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Tunnelbau

(letzte Aktualisierung am 20. Dezember 2012)

Tunnelbau im Schildvortrieb

Die Tunnelanlagen für den European XFEL liegen so tief, dass sie im Grundwasser verlaufen. Sie werden direkt unterirdisch gebohrt. Dazu kommen zwei Schildvortriebsmaschinen zum Einsatz: riesige „Bohrer“, wie man sie für den Bau von Straßen- oder Bahntunneln verwendet.

Am Kopf der Tunnelbohrmaschine kratzt ein großes, von einer speziellen Stützflüssigkeit umspültes und mit Schälmessern und Rollmeißeln bestücktes Schneidrad Erdreich und Steine ab. Der mit der Stuützflüssigkeit vermischte Abraum wird in Rohren durch den schon gebohrten Teil des Tunnels an die Erdoberfläche befördert. Im Schutz der Bohrmaschine wird die Tunnelröhre mit Stahlbetonbauteilen, den Tübbingen, wasserdicht ausgekleidet. Um sich vorwärts zu bewegen, drückt sich die Maschine mit Pressen am gerade montierten Betonring nach vorn ab. Dabei gräbt sie den Tunnel weiter, bis der nächste Ring hinten Platz findet. Im vorderen Teil der Maschine liegt die Kommandozentrale. Damit der Tunnel genau entlang der geplanten Achse gebohrt werden kann, wird die Maschine lasergeführt und computerunterstützt gesteuert.

 
Ankunft der ersten Tunnelbohrmaschine im Hamburger Hafen
Die erste der beiden Tunnelbohrmaschinen für den European XFEL ist am 29. April 2010 auf dem Wasserweg in Hamburg angekommen und wurde dort im Hafen bis zu ihrem Transport zur Baustelle Schenefeld zwischengelagert
European XFEL
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Tunnelbohrmaschine auf der Baustelle Schenefeld
Die erste Tunnelbohrmaschine für den European XFEL beim Einlassen in die Baustelle Schenefeld.

Erfahrungen

Die unterirdische Bauweise mit großen Tunnelbohrmaschinen ist ein weltweit eingesetztes und bestens erprobtes Verfahren: In Hamburg kommt es seit langem beim Kanalbau zum Einsatz, und auch die neue U-Bahnlinie 4 zwischen der HafenCity und dem Jungfernstieg wurde per Schildvortrieb mit ähnlichem Durchmesser wie die Tunnel des European XFEL gebaut. Auch für die vierte Elbtunnelröhre und die neue Flughafen S-Bahn gruben sich gewaltige Tunnelbohrmaschinen durch den Hamburger Untergrund.

DESY hat mit diesem Bauverfahren ebenfalls beste Erfahrungen gemacht: Mitte der 1980er Jahre wurde der 6,3 Kilometer lange Tunnel für den HERA-Beschleuniger mit Hilfe einer Schildvortriebsmaschine gebaut. Er verläuft in 10 bis 25 Metern Tiefe unter der Bahrenfelder Trabrennbahn, Wohn- und Gewerbegebieten sowie dem Hamburger Volkspark. 28 Monate war die Tunnelbohrmaschine HERAKLES dafür unterwegs. Völlig geräuschlos ging dies nicht vonstatten. Doch die Störung dauerte nur etwa zwei Wochen an und beschränkte sich auf die Gebäude, unter denen oder in deren unmittelbarer Nachbarschaft die Tunnelbohrmaschine arbeitete.

Zwei Tunnelbohrmaschinen

Der Bau der Tunnel für den European XFEL erfolgte von Juli 2010 bis Sommer 2012. Die Tunnel haben unterschiedliche Durchmesser: Während für den Beschleuniger ein Tunnelinnendurchmesser von 5,30 Metern benötigt wird, beträgt der Innendurchmesser der meisten Tunnel des Fächerbauwerks 4,60 Meter. Deshalb kommen beim Bau zwei verschieden große, gleichzeitig arbeitende Schildvortriebsmaschinen zum Einsatz, die die Röhren abschnittsweise herstellen.

Die beiden Tunnelbohrer starteten von den Baugruben auf der Hauptbaustelle Schenefeld aus. Dies hatte den Vorteil, dass die spezielle Baustelleneinrichtung, die für den Tunnelbau notwendig ist, für alle Tunnel zentral genutzt werden konnte. Dazu gehörte vor allem die große Separieranlage, in der das abgebaute Erdreich von der Stützflüssigkeit getrennt und diese für die Wiederverwendung aufbereitet wurde. Auch die Baustellenlogistik, wie Materiallieferverkehr oder Bodenabtransport, wurde dadurch vereinfacht.

Je nach Geländehöhe liegt die Tunneloberkante 6 bis 38 Meter tief unter der Erde. So ist sichergestellt, dass beim Betrieb der Anlage keine Strahlung an die Erdoberfläche gelangen kann. Zugang zu den Tunneln bieten Schächte, durch die auch die Komponenten für den European XFEL eingebracht und die Versorgungsleitungen geführt werden. In der Bauphase dienen sie als Start- oder Zielschächte für die Tunnelbohrmaschinen.

Der Tunnelbau erfolgte durchgehend im 24-Stunden-Betrieb an sieben Tagen in der Woche. Etwa zehn Meter schaffte jede Maschine durchschnittlich am Tag. An ihren Zielschächten angekommen, wurden die Tunnelbohrmaschinen auf die gegenüberliegende Seite bewegt oder geborgen und zum jeweiligen Startschacht zurücktransportiert. Anschließend wurde der nächste Tunnelabschnitt aufgefahren. Insgesamt dauerte die Herstellung der Tunnel etwa zwei Jahre.

Tunnelbohrmaschine 1 (TBM 1)

Innendurchmesser der Tunnel: 5,30 m

Die erste, größere Vortriebsmaschine hatte einen Außendurchmesser von 6,17 Metern, war 71 Meter lang und wog 550 Tonnen. Sie grub die beiden Verzweigungstunnel zwischen den Betriebsgeländen Schenefeld und Osdorfer Born sowie den 2,1 Kilometer langen Haupttunnel für den Beschleuniger zwischen Osdorfer Born und DESY-Bahrenfeld. Für den Transport der Tübbinge fuhr eine Bahn in der fertigen Tunnelröhre zum aktuellen Standort der Maschine und zurück.

  • Mai 2010: Ankunft der TBM 1 auf der Baustelle Schenefeld; Herunterlassen in den Startschacht und Montage
  • 30. Juni 2010: Taufe der TBM 1 auf den Namen TULA (TUnnel für LAser) und der Tunnel, die sie auffahren wird, auf den Namen Herlind, dem Vornamen der Tunnelpatin Frau Dr. Herlind Gundelach, Senatorin für Wissenschaft und Forschung der Freien und Hansestadt Hamburg
  • Juli bis Dezember 2010: Vortrieb der beiden Tunnel zwischen Schenefeld und Osdorfer Born
  • Januar bis Sommer 2011: Vortrieb des Haupttunnels zwischen Osdorfer Born und DESY-Bahrenfeld unter bewohntem Gebiet
  • Sommer 2011: Ankunft im Zielschacht auf der Baustelle DESY-Bahrenfeld; Demontage und Abtransport der TBM 1

Tunnelbohrmaschine 2 (TBM 2)

Innendurchmesser der Tunnel: 4,60 m

Die zweite, kleinere Vortriebsmaschine, mit einem Außendurchmesser von 5,48 Metern, einer Länge von 83 Metern und einem Gewicht von 500 Tonnen, bohrte die fünf Röhren des Tunnelfächers unter dem Schenefelder Betriebsgelände. Dies geschah in mehreren Abschnitten, so dass die Maschine insgesamt viermal geborgen und dreimal durch eine Baugrube gezogen wurde.

  • November 2010: Ankunft der TBM 2 auf der Baustelle Schenefeld; Herunterlassen in den ersten Startschacht und Montage
  • 21. Dezember 2010: Taufe der TBM 2 auf den Namen AMELI (AM Ende LIcht) und der Tunnel, die sie auffahren wird, auf den Namen Cordelia, dem Vornamen der Tunnelpatin Frau Dr. Cordelia Andreßen, Staatssekretärin für Wissenschaft, Wirtschaft und Verkehr des Landes Schleswig-Holstein
  • Anfang 2011: Beginn des Vortriebs der insgesamt acht Tunnelabschnitte
  • Sommer 2012: letzte Ankunft in einem Zielschacht (XS3) auf der Baustelle Schenefeld; Demontage und Abtransport der TBM 2

Tunnelbohrmaschinen (TBM 1 / TBM 2)

Typ flüssigkeitsgestützter Mixschild  
Länge inkl. Nachläufer 71 Meter / 83 Meter  
Gesamtgewicht 550 Tonnen / 500 Tonnen  
Schneidrad 52 Tonnen / 42 Tonnen  
Außendurchmesser 6,17 Meter / 5,48 Meter  
Maximale Drehzahl des Schneidrads 2,7 Umdrehungen pro Minute  
Geschwindigkeit Tunnelvortrieb durchschnittlich 10 Meter in 24 Stunden (abhängig von den Bodenverhältnissen)  
Gesamtdauer des Tunnelvortriebs zwei Jahre  
Gesamtaushub rund 170 000 Kubikmeter  

Betonsegmente der Tunnelwände (TBM 1 / TBM 2)

Länge der Segmente 1,50 Meter Die Tunnelwände werden aus Stahlbetonfertigteilen zusammengesetzt. Sechs bzw. fünf solcher Segmente (Tübbinge) und ein konischer Schlussstein bilden einen Ring.
Dicke der Segmente 30 Zentimeter  
Anzahl der Segmente pro Ring 6 / 5 Segmente + 1 Schlussstein  
Gewicht pro Ring 19,8 Tonnen / 17,4 Tonnen  
Gesamtzahl 2054 Ringe / 1801 Ringe  

Tunnelbaufilm für die Nachbarschaft zwischen Osdorfer Born und DESY-Bahrenfeld


 
Der Bau des neuen Röntgenlaser-Tunnels unter Ihrem Wohngebiet
Januar 2011