsprognose nichtlineare und zeitvariante numerische Berechnungsmodelle entwickelt, die sowohl Tunnel und Baugrund als auch das Tragwerk der Sagrada Familia um-fassten.

4 Implementierung neuer Prozeduren zur Projektakzeptanz

4.1 Einschaltung von unabhängigen Prüfsachverständigen

durch die UNESCO und Etablierung neuer Kommunika-

tionswege

Als die vorbereitenden Arbeiten für den Tunnelvortrieb be-gannen, stand das Projekt aufgrund der Akzeptanzproble-matik auf der Kippe. Es lagen zahlreiche Klagen, insbeson-dere der Stiftung der Sagrada Familia, gegen den Bau des Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunnels vor, so dass die auf Drängen der Kläger zur Verhinderung der Projektreali-sierung eingeschaltete UNESCO Herrn Prof. Dr.-Ing. Wolf-ram Jäger von der Technischen Universität Dresden, Leiter des Lehrstuhls für Tragwerksplanung, und Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach, Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der Technischen Universität Darmstadt, als unabhängige, neutrale Prüfsachverständige mit breiter in-ternationaler Expertise berufen hat. Teil der von den unabhängigen Prüfsachverständigen durchzuführenden Maßnahmen waren die Untersuchungen

zu möglichen alternativen Streckenführungen, um die Welt-kulturerbe-Bauwerke nicht zu tangieren. Die damals zur Diskussion stehenden Alternativrouten (nördliche bzw. südliche Umfahrung der Innenstadt von Barcelona) waren aufgrund der enormen Verlängerung der Tunnelstrecke nicht nur als sehr viel aufwändiger ein-zuschätzen, sondern hätten die Fahrzeit zwischen den bei-den Bahnhöfen um ein Vielfaches verlängert (Bild 9). Die Al-ternativen wurden als nicht brauchbar bewertet. Um dem zu diesem Zeitpunkt bereits weit fortgeschrittenen Planungs- und Ausführungsstand des Projektes und auch den Forderungen der Projektgegner gerecht zu werden, wurden von den vorgenannten, von der UNESCO einge-schalteten, unabhängigen Prüfsachverständigen neue Wege der Kommunikation im Sinne einer Mediation etabliert, mit denen es durch vollständige Transparenz, Offenheit, Nach-vollziehbarkeit und regelmäßige kritische Reflexion und Be-wertung aller Gegebenheiten gelungen ist, die Projektgeg-ner von der schadensfreien Projektrealisierung bei Beach-tung der Prüferauflagen zu überzeugen. Der Bauherr und die ausführende Bauunternehmung haben sich diese Prüfer-auflagen ohne Einschränkung zu Eigen gemacht und durch ihre sehr qualifizierte Handhabung des Problems entschei-dend zur erfolgreichen Projektrealisierung beigetragen. Wesentlicher Teil der neu etablierten Kommunikationswege waren ein neu eingerichtetes, interdisziplinäres, regelmäßig tagendes Beratungsgremium, bestehend aus der Leitung der Stiftung der Sagrada Familia mit Expertise in Architektur, Jurisprudenz, Administration, Philosophie und Theologie und den Prüfsachverständigen, und ein internationales Bo-ard of Experts, mit dem unter der Leitung der Professoren Jäger und Katzenbach ein Team aus fachlich besonders aus-gewiesenen, spanischen und internationalen Wissenschaft-lern in Kooperation mit dem Bauherrn das Projekt mit klar definierten Kontrollfunktionen prüfend begleitete.

Bild 8. Bohrpfahlarbeiten an der Casa Milà Fig. 8. Construction if the bored pile wall along Casa Milà Bild 9. Alternativrouten (Quelle: Generalitat de Catalunia, Ministry of Regional

Development and Public Works) Fig. 9. Alternative routes for the AVE tunnel (source: Generalitat de Catalunia, Ministry of Regeional Development and Public Works)


362

Hauptaufsatz

Die erzielten Ergebnisse wurden in den oben beschriebenen Gremien transparent ge-macht, im Detail erörtert und abschließend in der Regel einvernehmlich als zutreffend be-schlossen. Die Definition der an den Nachbargebäuden einzuhaltenden Grenzwerte erfolgte in An-lehnung an die Kriterien, die die spanische Verkehrsgesellschaft MINTRA (Madrid Infra-structuras del Transporte) für Tunnelbaupro-jekte in Spanien veröffentlicht und etabliert hat (Tabelle 1). Die MINTRA Kriterien umfassen Grenzwerte für drei verschiedene Gefährdungsstufen. Die Gefährdungsstufen sind in Abhängigkeit der Gefahr des Auftretens von Schäden an den Bauwerken eingeteilt und mit den Farben grün, gelb und rot gekennzeichnet (Tabelle 1). Für die Sagrada Familia wurden die niedrigs-ten Grenzwerte, d.h. diejenigen für Monu-mentalbauten, ausgewählt, um ein Maximum an Sicherheit und Unversehrtheit für die Struktur zu gewährleisten. Die Anwendung der vorgenannten MINTRA Grenzwerte führ-te zur Definition der folgenden, speziell für die Sagrada Familia gewählten Grenzwerte (Tabelle 2).

4.3 Monitoringprogramm

Das Monitoring setzte sich im Wesentlichen aus den folgen-den Bestandteilen zusammen: – permanentes (24 Stunden-) Online Monitoring der ma-

schinentechnischen Parameter der Tunnelbohrmaschine (TBM) gemäß den in [1] bis [4] beschriebenen Standards

– Setzungs-/Hebungsmessungen der Geländeoberfläche und des tieferen Baugrunds mit geodätischen Messpunk-ten und Extensometern (ein besonders dichtes Netz wurde im Umfeld der Bauwerke Sagrada Familia und der Casa Milà installiert, Bild 11, analog [5])

– Überwachung der Verformungen der benachbarten Bau-werke inkl. Sagrada Familia und Casa Milà mit an den Au-ßenwänden installierten Prismen und automatischen Messstationen (Bild 12)

4.2 Definition von Kontroll- und Regelgrößen

Auf der Grundlage von umfangreichen numerischen Be-rechnungen und Simulationen (Prognosen) wurden für den Bau des AVE-Tunnels im Vorfeld der Baumaßnahme Kon-troll- und Regelgrößen sowie die während des Baufort-schritts einzuhaltenden Grenzwerte definiert und ein Not-fallkonzept ausgearbeitet. Außerdem wurde auf Drängen der Projektgegner und Kläger die mögliche Barrierewirkung des Tunnels und der aufgelösten Bohrpfahlwände auf das von Nordwesten von den Bergen ins Mittelmeer fließende Grundwasser noch einmal überprüft. Die von den Autoren durchgeführte Überprüfung ergab, dass die Aufstauwirkung und auch die Wirkung talseits des Tunnels mit Dh £ 0,6 m ge-ringer ist als die natürliche Schwankung des Grundwasser-spiegels (Bild 10).

Tabelle 1. Grenzwerte gemäß MINTRA (Madrid Infrastructuras del Transporte) Table 1. Safety value according to MINTRA (Madrid Infrastructuras del Transporte)

Bild 10. Numerische Berechnung der Beeinflussung des Grundwasserstandes infolge des AVE-Tunnels und der aufgelösten Bohrpfahlwände Fig. 10. Numerical analysis of the influence of the AVE-tunnel and the intermittent pile walls on the groundwater level


363

Hauptaufsatz

Die an der dem Tunnel zugewandten Gloria-Fassade der Sa-grada Familia gemessenen Setzungen betragen maximal nur 0,1 cm, d.h. sie liegen im Bereich der Messgenauigkeit (Bild 13 und Bild 15). Die Tunnelbohrmaschine hatte auf-grund der sorgfältigen Planung, Bauausführung und des

– Verformungsmessungen an benachbarten unter-irdischen Bauwerken, wie z.B. dem Metrotunnel der L2 mit geodätischem und Elektronivellement

– Überwachung der Veränderungen ausgewählter Dehnungsfugen und Rissmonitoring bestehender Risse an der Sagrada Familia und der Casa Milà

– Überwachung der Grundwasserstände in den nahe des Tunnels gelegenen Grundwassermessstellen

Die Setzungsbeträge an den Nachbarbauwerken sind dabei reine Kontrollgrößen, wohingegen mit den Re-gelgrößen, i.W. maschinentechnische Parameter der Tunnelbohrmaschine, entscheidend Einfluss auf die Verformungen des Baugrunds und die Bebauung ge-nommen werden kann ([6] bis [8]). Ein wesentlicher Einfluss für den Erfolg eines ma-schinellen Vortriebs mit einem EPB-Schild ist, ins-besondere in wassergesättigtem Lockergestein, die effiziente und permanente Stützung der Ortsbrust [9]. Zum einen sollen durch die zutreffen-de, auf Erd- und Wasserdruck abge-stimmte Einstellung des Stützdrucks Spannungsumlagerungen und damit bis zur Oberfläche durchschlagende Setzungen verhindert werden, zum anderen besteht bei einem zu hohen Stützdruck die Gefahr von Hebungen bzw. von so genannten Ausbläsern [9]. Beim Spritzbetonvortrieb stellt sich diese Problematik nicht [10]. Daher wurden während der Vorbei-fahrt der TBM an den beiden UNESCO Weltkulturerbe-Bauwerken neben den oben aufgeführten Moni-toringsystemen unter großem Per-sonaleinsatz zusätzlich ein 24-Stun-den on-site Monitoring, im Wesentli-chen eine Sichtkontrolle der Oberflä-che und an Kanälen und sonstigen Öffnungen, vorgenommen.

5 Ergebnisse des durchgeführten Monitorings

Alle Messwerte wurden in einem Kontrollsystem EDV-technisch erfasst und von dem qualifizierten Teams der von der UNESCO berufenen Prüf-sachverständigen Professor Jäger und Professor Katzenbach permanent einem Soll/Ist-Vergleich mit den zu-vor mit rechnerischen Prognosen er-mittelten Werten unterzogen. Die durch den Tunnelvortrieb hervor-gerufenen Setzungen an der Gelände-oberfläche betrugen auf der gesam-ten Tunnelstrecke trotz des an der Tunnelfirste 29 cm breiten Ringspalts (Bild 13) zwischen TBM und Tübbingauskleidung maximal nur 0,5 cm und liegen damit deutlich unter den prognosti-zierten Werten. Der sog. Volume Loss Factor liegt bei 0,1% und damit ebenfalls deutlich unter dem üblichen Wert von 0,5% (Bild 14).

Bild 11. Anordnung der Messbolzen und Prismen in der Nähe der Sagrada Familia Fig. 11. Layout of levelling marks in each street along Sagrada Familia

Tabelle 2. Spezielle Grenzwerte für die Sagrada Familia Table 2. Special safety values for Sagrada Familia


364

Hauptaufsatz

permanenten Monitorings keine bau-technisch bzw. messtechnisch identi-fizierbare Wirkung auf die Sagrada Familia. Auch entlang der Casa Milà wurden mit maximal 0,17 cm über der Tun-nelachse ebenfalls nur sehr kleine Setzungen gemessen (Bild 16). Die Messungen an der Struktur der Casa Milà selbst zeigten ähnliche Werte. Auch an der Casa Milà hat sich der Tunnelvortrieb nicht ausgewirkt, und es gab daher wie an der Sagrada Fa-milia keine Schäden.

7 Resumee und Ausblick

Aus ingenieurtechnischer Sicht wur-de der Bau des AVE-Tunnels im Stadt-zentrum von Barcelona mit minima-len Setzungen, und zwar nur 0,5 cm, mit einer Tunnelbohrmaschine mit Erddruckschild mit Vortriebsleitun-gen von 12–23 m/Tag (Bild 17) im Sinne einer bestandsschonenden, umweltfreundlichen Infrastruktur-maßnahme im wassergesättigten, setzungsempfindlichen Locker-gestein erfolgreich realisiert. Aufgrund seiner Innenstadtlage, aber insbesondere, weil er direkt an der berühmten Kirche der Sagrada Fami-lia des Architekten Antonio Gaudí entlangführt, unterlag der Tunnelbau besonderen Kontroll- und Über-wachungsmaßnahmen gemäß der im Eurocode EC 7 normativ verankerten Beobachtungsmethode. Mit Hilfe eines umfangreichen Mess-programms an der Geländeoberflä-che und an den umliegenden Gebäu-den und einer unabhängigen 24-Stunden TBM-Überwachung wur-de die Einhaltung von vor Baubeginn mit allen Beteiligten festgelegten Soll- und Grenzwerten permanent kontrolliert und auf Abweichungen zeitnah reagiert. Dass die Einhaltung der vor Baubeginn festgelegten Grenzwerte für die Maschinenvor-triebsparameter der Tunnelbohr-maschine zu dem Ergebnis minima-ler Verformungen des Baugrunds führen kann, zeigt, welch große Be-deutung der Definition dieser Grenz-werte zukommt. Eine laufende An-passung dieser Soll- und Grenzwerte während des Baufortschritts, die den Zuwachs an Informationen über den Baugrund und seine Reaktionen beim

Bild 13. Oberflächensetzungen in der Tunnelachse im Bereich der Sagrada Familia (Längsschnitt) Fig. 13. Surface settlements above tunnel axis in vicinity of Sagrada Familia (longitudinal section)

Bild 14. Setzungen und Volume Loss Factor Fig. 14. Settlements and Volume Loss Factor

Bild 12. Anordnung von Prismen zur Verformungsmessung an der Geburtsfassade Fig. 12. Example for prism locations at the eastern side aisle beside the Nativity facade


365

Hauptaufsatz

Tunnelvortrieb in die Prognose der Auswirkungen des Tunnelvortriebs auf die angrenzenden Bauwerke be-rücksichtigt, sollte daher zukünftig in einen Monitoring-Prozess mit auf-genommen werden. Durch das konsequent durchgeführte Monitoring und die permanente Wei-tergabe der wesentlichen Informatio-nen an alle Beteiligten konnte dieses wichtige Infrastrukturprojekt sicher und erfolgreich durchgeführt wer-den. Neue Technologien, wie z.B. die Ra-darinferometrie zum flächendecken-den Monitoring der Oberflächenset-zungen [11], könnten bei zukünftigen Infrastrukturprojekten die Umset-zung der Beobachtungsmethode hin-sichtlich Datenerhebung verein-fachen. Aus gesellschafts-, umwelt- und ver-kehrspolitischer Sicht ist die erfolg-reiche Projektrealisierung des hier beschriebenen Hochgeschwindig-keits-Eisenbahntunnels in der Innen-stadt von Barcelona ein ideales Bei-spiel dafür, wie es durch Schaffung geeigneter Prozeduren, insbesondere durch im Sinne einer Mediation neu etablierten Kommunikationswegen mit vollständiger Transparenz, Offen-heit, Nachvollziehbarkeit und kon-tinuierlicher kritischer Reflexion und Bewertung aller Gegebenheiten, ge-lungen ist, ein auf der Kippe stehen-des, bereits weit fortgeschrittenes In-frastrukturprojekt termingerecht und im Kostenrahmen ohne Beeinträchti-gung der Umwelt und des Bestandes zu realisieren. In Barcelona ist dies durch die Einschaltung der von der UNESCO berufenen unabhängigen Prüfsachverständigen und deren in-tensiven, vertrauensbildenden Maß-nahmen („human engineering“) ge-lungen. Auch an anderer Stelle kann diese umsichtige methodische He-rangehensweise zielführend sein.

Danksagung

Herrn Professor Dr.-Ing. Wolfram Jä-ger, TU Dresden, und seinem qualifi-zierten Projektteam sei für die stets kollegiale, wissenschaftsbasierte Zu-sammenarbeit und die gemeinsame erfolgreiche Projektrealisierung herzlich gedankt.

Bild 15. Oberflächensetzungen quer zur Tunnelachse an der Sagrada Familia (Querschnitt) Fig. 15. Surface settlements in vicinity of Sagrada Familia (cross section at km 3+580)

Bild 16. Oberflächensetzungen in der Tunnelachse im Bereich der Casa Milà (Längsschnitt) Fig. 16. Surface settlements above tunnel axis in vicinity of Casa Milà (longitudinal section)

Bild 17. Tunnelvortriebs-Diagramm Fig. 17. Diagram of the tunnel excavation


366

Hauptaufsatz

Literatur

[1] Maidl, B.; Wehrmeyer, G: Entwicklung der Vortriebsmaschinen für

den Schildvortrieb im Lockergestein. Taschenbuch für den Tunnelbau,

Verlag Glückauf, Essen (1999) 263–306,

[2] Comulada, M.; Wingmann, J.: Technisches Prozesscontrolling beim

Schildvortrieb. 50 Jahre STUVA: Vergangenheit trifft Zukunft.

Bauverlag, Gütersloh (2010) 240–251.

[3] DAUB Deutscher Ausschuss für unterirdisches Bauen e.V.: Empfehlun-

gen zur Auswahl von Tunnelvortriebsmaschinen. Taschenbuch für den

Tunnelbau, VGE Verlag, Essen (2011) 231–299.

[4] Göbl, A.: Interaktion Untergrund, Tunnelvortriebsmaschine und

Tübbingausbau bei geschlossenen Schildmaschinen. Geomechanics and

Tunneling 3 (2010) 491–500.

[5] Moritz, B.; Koining, J.: Geotechnische und messtechnische Herausfor-

derungen beim Auffahren großer, oberflächennaher Querschnitte im

Lockergestein. Taschenbuch für den Tunnelbau, VGE Verlag, Essen

(2011) 105–142.

[6] Herrenknecht, M.; Wehmeyer G.; Bäppler, K.; Burger, W.: Zukünftige

Möglichkeiten und Grenzen der maschinellen Tunnel-Vortriebstechnik.

50 Jahre STUVA: Vergangenheit trifft Zukunft. Bauverlag, Gütersloh

(2010) 304–321.

[7] Knitsch, H: Steuerung von Sicherungsmaßnahmen im innerstädtischen

Tunnelbau. Tunnel 2/2010 (2010) 43–49.

[8] Maidl, B.; Herrenknecht, M.; Maidl, U.; Wehrmeyer, G.: Maschineller

Tunnelbau im Schildvortrieb. Ernst & Sohn Verlag Berlin (2011).

[9] Speier, L.; Grübl, F.: Maschinelle Tunnelvortriebe mit optimierter Stütz-

drucksteuerung. Tunnel 2/2013, 46–54.

[10] Katzenbach, R.; Strüber, S.: Schwierige Tunnelvortriebe im Locker- und

Festgestein – Anforderungen an Erkundung, Planung und Ausführung.

Geotechnik, Heft Nr. 4 (2003) 224–229.

[11] Mark, P.; Niemeier, W.; Schindler S.; Blome, A.; Heek, P.; Krivenko, A.;

Ziem, E.: Radarinferometrie zum Setzungsmonitoring beim Tunnelbau.

Bautechnik 89 (2012) 764–776:

© S

pri

ng

er-

VD

I-Verl

ag

Gm

bH

& C

o.

KG

, D

üss

eld

orf

20

13


367

Hauptaufsatz

Documents

September 2013, Seiten 358-368 G 21613 Bauingenieur