Ortsumgehung B33 - Hornberg: Tunnel Hornberg

Schritt 1: Das Bohren der Sprenglöcher an der Ortsbrust

Hierzu wurde der Bohrwagen zunächst per Dieselantrieb vor die Ortsbrust gefahren. Mit Hilfe eines Punktlasers wurde er dann auf die aktuelle Tunnelstation ausgerichtet. Über ein vorgegebenes Bohrbild wurden dann die für die Sprengung erforderlichen Bohrlöcher gesetzt:

Für eine Sprengung waren - je nach Art des Vortriebs (abhängig von der Ausbruchsklasse), zwischen 120 und 150 Löcher (Durchmesser: je 42 mm)  zu  bohren. Bedingt durch die drei Lafetten, die von Hydraulikmotoren angetrieben wurden, könnten jeweils drei Löcher zeitgleich gebohrt werden. Die Bohrzeit betrug für drei Meter ca. 70 Sekunden. 

Zunächst wird der Bohrwagen mit seinem elektrohydraulischen Antrieb auf Stützen horizontal ausgerichtet. Im Anschluss daran werden an eine der Bohrlafetten zwei Zielblenden (ähnlich einem Fadenkreuz) angebracht. Diese Bohrlafette wird daraufhin so ausgerichtet, dass der durch den Richtungslaser vorgegebene Strahl (roter Punkt im Bild) beide Blenden passiert.

Sprengleitbilder und Ausbruchsklassen

Um den unterschiedlichen geologischen Verhältnissen Rechnung zu tragen, wurde der Vortrieb auf Grund von Probebohrungen bereits in der Planungsphase in Ausbruchsklassen eingeteilt. Diese legen die maximal freie Gebirgsfläche, die Abschlagslänge und die Sicherungsmittel fest. Die Klassifizierung reichte von  Klasse 2 ("standfester Fels") bis hin zur Klasse 7 ("stark mürbes Gestein"). Der Vortrieb wurde deshalb nach jedem Abschlag auf die vorgefundene Ausbruchsklasse angepasst.

Nach den Planungen und unter Berücksichtigung der aktuell festgestellten Erschütterungswerte berechnete ein Sprengsachverständiger die optimale Verteilung der Bohrlöcher in der Ortsbrust. Diese wurden in die Steuerung des Bohrwagens übertragen. Die Mineure konnten nun mittels Joystick die drei Lafetten punktgenau über ein Display positionieren und die Bohrung durchführen.

In der besten Klasse, dem Vollausbruch, (hier am Beispiel der Ausbruchsklasse 2) wurde die gesamte Ortsbrust, bestehend aus Kalotte und Strosse, komplett gebohrt. Dabei wurden nicht alle Bohrlöcher parallel zur Tunnelachse eingebracht. Vielmehr sind die Bohrlöcher derjenigen Ladungen, die zuerst zünden werden (Einbruchschuss), schräg zur Achse gebohrt, wie in der Draufsicht ersichtlich wird. Der äußere "Bohrkranz" wird später nur mit wenig Sprengstoff (Kranzschuss) befüllt. Er dient als "Abrisskante", ähnlich dem Trennsteg bei Briefmarken. Zwischen Einbruch- und Kranzschuss werden nun im Abstand weniger Millisekunden weitere Zündungen ausgelöst, genannt Helferschuss.

In schlechteren Ausbruchsklassen (hier am Beispiel der Ausbruchsklasse 7), z. B. in den Portalbereichen sowie bei den in der Planung festgelegten Streckenabschnitten (Ziegelgrund, Burgstraße), wurde der Sprengvortrieb in Kalotte und Strosse unterteilt; dies schont das Gebirge und bietet die größtmögliche Sicherheit für alle Beteiligten.

Zunächst erfolgt der Abbau der Kalotte (oberer Teil der späteren Tunnelröhre). Die Strosse (der untere Teil, spätere Fahrbahn) wurde zu einem späteren Zeitpunkt nachgezogen; hierbei wechselte man nach jeweils zwei Tagen die Seite. Somit blieb zunächst eine Hälfte der Strosse als Fahrbahn erhalten.

Bei schlechtem Gebirge oder geringer Überdeckung wurde auch der Ausbruch der Kalotte noch unterteilt, was bei diesem Bauwerk z. B. im Bereich des Nordportals auch geschehen ist.

Die im Vollausbruch erreichte maximale Vortriebsleistung betrug bis zu 12 Meter pro Tag. In den schlechteren Ausbruchsklassen, unterteilt in Kalotte-Strosse-Bauweise, betrug die Vortriebsleistung aufgrund des höheren Sicherungsaufwands dagegen nur wenige Meter pro Tag.  Die durchschnittliche Vortriebsleistung lag in guten Dekaden bei rund zehn Meter pro Tag. Insgesamt waren es bis zum Durchschlag 305 Vortriebstage - d. h. der durchschnittliche Vortrieb lag (mit Weihnachts- und Osterpause) bei rund sechs Metern pro Tag.

Schritt 2: Beladen

Schritt 3: Sprengen

Gesprengt wurde drei- bis viermal pro Tag. Dabei galt es, die vorgegebenen  Erschütterungswerte einzuhalten. Der Nachweis der Einhaltung wurde über die Erschütterungsmessung in ausgewählten Gebäuden geführt - die Daten wurden automatisch erfasst und die ermittelten Werte durch das Büro IFE (Institut für Erschütterungsmessungen Klingmüller, Mannheim) ausgelesen oder telefonisch abgerufen.

Die Zündung der einzelnen Sprengladungen erfolgt zeitgleich. In den Zündern wird die Explosion jedoch verzögert, so dass in Etappen im Abstand von je 25 Millisekunden bis zu 21 Mal eine Sprengung erfolgt; diese werden unterteilt in:

• Einbruchschuss

• Helferschuss

• Kranzschuss

Der "Nichtfachmann" hört nach der Zündung jedoch nur einen Knall.

Schritt 4: Bewettern

In der Schaufel des Tunnelladers wird  die noch zusammengelegte Lutte bereitgehalten. Über eine Arbeitsbühne (am Bildrand rechts zu erkennen) verlängern die Mineure zunächst das Befestigungsseil am First. In dieses werden dann die Verlängerungs-Segmente der Lutte eingehängt. 

Nach dem Durchbruch der Tunnelhauptröhre musste die Lutte selbstverständlich auch wieder abgebaut werden.

Links im Bild die Anschlusslutte zum Lüfter im Querstollen B33; rechts die schlaffe Lutte im hinteren Bereich - man erkennt, dass hier bereits ein Teil wieder abgehängt wurde.

Schritt 5: Schuttern

Das bei der Sprengung gelöste Gestein musste möglichst schnell aus dem Tunnel herausgeschafft werden. Bei diesem Arbeitsgang durfte aus Sicherheitsgründen keine fremde Person zu Fuß im Tunnel unterwegs sein. Mit Hilfe der Räumgeräte (Volvo-Radlader, Broyt-Hochbagger u. a.) wurden die Mulden  mit dem herausgesprengten Gestein beladen. 

Mit ihrer Ladung fuhren die Mulden zum Nordportal und kippten das Ausbruchsmaterial auf das Tageslager direkt am Portal. Hierbei wurde der Weg im Laufe der Vortriebsarbeiten immer länger.

Räumen des Tageslagers

Dezember 2002

Bei diesen Arbeiten kam es am 20.09.2002 zu einem folgendschweren Unglück. Bei einem tragischen Unglücksfall im Steinbruch starb Lothar Link; unser Mitgefühl gilt allen Verwandten und Bekannten.

März 2003

Schritt 6: Beräumen

Zum Abschluss wurde mit dem "Tunnellader" der Fahrweg von der Ortsbrust bis zurück zur Zwischendeponie für die nachfolgenden Fahrzeuge frei geräumt.

Schritt 7: Die Versiegelung

Um das Gebirge so schonend als möglich zu behandeln wurde die freiliegende Tunnellaibung so schnell als möglich mit Spritzbeton versiegelt. Die Dicke dieser Spritzbetonschicht hing ab von der Beschaffenheit des Gesteins (=Ausbruchsklasse) und hat eine Stärke zwischen sieben und 25 cm. Die Aufbringung des Spritzbetons erfolgte, in Abhängigkeit vom Einbauort, über zwei unterschiedlichen Verfahren:

Trockenspritzverfahren: Dieses Verfahren wurde am Anfang auch beim Vortrieb des Haupttunnels getestet, dann aber nur noch in den Mauslöchern eingesetzt

Mit dem Kesselwagen wird vom Nordportal in den Silos gelagerter, trockener Beton zu den Mauslöchern transportiert. Der "Spritzzement", der als Bindemittel eingesetzt wurde, ist "gipsreduziert".

Am Querstollen angelangt, wurde der Kesselwagen an die Versorgungsleitungen angeschlossen. Unter hohem Druck (ca. 6-8 bar) wurde der trockene Beton im Luftstrom gefördert.

Durch die hohe Luftmenge werden Staubanteile verwirbelt, die nicht an der Wand haften - somit herrschte bei diesem Arbeitsgang ein erhöhtes Staubaufkommen.

Nassspritzverfahren: Im Tunnel wurde nach der Umstellung fast ausschließlich das Nassspritzverfahren angewendet

Sicherungsarbeiten

Je nach der aufgefahrenen Ausbruchklasse wurden nach dem Beräumen zunächst Sicherungsarbeiten notwendig. Ausschlaggebend dabei die Ausbruchsklassen. Entweder wurde die Sicherung unverzüglich und komplett eingebaut oder, nach der sofort aufgebrachten Versiegelung, erst bei Erreichen eines genau festgelegten Abstandes zur Ortsbrust.

Anker

Anker dienen in gutem Gebirge dazu, durch Trennflächen gelöste Gesteinsbrocken  rückzuverhängen (d. h. an festes Gebirge anzubinden). In schlechterem Gebirge wird durch eine Systemankerung (d. h. ein genau festgelegtes Anker-Raster) ein "Gebirgstragring" aufgebaut. Je nach Gebirge werden dabei verschiedenen Ankertypen eingesetzt:

In einer Systemankerung verwendet man den SN-Anker, der aus einem Betonstahlstab mit einseitig angebrachtem Gewinde, Ankerplatte und Mutter besteht (siehe Abb. oben). Beim Einsetzen dieser Anker wird Ankermörtel verwendet.

Der Bohrwagen bohrt zunächst in die Tunnellaibung ein Loch. Dieses wird dann mit Hilfe eines Schlauches vom Ende her mit Mörtel aufgefüllt. In diese Mörtelfüllung wird der Anker eingepresst, die Ankerplatte und Mutter lose aufgesetzt. Nach einer gewissen Abbindezeit wird die Mutter dann angezogen und damit der Anker gespannt. Solche Anker übernehmen die Last nicht sofort, da der Mörtel zuerst abbinden muss.

In guten Gebirgsklassen werden auf Grund von auffallenden Gebirgsformationen im Zuge des Vortriebs Anker eingesetzt, die sofort die Last des Felsgestein aufnehmen können. Hierzu dienen Spreizkeil-Anker, die an einem Ende mit einer Spreizmechanik ("Kopf" genannt) versehen sind. Dieser Kopf wird auf die Ankerstange aufgesetzt, in das vorgebohrte Loch eingesetzt und dann mit einem Schlagschrauber angezogen. Somit wird die Last sofort im Spreizkopfbereich rückverhängt.

Ausbaubögen

Weitere "begleitende Arbeiten":

Mit dem Tunnellader wurde der Fahrweg beräumt - immer wieder mussten dabei auch Feuchtstellen, die durch eindringendes Oberflächenwasser entstanden, ausgebessert werden. Zur Vermeidung dieser Feuchtstellen wurden, je nach Erfordernis, verschiedene Verfahren zur Anwendung gebracht:

• Mit Hilfe einer Noppenfolie wurde eindringendes Wasser abgefangen und zu den seitlichen Wassergräben geführt.
• Die Spritzbetonschale wurde angebohrt, ein Schlauch eingeführt und die Stelle wieder mit Schnellmörtel abgedichtet (siehe Bild).

Schritt 8: Vermessung

Sieht  man die Aufgabe der Vermessung darin, die zwei Portalfestpunktfelder miteinander zu verbinden, so würde dies im offenen Gelände kein weiteres Problem darstellen. Da es sich jedoch um ein Tunnelbauwerk handelt, begibt man sich unweigerlich in eine vermessungstechnische Zwangssituation:

Im Rahmen solcher, immer wieder durchgeführten, größeren Messungen wurden im Tunnel Messpunkte dauerhaft vermerkt. Diese dann koordinierten Punkte dienten den täglichen Vermessungsarbeiten, wie z.B. Einmessung der Lasersysteme oder Profilkontrollen

Der Vermesser (Fa. Angermeier) positioniert im Anschluss daran einen elektro-optischen Theodolit und misst diesen von einem weiter hinten liegenden Bezugspunkt aus ein. Nun wird die Lage der neuen Messpunkte bestimmt und mit den Gegebenheiten abgeglichen. Aus den ermittelten Werten konnten so die Längenänderungen zwischen diesen einzelnen Punkten errechnet werden. Darüber hinaus konnten aus den Messungen die vertikalen Verschiebungen, genannt "Setzung", bestimmt werden.

Eine Schwierigkeit bei den Vermessungen, die man jedoch durchaus als Herausforderung betrachten kann, sind die allgemein erschwerten  Bedingungen unter denen die Vermessungsaufgaben im Tunnel erfolgen mussten. Bei zum Teil widrigen Luftverhältnissen und schlechtem Licht sollten die Arbeiten ohne Beeinträchtigung der Vortriebsarbeiten erfolgen.

Der Richtungslaser:

Unter Zuhilfenahme des eingemessenen Laserstrahls, wurde die Position der Bohrwagenlafette zur berechneten Tunnelachse bestimmt. Somit wurde es möglich, an jeder beliebigen Tunnelstation die durch den Laser erreicht wurde, den Bohrwagen so auszurichten, dass die berechnete Vortriebsrichtung stets exakt eingehalten werden konnte.

Der Motorlaser:  

Unabhängig vom Richtungslaser kam das Motorlasersystem zum Einsatz. Es bestand aus einem motorisierten Tachymeter, der mittels einem Notebook  angesteuert wurde.

Diese Geräte ermöglichten es, dass an jeder ausgewählten Tunnelstation die Ausbruchsgeometrie mit beliebig vielen Profilpunkten angezeigt werden konnte. Somit war eine ständige, unabhängige Profil- und Richtungskontrolle gewährleistet. Bei einem Ausfall der Bohrwagennavigation konnte der Vortrieb mit Hilfe dieses Systems uneingeschränkt weiterlaufen.

Wie exakt die Vermessung funktionierte, mag die Tatsache verdeutlichen, dass bei der Messung nach dem Durchbruch der seitliche Versatz bei nur drei Millimetern, der vertikale bei zehn Millimetern, lag. Seitens des Vermessungsingenieurs und der ARGE ein voller Erfolg.

Kontrollen