Der Bau der zweiten Gotthard-Strassenröhre...Guido Biaggio, Vizedirektor und Chef der Abteilungen...

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr,Energie und Kommunikation UVEK

Bundesamt für Strassen ASTRAAbteilung Strasseninfrastruktur Ost

Der Bau der zweiten

Gotthard-Strassenröhre: Politische und technische

Herausforderungen

31.01.2020, Fachtagung asphaltsuisse 2020

Guido Biaggio, Vizedirektor und Chef der

Abteilungen Strasseninfrastruktur, Bundesamt für

Strassen ASTRA

Bundesamt für Strassen ASTRA

1. Ausganglage und politischer Prozess

2. Chancen und politische Herausforderungen im Projekt

3. Technische Herausforderungen

3.1 Störzonenmanagement

3.2 Digitalisierung im Projekt und BIM Anwendung

3.3 Belagswahl

2Fachtagung asphaltsuisse 2020

Agenda



1. Ausganglage

• Bestehende 1. Röhre im Jahr

1980 eröffnet

• Laufende Unterhaltsarbeiten

während Nachtsperrungen in

verkehrsarmen Zeiten

• Grössere Baumassnahmen in

Nachtsperrung unmöglich

Tunnel ca.17 km

Pass ca. 30 km


• Ersatz Zwischendecke verlangt Vollsperrung des

Gotthard-Strassentunnels während knapp 3 Jahren


Massnahmen aus GEK für bestehenden Tunnel


• Juni 2012: Entscheid des Bundesrats: Sanierung des

Tunnels nach Bau einer zweiten Tunnelröhre

• Gründe: Erhöhte Sicherheit, dauerhafter Nutzen, Wahrung

des Alpenschutzes, Auswirkungen einer langfristigen

Sperrung

• Auftrag an ASTRA: Ausarbeitung eines generellen Projekts

für die zweite Röhre, ohne Kapazitätserhöhung


Politischer Prozess (1/2)


• Volksabstimmung zur Sanierung des Gotthard-

Strassentunnels am 28.02.2016: Annahme der

Gesetzesänderung bezüglich des alpenquerenden

Transitverkehrs

• Genehmigung Generelles Projekt (GP) durch den

Bundesrat am 25.10.2017

• Öffentliche Auflage des Ausführungsprojektes (AP) am

04.05.18 erfolgt

• Plangenehmigungsverfügung AP wurde am 10. Dezember

2019 erteilt


Politischer Prozess (2/2)


• Länge: Total 16’866 m

• Lage: 40 m östlich des bestehenden SISto

• Verbunden über:


Projektbeschrieb 2. Röhre Gotthard-Strassentunnel: Projektübersicht (1/3)

Göschenen

Airolo

62 begehbare und

6 befahrbare Querverbindungen


• Nutzung bestehende

Portale

• Je eine neue

Portalzentrale in

Göschenen und Airolo


Projektübersicht (2/3)


• Nutzung der bestehenden Lüftungsschächte und

Abluftbauwerke

• 3 neue bergmännische Lüftungszentralen


Projektübersicht (3/3)

LZ Hospental LZ Guspisbach LZ Motto di DentroBäzberg


• Ausbruchdurchmesser: 11.8 m

• Verkehrstechnischer Nutzraum

im Fahrraum: 4.8 m (analog

Endzustand der sanierten 1.

Röhre)

• 1 Fahr-/1 Pannenstreifen à je

3.80 m

• Sep. Werkleitungskanal für

Bündelung Infrastrukturen

(Hochspannungsleitung)


Tunnel-Normalprofil


• Abhängig vom Genehmigungsprozess des Projektes


Termine

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✓Berücksichtigung der regionalen Bedürfnisse

✓Bündelung der Infrastrukturen

✓Beschaffungs- und Ausschreibungskonzept


2. Chancen und politische Herausforderungen im Projekt



Kanton Tessin: Überdeckung Airolo(1/3)

Umgestaltung Anschluss und Geländemodellierung Airolo


• 2.1 Mio. Tonnen Ausbruchsmaterial

• Überdeckung der Autobahn auf einer Länge von rund 1000

Meter und Aufwertung des Talbodens durch die Erzeugung

eines Grüngürtels

• Insgesamt können 160'000 m2 zusätzliche Flächen

ausgeschieden werden, allein auf der Überdeckung sind es

90‘000 m2

• Die Kosten belaufen sich auf CHF 100 Mio: 50% der Kosten

trägt das ASTRA




• Die neue Fernwärmeleitung wird vom Fernheizwerk der

Heizwerk Gotthard AG unter der SBB-Gleisanlage hindurch

bis zur Göscheneralpstrasse verlegt

• Für die Fernwärmeleitung wird mit Kosten von

CHF 1,9 Millionen gerechnet. Das ASTRA beteiligt sich mit

CHF 760’000.- an den Kosten


Kanton Uri: Fernwärmeanlage


• Ein Teil des WELK wird so

ausgestaltet, dass er für die

Durchleitung einer 380 kV-

Leitung der Swissgrid AG

verwendet werden kann

• Damit wird die Voraussetzung

geschaffen, dass die

Hochspannungsleitung, die jetzt

noch über den Gotthardpass

führt, langfristig abgebrochen

und unterirdisch geführt werden

kann


WELK für Swissgrid AG



Loskonzept (1/2)

Gattung Anz Losgrösse Bezeichnung Bauvolumen Bemerkungen

Hauptlose 3 > 100 Mio. Tunnel Nord

Tunnel Süd

Materialbewirtschaftung

und Logistik Nord / Süd

ca. 500 Mio.

ca. 500 Mio.

ca. 200 Mio. Davon: Bahntransporte (ca.35 Mio. CHF)

Förderbandanlagen (ca.100 Mio. CHF)

MBW Stalvedro (ca.20 Mio. CHF)

Div. Triagen/Lager (ca.45 Mio. CHF)

Grosse

Lose

4 20 bis 100

Mio.

Vorlos Zugangsstollen Nord

Vorlos Installationsplatz

Airolo

Vorlos Zugangsstollen Süd

Los Galleria di Airolo

ca. 70 Mio.

ca. 40 Mio.

ca. 85 Mio.

ca. 100 Mio.

Mittlere

Lose

15 5 bis 20

Mio.

10 Vorlose

5 Lose

Gleisanlagen, Baustromversorgung,

Wasserver/-entsorgung,

Voreinschnitt, Brücken, etc.

Vorlos Installationsplatz Göschenen

Brücken, Trasse,

Geländemodellierungen

Kleinlose 15 - 20 1 bis 5 Mio. 10 - 15 Vorlose, 5 Lose Vorarbeiten, Abbrüche,

Rekultivierungen

Kleinstlose 10 - 15 < 1 Mio. 2 - 7 Vorlose, 8 Lose Vorarbeiten, Rückbauten,

Abhumusieren

Loskonzept (Stand Januar 2020, alle Beträge in Mio. CHF, ohne BSA):



Loskonzept (2/2)

• Total: ca. 50 Lose

• Besonderheit:

Dossier mit Dienstleistungsangeboten aus der Region

(z.B. Reinigungsdienste, Wäschereiangebote,

Verpflegungsprodukte, Unterkunftsmöglichkeiten, etc.)

• Submissionssprache nach

Territorialprinzip oder zweisprachig



3.2 Digitalisierung im Bauprojekt mit BIM

3.3 Belagswahl im Projekt


3. Technische Herausforderungen


Aus Bau der 1. Röhre gut bekannt, zwei Störzonen:

• Mesozoikum: ca. 270 m, Ton- und Serizitschiefer, druckhaft

• Guspis-Zone: ca. 300 m, kakirisierte Biotit-Gneise und Schiefer,

druckhaft

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Fachtagung asphaltsuisse 2020


Hauptvortrieb

• Gleichzeitig je ein TBM-Vortrieb vom Nord- und vom

Südportal her

• TBM-Vortrieb mit Tübbing vom Bauherr für die Hauptlose

vorgegeben

• Beide Vortriebe steigend bis zur Tunnelzentrale Guspisbach:

Summe TBM Vortrieb Nord = 7’309 m

Summe TBM-Vortrieb Süd = 7’252 m

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Vortriebskonzept (1/2)



Portalbereiche

Lockergesteinsstrecken mit konventionellem Ausbruch (MUL)

und Rohrschirm

Anschliessend

• im Norden ca. 400 m Sprengvortrieb

• im Süden ca. 750 m Sprengvortrieb

Grund: sehr beschränkte Platzverhältnisse für Montage und

Anfahren der TBM, sowie Überlegungen Bauprogramm und

Risiken

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Vortriebs- und Sicherungskonzept

• Keine Durchfahrung mit TBM möglich → konventionelle

Durchörterung

• Aus terminlichen Gründen vorgängige Durchörterung von

je einem Zugangsstollen ab beiden Portalen (ca. 5 km)

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Durchörterung der Störzonen (2/2)



Erfahrungen aus der 1. Röhre

• Mesozoikum (Nord): druckhaftes Gebirgsverhalten

mit Konvergenzen von ca. 0.4 m, Niederbrüche

mit

Kaminbildung, Wassereintritte mit Aufweichungs-

erscheinungen, Injektionen ohne Verbesserung

• Guspis-Zone (Süd): Vorgängiger Sondierstollen,

druckhaftes Gebirgsverhalten mit Konvergenzen

von bis zu 1.5 m (vgl. Bild)

• In «Deutscher Bauweise» (Kernbauweise) erstellt

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Durchörterung der Störzonen (1/2)



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3.2 Digitalisierung im Bauprojekt mit BIM: Pilotabschnitt

• Rund 120 Meter langer Abschnitt

im Bereich Hospental inkl.

Querverbindung, SOS-Nische

und bestehendem SISto

• Kollaboration zwischen Bau- und

BSA-Planer auf Stufe

Detailprojekt (LoD 300+)

• Projektstruktur und

Modellbezeichnungen werden

aufwärtskompatibel eingeführt

• Weitere Pilotabschnitte werden

integriert (z.B. Lüftungszentrale)

3-2H-TR305

3-2H-SOS709

3-2H-QV30N

3-SH-SS3



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Stand Pilotprojekt (1/5)

Links der Bestand (1TG-Röhre

und SISto), zentral die

Querverbindung mit

Unterstation sowie rechts der

Haupttunnel 2TG



30


Charakterisierung

des Innengewölbes

im Haupttunnel



31


Koordination Bau-BSA

in der Unterstation



32


SOS-Nische im

Haupttunnel



33


Qualitätssicherung

durch Kollisionsprüfung

mit Lichtraumprofil



34

Webplattform Bimsync (Video)



35

Ausblick Lüftungszentrale Stollen Süd (LSS)

Zugangsstollen Süd2TG

LZ LSS

SISto (Bestand)

Weitere Abschnitte in

Planung → Abschluss

DP 2020



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Lessons learned: Pilotprojekt

• Zentraler Klärungsbedarf bei Projektstart

• Erarbeitung Vorschlag technischer Projektstruktur

• Definition Informationsgehalt und Modellierungsrichtlinien auf Basis

Fachhandbuch

• Regelung Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung

• Im Infrastrukturbau werden nicht Einzelobjekte sondern Systeme

modelliert, die eine starke Interaktion mit weiteren Systemen

aufweisen: «System of Systems»

• Kombiniert mit komplexen Geometrien, Achsen und hohen

Datenmengen sowie der Bestandsmodellierung entstehen im

Infrastrukturbau höhere Anforderungen an Software-Komponenten

aber auch an das Daten- und Informationsmanagement

• Die (noch) fehlende Standardisierung im Infrastrukturbau (z.B. ifc-

tunnel) stellt eine zentrale Herausforderung dar und erhöht den

Initialiserungsaufwand



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Nächste Schritte im Pilotprojekt

• Modellvorstellung / Erste Kollaboration mit ASTRA FU

• Einbezug von Betrieb, Erhaltungsplanung und Unterhalt (Bau

und BSA):

• Besprechung und Prüfung der vorgeschlagenen

technischen Projektstruktur (inkl. Bezeichnungen der

Bauteile / Farbcodierung / AKS-Code etc.)

• Abstimmung Informationsbedarf und -gehalt der Modelle

• Erste Prüfung von Übergabeprozessen an

Bauwerksdokumentation (MISTRA, Digiplan etc.) resp.

Abgleich mit anderen Datenbanken (z.B. über Verlinkung)

Die BIM-Methode bietet dann grosses Potential, wenn das

Modell während des gesamten Life-Cycle genutzt werden

kann und ein konsistenter, verlustfreier digitaler

Datenfluss über die gesamte Nutzungsdauer erzielt wird



Forschungsprojekt Tunnel Lungern

• Normalerweise wird dunkler Strassenbelag eingebaut

• Tunnelbeleuchtung: Adaptationsbeleuchtung nur Tag,

Durchfahrtsbeleuchtung Tag und Nacht

• Forschungsprojekt «Minimierung der aktiven Beleuchtung in

Tunneln», Monitoring von 2012 – 2016

• Untersuchung Auswirkungen von verschiedenen Parametern

auf die aktive Beleuchtung und den damit verbundenen

Energieverbrauch

• Tunnel Lungern wurde dazu in 4 Abschnitte unterteilt


3.3 Belagswahl im Tunnel


• Monitoring ermöglichte es, die Energie- und

Kosteneinsparungen durch den Einsatz eines hellen

Fahrbahnbelags zu belegen und zu quantifizieren

• Materialkombination mit hellen Belägen und weiss

gestrichenen Wänden ergibt die grössten Einsparungen

• Auf einen Deckenanstrich kann verzichtet werden


Ergebnisse Tunnel Lungern


Die Verwendung eines hellen Fahrbahnbelags im

Gegenverkehrstunnel kann zusammenfassend wie folgt

charakterisiert werden:

• gute Wirtschaftlichkeit

• kein negativer Einfluss auf die Verkehrssicherheit

• Sichtbarkeit der Markierung mit Massnahmen gegeben

Reflexionseigenschaft des hellen Belags über vier Jahre

stabil

Als Schlussfolgerung dieses Monitorings werden helle

Beläge in neuen Tunnelprojekten oder bei

Tunnelsanierungen empfohlen


Fazit Tunnel Lungern


Variantenstudium Belag 2. Röhre GST

• Tunnelbeleuchtung «normaler» / «heller» Belag

• Auslegungsdaten Gotthardstrassentunnel 2TG Länge= 16.7 km


Durchfahrtsbeleuchtung

Einfahrtsbeleuchtung

Umgebung Leuchten-

abstand

Leuchten-

leistung

Anzahl

Leuchten

Variante 1: Punktbeleuchtung

Gegenstrahlbeleuchtung

«normal» 11 m 64 W 1520

Variante 2: Punktbeleuchtung

symmetrische Beleuchtung

«hell» 14 m 56 W 1410

Variante 3: Leuchtenband

Gegenstrahlbeleuchtung

«normal» 3.0 m 16 W 5530

Variante 4: Leuchtenband

symmetrische Beleuchtung

«hell» 3.3 m 16 W 4900

Auslegungsgrundlagen[1] SIA 197-2 Projektierung Tunnel Strassentunnel Auflage 1, 2004

[2] ASTRA Richtlinie 13015 Beleuchtungsanlagen V1.11, 2017

[3] SN 640551 Öffentl. Beleuchtung Strassentunnel Aug. 2017

[4] ASTRA FHB TMB 23 001-11200 Beleuchtung V2.00, 01.01.2019

Die Variantengruppen 1/2 bzw. 3/4 unterscheiden sich nur in der Art der Leuchtenanordnung, indem

Einzelleuchten mit grösseren Abständen oder ein Leuchtenband eingesetzt wird. Diese Systemauslegung

beeinflusst direkt die Güte der Gleichmässigkeit der Ausleuchtung für den Verkehrsteilnehmer.

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• gleichmässige Fahrbahnausleuchtung

• Übergangszone zwischen den Leuchten

• Gütefaktor > 73%

• durchgehend gleichmässige Fahrbahnausleuchtung

• keine Übergangszone zwischen den Leuchten

• Gütefaktor > 95%

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Bewertung

• Weiteres Vorgehen: im Rahmen der DP-Phase wird ein

Entscheid getroffen


Umgebung

Beleuchtungsart

Kosten Energie-

verbrauch

Einsparung

helle Umgebung

Bemerkung

Variante 1: «normal»

Punktbeleuchtung

3.1 Mio 705’000 kWh • tiefere Investition

• signifikante

Energieeinsparung

• Fahrbahnausleuchtun

g mit

Übergangszonen

Variante 2: «hell»

Punktbeleuchtung

2.6 Mio 565’000 kWh 34% zu Variante 1

Variante 3: «normal»

Leuchtenband

3.5 Mio 618’000 kWh • höhere Investition

• qualitativ bessere

Fahrbahnbeleuchtung

bei gleichbleibendem

Energieverbrauch

• Erhöhte Sicherheit

durch durchgehend

gleichmässige

Ausleuchtung

Variante 4: «hell»

Leuchtenband

3.2 Mio 568’000 kWh 8% zu Variante 3

Der Einsatz einer hellen Umgebung im Tunnel beeinflusst den Energieverbrauch markant für die beiden

Variantengruppen 1/2 bzw. 3/4, egal welches Beleuchtungssystem gewählt wird.

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