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Stadtbahnstrecke Wehrhahn-Linie, Los 1
Spezialtiefbau
Düsseldorf
Bilfinger Spezialtiefbau GmbH
Goldsteinstraße 114
60528 Frankfurt/Main
Tel.: 069/6688-345
Fax: 069/6688-277
Mail: info.spezialtiefbau@bilfinger.com
www.spezialtiefbau.bilfinger.com
Auftragssumme (netto):
300 Mio. EURO (Gesamtauftrag)
100 Mio. EURO (Anteil Spezialtiefbau)
Bauzeit:
2007 - 2013
Auftraggeber:
Landeshauptstadt Düsseldorf
Amt für Verkehrsmanagement
Services:
Bahnhofsbaugruben mit Schlitzwänden in Deckelbauweise
Einphasen-Dichtwände, Spundwände
Temporär- und Semipermanentanker, Aussteifungen,
Verpreßpfähle (GEWI)
Kompensationsinjektionen
Düsenstrahlverfahren:
- Abschirmwände
- DSV-Gewölbe
- DSV-Sohle
- DSV-Gebäudeunterfangungen
Primärstützen
Bodenvereisung
Wasserhaltung, Wasseraufbereitung
Ausführung:
Bilfinger Construction GmbH mit
- Niederlassung Tunnelbau
- Bilfinger Spezialtiefbau GmbH
Haupt-Baustelleneinrichtung und
Startschacht Bilk
Die Landeshauptstadt Düsseldorf realisiert zur Verbesserung des
öffentlichen Nahverkehrs eine neue City-Unterfahrung, die
Kernstrecke der Wehrhahn-Linie als untertägige Stadtbahntrasse.
Die neue 3,4 km lange zweigleisige Tunnelstrecke mit insgesamt
6 Bahnhöfen und 2 Oberflächenhaltestellen verläuft unterirdisch
vom S-Bahnhof Bilk bis zum S-Bahnhof Wehrhahn. Über den
Knotenpunkt Heinrich-Heine-Allee wird sie mit dem bestehenden
U-Bahn-Netz verknüpft.
Die Bilfinger Construction GmbH mit ihren Technologieeinheiten Niederlassung Tunnelbau und Bilfinger Spezialtiefbau GmbH erhielt den Auftrag für den Bau des Loses 1. Das
Los 1 umfaßt die gesamte Strecke außer dem bereits fertigen
Teilstück Los 1S unter dem heutigen Bahnhof Heinrich-Heine-Allee,
das bereits 1983 gebaut wurde, und dem Los 2, dem
anschließenden Bahnhof Heinrich-Heine-Allee unter dem Kaufhof.
Das Los 1 besteht somit aus 2 Abschnitten.
Der "Südast" beginnt im Süden oberirdisch am S-Bahnhof Bilk, wird
mit einer Rampe nach unten geführt und folgt unterirdisch der
Elisabethstraße und Kasernenstraße bis zum Anschluß an den
vorhandenen U-Bahnhof Heinrich-Heine-Allee in Höhe der
Grabenstraße. In diesem Abschnitt werden die U-Bahnhöfe
Kirchplatz, Graf-Adolf-Platz und Benrather Straße gebaut.
Der "Ostast" beginnt im Westen unterirdisch in Höhe der
Königsallee mit dem Anschluß an das Los 2. Er unterquert
unterirdisch die Bebauung zwischen Königsallee und Berliner Allee
und folgt dann dem Straßenverlauf der Schadowstraße und der
Straße "Am Wehrhahn". Vor der Worringer Straße wird die Trasse
über die Rampe Wehrhahn wieder an die Oberfläche geführt. In
diesem Abschnitt liegen die U-Bahnhöfe Schadowstraße (früher
Jan-Wellem-Platz) und Jacobistraße/Pempelforter Straße.
Streckenübersicht
Baustelleneinrichtung Kirchplatz
Nach Fertigstellung wird die Wehrhahn-Linie fünf Straßenbahnlinien
ersetzen, die heute oberirdisch verkehren.
Schneidrad der
Tunnelbohrmaschine (TBM) im
Werk
Bauverfahren
Der bauherrenseitige Entwurf sah für die Wehrhahn-Linie
Bauverfahren vor, die Auswirkungen an der Oberfläche auf ein
Mindestmaß beschränken sollten.
So gab es größere "offene Baugruben" lediglich im Bereich der
Rampenstrecken "Bilk" und "Wehrhahn" und im Bereich der Startund Zielschächte für die Tunnelbohrmaschine.
Die Bahnhöfe und der Bereich in der Kasernenstraße nördlich
Bahnhof Benrather Straße wurden in Deckelbauweise hergestellt,
was die Arbeiten an der Oberfläche auf ein Minimum reduzierte.
(Erläuterung siehe nächste Seite)
Die Tunnelröhre zwischen den Bahnhöfen entstand komplett
unterirdisch in geschlossener Bauweise mit Hilfe eines
Schildvortriebs. Im Schutz des Schildes erfolgte der Ausbau des
Tunnels mit 45 cm starken Tübbingen.
Die Tunnelbohrmaschine, getauft "Tuborine", startete im
Startschacht Bilk, durchfuhr unter den fertigen Deckeln die
Bahnhöfe Kirchplatz und Graf-Adolf-Platz und wurde nach 1298 m
Fahrt aus dem Zielschacht in der Kasernenstraße am Südende des
Bahnhofs Benrather Straße geborgen.
Nach Umzug zum Startschacht Kö, östlich Los 2 auf dem
Corneliusplatz, durchfuhr die Tunnelbohrmaschine die Bahnhöfe
Schadowstraße und Jacobi-/Pempelforter Straße und stoppte nach
955 m im Zielschacht östlich der Kölner Straße.
Der Ausbruchdurchmesser betrug 9,52 m.
Montage TBM im Startschacht
Bilk
Blick in die TBM, montierte
Tübbinge
TBM-Ankunft im Zielschacht
Die Deckelbauweise läuft beispielhaft wie folgt ab:
1) Zu Beginn der Arbeiten wird der Verkehr (Straßenbahn, PKW
und LKW) auf eine Straßenseite verschoben, die andere
Straßenseite ist das Baufeld. Im Baufeld werden Kanäle,
Rohrleitungen und Kabel zwischen die Häuser und die späteren
Baugrubenwände verlegt. Dann werden die bis zu 40 m tiefen
Schlitzwände hergestellt, die bis zu 40 m tiefen Bohrungen d = 1,50
m zur Aufnahme der Primärstützen abgeteuft und Brunnen für die
spätere Wasserhaltung gebohrt.
2) Nach Herstellung eines Längsverbaus zwischen Baufeld und
Verkehrsfläche erfolgt der Aushub bis Unterkante des Teildeckels.
Nach dem Betonieren des Teildeckels, der auf der Schlitzwand und
den Primärstützen, und in dieser Phase auch noch auf dem
Erdreich lagert, wird dieser Bereich über dem Teildeckel aufgefüllt.
Die Kanäle, Rohrleitungen und Kabel werden in die endgültige
Lage verlegt und nach Straßen- und Gleisbau wird der Verkehr auf
die Fläche über dem fertigen Teildeckel verschoben.
3) In dem neuen Baufeld erfolgen die gleichen Arbeiten wie auf der
gegenüberliegenden Seite.
4) Somit ist der Deckel komplett. Der oberirdische Verkehr kann in
die Endlage verlegt werden und ist unabhängig von den
Bauarbeiten, die danach nur noch unterhalb des Deckels
stattfinden.
Straße Urzustand
Baufeld links, Verkehr rechts
Baufeld rechts, Verkehr links
Arbeiten unter dem Deckel
Tertiärbaugruben
Verkehrsführung Deckelbauweise
Die Bahnhofsbaugruben sind sogenannte "Tertiärbaugruben".
Unterhalb von Auffüllungen und quartären Sanden und Kiesen
befindet sich in Düsseldorf das Tertiär. Das Tertiär besteht aus
dichtgelagerten Feinsanden und ist nur wenig wasserdurchlässig.
Das Grundwasser steht je nach Wasserstand zwischen 5,50 m und
10 m unter Gelände an. Die Aushubtiefe in den Bahnhöfen liegt
zwischen 19 m und 23 m unter Gelände.
Die Baugrubenwände, bestehend aus Schlitzwänden mit
Wandstärken von 0,80 m bis 1,20 m und Schlitztiefen bis 40 m,
binden bis zu 12 m in das Tertiär ein.
Somit sind die Baugruben seitlich durch die Schlitzwände und nach
unten weitestgehend durch das Tertiär gegen Wasserzutritt
abgedichtet. Durch das Abpumpen des Grundwassers in den
Baugruben mit Hilfe von Schwerkraftbrunnen kann der
Bodenaushub und die Herstellung des Tunnels unter dem Deckel
im Trockenen erfolgen.
Verkehrsführung Deckelbauweise
Bewehrungsarbeiten Deckel
Hauptgewerke Spezialtiefbau
Schlitzwände / Anker
Die Schlitzwände mit Schlitztiefen bis 40 m wurden unter beengten
innerstädtischen Platzverhältnissen mit hohem logistischen
Aufwand, teilweise unmittelbar vor vorhandener Bebauung
hergestellt.
An der Fußgängerbrücke Commerzbank, Kasernenstraße 39, und
unter der Hochstraße "Tausendfüßler" mußten die Schlitzwände
unter beschränkter Höhe hergestellt werden.
Im Bauzustand wurden sie oben vom Deckel gestützt, darunter in
mehreren Lagen mit temporären oder semipermanenten Ankern
rückverankert bzw. ausgesteift. Im Bereich Kasernenstraße 39
wurden sie zusätzlich durch eine Aussteifungssohle abgestützt, die
von oben im Düsenstrahlverfahren unterhalb der späteren
Aushubsohle hergestellt wurde.
Die Schlitzwände an den Stirnseiten der Bahnhöfe, die von der
Tunnelbohrmaschine durchfahren wurden, erhielten anstelle von
Stahlbewehrung eine Glasfaserbewehrung, um die Schneidwerkzeuge der Tunnelbohrmaschine bei der Durchfahrt zu schonen.
Hauptmassen:
81.000 m² Schlitz- und Dichtwand, d = 0,80 m
2.900 m² Schlitzwand, d = 1,00 m
1.400 m² Schlitzwand, d = 1,20 m
3.500 to Schlitzwandbewehrung
62.350 m Temporär- bzw. Semipermanentanker,
Längen bis 30 m, bis zu 9 Litzen,
z.T gegen drückendes Wasser
Bewehrungskorb mit
Glasfaserbewehrung
Innerstädtischer
Schlitzwandaushub
Schlitzen unter beschränkter
Höhe, Abschalelemente aus
Beton mit Glasfaserbewehrung
Kompensationsinjektionen
Die Setzungsmulde aus der Schildfahrt bzw. Setzungseinflüsse aus
Baugrubenverformungen könnten ohne Gegenmaßnahmen zu
unverträglichen Gebäudeverformungen führen. Um den Setzungseinflüssen entgegen zu wirken und somit eine hochwertige
Gebäudesicherung zu gewährleisten, wurden Kompensationsinjektionen ausgeführt. Dazu wurden aus 4 Injektionsschächten und
aus 2 Bahnhofsbaugruben horizontale Kleinlochbohrungen in
gefächerter Schirmform unter die zu sichernden Gebäude gebohrt.
In die Bohrungen wurden Injektionsrohre, sogenannte
"Manschettenrohre" eingebaut. Durch diese Rohre wurde an den
gewünschten Stellen ein Injektionsmedium (Blitzdämmer) in den
Boden eingepreßt (injiziert). Hierdurch wurde der überlagernde
Boden mit den Gebäuden vor und während der Schildfahrt
angehoben. Die so erzeugte Hebungen wurden durch den Einsatz
von Meßsystemen und spezieller Software kontrolliert und
gesteuert. Die Überwachung der Maßnahmen erfolgte mit
elektronischen Schlauchwaagen. Alle Messdaten liefen in einer
zentralen Messdatenbank zusammen auf deren Basis
gebäudeunverträgliche Schiefstellungen und/oder Setzungen durch
gezielte Hebungen erfolgreich kompensiert werden konnten.
Hauptmassen:
4 Stück Injektionsschirme aus Schächten (überschnittene
Bohrpfahlwände, Unterwasserbeton)
2 Stück Injektionsschirme aus Bahnhofsbaugruben
15 Stück erfasste Gebäude
3.600 m² Kompensationsinjektionsfläche
8.650 m Injektionsbohrungen (bis 50 m Einzellänge)
4 Stück Kompensationssohlen mit 1.200 m² Fläche
Injektionsschirm aus
Injektionsschacht
Injektionsbohrung
Injektionsschacht
Schlauchwaage im Keller
Primärstützen
Bohrarbeiten für Primärstützen
Zur Abstützung der Deckel wurden 101 Stück Primärstützen
hergestellt. In Bohrungen d = 150 cm mit Tiefen bis 40 m wurden
bewehrte Pfähle bis Unterkante Sohle des späteren Bauwerks
betoniert und Stahlrohre als Stützen eingestellt. Mit Fuß- und
Mantelverpressungen wurden die Setzungen der Primärstützen auf
ein Minimum reduziert.
Einbau des Stahlrohres
Hauptmassen:
Primärstützen unter dem Deckel
101 Stück Bohrpfahle mit eingestellten Stahlprimärstützen,
Bohrdurchmesser 150 cm, Bohrtiefen bis 40 m
Düsenstrahlverfahren
Beim Düsenstrahlverfahren wird der anstehende Boden mit einem
Hochdruckdüsenstrahl in seinem Gefüge gelöst und mit einer
Zementsuspension durchmischt. Als Ergebnis wird ein "Erdbeton"
erreicht.
Die für die Deckelherstellung vor die Gebäude zu verlegenden
Kanäle lagen vielfach in einer Tiefe, die es erforderlich machte, die
Fundamentunterkanten tiefer zu legen. Es wurden deshalb diverse
Gebäude im Triplex-Verfahren unterfangen.
Um die Verformungen der Schlitzwände im Bereich des Zielschachtes Kasernenstraße zu reduzieren, wurde dort unterhalb der
späteren Aushubsohle eine Aussteifungssohle d = 1,50 m im
Duplex-Verfahren hergestellt.
Zur Reduzierung der Setzungseinflüsse aus der Schildfahrt wurden
4 Stück Abschirmwände d = 1,0 m im Triplex-Verfahren
produziert.
Beim Gebäude "Am Wehrhahn 13-15" schnitt die
Tunnelbohrmaschine die Pfähle der Pfahlgründung an. Vorab
wurde deshalb im Duplex-Vefahren ein DSV-Gewölbe hergestellt,
welches die Abtragung der Pfahllasten übernahm.
Hauptmassen:
• Gebäudeunterfangungen für Kanalbauarbeiten im
Triplex-Verfahren. Bohrtiefe bis 10 m, Säulendurchmesser 1,5 m,
Kubatur ca. 3.500 m³
• Aussteifungssohle d = 1,50 m unterhalb der Aushubsohle im
Duplex-Verfahren. Bohrtiefe bis 25 m, Säulendurchmesser 2,35
m, Fläche ca 650 m²
• 4 Stück DSV-Abschirmwände, d = 1,0 m im Triplexverfahren.
Bohrtiefe ca. 20 m, Säulendurchmesser 1,50 m, Fläche ca. 600 m²
• DSV-Gewölbe als Sicherungsmaßnahme im Duplexverfahren, z.T.
geneigte Säulen, Bohrtiefe bis 21 m, Säulendurchmesser 2,00 m,
Volumen ca. 3.000 m³.
Abschirmwand
Gebäudeunterfangung
DSV-Gewölbe
Bodenvereisung
Bei der Bodenvereisung wird mit Hilfe von Gefrierrohren im
Erdreich, durch die ein ca. minus 35 ° C kalter Kälteträger (Sole)
gepumpt wird, der Boden mit dem vorhandenen oder zugeführten
Wasser säulenförmig um die Gefrierrohre gefroren. Diese
Frostsäulen wachsen nach einer gewissen Zeit (Aufgefrierphase)
zu einem Gesamtfrostkörper zusammen. Der fertige Frostkörper
stabilisiert den Boden und dichtet gegen Grundwasserzustrom.
Bei der Wehrhahn-Linie Los 1 wurde Bodenvereisung für
3 Aufgaben im Anschlußbereich des Südastes an das Bestandslos
1S notwendig:
- Eine Schlitzwandlamelle im Anschlußbereich war wegen massiver
Hindernisse im Boden nicht herstellbar. Ersatzweise wurde diese
Wand als Frostkörper hergestellt.
- Die bestehende Schlitzwand des Stirnverbaus Los 1S mußte im
Tertiär verlängert werden, um den Nachweis gegen hydraulischen
Grundbruch ohne großflächige Grundwasserabsenkung führen zu
können. Diese Verlängerung erfolgte mittels Bodenvereisung.
- Wasserwegigkeiten im Anschlußbereich um den Bestandstunnel
Los 1S herum wurden mit einer Vereisung geschlossen.
Hauptmassen:
1 Gefrieraggregat mit 320 KW Gesamtkälteleistung,
1.000 m Gefrierrohre, 300 m Temperaturlanzen mit
Temperaturfühlern
Frostkörper als Schlitzwandersatz ca. 200 m³
Vereisung als Baugrubenwandverlängerung ca 400 m³
Vereisung Anschluß an Bestandsbauwerk Los 1S ca 200 m³
Innenansicht Gefrieraggregat
Gefrieraggregat von außen
Gefrierlanzen Wandverlängerung
Wasserhaltung und Wasseraufbereitung
Die Wasserhaltung in den Baugruben erfolgte bis auf einen kleinen
Bereich der Rampe Wehrhahn mit 44 Stück Quartär-Schwerkraftbrunnen. Mit Hilfe dieser Wasserhaltung konnten die Baugruben
"im Trockenen" ausgehoben und die Betonbauwerke erstellt
werden.
Im Bereich der Rampe Wehrhahn wurde nach Unterwasseraushub
und Herstellung einer verankerten Unterwasserbetonsohle die
Baugrube gelenzt.
Das geförderte Grundwasser wurde in Sammelleitungen gefaßt und
überwiegend über aufgeständerte Leitungstrassen (2.300 m) zu
den 4 Einleitstellen (nördl. Düssel, Schwanenspiegel, südl. Düssel,
Kö-Graben) geführt und abgeleitet. Es wurde kontinuierlich auf
Schadstoffe untersucht. Lag die Belastung oberhalb festgelegter
Grenzwerte, wurde das Förderwasser vor Einleitung in die Vorflut in
einer der 5 Stück Bauwasseraufbereitungsanlagen behandelt.
Hauptmassen:
Wasserhaltung in 16 Stück Teilbaugruben mittels 44 Stück
Quartär-Schwerkraftbrunnen, Bohrdurchmesser 72 - 78 cm
geschätzte Gesamtfördermenge: ca 15 Mio. m³
1 Teilprojekt mit Unterwasserbetonsohle (Lenzanlage)
42 Stück Grundwassermeßstellen bzw. Kleinbrunnen,
Bohrdurchmesser 273 - 323 mm
2.300 m aufgeständerte Leitungstrassen im Innenstadtbereich.
Je nach Bedarf Pumpensümpfe, Dränagen, Tertiärentwässerung
mittels Flächenfilter und Vakuumlanzen
5 Stück Bauwasseraufbereitungsanlagen für die Abreinigung von
CKW, PAK, Chrom mit einer Gesamtkapazität 670 m³/h
1 Stück mobile Neutralisationsanlage
Brunnen
aufgeständerte Sammelleitung
Sammelleitungen und
Bauwasseraufbereitungsanlagen
Bahnhof Bilk
Bauwasseraufbereitungsanlage
Schwanenspiegel
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