HÖHERE EFFIZIENZ DANK 3D-PLANUNG

„Die hohen Anforderungen der geometrisch komplexen Baugrube konnten nur mit der räumlichen Planung in 3D erfüllt werden.“
Rainer Hohermuth, ACS-Partner AG, Zürich

Allplan Engineering in der Praxis

Mit dem Vierspurausbau Olten-Aarau soll bis Ende 2021 einer der größten Engpässe auf der Ost- West-Achse des Schweizer Bahnnetzes behoben werden. Das 855 Millionen SchweizerFranken teure Projekt umfasst Ausbauten im Osten von Olten, ein viertes, 2,5 Kilometer langes Gleis zwischen Dulliken und Däniken und - als Herzstück - den doppelspurigen, drei Kilometer langen Eppenbergtunnel sowie umfangreiche Maßnahmen zu dessen Anbindung. Bundesrätin Doris Leuthard und SBB CEO Andreas Meyer zeigten sich anlässlich des Spatenstichs am 2. Mai 2015 sehr erfreut über den Startschuss zur Behebung einer der größten Engpässe auf der Ost-West-Achse im Bahnnetz der SBB. Der Vierspurausbau ist ein Schlüsselprojekt für mehr Zug im Personenverkehr und sichert langfristig die notwendigen Kapazitäten im Güterverkehr. In der Zwischenzeit sind die Bauarbeiten weiter fortgeschritten und unübersehbar, insbesondere in Wöschnau und Gretzenbach, wo die Zufahrten und Portale für den Eppenbergtunnel erstellt werden. Anfangs September 2016 werden die ersten Teile der Tunnelbohrmaschine erwartet. Der über drei Kilometer lange Eppenbergtunnel wird von Ost nach West mit einer 100 Meter langen und 2400 Tonnen schweren Tunnelbohrmaschine ausgebrochen. Ende 2016 beginnt der Vortrieb und im Frühjahr 2018 soll der Bohrkopf mit knapp 13 Meter Durchmesser bei Gretzenbach wieder ans Tageslicht kommen. Östlich des Portals des bergmännischen Tunnels wird ein 373 Meter langer Tunnelabschnitt im Tagbau erstellt. Er kommt in die tiefe Baugrube zu liegen, welche unter der Kantonstraße und im Hang verläuft. Auf diese äußerst komplexe Baugrube werden wir nachfolgend noch vertieft eingehen. Auch beim Portal West in Gretzenbach ist der Tagbautunnel im Bau, welcher die Kantonsstraße unterqueren wird. Mit 128 Metern Länge wird er kürzer als derjenige in Wöschnau. Aktuell arbeiten auf den verschiedenen Baustellen des Vierspurausbaus Olten über 130 Personen. Von Anfang 2016 bis Sommer 2019 werden es dann bis zu 200 Personen sein. Die Gesamtkosten für dieses Projekt belaufen sich auf 855 Millionen Schweizer Franken. Davon stammen 784,5 Millionen aus dem Kredit für das Großprojekt „Zukünftige Entwicklung der Bahninfrastruktur“ (ZEB). Weitere 70,5 Millionen Schweizer Franken stammen aus der Leistungsvereinbarung 2013 - 2016 (LV) zwischen SBB und Bund.

Informationen im Überblick

> Schwerpunkt: Planung in 3D
> Eingesetzte Software: Allplan Engineering

 

Eppenbergtunnel, Lose A (Wöschnau / Eppenbergtunnel / Gretzenbach)

> Bauherr: Schweizerische Bundesbahnen SBB
> Projektverfasser und Bauleitung:
Ingenieurgemeinschaft Rapid ILF Beratenden Ingenieure AG, Zürich Aegerter & Bosshardt AG, Basel ACS-Partner AG, Zürich SIGNON Schweiz AG, Zürich
> Bauausführung: ARGE Marti Eppenberg Marti Tunnelbau AG, Moosseedorf Marti AG, Bauunternehmung, Zürich Marti AG, Solothurn
> Bauzeit: 2015 -2021
> Bausumme: Gesamtprojekt 885 Millionen Franken


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Das Projekt besteht aus 10 Teilprojekten

Rund 12,4 Kilometer lang ist der geplante Vierspur- ausbau zwischen Olten und Aarau. Gegliedert ist das Großprojekt in 10 Teilprojekte, die in den Baulosen A und B zusammengefasst sind. In den nachfolgenden Ausführungen beschränken wir uns auf das Baulos A, welches die folgenden Teilprojekte umfasst:

> Teilprojekt 1: Eppenbergtunnel mit 3114 Meter Länge

> Teilprojekt 2: Verzweigung Wöschnau mit der östlichen, zweispurigen Zufahrt zum neuen Eppenbergtunnel

> Teilprojekt 3: Verzweigung Gretzenbach mit der westlichen, zweispurigen Zufahrt zum neuen Eppenbergtunnel

> Teilprojekt 8: Spurwechsel Wöschnau mit dem Einbau von zwei neuen Spurwechsel mit Schnellfahrweichen


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Komplexe Baugrube im Wöschnauer Hang

Auf der Ostseite des künftigen Eppenbergtunnels, im sogenannten Wöschnauer Hang, erstellte das Bauteam eine rund 300 Meter lange, 20 Meter breite und 25 Meter tiefe Baugrube. In diese kommt der Tagbautunnel zu liegen und wird ab Spätsommer 2016, nebst den Rohbauarbeiten, die Tunnelbohrmaschine montiert. Der Aushub erfolgte mit schweren Raupenbaggern in 2-Meter-Etappen. Die Grubenwand wurde dabei fortlaufend mit Felsankern, Spritzbeton und Bewehrungsnetzen gesichert, bis die Tiefe des künftigen Tunnels erreicht war. Mehrere tausend Anker wurden bis zu 24 Meter tief in den Hang gebohrt. Vorgefertigte Betonelemente dienen auf der Baugrubenwand als großflächige Lastverteilplatten der vorgespannten Anker. Was in dieser Beschreibung einfach klingt, hat seine versteckten Tücken: „Die Geologie ist sehr problematisch und die räumlich sehr komplexe Form der Baugrube ist für uns eine große Herausforderung“, erklärt Rainer Hohermuth, Dipl. Bauingenieur ETH bei ACS-Partner AG in Zürich und am Eppenberg in der Ingenieurgemeinschaft verantwortlicher Projektleiter dieses Bauabschnitts. Die obersten 6 Meter der Baugrube befinden sich im Gehängeschutt, darunter folgt der Fels mit sehr steil einfallenden Klüften. Die umfassende Baugrubensicherung mit Ankern sorgt dafür, dass diese „stehenden Felspakete“ nicht abrutschen können. Daraus erklärt sich auch der kleinräumige Ankerraster mit einen Normalabstand von 1,5 Metern in beide Richtungen. Die räumliche Form der Baugrube war die zweite große Herausforderung: Ihre Linienführung im Grundriss erfolgt mit sehr unterschiedlichen Radien, nur praktisch nie gerade. Im Querschnitt ist die unterschiedliche Böschungsneigung zu beachten und in der Längsachse sind ebenfalls verschiedene Parameter zu berücksichtigen. Für Rainer Hohermuth ergab sich daraus folgende Schlussfolgerung: „Eine so komplexe Baugrube kann in der Planung nur in 3D effizient abgewickelt werden.“ Das Ingenieurbüro ACS-Partner AG entscheidet sich jeweils objektbezogen, ob in 3D oder 2D gearbeitet wird. Den Grundsatz erklärt Rainer Hohermuth wie folgt: „Bei komplizierten und außergewöhnlichen geometrischen Formen sind wir in 3D viel effizienter als in 2D. Zudem haben wir in 3D den großen Vorteil der visuellen räumlichen Kontrolle.“

Planung der Baugrube in 3D mit Allplan

Wie plant man mehrere tausend Anker in einer geometrisch komplexen Baugrube bei einem sehr engen Achsabstand und mit Bohrungen unter verschiedensten Winkeln auf effiziente Art und Weise und stellt dabei sicher, dass es unter den Bohrungen zu keinen Kollisionen kommt? Und wie stellt man sicher, dass die bereits vorhandenen Vertikalbohrungen mit den Rohren für die Inklinometermessungen mit den auszuführenden Anker- und Entlastungsbohrungen nicht zerstört werden? „Diese Anforderungen konnten nur mit der räumlichen Planung in 3D erfüllt werden“, erläutert Rainer Hohermuth. Doch damit war er noch nicht ganz zufrieden, wie er weiter ausführt: „Den Ankern sollen auch sämtliche für die Bauausführung erforderlichen Angaben als Attribute hinterlegt werden können und mit allen diesen Informationen - inklusive aller Angaben für die Absteckung - die Möglichkeit bestehen, auf Tastendruck automatisch eine komplette Ankerliste zu generieren.“ Mit diesen Vorstellung wandten die Projektverantwortlichen sich an Allplan Schweiz, welche dafür ein individuelles Tool entwickelte. Dieses Tool umfasste die Funktion parametischer Anker: Der Zeichner konnte damit jedem Anker alle gewünschten Daten und Beschreibungen zuordnen und ihn damit auch räumlich positionieren. Im zweiten Schritt übernahm das Tool diese Informationen zur Generierung der Ankerliste, die ohne weitere Bearbeitung direkt der Bauausführung übergeben werden konnte.

Höhere Effizienz und Umfangreicher Zusatznutzen dank der Planung in 3D

Hätten wir diese komplexe Baugrube in 2D geplant, wäre die Erarbeitung einer Vielzahl von Schnittplänen erforderlich gewesen“, berichtet Rainer Hohermuth und gibt zu bedenken: „Trotzdem wären wir nie sicher gewesen, ob nicht doch zwei Bohrungen kollidieren würden.“ Dies speziell auch bei einspringenden Ecken. Nicht zu unterschätzen ist auch die Effizienzsteigerung in der Erarbeitung der Pläne und der Ankerlisten. Eine genaue Aussage dazu ist schwierig zu machen, da kein 1 :1-Vergleich möglich ist. Trotzdem ist Rainer Hohermuth der Meinung, dass der Zeitaufwand sicher um einen Viertel reduziert werden konnte, wenn nicht sogar mehr. Dazu kommen die verschiedenen Zusatznutzen wie zum Beispiel für Ausmaß und Abrechnung. „Die Planung in 3D weckt aber auch neue Begehrlichkeiten“, führt Rainer Hohermuth weiter aus und gibt ein Beispiel dafür: „Der Bauherr wünschte von uns Visualisierungen mit den einzelnen Arbeitsschritten der Bauausführung, um diese anschaulicher zeigen zu können. Dank der 3D-Planung in Allplan konnte auch diesem Wunsch entsprochen werden.“

Der Bauherr wünschte von uns Visualisierungen mit den einzelnen Arbeitsschritten der Bauausführung, um diese anschaulicher zeigen zu können. Dank der 3D-Pla- nung in Allplan konnte auch diesem Wunsch entsprochen werden.“

Rainer Hohermuth, ACS-Partner AG, Zürich

Der Kunde

Der Generalplanerauftrag für die Phasen Vor- bis Ausführungsprojekt und das Mandat für die örtliche Bauleitung wurde von der Bauherrschaft an die Ingenieurgemeinschaft Rapid vergeben. Sie wird gebildet von den Ingenieurbüros ILF Beratende Ingenieure AG Zürich, Aegerter & Bosshardt AG Basel, ACS-Partner AG Zürich und SIGNON Schweiz AG Zürich. Die Rohbauarbeiten für den Eppenbergtunnel und seine Zufahrten haben die SBB im November 2014 für eine Auftragssumme von knapp 300 Millionen Schweizer Franken der „ARGE Marti Eppenberg“ übertragen.

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