Uetlibergtunnel mit Weg-Zeit-Diagrammen geplant

Der längste Autobahntunnel der Westumfahrung von Zürich wird mit einer speziell für Linienbaustellen entwickelten Software für die Erstellung von Weg-Zeit-Bauprogram­men projektiert und gesteuert.

Der Uetlibergtunnel ist Teil der Westumfahrung Zürichs und verbindet die Umfahrung Birmensdorf im Westen mit der bestehenden Nationalstraße Zürich-Chur im Osten. Das Projekt umfasst zwei parallele Röhren von je rund 4,4 km Länge. Jede Tunnelröhre weist zwei Fahrstreifen und einen Standstreifen mit einer gesamten Fahrbahnbreite von 10,50 m auf. Der Ausbau des Tunnels erfolgt zweischalig mit einer Vollabdichtung. Die Ausbruchsicherung als äußere Schale besteht aus Spritzbeton, Ankern und Stahleinbau. Die Abdichtung in den Lockergesteinstrecken und in der Molassestrecke Eichholz wird wasserdruckhaltend, in der Molassestrecke Uetliberg drucklos ausgebildet. Die Innenschale wird in Ortbeton ausgeführt. Der Tunnel weist vom Ostportal her eine Steigung von 1.6% auf. Am West- und Ostportal befindet sich jeweils eine Portalstation mit technischen Räumen. Im Reppischtal am Hauptangriffsort für die Tunnelbauarbeiten wird zudem eine unterirdische Lüftzungszentrale über den beiden Tunnelröhren realisiert.

Tunnelverlauf

Als Lüftungssystem kommt eine Längslüftung zur Anwendung. Die Luftströmung entsteht durch die natürliche Kolbenwirkung der Fahrzeuge. Für die steigende Röhre Basel wird eine Umweltlüftung installiert, welche es erlaubt, die aus dem Tunnel heranströmende Luftmenge vor dem Portal Wannenboden abzusaugen. Die Luft wird im Kanalnetz längs der Tunnelröhren über der Zwischendecke zur Lüftungszentrale Reppischtal zurückgeführt und von dort über den Abluftstollen / Schacht Eichholz ins Freie ausgeblasen.

Für die Überleitung des Verkehrs bei Unterhaltsarbeiten oder Unfällen im Tunnel sind drei Fahrbahnüberfahrten vorgesehen. Je eine Überfahrt befindet sich bei den beiden Portalen. Die dritte Überfahrt ist untertage im Bereich der Lüftungszentrale Reppischtal angeordnet. Der Tunnel selber weist zudem alle 300 m Querverbindungen auf, welche die beiden Autobahnröhren miteinander verbinden. Jede dritte Querverbindung ist befahrbar. Beide Tunnelröhren verfügen zudem über im Abstand von 150 m angeordnete SOS- und Hydrantennischen.

Beim Bau des Uetlibergtunnels fallen insgesamt ca. 1,7 Mio. m3 Aushub- und Ausbruchmaterial an. Jener Anteil des Ausbruchmaterials, welcher nicht im Projektgebiet Wiederverwendung findet, wird per Bahn abtransportiert. Aus der Tagbaugrube Reppischtal und den hier startenden Tunnelvortrieben fallen alleine ca. 70% des gesamten Materials an. Dieses wird mittels Förderbandanlage durch einen Transportstollen mit einem Durchmesser von 3.70 m zur Bahnverladestelle Filderen im Bereich des Verkehrsdreiecks Zürich West abtransportiert. Auf demselben Förderband werden auf dem Rückweg die Zuschlagsstoffe für die Betonherstellung im Reppischtal antransportiert.

Geologie

Von Westen nach Osten unterfährt der Uetlibergtunnel die zwei parallel laufenden Hügelzüge Ettenberg und Uetliberg. Dazwischen liegt das Reppischtal, welches das Tunnelbauwerk in zwei unabhängige, bergmännisch zu erstellende Tunnel unterteilt. Dabei handelt es sich um den rund 710 m langen Eichholztunnel unter dem Ettenberg und den 3.450 m langen Uetlibergtunnel unter demselben Hügelzug. Der Kern beider Hügelzüge besteht aus flach gelagerten Schichten der oberen Süßwassermolasse, einer Wechsellagerung von harten Sandsteinbänken und weichen Mergelschichten. Die maximale Überlagerung des Tunnels unter dem Uetliberg beträgt ca. 320 m. Zum Erreichen der beiden Molassestrecken sind die drei Lockergesteinsabschnitte Gjuch, Diebis und Juchegg aufzufahren. Sie liegen alle hauptsächlich in heterogenem Moränenmaterial. Auf den ersten ca. 70 m der Lockergesteinsstrecke Juchegg liegt das Tunnelprofil zusätzlich im Uetliberglehm. Alle Lockergesteinsstrecken liegen teilweise oder ganz im Grundwasser.

Bauabläufe

Aus der Baugrube Reppischtal, welche in Etappen bis Ende 2002 realisiert wird, erfolgt der fallende Vortrieb unter dem Uetlibergtunnel hindurch zum Verkehrsdreieck Zürich Süd in den Raum Brunau. Seit Frühjahr 2001 werden aus der Baugrube Reppischtal in Landikon die beiden Tunnelröhren der Lockergesteinsstrecke Diebis in der Kernbauweise aufgefahren. Die Nordröhre (Tunnelröhre Basel) hat den Molassefels erreicht und die Startkaverne für die spätere Ausweitungstunnelbohrmaschine wurde sprechtechnisch ausgebrochen.

Anfang April 2002 wurde die Tunnelbohrmaschine, die einen Durchmesser von 5 m aufweist, in der Tunnelröhre Basel installiert. Mit dieser wird seit Mitte Mai 2002 die gesamte Molassestrecke des Uetlibergtunnels aufgefahren. Nach dem Auffahren der Molassestrecke wird der Pilotstollen von 5 m Durchmesser mit einer Ausweitungstunnelbohrmaschine mit Hinterschneidtechnik ab Frühjahr 2003 auf das endgültige Profil von 14,20 bis 14,40 m ausgeweitet. Der Ausbruch eines Pilotstollens mit einer Tunnelbohrmaschine gefolgt von einer Ausweitung mit einer Ausweitungstunnelbohrmaschine wird danach in der Röhre Chur wiederholt.

Projektmanagementsoftware TILOS im Einsatz

Für die Planung des Uetlibergtunnels wird vom beauftragten Projektverfasser zum ersten Mal TILOS, ein System, das vom Karlsruher Softwarehaus Linear project GmbH speziell für Linienbaustellen entwickelt wurde, eingesetzt.

Entschieden hat man sich beim Projektverfasser, der Amberg Engineering AG, mit Sitz in Regensdorf (ZH), unter anderem für das Programm, da in diesem umfangreiche Algorithmen hinterlegt sind, die Informationen zu jedem Vorgang auf dem Weg-Zeit -Diagramm enthalten wie z.B., Vorgangsdauer, angenommene Leistungen, Laufmeterkosten etc. Beginn, Ende, etc. wie lange der einzelne Vorgang dauert. Außerdem können jedem einzelnen Vorgang weitere Informationen wie z.B. Mengen und Einsatzmittel mit den entsprechenden Leistungswerten zugeordnet und in Bibliotheken abgelegt werden.

Aufbau des Weg-Zeit-Diagramms

Das Weg-Zeit-Diagramm ist wie ein Tabellensystem mit Spalten und Zeilen gegliedert. Jedes Tabellenfeld kann mit Planfläche, Wegachse, Zeitachse, Diagrammen, freien Zeichenflächen oder Stempelfeld mit Logo belegt werden. Die Tabellenfelder sind frei skalierbar und können während der Bearbeitung ein- und ausgeblendet werden. Im Planfeld wird der Projektablauf mit den Vorgängen abgebildet. Für die Vorgänge stehen unterschiedliche Darstellungsformen – Linien, Dreiecke, Parallelogramme, etc. – zur Verfügung. Die Terminplanung und Steuerung erfolgt mittels Netzplantechnik. Termine und Pufferzeiten werden auf Knopfdruck vom System berechnet. Der ursprüngliche Plan kann mittels Soll-Ist-Vergleich unter den Aspekten Termine und Kosten mit dem aktuellen Plan verglichen werden. Änderungen oder aufgrund äußerer Zwänge notwendige Umplanungen zeichnet der Anwender schnell und einfach im Plan ein.

Für das Projekt hat man für den Uetlibergtunnel alle Vorgänge als Linien in unterschiedlichen Farben und Formen definiert: Abdichtungen blau, Ausbruch Lockergestein gelb, Ausbruch Molasse rot, Ausbruch und Sicherung schwarz, Gewölbebeton grün etc. Die Vorgänge der beiden Tunnelröhren zeichnen sich durch unterschiedliche Schraffuren aus. Diese Kodierungen und die Darstellungsform sind in einer Bibliothek als Stammdaten gespeichert. Der Vorteil besteht darin, dass auf bestehende Informationen zurückgegriffen werden kann und die einzelnen Arbeitsschritte immer in der gleichen Weise kodiert sind. Der Erstellung der Weg-Zeit-Diagramme wird dadurch beschleunigt und der Leser identifiziert die Vorgänge bereits durch die Farbe und Schraffur. Vorgänge nebst Codierungen drucken die Planer zwecks besserer Lesbarkeit auch als Legende im Plan direkt mit ab.

So erstellten die Ingenieure und Unternehmer in TILOS die gesamte Linienführung vom West-Portal bis zum Ost-Portal mit den zwei Röhren und den Abschnitten Lockergestein und Molasse sowie mit allen Querverbindungen. Alle Vorgänge, die für den Bau des Tunnels benötigt werden, sind mittels Pfeilen am Bildschirm vernetzt. Bei Verschiebungen aktualisiert das Programm den Terminplan automatisch. Benötigte Installationen sind als Rechtecke im Plan dargestellt. Parallel zur Wegachse ist die Tunnelbaustelle in Form eines Lageplans abgebildet. Das Programm kann eine beliebige Anzahl direkt im System erstellter oder importierter Grafiken abbilden. Diese werden automatisch mit der Wegachse skaliert.

Kostenkontrolle

Da die Planer das Programm unter anderem auch zur Kostenkontrolle nutzen, Prognosen damit erstellen sowie den Zahlungsbedarf ermitteln, weisen sie den Vorgängen die Kosten gemäß Werkvertrag pro Laufmeter Tunnel zu. Parallel zu den baubegleitenden Maßnahmen können die abgerechneten Kosten pro laufenden Meter den entsprechenden Vorgängen zugewiesen und aufbauend auf dem aktuellen Zahlenmaterial Prognosen für die in der Zukunft liegenden Vorgänge / Baumaßnahmen erstellt werden. Stellten die Ingenieure in früheren Jahren Kosten und Termine in zwei verschiedenen Systemen dar, so ist in TILOS der Terminplan direkt mit der Kostenkontrolle verknüpft. Dadurch ist jederzeit mit einem Blick auf den Plan erkennbar, welche Kosten effektiv bis zu einem bestimmten Datum entstanden sind. Eine Hochrechnung der Kosten für die nächste Monaten und Jahre ist möglich, wie auch ein Vergleich der ursprünglich geplanten Kosten mit den tatsächlich angefallenen.

Da alle Informationen über die Kosten den Vorgängen hinterlegt sind, können mittels Histogrammfunktionen rechts neben dem Planfeld diese detailgenau zeit- und mengenbezogen abgebildet werden. Durch die farblich frei wählbare Abstufung ist auf einen Blick ersichtlich, wann welche Kosten zu welchen Zeiten auf der Baustelle anfallen. Verschiebt der Anwender einzelne Vorgänge z.B. aufgrund von Änderungen im Bauablauf, so werden die Auswirkungen im parallel dazu abgebildeten Histogramm sofort angezeigt.

Jedem der Vorgänge ordnen die Ingenieure die für sie wichtigen Materialien, wie z.B. Beton, Zuschlagstoffe, Armierungsnetze, Armierungen, Kubatur des Ausbruchsmaterials etc. mit den dazugehörigen Mengenangaben zu. So ist bekannt, zu welchem Zeitpunkt welche Materialien benötigt werden und wie viel m3 Aushubmaterial wann anfällt und abtransportiert werden muss. Die entsprechenden Listen werden generiert und an die jeweiligen Unternehmen weitergeleitet. Benötigt man z.B. in einem Bauabschnitt mehr Beton, wird der erhöhte Bedarf eingegeben, im System hochgerechnet und direkt im dazugehörigen Histogrammen dargestellt.

Optimale Visualisierung einer Linienbaustelle mit TILOS

Beim Ingenieurbüro Amberg sieht man eine wesentliche Zeitersparnis, da die Terminpläne in TILOS schneller gezeichnet werden können als vorher. Auch bedeutet das Arbeiten mit dem System für die Planer eine Arbeitsvereinfachung. Sind in den Bibliotheken die Vorgänge mit ihren unterschiedlichen Darstellungsarten sowie die dazugehörigen Profile hinterlegt, können auf Knopfdruck Aussagen über Kosten und Zahlungsbedarf generiert werden. Darüber hinaus kann der aktuelle Stand jederzeit mit dem ursprünglichen verglichen werden. Bei Änderungen im Planungsablauf wie z.B. bei Verzögerungen, ist der gesamte Plan schnell neu durchgerechnet, der neue kritische Weg optisch hervorgehoben und die Auswirkungen auf den geplanten Endtermin ersichtlich. Die Visualisierung einer Tunnelbaustelle mit den dazugehörigen Terminen und Kosten und Materialmengen kann beim Projektverfasser und der Ausführenden Unternehmung mit dem Programm optimal dargestellt werden.

Projektkenndaten

Tunnellänge:

zwei Röhren zu je ca. 4,4 km Länge

Ausbruch- und Aushubvolumen:

1'700'000 m3 fest

Fahrbahn:

je Röhre 2 Fahr- und ein Standstreifen

Lichtraumprofil:

10,50 m breit und 4,5o m hoch

Ausbruchquerschnitt:

143 – 160 m2

Rohbauzeit :

ca. 5, 5 Jahre

Frühjahr 2001:

Baubeginn der Hauptarbeitern

Mitte 2006:

Rohbauende

2008 – 2010:

Eröffnung Uetlibergtunnel


Bauherr

Baudirektion Kanton Zürich, Tiefbauamt, Abt. National- und Hauptstraßen, Zürich / CH

Projekt- und Bauleitungen

Amberg Engineering AG, Regensdorf-Watt/CH

Ausführung

Arbeitsgemeinschaft Uetli, Stallikon / CH
Zschokke Locher AG, Zürich
Murrer AG, Erstfeld
Prader AG Tunnelbau, Zürich
CSC Bauunternehmung AG, Zürich
Wayss & Freytag AG, München/Frankfurt
Alpine Mayreder Bau GmbH, Salzburg-Wals
Züblin Schlittler Spaltenstein Bau AG, Zürich


www.westumfahrung.ch
, www.uetlibergtunnel.ch

Autorin:

Heike Blödorn, Karlsruhe, 2002-10
Veröffentlicht (u.a.) „Schweizer Bau Journal“ Oktober 2002