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Bözbergtunnel in 3-D
Der Lockergesteinsvortrieb des neuen Bözberg-tunnels wurde mithilfe parametrischer 3-D-Modelle geplant. Amberg Engineering und Implenia Schweiz wandten diese Vorstufe von BIM erfolgreich an.
Raibler Rauwacke heisst das Sorgenkind beim Neubau des Albulatunnels und liegt etwa 1200 m vom Nordportal bei Preda an. Auch als «schwimmendes Gebirge» bezeichnet, handelt es sich um eine etwa 21 m mächtige Schicht (Raibler-Formation) mit grossem wasser- und schlammgefüllten Kluftanteil. Das Gestein verhält sich ähnlich einer Paste, da es sehr wenig tragfähige Gesteinsstruktur enthält. Als geologiecher Laie stelle man sich einen Brei aus Tafelkreide mit Wasser vermischt vor, dann hat man in etwa ein Bild der Problematik vor Augen, mit der die Mineure konfrontiert sind. Im trockenen Zustand wäre das Material leicht abbaubar, nass jedoch sind Schlammeinbrüche grossen Ausmasses kaum vermeidbar.
Ein solcher Einbruch geschah schon beim Bau des Albulatunnels (1899–1903) und brachte damals den Vortrieb zum Erliegen und das ausführende Bauunternehmen in den Konkurs. Die Rhätische Bahn übernahm daraufhin selbst die Vortriebsarbeiten und konnte mit Vortriebsleistungen von nur 25 cm pro Tag letztendlich die Störzone durchörtern. (Mehr zur Baugeschichte des Albulatunnels in TEC21 18/2013.)
2016 nun, beim Neubau des Albulatunnels II, schwimmt das Gebirge immer noch, allein die Technik der Durchörterung bietet neue Möglichkeiten. Wie bekommt man Wasser respektive wassergesättigten Schlamm stabil? Eiskalt die Nerven bewahren und das ganze einfrieren. Zu diesem Zweck fielen die Ingenieure der Rauwacke regelrecht in den Rücken. Südlich der Störzone wurde aus dem bestehenden Albulatunnel ein Querschlag und eine Kaverne aufgefahren. Der dort anstehende Albulagranit respektive das dortige Mylonitgestein macht wenig Probleme und grenzt direkt an die Störzonen der Raibler Rauwacke. Auf nördlicher Seite in Richtung Preda wird das schwimmende Gebirge von weiteren zwei Abschnitten aus Raibler Rauwacke abgelöst. Diese zusammen etwa 90 m mächtigen Schichten weisen jedoch eine bedeutend festere Zellendolomitstruktur auf und besitzen nur kleinere, karstartige Hohlräume. Bis zum Nordportal bei Preda folgen dann noch rund 1100 m Allgäuschiefer.
Während nun die Vortriebsarbeiten vom Nordportal mittels konventionellem Sprengvortrieb stattfanden, wurde in der Kaverne eine leistungsstarke Gefrieranlage errichtet. Sie bestand aus drei Gefrieraggregaten mit einer Kühlleistung von je 140 kW und einer elektrischen Leistung von 400 kW, den Gefrierbohrungen und einem Kühlkreislauf mit einer Calciumchloridlösung (Sole), deren Minimaltemperatur –35 °C beträgt.
Die Erstellung des Gefrierkörpers war eine komplexe Angelegenheit. Für die Durchörterung des schwimmenden Gebirges (ca. 21 m mächtigen) mussten etwa 60 m lange Vereisungsbohrungen rings um den zukünftigen Tunnelquerschnitt angesetzt werden.Da der Vereisungskörper den Gebirgs- und Wasserdruck aufzunehmen hatte, musste er mindestens eine Stärke von 2.5 m über dem späteren Ausbruch des Tunnelprofils aufweisen. Die einzelnen Vereisungsrohre hatten einen Abstand von maximal 1 m und mussten aufgrund der Anforderung an eine lückenlose Vereisung sehr genau gebohrt werden. Die maximale radiale Bohrachsweichung durfte hächstens 0.5 % betragen.
Da strömendes Gebirgswasser eine Temperatur von etwa 6 °C besitzt, wäre es bei hohen Fliessgeschwindigkeiten möglich gewesen, dass das Wasser den Gefriereffekt der -35 °C kalten Sole einschränkt, ja gar partiell zunichte machen könnte. Daher wurde um die ringförmig angeordneten Gefrierrohre ein weiterer, äusserer Ring von Injektionsbohrungen angelegt. Die dort injizierte Zementsuspension trug zur erforderlichen Reduktion der Durchlässigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit des Gebirgswassers bei.
Im Kern des Vereisungskörper musste dagegen partiell geheizt werden. Dort lagen zwei beheizbare Drainagebohrungen, über die das Wasser innerhalb des Gefrierrings austreten konnte. Ohne diese hätte durch eine Volumenzunahme beim Gefrierprozess eine Zerstörung des Eiskörpergefüges stattfinden können. Über das austretende Wasser wurde auch der Gefriererfolg kontrolliert. Hatte sich dieser eingestellt – die Aufgefrierphase dauerte drei Monate – war aufgrund des ausgeprägten Kriechverhaltens des gefrorenen Bodens ein schneller Einbau der Spritzbetonschale (d = 65 cm)sofort nach jedem Abschlag erforderlich. Auch die druckhaltende Dichtung und die Innenschale des Tunnels (d = 60 cm) wurden sofort innerhalb der Spritzbetonsicherung realisiert. Selbstverständlich erfolgten die Abschläge innerhalb des Gefrierkörpers nur mechanisch ohne Sprengungen. Zum einen ist die Raibler Rauwacke leicht lösbar, zum anderen hätten Sprengungen zur Zerstörung des Eiskörpers führen können.
Ab 2021 wird die Rhätische Bahn durch den neuen Albulatunnel verkehren. Der alte Tunnel wird saniert und seine neue Aufgabe als Sicherheitsstollen wahrnehmen. Für das bekannte winterliche Schlittelvergnügen in Preda wird dann ein eigener Perron zur Verfügung stehen. Mit der Eisenbahn zum Schlitteln auf die Eisbahn – Vereisung macht es möglich.
Quelle: Begehung des Albulatunnels II im Rahmen des Swiss Tunnel Congress 2017 / Bericht «Neubau Albulatunnel II» aus dem Tagungsband von Nikos Lavdas, Pascal Zwicker, Dr. Alex Schneider und Dr. Wolfgang Orth.