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len Verbesserungen sollen zur maßge-blichen Stärkung der Region beitragen.

Insgesamt beinhaltet das Projekt17 km elektrifizierte Eisenbahnstrecke.Im Detail:– 11 km Eisenbahndoppelspur vonder Centralstation zur Öresundbrücke,6 km davon in zwei parallelen Tunnel-abschnitten unter Malmö City, 4,5 kmdavon aufgefahren mit Tunnelbohrma-schinen– eine neue Untergrundstation als Er-weiterung der Centralstation

1 Einleitung

Zur Verbesserung der schwedischenNord-Süd-Eisenbahnverbindungenwird derzeitig eine ca. 11 km langeDirektverbindung von der Öresund-brücke zur Centralstation Malmö ge-baut. Der Baubeginn lag in Jahr 2004,die Fertigstellung ist für das Jahr 2011vorgesehen. Die geschätzten Projekt-kosten betragen ca. 1,3 Mrd. Euro.Das Projekt wird durch die schwedi-sche Eisenbahn, die Stadt Malmö, die

Region Skane und die EuropäischeUnion finanziert. Für die Durch-führung wurde von diesen Beteiligtendie Projektgesellschaft „Citytunneln“gegründet.

Das Citytunnelprojekt wird diegesamte Öresundregion nachhaltigbeeinflussen (siehe Bild 1). So wirdder Citytunnel eine schnelle und effi-ziente Eisenbahnverbindung zwischender „Southern Trunk Line“ und derÖresundbrücke schaffen. Die sichhierdurch ergebenden infrastrukturel-

Citytunnel Malmö C. S.: Herstellung einer trockenen Baugrube im ausgeprägt klüftigen FelsChristian ScholzWolf-R. LinderHans Neuenhaus

Bild 1. Einbindung des Citytunnelprojekts in die Region

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– zwei neue Stationen in Triangelnund Hyllie– 6 km Eisenbahnstrecke in östlicherRichtung nach Trelleborg und Ystad.

Das hier vorgestellte Teilpro-jekt E 101 ist der 1. Abschnitt einesTunnelbauwerks zum Ausbau derCentralstation Malmö. Der Tunnelab-schnitt wurde in offener Bauweisehergestellt. NCC Construction SverigeAB fungierte als Generalunternehmer,die Brückner Grundbau GmbH warmit der Herstellung von Ortbeton-schlitzwänden sowie Temporär- undPermanentankern beauftragt.

2 Baugrube Centralstation

Der im Rahmen des Projekts E 101 zuerstellende Tunnel wurde in Cut-and-cover-Bauweise hergestellt. Die Bau-

grubenumschließung wurde mit rück-verankerten Spundwänden und in Be-reichen, in denen verformungsarmeVerbaue gefordert sind, mit in bis zudrei Lagen rückverankerten Ortbe-tonschlitzwänden ausgeführt (sieheBild 2 – Schlitzwandbereiche rot ge-kennzeichnet). Zur Auftriebssiche-rung des Bauwerks im Gebrauchszu-stand dienen doppelt korrosionsge-schützte Einstab-Daueranker.

Die Spundwände wurden biszur Übergangszone des Bodens zumGrundgestein gerammt. Darunter er-folgte die Baugrubensicherung mitvernagelten Spritzbetonwänden. Inden Spundwandbereichen waren um-fangreiche, tiefreichende Felsinjek-tionen zur Minimierung des Grund-wasserzustroms erforderlich. DieSchlitzwände wurden bis in eine

Tiefe von mindestens 2 m unter Aus-hubniveau der Baugrube abgeteuft(siehe Bild 3).

2.1 Geotechnische Randbedingungen

Die im Baufeld anstehenden ober-flächennahen Bodenschichten beste-hen meistens aus Auffüllungen, Ge-schiebelehm und Tonmoränen. Dassich anschließende Grundgestein wirdaus tertiärem Kalkstein gebildet (sieheBild 4).

Das Bodenpaket hat eine mitt-lere Mächtigkeit von 8 m. Die Kenn-werte der verschiedenen Schichtenweisen auf verhältnismäßig leicht zulösende Materialien hin, die im Weite-ren nicht näher beschrieben werden.

Die Übergangszone zwischenBoden und Grundgestein ist durch

Bild 2. Grundriss und Einteilung der Bauabschnitte

Bild 4. Abwicklung der SchlitzwandtrasseBild 3. Spundwandbereich vs. Schlitz-wandbereich

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eine Mischung aus Kalksteinbruch,Geröllen und Tonmoräne gekenn-zeichnet. Die Gerölle und Findlingekommen teils als Einschlüsse in derTonmoräne vor oder ruhen direkt aufdem Kalkstein. Die obere Zone desKalksteins war glazialen Einwirkun-gen ausgesetzt und ist erodiert. Siekann Bodeneinschlüsse enthalten undweist eine erhöhte Klüftigkeit auf.

Das Grundgestein besteht aus-schließlich aus Kalksteinformationenaus dem frühen Tertiär. In einer Tiefevon 90 m geht es in die sog. Schreib-kreide über.

Das Oberflächenniveau des Kalk-steins kann lokal stark variieren. DerKalkstein besteht in den Tiefen, diedurch die Bauarbeiten berührt werden,oben aus der Kopenhagen-- und darun-ter aus der Limhamn--Formation.

Bezeichnend für den Kalksteinsind die erheblichen Variationen vonMaterialarten – ein Resultat der ver-schiedenen Ausfällungs- und Abset-zungsverhältnisse, aus denen der Kalk-stein gebildet wurde. Dies äußert sichu. a. in starkvariierenderHärte, Schwereund Mineralzusammensetzung.

2.2 Charakterisierung des Grundgesteins

Mechanische EigenschaftenDie Kopenhagen-Formation weist imOstteil des Baufelds eine Mächtigkeitvon bis zu 6 m auf. Nach Westen hinläuft die Formation allmählich aus.Der Kopenhagen-Kalkstein bestehthauptsächlich aus Kalziumkarbonat(CaCO3), enthält aber bedeutendeEinschlüsse von Verkieselung, oft inForm von extrem harten Feuerstein-ablagerungen (Flint).

Die Übergangszone von der Ko-penhagen- zur Limhamn-Formationweist eine geringere Festigkeit auf alsder darunterliegenden Bryozoen-Kalkstein. Die Dicke der Übergangs-zone variiert zwischen 1 und 5 m.

Der Bryozoen-Kalkstein bestehtaus einem Siltbruch, der mit Einschlüs-sen von verfestigtem Kalkschlamm undTon gemischt ist. Er enthält aber aucherhebliche verkieselte Einschlüsse.Seine Eigenschaften resultieren vorwie-gend aus dem Gehalt an CaCO3, seinerDichte und Schwächezonen im An-schluss an die Schichtebenen. In seiner

Bildung hat sich der Limhamn-Rückenin verschiedene Formationen geteilt,die aus Tabelle 1zu ersehen sind.

Die mechanischen Eigenschaf-ten des Kalksteins werden anhandder „Härteklassen“ H1 bis H5 gemäßdes DGI-Systems (Danish Geotech-nical Institute) klassifiziert. Die Auftei-lung dieser Härteklassen geht eben-falls aus Tabelle 1 hervor.

In der Kopenhagen-Formationsind 20 bis 30 % Flintstein und < 5 %verkieselter Kalkstein zu erwarten.Die Limhamn-Formation soll < 10 %Flintstein und 10 bis 30 % verkiesel-ten Kalkstein enthalten.

Die mechanischen Eigenschaf-ten des Kalksteins sind in Tabelle 2zusammengestellt.

Hydraulische EigenschaftenDie hydraulischen Eigenschaften derBodenschichten wurden anhand vonErfahrungswerten ermittelt. Für Ton-moränen wurde der Durchlässigkeits-beiwert zu kf = 10-8 bis 10-6 m/s ein-geschätzt. Die Durchlässigkeit der Se-dimente und Auffüllmassen lag imBereich von kf = 10-6 bis 10-4 m/s.

Härteklasse Einaxiale Zugfestigkeit E-Modul Scherfestigkeit Reibungs-Druckfestigkeit [MPa] [GPa] Kohäsion winkel [o][MPa] [MPa]

a b a b a b a b a bH1 0,3 0,05–0,5 – 1) – 0,04 – 0,02 – 27 –H2 6 3–10 0,6 0,3–2 1 0,5–3 0,5 0,5-1 50 45–55H3 12 5–25 2 0,4–4 4 1–10 1 1–3 50 45–55H4 35 10–75 5 0,6–9 12 5–25 4 3-9 55 50–55H5 250 100–400 25 10–40 35 20–50 – – – –

Tabelle 2. Festigkeits- und Verformungseigenschaften für die jeweiligen Härteklassen (a: Mittelwerte;b: Bereichsgrenzen)

Geologische Bildungsumfeld H1 [%] H2 [%] H3 [%] H4 [%] H5 [%]

Formation a b a b a b a b a b

Kopenhagen-Schicht 20 0–30 20 10–30 5 0–10 25 20–30 30 25–35

Riffkalkstein,Limhamns- inkl. lokale Här-Schicht A, B, tehorizonte 5 0-10 17 15–25 18 15–25 55 50–60 5 0–10D, E (-zonen) CaCO3-

Gehalt > 90%

Sedimentkalk-stein, inkl. lokale

Limhamns-Härtehorizonte 3 0-5 35 30–40 45 40-50 15 10–20 2 0–5

Schicht C(-zonen) CaCO3-Gehalt > 70%

Tabelle 1. Aufteilung der Härteklassen im Bereich des Bauloses (a: Mittelwerte; b: Bereichsgrenzen)

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Die Wasserführung variiert zwi-schen der Kopenhagen- und derLimhamn-Formation erheblich. Ausdiesem Grunde wird der Kalkstein imHinblick auf seine entsprechendenEigenschaften in drei wasserführendeZonen eingeteilt:– Der oberste Teil des Kalksteins bil-det die Zone I. Sie ist die hauptsäch-lich wasserführende Zone und durcheinen Durchlässigkeitsbeiwert von kf ~ 10-3 m/s gekennzeichnet. DieMächtigkeit variiert zwischen 1 und2 m.– Die Zone II befindet sich unter derZone I und bildet eine 20 m mächtigeKalksteineinheit mit erheblich geringe-rer Durchlässigkeit. Hier liegt der zu er-wartende horizontale Durchlässigkeits-beiwert zwischen kf = 5 ¥ 10-6 und 5 ¥10-5 m/s. Die vertikale Durchlässigkeitist um das 5- bis 10-fache geringer. – Die sich anschließende Zone III istdurch einen Durchlässigkeitsbeiwertim Bereich von kf ~ 10-4 m/s gekenn-zeichnet.

i. d. R. 4,0 m unter RÖK (Schienen-Oberkante) in den Felshorizont ein(siehe Bild 5). Die Wandtiefen betra-gen zwischen 14 und 24 m. Insgesamtwurden ca. 11700 m2 Schlitzwändehergestellt.

Die wesentlichste Herausforde-rung bei der Ausführung bestanddarin, eine Technologie zu etablieren,die es gestattete, sowohl das Boden-paket als auch die mit Geröllen undFindlingen versetzte Übergangszoneund die teils extrem harten Flintstein-bänke des Kalksteins zu durchörtern.

Gemäß dem Baugrundgutachtenstanden im oberflächennahen Be-reich vornehmlich leicht zu lösendebindige Böden an, die gut mit derGreifertechnologie zu beherrschenwaren. Hieran schlossen sich dieoben beschriebenen Kalksteinforma-tionen an. Als charakteristische Fes-tigkeiten waren für den Kalksteinqu = 35 N/mm2, für die Flinteinlage-rungen qu = 250 N/mm2 angegeben.Maximalwerte bis zu qu = 400 N/mm2

waren zu erwarten. Die Einbindetiefein den Kalkstein variierte zwischen2 m und 14 m. Aufgrund der hohenFestigkeiten scheidet in der Kalkstein-formation der Aushub mit einemSchlitzwandgreifer aus. Eine Alterna-tive stellt die Schlitzfrästechnologiedar. Insgesamt existiert keine Techno-logie, mit der sowohl das leicht lös-bare Bodenpaket als auch das extremschwer lösbare Grundgestein in ei-nem Arbeitsgang bearbeitet werdenkann. Daher wurde der Einsatz einesSchlitzwandgreifers bis in die Verwit-terungszone des Kalksteins und fürden weiteren Aushub im Grundge-stein eine Schlitzwandfräse vorgese-hen. Der sehr harte, mit Flint versetzteKalkstein erforderte den Einsatz einerSchlitzwandfräse mit Vollschnittrad(siehe Bild 6). Der Kalkstein wird beidiesem System mit Rundschaft-meißeln gelöst, zerkleinert und derSuspension beigemischt. Die mit demzerkleinerten Material aufgeladeneSuspension wird unter hohem Druckdurch eine Ringleitung zur Regenerie-rungsanlage gepumpt, gereinigt unddem System wieder zugeführt. Als Ar-beitsfolge wurde gewählt:– Leitwandbau– Aushub mit Schlitzwandgreifer biszum Erreichen des Felshorizonts– Umsetzen des Schlitzwandgreifers– weiterer Aushub mit der Schlitz-wandfräse bis zur Endteufe

2.3 Herstellung der Schlitzwände, Temporär- und Permanentanker

Die Brückner Grundbau GmbH warzu Projektbeginn im Jahr 2005 mitder Herstellung von Ortbetonschlitz-wänden (ca. 11700 m2) und der zuge-hörigen temporären Verankerung (ca.700 Anker mit Gebrauchslasten bis zu1100 kN) beauftragt. Zwei Folgeaufträ-ge sahen die Verankerung von Spund-wänden (ca. 800 Temporäranker mitGebrauchslasten bis zu 1100 kN) unddie Erstellung von Entlastungsbrunnen(ca. 200 Stck.) vor. Im 3. Quartal 2006wurde die Ausführung von Permanent-ankern zur Auftriebssicherung derTunnelsohle (ca. 2600 Stck. mit Ge-brauchslasten von 1050 kN) an dieBrückner Grundbau GmbH vergeben.

2.4 Temporäre Schlitzwände zur Baugrubensicherung

Die Schlitzwände weisen eine Nenn-dicke von 80 cm auf und binden

Bild 5. Abwicklung der Schlitzwandtrasse

Bild 6. Eingesetzte Schlitzwandfräse

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– Austausch der Prozesssuspensiongegen Betoniersuspension– Einbau der Fugenelemente– Einbau der Bewehrungskörbe– Betonage

Im Zuge der Ausführung wurdenca. 6600 m2 Schlitzwand im Greifer-verfahren und ca. 5100 m2 im Fräs-verfahren hergestellt. Ein besonderesProblem im Fräsbetrieb stellte der ex-trem hohe Verschleiß aller mit demKalkstein und Flint in Berührungkommenden Teile dar. Eine weitereHerausforderung bestand in derunerwartet großen Klüftigkeit desKopenhagen-Rückens, die zu teilserheblichen Suspensionsverlustenführte. Häufig mussten betroffeneBereiche nach entsprechenden Er-kundungen vorlaufend mit Kluftin-jektionen vorvergütet werden. Trotzzahlreicher Schwierigkeiten konntedie Schlitzwand im Januar 2006 ter-mingerecht an den AG übergebenwerden.

2.5 Temporäranker zur Baugrubensicherung

Die Temporäranker waren in zwei bisdrei Lagen zur Verankerung vonSchlitz- und Spundwänden auszu-führen (siehe Bild 7). Die Krafteintra-gungslängen lagen stets im Kalkstein.Zum Einsatz kamen je nach Lastsitua-tion 4- bis 9-litzige Felsanker, die abder 2. Ankerlage gegen drückendesGrundwasser auszubilden waren. DieGebrauchslasten deckten den Bereichvon 700 kN bis 1080 kN ab. Insgesamtwurden 1487 Temporäranker herge-stellt.

Während in der ersten Ankerlagenoch ca. 2/3 der zu bohrenden An-kerlängen im Lockergestein lagen,waren die tieferen Ankerlagen fastvollständig im Kalkstein zu bohren.Als Spülmedium war überwiegendlediglich Wasser zugelassen – der Ein-satz von Luftspülung war insbeson-dere unter anstehender Bebauunguntersagt. Vergleichbar zum Schlitz-wandaushub galt es, ein Bohrverfah-ren festzulegen, welches gute Vor-triebsleistungen sowohl im Boden alsauch im Kalkstein versprach.

Während das traditionelle Dop-pelkopfbohrverfahren gute Leistun-gen im Boden ermöglicht, war mitSchwierigkeiten im sehr heterogenenKalkstein zu rechnen, da die Bohrun-gen aufgrund der Klüftigkeit aufvoller Länge verrohrt auszuführenwaren. In der Folge wurde dem Du-plexverfahren der Vorzug gegeben,bei dem Außen- und Innengestängesimultan drehend-schlagend vorge-trieben werden. Als Bohrhämmerwurden schwere Hydraulikhämmerder Klemm-Serie KD 2728 eingesetzt.Als Gestänge wurden Drehschlag-bohrrohre aus hochwertigem Stahlverwendet. Die Außen- und Innen-bohrkronen wurden in umfangrei-chen Tests sukzessive weiterent-wickelt, um sowohl hohe Bohrlei-stungen zu erreichen als auch demanfangs sehr hohen Verschleiß entge-genzuwirken. Trotz zahlreicher Wei-terentwicklungen und Verbesserungenstellten der weiterhin hohe Material-verschleiß und die Beanspruchung derBohrgeräte eine große Herausforde-rung dar. Zudem führte die große

Klüftigkeit des Kopenhagen-Rückenszu erheblichen Zementmehrverbräu-chen. Die Temporäranker wurden imApril 2007 termingerecht an den AGübergeben.

2.6 Permanentanker zur Auftriebs-sicherung der Tunnelsohle

Zur Auftriebssicherung des Tunnelswurden Einstab-Permanentanker D =63,5 mm verwendet, die doppelt kor-rosionsgeschützt auszuführen waren.Die Anker wurden werksseitig mitprimärem Korrosionsschutz aus Ze-mentstein versehen und vollständigdurch ein Hüllwellrohr ummantelt.Der geforderte Mindestbohrdurch-messer betrug 152 mm, da die Um-mantelung mit Ankerzement mit min-destens 30 mm spezifiziert war. DieAnker waren in ihrer vollständigenLänge vorgefertigt – Kopplungen wa-ren nicht gestattet.

Auf den Erfahrungen der Tem-porärankerherstellung aufbauend,wurden ähnliche Geräte-, Gestängeund Werkzeugkonfigurationen ver-wendet (siehe Bild 8). Als Spülme-dium war ausschließlich Wasser zuge-lassen.

Insgesamt waren 2595 Perma-nentanker von den fertiggestelltenSohlplatten der Tunnelblöcke herzu-stellen. Die Länge variierte zwischen17 und 22 m. Die Anker wurden nachAbnahmetests mit 1580 kN auf Ge-brauchslasten von 1050 kN festgelegt.

Besondere Herausforderungenfür dieses Gewerk stellten neben denoben beschriebenen Kalksteineigen-schaften die Koordination mit dem

Bild 7. Herstellung von Temporärankern für die Baugruben-sicherung mit KR 806/3

Bild 8. Herstellung von Permanentankern zur Auftriebs-sicherung mit KR 806/4

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Tunnelrohbau sowie die permanenteSäuberung der Tunnelsohlen dar. Sehraufwendig war zudem der Aufbau derAnkerköpfe (siehe Bild 9), da die An-kerdurchführungen in den Sohlen (dasbox-out) mit verschiedenen Materia-lien in definierten Schichtdicken zuvergießen waren. Hierbei waren dieAushärtezeiten der Vergussmateria-lien und die Ankerprüf- und Spann-sequenzen in den Arbeitstakt einzu-planen. Der verbleibende Hohlraumwar zudem jeweils zu reinigen, um

den Verbund der Materialien undsomit die spätere Wasserdichtigkeitsicherzustellen.

Die Permanentanker konnten imMai 2008 vorfristig an den AG über-geben werden.

3 Besonderheiten des Projekts

Bei dem Projekt E 101 handelte essich um das zweite Schlitzwandpro-jekt in Skandinavien. Dementspre-chend galt es, sowohl im Vorfeld als

auch bei der Projektdurchführungeine sehr intensive und offene Ab-stimmungs- und Aufklärungsarbeitmit allen übrigen Projektbeteiligtensicherzustellen. Des Weiteren erfor-dern die Gewerke eine detailliertePlanung und ein ausgeprägtes Qua-litätsmanagement, um die sehr ho-hen Anforderungen an das Endbau-werk in Bezug auf Dichtigkeit undVerformungsverhalten gewährleistenzu können.

Ein besonderes Augenmerk lagseitens des AG auf der Umweltverträg-lichkeit derAusführung. So mussten:– alle Hydraulikantriebe der einge-setzten Geräte auf pflanzliches, biolo-gisch schnell abbaubares Hydraulikölumgestellt werden – Motoren mit Leistungen > 75 kWmit einem NOx-Filter zur Abgas-reinigung ausgestattet werden (Ziel:NOx < 4,0 g/kWh)– sämtliche auf der Baustelle einzu-setzenden Stoffe einen Genehmigungs-vorgang durchlaufen (Offenlegungsämtlicher Inhaltsstoffe, Hygienezeug-nisse, Umweltverträglichkeitsstudien)und– während der Bauausführung jegli-che Stoffverbräuche in „running re-ports“ dokumentiert werden.

Autoren dieses Beitrages:Dr.-Ing. Christian Scholz, Dr.-Ing. Wolf-R. Linder, Dipl.-Ing. Hans NeuenhausBrückner Grundbau GmbH

Bild 9. Ausbildung der Permanent-Ankerköpfe

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