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Risikobezogene Bodenklassifizierung-
und Erfahrungen beim Auffahren von Tunneln
Martin Müllegger, Michael Bergmair und Manfred Bauer
Lockergesteinstunnel im urbanen Umfeld stellen immer eine Herausforderung für alle Beteiligten dar.
Geotechnisch gesehen ist es die Kombination von Lockermaterial, Wasser, geringer Überlagerung
und Bebauung im Einflussbereich des Tunnels, welches ein hohes Maß an Risiko in sich birgt. Dazu
kommt ein durch Bautätigkeit und kriegerische Auseinandersetzungen stark gestörter Baugrund mit
einer Vielzahl von künstlichen Einbauten im und knapp außerhalb des Tunnelquerschnittes.
Neben den Faktoren die den Tunnelvortrieb an sich schwierig und risikoreich machen, sind die
möglichen Auswirkungen auf unbeteiligte Dritte hoch. Ein Großteil des Vortriebes bei diesem Projekt
verlief unter in Betrieb befindlichen Straßenbahnlinien und unter dem Hauptbahnhof Linz.
Aus den vorhanden geotechnischen Risiken und den potentiellen, großen Auswirkungen auf Dritte war
klar, dass ein hoher Sicherheitsbedarf bei den Vortriebsarbeiten gegebenen war. In einer Diskussion
die sich zwischen dem Bauherren und dem Ausführenden über dieses Thema entspann wurde
versucht, Teilaspekte dieses Problems mit einer risikobezogenen Bodenklassifizierung zu lösen.
Das Projekt
Die „Nahverkehrsdrehscheibe Linz“ ist ein Verkehrsprojekt der LINZ AG. Ziel ist die bessere
Anbindung der innerstädtischen Linien an Regionallinien und Fernverkehr der ÖBB.
Die Straßenbahnlinien 1 und 2 werden unterirdisch in einem Bogen unter den Hauptbahnhof und unter
den Gleis- und Betriebsanlagen der ÖBB weiter Richtung Süden zur Wiener Straße geführt.
Richtung Norden wird die Linie 3 vom Bahnhof unterirdisch bis zur Station Volksgarten geführt, eine
spätere Verlängerung dieser Linie zum „Harter Plateau“ ist baulich vorgesehen.
Das Projekt umfasst im drei Stationen in offener Bauweise. Die bergmännisch aufzufahrenden 2gleisigen
Streckentunnel haben eine Länge von mehr als 1,25 km. Die größte geotechnische
Herausforderung sind eine dreispurige Aufweitung und zwei Umkehrschleifen im Bereich des
Bahnhofes (siehe Abbildung 1).
Die Gesamtstreckenlänge inklusive der Rampen beträgt etwa 1,9 km. Nach einer Gesamtbauzeit von
3,5 Jahren ist die Inbetriebnahme für 2004 vorgesehen.
Abb. 1 Übersichtslageplan (auf Basis einer Luftbildaufnahme), Quelle: Ingenieurbüro Laabmayr &
Partner ZT GmbH, Salzburg

MÜLLEGGER, M., BERGMAIR, M., BAUER, M. (2003):
Risikobezogene Bodenklassifizierung-und Erfahrungen beim Auffahren von Tunneln
Vortriebskonzept
Das Vortriebskonzept sieht einen konventionellen Baggervortrieb mit abgestuftem Vollausbruch und
schnellem Ringschluss vor.
Wesentliche Elemente des Stützmittel- und Sicherungskonzeptes sind eine steife Spritzbetonschale
mit Gitterbögen, ein Spritzbetonsohlgewölbe und die vorauseilende Sicherung des Firstbereiches mit
Stahldielen. Die Ortsbrust wird mit Spritzbeton und Brustanker gesichert. Injektionen zur
Verbesserung des Baugrundes waren ursprünglich nur örtlich im Bedarfsfall vorgesehen.
Der dreigleisige Querschnitt wird durch einen aufgelösten Vortrieb mit vorab hergestelltem
Pfeilerstollen und nachlaufenden ein- bzw. zweiseitigen Aufweitungen ausgeführt (Abbildung 2).
Abb. 2 Regelquerschnitt, dreigleisig, dreiröhrig, Pfeilerstollen mit zweiseitiger Aufweitung, Quelle:
Ingenieurbüro Laabmayr & Partner ZT GmbH, Salzburg
Rahmenbedingungen Geologie Hydrogeologie
Die in den bergmännischen Vortrieben aufgefahrene Abfolge besteht aus:
• Anthropogene Anschüttungen und Auffüllungen (Subrezent)
• Sande und Kiese der Traun bzw. Donau (Quartär)
• Schlier (Tertiär)
Auffüllungen wurden vor allem im Firstbereich angetroffen. Da die Überlagerung nur zwischen 1,5 m
und 5,5 m beträgt (siehe Abbildung 3), ist immer mit dem Eintreten von Anschüttungen in den
Querschnitt zu rechnen. Bei den Anschüttungen und Auffüllungen handelt es sich um
verschiedenartige Böden, deren gemeinsames Merkmal eine sehr schlechte Verdichtung und damit
eine lockere bis sehr locker Lagerung ist. Innerhalb der Anschüttungen wurden zahlreiche alte, nicht
dokumentierte Einbauten angetroffen. Oft handelt es sich bei den Auffüllungen aber auch um rasch
zugeschüttete Bombentrichter aus dem 2. Weltkrieg.
Der Großteil des Tunnelquerschnittes kommt in den quartären Kiesen zu liegen. Diese fluviatilen
Ablagerungen aus der letzten Eiszeit sind sehr heterogen aufgebaut und besteht aus flach liegenden
Bänken mit wechselnder Kornzusammensetzung. Es dominieren fein- bis mittelsandige Kiesbänke, in
die Linsen und Lagen von feinkornarmen Kiesen („Rollkiese“), sowie Sande und Schluffe mit stark
schwankenden Mächtigkeiten eingeschaltet sind.

MÜLLEGGER, M., BERGMAIR, M., BAUER, M. (2003):
Risikobezogene Bodenklassifizierung-und Erfahrungen beim Auffahren von Tunneln
Der tertiäre Oligozänschlier, ein gut konsolidiertes, tonig-schluffig-feinsandiges Sediment, bildet im
gesamten Projektsgebiet das Liegende des eiszeitlichen Kiespaketes. Im Nordabschnitt des Projektes
kommt die Sohle des Bauwerkes bereichsweise im Schlier zu liegen, gegen Süden sinkt der Schlier
bis über 6 m unter sie Bauwerksunterkante ab..
Der natürliche Grundwasserspiegel in den quartären Kiesen liegt etwa auf Höhe der Kalottensohle,
der Schlier bildet den Grundwasserstauer.
Da die Kiese im konventionellen Vortrieb unter Grundwasserzustrom nicht oder nur sehr schwer
beherrschbar sind, ist für den Vortrieb eine umfangreiche Grundwasserabsenkung durch Brunnen
erforderlich. Die Restwasserhaltung im Vortrieb erfolgt durch eine offene Wasserhaltung.
Problematik und Lösungsansatz
Ab dem Beginn der Vortriebsarbeiten kam es durch die ausgeprägte Inhomogenität des quartären
Kieskörpers zu unerwarteten Vortriebserschwernissen.
Vor allem mächtige, feinteilarme und damit fast kohäsionslose Kieslagen („Rollkies“), sowie
durchfeuchtete Anschüttungen waren selbst bei einer Unterteilung der Kalottenortsbrust in bis zu 20
Teilflächen kaum beherrschbar.
Es war rasch klar, dass der weitere Vortrieb nur mit vorauseilenden, bodenverbessernden
Maßnahmen sicher zu gestalten war. Welche Techniken zum Einsatz kommen sollten, war
naturgemäß Gegenstand von intensiven Diskussionen.
Abb. 3 Geringe Überlagerung: Vortrieb Nord (links) bzw. Vortrieb Süd (rechts)
Im Rahmen einer baubegleitenden geologischen Dokumentation für den Auftragnehmer wurde
versucht, einen Lösungsansatz für die geotechnischen Probleme zu bieten. Ziel der Untersuchungen
war es, die aufgefahrenen Böden, vor allem den, vor Beginn der Arbeiten als relativ homogen
betrachteten quartären Kieskörper zu differenzieren. Es sollte ein System entwickelt werden, das die
Beurteilung des Gebirges nach geotechnischen Kriterien auf eine nachvollziehbare Basis stellt.
Dies stellte vorab folgende Anforderungen an die geologische Dokumentation:
• Genaue, petrographische Beschreibung der Böden im Vortrieb.
• Beprobung der dominierenden Bodenarten und Analyse im Sedimentlabor.

MÜLLEGGER, M., BERGMAIR, M., BAUER, M. (2003):
Risikobezogene Bodenklassifizierung-und Erfahrungen beim Auffahren von Tunneln
• Definition einfacher Feldkriterien zur Bestimmung der Bodeneigenschaften.
• Beschreibung des Verhaltens beim Ausbruch.
• Bestimmung der wesentlichen, das Ausbruchsverhalten bestimmenden Randbedingungen.
Aufgrund der Laboruntersuchungen war es möglich, verschiedene Bodenarten zu Bodentypen
zusammenzufassen. Ein wesentliches Kriterium war dabei die Injizierbarkeit als zentrale, technische
Fragestellung (siehe Abb. 4).
Abb. 4 Einteilung der Bodenarten aufgrund der Laborergebnisse
Die Bodenbeurteilung im Feld wurde verbessert und das geologische Aufnahmeblatt
dementsprechend modifiziert. Beispielsweise wurde die Lösbarkeit der Böden im Feld anhand einer
dreistufigen Skala in Anlehnung an die ÖNORM B 2205, (1995) eingeteilt (siehe Tabelle 1).
Lösbarkeit des Typische Lösegeräte -
Bodens (Klasse) Beschreibung des Löseverhaltens beim Ausbruch
Schwer lösbar (I) Boden nur mit Spitzhacke lösbar, Bagger hinterlässt beim Ausbruch
Kratzspuren
Leicht lösbar (II) Boden mit Spitzschaufel lösbar, Bagger hinterlässt keine Kratzspuren
Sehr lose (III) Boden neigt dazu bei Anwendung von Lösegeräten oder bei
Erschütterungen von selbst aus der Ortsbrust nachzubrechen.
Tabelle 1: Visuelle Bestimmung der Lösbarkeit der Bodenarten

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Risikobezogene Bodenklassifizierung-und Erfahrungen beim Auffahren von Tunneln
Eine derartige Klassifizierung ist im Baggervortrieb wesentlich einfacher möglich und sagt mehr über
das Ausbruchsverhalten aus, als die Angabe der Lagerungsdichte. Die Lagerungsdichte liefert nur
eine Aussage über den tatsächlichen (natürlichen) Grad der Verdichtung im Verhältnis zur maximal
möglichen Verdichtung und ist etwa gerade für kohäsionslose, feinteilfreie Kiese nicht aussagekräftig.
Aus der Beobachtung des Ausbruchsverhaltens wurden die wichtigsten, die Standfestigkeit der
unterschiedlichen Bodentypen beeinflussenden Faktoren, definiert:
• Wasser
• Relative Lage der Bodenschicht im Ausbruchsquerschnitt
• Schichtaufbau/ Schichtmächtigkeit
• Injektionserfolg
Um zu einer Klassifikation zu kommen, wurden die verschiedenen Einflussfaktoren über eine Matrix
mit unterschiedlich abgestuften Einflussfaktoren verknüpft und daraus Verhaltenstypen abgeleitet. Um
das Bewertungsschema einfach zu halten, geschah dies in Anlehnung an das Schulnotensystem in
einer Abstufung von 1 bis 5 (siehe Abbildung 5).
Die Bewertung der gesamten Ortsbrust erfolgt nach dem Bereich mit dem größten Risikopotenzial.
Um von der Bewertung berücksichtigt zu werden, musste für die Bodenschichte eine
Mindestmächtigkeit von 50 cm gegeben sein.
Abb. 5 Verknüpfung von Bodentypen mit Einflussfaktoren in Form einer Bewertungsmatrix
Beispiel:
Ein sandiger Kies (Bodentyp C) im bergfeuchten Zustand, nicht injiziert, ergibt eine Bewertungsziffer
von 3. Ist der Boden stark durchnässt, verschlechtert sich die Bewertung auf 4. Ist der Boden gar
grundwassergesättigt, ergibt sich die schlechteste Bewertung: 5.
Ein stark bindiger Boden (Schluff, Bodenklasse A) ist dagegen selbst im Grundwasser noch temporär
standsicher und ergibt damit die Bewertungsziffer 3.
Ergebnisse und Konsequenzen
Von allen Projektbeteiligten wurde die Unterquerung des Linzer Hauptbahnhofes und der Westbahn
als das geotechnisch risikoreichste Unterfangen identifiziert. Durch die Anwendung der Matrix ist es
gelungen, systematisch und nachvollziehbar Gefährdungsbilder für diesen Abschnitt Vortrieb zu
erarbeiten (siehe Abb. 6).

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Abb. 6 Mögliche Gefährdungsbilder im Bereich Unterquerung Hauptbahnhof
Eine Analyse der erwarteten Gebirgsverhältnisse unter den Gleisen des Hauptbahnhofes Linz zeigte,
dass aufgrund der geologischen Verhältnisse mit Böden der Verhaltenstypen 4 bis 5 in der Firste zu
rechnen war. Aus der Bestimmung der Injizierbarkeit der Böden war herleitbar (siehe Abb. 3), dass
der in der Firste erwartete, lose Bodentyp C mit der auf der Baustelle bislang eingesetzten Technik
nicht verbessert werden konnte. Vor der Unterquerung des Hauptbahnhofes wurde feinkornarmer Kies
(„Rollkies“, Bodentyp E) mir großem, zusammenhängendem Porenraum mit gutem Erfolg mit ca. 6 m
langen, in die Ortsbrust gerammten Injektionslanzen und anschließendem drucklosen Verfüllen mit
Zement-Steinmehlgemisch stabilisiert.
Aus diesem Grund entschloss man sich zu einer systematischen Injektion des gesamten
Kalottenquerschnittes von Obertage. Die mehrphasige Injektion erfolgte entkoppelt vom Vortrieb,
vorauseilend mit Manschettenrohren in einem systematischen Raster. Damit konnte ein ausreichend
sicherer Vortrieb unter der Westbahn gewährleistet werden.
Literatur:
[1] Brauns J., Luber, M., Santo, J., Schuler U., Schulze, B.: Zum Ausbreitungsverhalten von
Injektionsgütern, Veder Kolloquium, 2002
[2] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, Arbeitskreis 2.9: Einpressarbeiten mit
Feinstbindemitteln in Lockergestein, Bautechnik 70 (1993), H. 9, S. 550- 560, Verlag Wilh.
Ernst & Sohn, Berlin
[3] Generalplaner Arbeitsgemeinschaft ESG- NVD Schimetta- Laabmayr & Partner- Neumann &
Steiner, Tunnelabschnitt Mitte Unterfahrung Gleisbereich ÖBB- Injektionskonzepte,
29.08.2002
[4] iC consulenten ZT GmbH: ARGE NVD (Hinteregger- Östu-Stettin- Dywidag) Baubegleitende
geologische Dokumentation und geotechnische Beratung NVD Linz, 2002- 2003
[5] Neubauer, E. ZT: Nahverkehrsdrehscheibe Hauptbahnhof Linz Straßenbahnlinien 1,2 und 3
Unterfahrung Hauptbahnhof, Technisch Geologisches Gutachten, Graz, 16.05.2000
[6] Pühringer F., Eder, M., Bauer, M.: Nahverkehrsdrehscheibe Linz: Straßenbahnunterfahrung
Hauptbahnhof, Tunnel 3/ 2003
[7] Schubert, P., Bergmair, M.: Geotechnische Risikobewertung und Risikomanagement-
Methodologie und Fallbeispiele, Felsbau 20, Nr. 5, 2002