Ingenieurbau

Schutzschild für den Elbtunnel
Freie und Hansestadt Hamburg
Wirtschaftbehörde/Strom- und Hafenbau 2000-2001
Volumen: 9,2 Mio. €

Die Transport- und Logistikbranche erfährt im Hamburger Hafen zur Zeit einen beachtlichen Aufschwung. Der Schiffsverkehr auf der Elbe nimmt ständig zu. Bereits 1997 wurden insgesamt 20.785 Schiffsbewegungen registriert. Dieses entspricht ca. 60 Schiffen pro Tag.

Die Ausmaße der Containerschiffe, die die Elbe bis zur Hansestadt befahren, insbesondere bis zum neu erbauten Con- tainerterminal Alten- werder, erreichen neue Standards.

Eine Vertiefung des Fahrwassers der Elbe war daher unumgänglich.

Im Zuge der Fahrrinnenanpassung wird die Sollhöhe der Elbsohle von heute NN -14,90 m auf künftig NN -16,70 m gelegt. Damit verringert sich die planmäßige Überdeckung des 6-spurigen Autobahntunnels auf Werte zwischen ca. 0,8 m an den Fahrrinnengrenzen und etwa 1,5 m über dem Tunneltiefstpunkt. Zur Absicherung des Elbtunnels wurde daher ein Schutzbauwerk erstellt.

Dieses besteht aus 6 m lange Spund- wänden, die beidseitig der abgesenkten Tunnel- elemente einge- bracht wurden.

Zwischen den ca. 1,50 m über der Tunneloberkante herausragenden Spundwänden wird eine 80 cm starke Schutzschicht aus Metallhüttenschlacke eingebracht, die mit Zementmörtel verklammert wird.

Diese Konstruktion bewirkt, dass schleifende Anker die Spundwand deformieren und im Zusammenwirken mit der oberen, flexibel stützenden Sohlensicherung nach oben abgleiten und schadlos über den Tunnel gezogen werden. Die eingebrachte Sohlensicherung stellt eine kolkstabile Mindestüberdeckung sicher und zudem einen Schutz gegen Ankerwurf oberhalb des neuen Elbtunnels bieten. Zur Sicherstellung der ankerabweisenden Funktion des Schutzbauwerkes wurde eine weitgehend flexible Sohlensicherung gewählt, mit der eine hohe Verformbarkeit des Gesamtsystems Spundwand/Sohlensicherung im Extremfall zu erreichen ist. Das Bauwerk besteht aus 8.000 m2 Spundwandfläche und ca. 65.000 m2 Sohlensicherung. Die Berechnung der Spundwände ging von folgenden Bodenkennwerten des Verfüllbodens aus:

• Wichte y' = 10 kN/cbm
• Reibungswinkel ?' = 27,5º
• Steifenmodul Es = 10 - 20 MN/qm
• Wandreibungswinkel ? a,p = +/- 0
• Scherfestigkeit innerhalb Verfüllbereich d = 27,5º
• Scherfestigkeit außerh. Verfüllbereich 30º ? ?' ? 32.5º

Der Auftrag wurde von der Freien und Hansestadt Hamburg (Baubehörde - Tiefbauamt - Projekte Ingenieurbau) an die ARGE Schutzbauwerk Elbtunnel erteilt. Die ARGE besteht aus dem technischen Federführer, F+Z Baugesellschaft mbH und dem Partner Heinrich Hirdes GmbH. Die Spundwandarbeiten wurden von F+Z durchgeführt und die Sohlsicherung und Nassbaggerarbeit von Heinrich Hirdes. Seitens der ARGE war der Schiffsverkehr im Bereich des Neuen Elbtunnels während der gesamten Bauzeit störungsfrei aufrecht zu erhalten.
Die Spundwandarbeiten wurden von unserer Hubinsel "Annegret" ausgeführt, die nicht dem Wellenspiel, dem Tidenhub und der Strömung der Elbe ausgesetzt war. Der Rammbagger (Typ: Liebherr HS 872) hat die Spundbohlen mäklergeführt eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit der Elbe beträgt bis zu 3 Knoten.

Die Hubinsel wurde nachts aus nautischen Gründen in eine Warteposition gebracht. Die Geräteeinheit musste am nächsten Tag exakt die Position wieder- finden, an der die letzte Bohle unter Wasser gerammt wurde. Das Auffinden der Spundwand erfolgt mit modernster Satellitentechnik.

Die Koordinaten der Spundbohlen wurde per DGPS (Differential Global Positioning) ermittelt. Bei dieser Variante der Satellitennavigation kommen mehrere Satelliten und ein Referenzsender an Land zur exakteren Positionierung zum Einsatz. Das Anfahren der Spundwandposition unterteilt sich in zwei Arbeitsabschnitte. Beim Grobpositionieren bringt ein Schlepper die Hubinsel in festgelegten Toleranzen auf die rechnerisch ermittelten Zielkoordinaten. Nach dem Erreichen der Zielposition mit der Hubinsel werden die Beine auf Grund gesetzt und auf das Arbeitsniveau gejettet. Der Bagger bringt den Mäkler auf Tiefe und steuert die Zielkoordinaten an. Die Abweichung normal zur Rammachse darf zu diesem Zeitpunkt maximal +/- 50 cm betragen, der Abstand parallel zur Rammachse kann durch Verfahren des Rammgerätes korrigiert werden.

Beim Feinpositionieren muss der Mäklerfuss durch Versetzen und Neigen in die Sollkoordinate gebracht werden. Die auf dem Bildschirm dargestellte Positionierung in Bezug auf die Zielkoordinaten wird in Abhängigkeit des momentanen Abstandes zum Ziel automatisch gezoomt. Kurz vor dem Erreichen der Endtiefe, kommen eine Kamera und Abstandssensoren zum Einsatz. Das Kamerabild lässt nahezu eine Rundumsicht zu. Auf dem Monitor kann die Schlossführung, das Einfädeln in das Bohlenschloss und die relative Höhenlage aufeinanderfolgender Bohlen angezeigt werden. Gestaffelt angeordnete Näherungsschalter zeigen den Vorgang des Aufsetzens auf eine bereits gerammte Bohle an.

Die optional arbeitenden Ultraschallsensoren tasten dabei das Spund- wandprofil auf Berg und Tal ab.
Der Baggerfahrer setzt den Fuß des Mäklers mit drei konisch verlaufenden Koppelstellen auf das Profil der zuletzt gerammten Bohlen auf. Die neu zu rammende Bohle wird jetzt abgelassen, in das Bohlenschloss eingefädelt und eingerammt. Der Baggerfahrer erkennt auf dem Display die aktuelle Abweichung zur Sollkoordinate in allen drei Achsen und erhält weiterhin Informationen über die Grundneigung des Mäklers. Der Versatz des Mäklers durch die Verbiegung unter Eigenlast oder durch die Anströmung des fließenden Wassers geht in die Berechnung ein. Diese Informationen werden per Inklinometer am Mäkler gewonnen. Der Tidestrom erreicht an dieser Stelle etwa 3 Knoten (ca. 1,54 m/s). Daraus resultiert ein Strömungsdruck von ca. 2,4 kN/m.

Die auftretenden Verformungen des 56m langen Mäklers werden durch Steuerung des Mäklerfußes kompensiert. Nachdem die Rammung abgeschlossen wurde, wird die tatsächliche Position der Bohle gespeichert und dient nun als neue Sollkoordinate, wenn der Mäklerfuß die aktuelle Position verlässt. Die abgespeicherten Daten sind mit Position, Uhrzeit usw. auf dem Computer gesichert. Zur Ferndiagnose ist ein GSM-Modul im System zur Systemanalyse über das Telefonnetz oder via Mobiltelefon implementiert.

Abdruck mit freundlicher Genehmigung der Zeitschrift Hansa (siehe Ausgabe Juli 2001)