Geotechnisches Gutachten - lbm.rlp.de · passung der Achse und der Gradiente im Tunnel sowie in den...

Vorhaben:

Änderung Horchheimer Tunnel Planfeststellungsabschnitt km 0.3+50 bis km 1.3+05

Unterlage 16.1

Seite 1 von 1

Geotechnisches Gutachten

Vorhabenträgerin:

DB Netz AG

Regionales Projektmanagement

(I.NP-MI-M-T)

Hahnstraße 49

D-60528 Frankfurt / M.

Frankfurt, 09.06.2017 gez. i. V. Nink

Datum Unterschrift

Frankfurt, 14.09.2017 gez. i. A. Catikkas

Datum Unterschrift

Datum Unterschrift

Vertreter der Vorhabenträgerin:

Verfasser:

CDM Smith Consult GmbH

Neue Bergstraße 13

64665 Alsbach

Genehmigungsvermerk Eisenbahn-Bundesamt

Planungsstand: 08.06.2017

WASSER + UMWELT + INFRASTRUKTUR + ENERGIE + BAUWERKE + GEOTECHNIK

CDM Smith Consult GmbH · Neue Bergstraße 13 · 64665 Alsbach · tel: 06257 504-0 · fax: 06257 504-100 · [email protected] · cdmsmith.com Bankverbindungen: Sparkasse Darmstadt BLZ 508 501 50 Konto 220 019 81 IBAN DE86 5085 0150 0022 0019 81 BIC (Swift) HELADEF1DAS UniCredit Bank Frankfurt BLZ 508 202 92 Konto 304 514 5 IBAN DE44 5082 0292 0003 0451 45 BIC (Swift) HYVEDEMM487 Commerzbank Bochum BLZ 430 400 36 Konto 221 113 400 IBAN DE39 4304 0036 0221 1134 00 BIC (Swift) COBADEFF430 Niederlassung: Rhein-Main, eingetragen unter HRB 10957 AG Bochum Geschäftsführung: Hans-Martin Gaus (Vorsitz) · Dr.-Ing. Peter Jordan · Heiko Kroll

Q:\94000-94499\94203\Berichte\Bericht 3- Baugrundgutachten\20140508_baugrundgutachten_horchheim.docx

Strecke 3031 Abzw. Koblenz Pfaffendorf – Abzw.

Koblenz Horchheimer Brücke

Erneuerung des

Horchheimer Tunnel

Geotechnisches

Gutachten

Projekt-Nr.: 94203 Bericht-Nr.: 03

Erstellt im Auftrag von:

DB ProjektBau GmbH

Niederlassung Mitte

Hahnstraße 49

60528 Frankfurt am Main

Dipl.-Ing. H. Fromm

Prof. Dr.-Ing. W. Krajewski

Alsbach, 2014-05-09


20140508_baugrundgutachten_horchheim.docx Seite 2/88

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

1 VORBEMERKUNGEN .................................................................................................. 6

2 UNTERLAGEN ............................................................................................................. 7

3 AUFGABENSTELLUNG ............................................................................................... 9

4 BAUWERK ................................................................................................................. 10

4.1 Bauwerksdaten............................................................................................................ 10

4.2 Bauweise, Ausbau und Sanierungen [U3] ................................................................... 10

4.3 Schadensbild ............................................................................................................... 14

5 UNTERSUCHUNGSUMFANG .................................................................................... 16

5.1 Bohrungen, Schürfe und Sondierungen ....................................................................... 16

5.2 Geophysikalische Untersuchungen ............................................................................. 18

5.3 Felduntersuchungen .................................................................................................... 19

5.4 Laboruntersuchungen.................................................................................................. 19

6 BAUGRUND ............................................................................................................... 22

6.1 Geologischer Überblick ............................................................................................... 22

6.2 Ergebnisse der Aufschlussbohrungen ......................................................................... 23

6.3 Trennflächengefüge .................................................................................................... 25

6.4 Ergebnisse der Feld- und Laborversuche .................................................................... 28

6.4.1 Bohrlochaufweitungsversuche ..................................................................................... 28

6.4.2 Kamerabefahrung von Bohrlöchern ............................................................................. 29

6.4.3 Optischer Bohrlochscanner ......................................................................................... 30

6.4.4 Einaxiale Druckversuche und Punktlastversuche ........................................................ 30

6.4.5 Verformbarkeit ............................................................................................................. 33

6.4.6 Natürlicher Wassergehalt und Dichte .......................................................................... 33

6.4.7 Spaltzugfestigkeit ........................................................................................................ 33

6.4.8 Abrasivität ................................................................................................................... 34

6.5 Felsmechanische Kennwerte ....................................................................................... 35

6.6 Bergwasserverhältnisse .............................................................................................. 36

6.7 Erdbebengefährdung ................................................................................................... 43

7 BESTANDSAUFNAHME DER BESTEHENDEN TUNNELSCHALE .......................... 44

7.1 Ergebnisse der Begehung Tunnel und Gelände .......................................................... 44

7.2 Ergebnisse der geophysikalischen Erkundung ............................................................ 47

7.2.1 Längsprofile „Ulme“ ..................................................................................................... 48

7.2.2 Längsprofile „Kämpfer“ ................................................................................................ 49

7.2.3 Längsprofil „Firste“ ...................................................................................................... 49

7.2.4 Längsprofile „Sohle“ .................................................................................................... 49

7.3 Ergebnisse der Kernbohrungen ................................................................................... 50



7.4 Zusammenfassende Ergebnisse von geophysikalischer Erkundung und Kernbohrungen .................................................................................................................................... 51

7.5 Ergebnisse der Laborversuche .................................................................................... 56

7.5.1 Einaxiale Druckversuche und Punktlastversuche ........................................................ 56

7.5.2 Natürlicher Wassergehalt und Dichte .......................................................................... 58

7.5.3 Abrasivität ................................................................................................................... 58

7.6 Mechanische Kennwerte ............................................................................................. 59

8 BEFAHRUNG DES SCHACHTES .............................................................................. 60

9 BEGEHUNG DES FIRSTSTOLLENS UND DER TUNNELPORTALE ........................ 64

9.1 Nordportal ................................................................................................................... 64

9.2 Südportal ..................................................................................................................... 66

10 BEGEHUNG DES PUMPENHAUSES ........................................................................ 71

11 UMWELTTECHNISCHE UNTERSUCHUNGEN UND BEWERTUNG ......................... 73

12 BESTANDSAUFNAHME DES BESTEHENDEN GLEISKÖRPERS ........................... 79

12.1 Ergebnisse der Schürfe ............................................................................................... 79

12.2 Umwelttechnische Untersuchungen und Bewertung .................................................... 79

13 AUFNAHME DER BESTEHENDEN ENTWÄSSERUNGSLEITUNGEN...................... 83

14 ERGÄNZENDE HINWEISE FÜR DIE WEITERE PLANUNG ...................................... 85

14.1 Bergwasser ................................................................................................................. 85

14.2 Portale ......................................................................................................................... 86

14.3 Vorhandene Tunnelauskleidung .................................................................................. 87



ANLAGENVERZEICHNIS

Anlage 1 Lagepläne Anlage 1.1 Übersichtslageplan, M 1 : 25.000 Anlage 1.2 Geologische Übersichtskarte, M 1 : 25.000 Anlage 1.3 Lageplan Tunnel mit Erkundungspunkten, M 1:1.000

Anlage 2 Geotechnische Schnitte Anlage 2.1 Geotechnischer Längsschnitt Tunnel, M. 1:500 Anlage 2.2 Geotechnischer Querschnitt Tunnel, km 0,710, M. 1:250

Anlage 3 Technische Querprofile (M.1:50) Anlage 3.1 Querprofil T1, km 0,505 Anlage 3.2 Querprofil T2, km 0,550 Anlage 3.3 Querprofil T3, km 0,600 Anlage 3.4 Querprofil T4, km 0,650 Anlage 3.5 Querprofil T5, km 0,710 Anlage 3.6 Querprofil T6, km 0,738 Anlage 3.7 Querprofil T7, km 0,800 Anlage 3.8 Querprofil T8, km 0,850 Anlage 3.9 Querprofil T9, km 0,900 Anlage 3.10 Querprofil T10, km 1,040 Anlage 3.11 Querprofil V2, Voreinschnitt Portal Süd

Anlage 4 Schichtenverzeichnisse, Bohrprofile, Fotodokumentation Anlage 4.1 Schichtenverzeichnisse der Kernbohrungen GWM 1 bis GWM 4 Anlage 4.2 Bohrprofile der Kernbohrungen GWM 1 bis GWM 4 Anlage 4.3 Fotos der Kernbohrungen GWM 1 bis GWM 4 Anlage 4.4.1 Profile der Schürfe SCH 1 bis SCH 4 (Phase 1) Anlage 4.4.2 Profile der Schürfe SCH 5 bis SCH 11 (Phase 2) Anlage 4.5.1 Schichtenverzeichnisse der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 1) Anlage 4.5.2 Schichtenverzeichnisse der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 2) Anlage 4.6.1 Bohrprofile der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 1) Anlage 4.6.2 Bohrprofile der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 2) Anlage 4.7.1 Fotos der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 1) Anlage 4.7.2 Fotos der Kernbohrungen im Tunnel (Phase 2)

Anlage 5 Fotodokumentation Anlage 5.1 Fotoaufnahmen der Tunnelschale, Gleis, Voreinschnitte, Gelände Anlage 5.2 Fotoaufnahmen vom Pumpenhaus



Anlage 6 Ergebnisse der geophysikalischen Erkundungen Anlage 6.1 Beschreibung des elektromagnetischen Reflexionsverfahrens Anlage 6.2 Querprofile Anlage 6.3 Längsprofile

Anlage 7 Ergebnisse der Feldversuche Anlage 7.1 Bohrlochaufweitungsversuche Anlage 7.2 Optischer Bohrlochscan Anlage 7.3 Ergebnisse Pumpversuche

Anlage 8 Boden- und Felsmechanische Laborversuche Anlage 8.1 Versuchsbericht Hochschule Darmstadt Anlage 8.2 Versuchsbericht Bodenmechanisches Labor der CDM Smith

Anlage 9 Umwelttechnische Untersuchungen Anlage 9.1 Umwelttechnische Analysen von Proben des Mauerwerks, Abdichtung, Entwässe-

rungsleitung Anlage 9.2 Umwelttechnische Analysen von Schottermischproben Anlage 9.3 Umwelttechnische Analysen von Bergwasser

Anlage 10 Kamerabefahrung Entwässerungskanäle Anlage 10.1 Haltungsstatistik und Haltungsberichte



1 VORBEMERKUNGEN

Der 576 m lange Horchheimer Tunnel liegt zwischen Bahn-km 0,484 und Bahn-km 1,060 auf der Strecke 3031 (Anlage 1.1). Im Zuge ihrer Sicherheitspflichten nach dem Allgemeinen Eisenbahn-gesetz (AEG) § 4 haben die Eisenbahnen des Bundes die Eisenbahninfrastruktur in einem be-triebssicheren Zustand zu halten. Beim Horchheimer Tunnel dokumentieren die regelmäßigen Bauwerksbegutachtungen eine stetige Verschlechterung der Bausubstanz.

Es ist vorgesehen, den bestehenden Tunnel vollständig zu erneuern. Da der Hochpunkt sich heu-te im Tunnel befindet und der Mindestradius von 300 m nicht eingehalten ist, bedarf es einer An-passung der Achse und der Gradiente im Tunnel sowie in den vorgelagerten Einschnittsbereichen.

Die DB ProjektBau GmbH - als Vertreter des Bauherrn - hat mit Bestellung vom 14.12.2012 zum Ingenieurvertrag Nr. 16/UCX/41082661 die CDM Smith Consult GmbH mit der Durchführung der Erkundung des bestehenden Tunnels sowie des anliegenden Gebirges und der Ausarbeitung eines geotechnischen sowie eines tunnelbautechnischen Gutachtens beauftragt.

Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse der Erkundungen beschrieben sowie die geo-technischen Analysen und Empfehlungen dargelegt. Dieses Gutachten stellt die Grundlage für den Entwurf, die Ausschreibung und die Baudurchführung dar und ersetzt das Vorgutachten ([U17]). Bei Abweichungen oder Widersprüchen gelten das vorliegende Gutachten bzw. im weite-ren Projektverlauf ggf. erarbeitete Fortschreibungen, Detaillierungen oder Aktenvermerke.



2 UNTERLAGEN

[U1] Topographische Karte Blatt 65611 Koblenz, Maßstab 1:25.000, Landesvermessungs-amt Rheinland-Pfalz, 1981

[U2] Geologische Karte Blatt 5611 Koblenz, Maßstab 1:25.000, mit Erläuterungen von J. Gad, P. Schäfer und M. Weidenfeller, Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz, Mainz 2008

[U3] Bauwerksbuch Horchheimer Tunnel, DB Netz AG, Regionalbereich NL Mitte, Betriebs-standort Koblenz, ohne Datum

[U4] Bestandsaufnahme vor Umbau, Horchheimer Tunnel, Vermessungsbüro Riemen-schneider, Stand 03.08.2012

[U5] Erneuerung des Horchheimer Tunnel – Vorabzug Erläuterungsbericht Vorentwurf, BUNG Beratende Ingenieure, Heidelberg, Stand 01.02.2013

[U6] Erneuerung Horchheimer Tunnel – Bericht 1 Erkundungskonzept, CDM Smith, Stand 09.11.2012

[U7] Erneuerung Horchheimer Tunnel - Ergebnisbericht der Erkundungsarbeiten Schacht und Firststollen, verifizierte Version nach Erhalt der Vermessungsdaten, 19.04.2013

[U8] Erneuerung Horchheimer Tunnel - Aktenvermerk: Ergebnis der historischen Recherche zu Grundwassermessstellen und Quellen, Geo Consult POHL, 18.04.2013

[U9] Klassifizierung und Prognose von Werkzeugverschleiß bei konventionellen Gebirgslö-severfahren im Festgestein, Ralf J. Plinninger, Münchner Geologische Hefte, Reihe B: Angewandte Geologie, Technische Universität München, 2002

[U10] Richtlinie 853 – Eisenbahntunnel planen, bauen und instand halten, DB Netz AG, Frankfurt am Main, gültig ab 01.12.2012

[U11] Richtlinie 836 – Erdbauwerke planen, bauen und instand halten, DB Netz AG, Frankfurt am Main, gültig ab 01.10.2008

[U12] LAGA Richtlinie 20 – Mitteilung der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall vom November 2003

[U13] TRGS 519: Technische Regeln für Gefahrstoffe: Asbest; Abbruch-, Sanierungs- oder Instandhaltungsarbeiten (Ausgabe Sept. 2001, zuletzt geändert Jan. 2007, berichtigt März 2007)

[U14] Landesbetrieb für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht, Mainz: Merkblatt Entsorgung von Gleisschotter, Analytik, Abfalleinstufung, Deponierung, Verwertung, 08. Januar 2007

[U15] Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA): Ableitung von Geringfügigkeitsschwellen-werten für das Grundwasser, Düsseldorf, Dezember 2004

[U16] Satzung der Stadt Koblenz über die öffentliche Abwasserbeseitigung, den Anschluss der Grundstücke an die städtischen Einrichtungen zur Abwasserbeseitigung und über



die Beseitigung des in Kleinkläranlagen anfallenden Schlammes und des in Gruben gesammelten Abwassers (Abwassersatzung), Stadt Koblenz, Beschluss der Sitzung vom 18.12.2009

[U17] Erneuerung Horchheimer Tunnel – Bericht 2 Vorgutachten, CDM Smith, Stand 09.11.2012

[U18] Kanal-TV-Untersuchung, Schreiber Umweltschutz GmbH, DVD, E-Mail mit Planskizze vom 31.05.2013



3 AUFGABENSTELLUNG

Im Rahmen der Planungen zur Erneuerung des Horchheimer Tunnels sind das bestehende Tun-nelbauwerk sowie das anliegende Gebirge hinsichtlich ihres Aufbaus und der mechanischen Ei-genschaften zu untersuchen. Der Leistungsumfang setzt sich wie folgt zusammen:

Phase 1 – Vorgutachten zum Vorentwurf

• Ausarbeitung des Bohr- und Erkundungsprogramms

• Bestandsaufnahme der örtlichen Verhältnisse

• Durchführung von Kernbohrungen in nächtlichen Sperrpausen

• Durchführung von Kernbohrungen und Herstellung von Grundwassermessstellen obertage

• Durchführung von geophysikalischen Untersuchungen in den nächtlichen Sperrpausen

• Feld- und Laborversuche

• Umwelttechnische Untersuchungen

• Auswertung der Erkundungsergebnisse und Beschreibung der Baugrund- und Grund-wasserverhältnisse

• Untersuchung der bestehenden Tunnelinnenschale hinsichtlich Mauerwerksdicken, Hinterfüllungen und Hohlräumen

• Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von bestehendem Ausbau und Gebirge

Phase 2 – Gutachten zu Entwurf und Ausschreibung

• Ergänzende Bestandsaufnahme der örtlichen Verhältnisse (Schacht, Firststollen, Por-tale)

• Messungen in den Grundwassermessstellen (Kurzpumpversuche, Stichtagsmessungen)

• Ergänzende Kernbohrungen in den nächtlichen Sperrpausen

• Ergänzende Umwelttechnische Untersuchungen

• Auswertung der Erkundungsergebnisse und Beschreibung der Baugrund- und Grund-wasserverhältnisse (Evaluierung)

• Untersuchung der bestehenden Tunnelinnenschale hinsichtlich Mauerwerksdicken, Hinterfüllungen und Hohlräumen (Evaluierung)

• Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von bestehendem Ausbau und Gebirge (Evaluierung)

• Unterteilung der Tunneltrasse in Homogenbereiche

• Bautechnische Empfehlungen zum Vortriebs- und Ausbauverfahren als Grundlage der Entwurfsplanung (Tunnelbautechnisches Gutachten)

• Abschätzung der Belastung der neuen Tunnelinnenschale (Tunnelbautechnisches Gutachten)

• Angaben zum Messprogramm (Tunnelbautechnisches Gutachten)



4 BAUWERK

4.1 Bauwerksdaten

Der 576 m lange Horchheimer Tunnel befindet sich zwischen Bahn-km 0,484 und Bahn-km 1,060 auf der Strecke 3031. Diese Strecke ist eingleisig ausgebaut und elektrifiziert. Sie verläuft zwi-schen dem Abzweig Koblenz Pfaffenhofen und dem Abzweig Koblenz Horchheimer Brücke zwi-schen Bahn-km 0,063 und Bahn-km 1,363.

Der Tunnel verläuft bogenförmig in etwa Nord-Süd-Richtung. Das Gelände steigt quer zum Tun-nelverlauf vom Rheintal bei ca. 60 mNN auf ca. 120 mNN im Tunnelbereich auf bis ca. 350 mNN im Bereich der Horchheimer Höhe an. Der Abstand des Tunnels zum Rhein beträgt ca. 300 m, die Tunnelsohle liegt mit ca. 80 mNN ca. 20 m über dem Rhein.

Die Überdeckung beträgt an den Portalbereichen ca. 5 m und steigt bis auf max. 38 m an. Ober-halb des Tunnels befindet sich natürliches Gelände (teilweise Naturschutzgebiet). Vereinzelt ist der Tunnel mit Einfamilienhäusern überbaut.

An den Tunnel schließen nördlich und südlich Voreinschnitte an, die ca. 300 m bzw. 150 m lang sind. Die Voreinschnitte erreichen bergseitig Höhen bis ca. 15 m und 20 m, die Böschungsnei-gungen betragen ca. 1:1 und steiler. Etwa 150 m vor dem Nordportal und etwa 30 m vor dem Südportal queren Straßenbrücken die Voreinschnitte.

Der Horchheimer Tunnel war ursprünglich für einen zweigleisigen Betrieb mit einem Gleisabstand von 3,50 m vorgesehen.

Die Eröffnung des Tunnels erfolgte im Jahr 1902.

4.2 Bauweise, Ausbau und Sanierungen [U3]

Der im Jahr 1902 in Betrieb genommene Tunnel verläuft von km 0,484 bis km 1,059 der DB-Strecke 3031, die Tunnellänge beträgt damit L = 575 m. Die Gradiente SO steigt von Norden nach Süden von ca. 78,8 mNN auf ca. 80,4 mNN, die Neigung beträgt überwiegend ca. 2,6 ‰. Der Tunnel hat eine Breite von ca. 8,4 m und eine Höhe über SO von ca. 6,2 m. Ein Sohlgewölbe ist nicht vorhanden. Seit der Elektrifizierung im Jahr 1962 wird der Tunnel eingleisig betrieben, das Gleis liegt in Mittellage.

Nach den vorliegenden Unterlagen besteht das Tunnelgewölbe in ganzer Länge aus Bruchstein-mauerwerk, ebenso das linke Widerlager1 . Die Widerlager des Tunnelgewölbes bestehen z.T. aus Bruchsteinmauerwerk und z.T. aus gewachsenem Fels (s. Anlage 1.3). Bereichsweise wur-den die Widerlager nachträglich mit Klinkermauerwerk saniert (siehe Tabelle 4.1). Der Zwischen-

1 Links und rechts werden in diesem Bericht in Blickrichtung der Kilometrierung verwendet. Rechts= Wes-ten= talseitig; Links= Osten= bergseitig. ldB= links der Bahn; rdB= rechts der Bahn.



raum zwischen Mauerwerk und Gebirge wurde mit Bruchsteinen hinterpackt. Die Hinterfüllung ist bereichsweise vermörtelt oder mit Sinter verbacken. Es bestehen Hinweise auf einen Firststollen. Am Südportal ist der Firststollen zugänglich. Im Kämpferbereich sind im Mauerwerk bereichswei-se Entwässerungsöffnungen.

Das Bruchsteinmauerwerk des Tunnelgewölbes ist nach den vorliegenden Archivangaben durchschnittlich ca. 50 cm dick, an nassen Stellen auch bis ca. 90 cm dick ausgeführt worden. Das Tunnelgewölbe wurde laut Bauwerksbuch mit sog. Siebelschen Patentplatten abgedichtet. Dabei handelt es sich um Abdichtungen aus Walzblei zwischen einem beiderseitigen Überzug aus Asphalt-Dachpappe. In der Örtlichkeit wurden Zinkblechplatten angesprochen.

Beide Tunnelportale sind mit ausgesuchten Bruchsteinen gemauert und heute mit Efeu bewach-sen. Gesimse, Abdeckplatten und Gewölbesteine bestehen entsprechend [U3] aus Niedermendiger Basaltlava.

Bei km 0,739 besteht ein ehemaliger bauseits genutzter Schacht, der ausgemauert wurde und vermutlich als Lüftungsschacht genutzt wurde. Der Durchmesser beträgt ca. 1 m.

Wie zu erwarten wurden im Tunnel im Laufe der inzwischen 111-jährigen Betriebszeit mehrere Umbau- und Sanierungskampagnen durchgeführt:

Im Jahr 1955 wurde rd. 750 m² Widerlagermauerwerk im Torkretverfahren verfugt. Eine räumliche Zuordnung dieser Sanierung ist heute nicht mehr möglich.

Im nassen Abschnitt des Tunnels wurde im Zuge des Umbaus im Jahr 1962 das Tunnelgewölbe mit einem bis ca. 10 cm dicken Dichtungsputz mit konstruktiver Bewehrung und seitlichen Ab-flussrinnen abgedichtet. Entsprechend der Ergebnisse der geophysikalischen Untersuchungen wurde in diesen Bereichen vermutlich ein Drahtgeflecht im Spritzbeton verbaut. In den Kernboh-rungen wurde kein Metall festgestellt. Es dürfte sich daher um ein Geflecht mit geringem Durch-messer handeln. Heute ist im Tunnel im Gewölbe eine innenliegende Dichtputzschicht vom Nord-portal bis etwa km 0,730 erkennbar. Eine Verankerung des Putzes geht weder aus den Bau-werksunterlagen hervor, noch sind sie in der Örtlichkeit erkennbar.

Lokal wurde das Natursteinmauerwerk mit Ziegelplomben ausgebessert.

Nach [U3] wurde die Auskleidung des Tunnels gemäß den Angaben in der Tabelle 4.1 ausge-führt.



Tabelle 4.1 Tunnelauskleidung [U5]

Rechtes Widerlager

Station Dichtputz Grauwacke Gewölbe und linkes Widerlager

Grauwacke Fels Ziegel

0,484 bis 0,700 216 m 216 m 216 m

0,700 bis 0,730 30 m 30 m 30 m

0,730 bis 0,790 60 m 60 m

0,790 bis 0,805 15 m 15 m

0,805 bis 0,813 8 m 8 m

0,813 bis 0,846 33 m 33 m

0,846 bis 0,854 8 m 8 m

0,854 bis 0,885 31 m 31 m

0,885 bis 1,018 133 m 133 m

1,018 bis 1,060 42 m 42 m

Im Tunnel wurden auf der linken Seite 21 Nischen und auf der rechten Seite 8 Nischen angeord-net.

Bereits beim Bau des Tunnels wurde der nördliche Teil als sehr nass und der südliche Teil als fast trocken festgestellt. Es wurde deshalb im nördlichen Tunnelabschnitt ein mittig liegender Sohlkanal vom Nordportal bei km 0,484 bis etwa km 0,775 eingebaut. Der Sohlkanal war nicht ausgemauert und mit Platten abgedeckt. Dieser Kanal wurde im Zuge des Umbaus im Jahr 1962 verfüllt und durch seitliche Betonhalbschalen ersetzt. Diese seitlichen Rinnen wurden von km 0,484 bis km 0,870 bzw. 0,890 teilweise in ein Mörtelbett, teilweise erdverlegt eingebaut und sind im Tunnel noch gut sichtbar. Sie sind bereichsweise stark wasserführend, teilweise beschädigt und mit Ablagerungen gefüllt. Im südlichen Abschnitt sind keine Entwässerungsanlagen vorhan-den.

Im Jahr 1951 wurde im Lüftungsschacht bei km 0,739 behelfsmäßig ein Auffangkessel eingebaut und das stark anfallende Wasser in den Sohlkanal geleitet. Etwa bei km 0,730 befindet sich ein Ortbetonbauwerk im rechten Widerlagerbereich, das vermutlich die damalige Wasserfassung war. Im besonders nassen Abschnitt im Nahbereich des Schachtes wurden zu einem unbekann-ten Zeitpunkt luftseitig Zinkblechplatten zur Abdichtung des Gewölbes und der Widerlager bis ca. 1,5 m über Tunnelsohle eingebaut.

Im Abschnitt der besonders starken Wasserzutritte von etwa km 0,550 bis km 0,750 bestehen insgesamt 36 Wasserfassungen (links 31 und rechts 5 Fassungen). Es handelt sich dabei um



einfache Fassungen, bei denen Rohre in Höhe der SO aber auch im Kämpferbereich durch das Bruchsteinmauerwerk in die Hinterfüllung der Tunnelauskleidung geführt wurden. Die anfallende Wassermenge wird mit ca. 10 m3/h angegeben. Entsprechend Bauwerksbuch [U3] wurde im Jahr 1930 mit der Gemeinde Pfaffendorf ein Gestattungsvertrag zur Fassung des im Tunnel anfallen-den Wassers geschlossen. Es wurden zwischen Bahn-km 0,710 und Bahn-km 0,830 am linken Widerlager ca. auf Höhe von SO 36 Quellfassungen und zwischen Bahn-km 0,710 und 0,745 10 Quellfassungen in Höhe des Kämpfers am rechten Widerlager hergestellt. Das anfallende Was-ser wird über eine erdverlegte Sammelleitung r.d.B. zum Nordportal geführt.

Laut [U3] hat das Wasser keine betonzersetzenden Eigenschaften. Es wird hier aber darauf hin-gewiesen, dass der Tunnel bereichsweise starke Versinterungserscheinungen aufweist.

Das Wasser wurde bis 1986 von den Stadtwerken Koblenz für die Trinkwasserversorgung ver-wendet. Wegen Überschreitung der Nitrat-Grenzwerte wird das Wasser seit 1986 nicht mehr ge-nutzt und in die Vorflut abgeleitet.

Die oben widergegebenen Angaben des Bauwerksbuchs sind teilweise widersprüchlich. Die Quellfassungen sind nicht mehr vollständig vorhanden und teilweise zerstört, so dass eine zwei-felsfreie Aussage zur Anzahl und Schüttmenge der Quellfassungen heute nicht getroffen werden kann.

Im Zuge der Eingleisigmachung (1962) wurde im Nassbereich des Tunnels in sehr stark wasser-führenden Abschnitten Saugleitungen aus PVC-Halbschalen hergestellt, die teils in Schlitze im Mauerwerk, überwiegend aber auf der Laibung befestigt und später überputzt wurden. Auf der Tunnelsohle wurden Kunststoffhalbschalen seitlich verlegt. Die gereinigten Gewölbeflächen wur-den durch Aufbringen einer 6 cm dicken, mit Maschendraht bewehrten Zementmörtelschale im Trockenspritzverfahren abgedichtet. Im nördlichen Tunnelportalbereich wurde auf ca. 40 m Länge die Gradiente abgesenkt. Die Profilmessungen aus dem Jahr 2013 zeigen, dass das heutige Tunnelprofil das Lichtraumpro-fil GC gemäß EBO nicht gewährleisten kann. Die aus [U4] und [U5] entnommenen Bestandsda-ten sind in der Tabelle 4.1 zusammengestellt. Entsprechend der Bestandsunterlagen [U3] wurde das Nordportal im zweiten Weltkrieg zumin-dest teilweise zerstört und 1948 wiederhergestellt.



Tabelle 4.2 Bestandsmessung [U5]

Station Gleishöhe m NN

Firste m NN

Höhe über SO m

max. b links

m

max b rechts

m

Gesamt-breite m

Besonderheit

0+500 79,06 85,09 6,03 4,04 4,42 8,46

0+550 79,22 85,19 5,97 4,07 4,35 8,42

0+600 79,38 85,26 5,88 4,14 4,29 8,43

0+650 79,54 85,37 6,03 4,00 4,36 8,36

0+700 79,70 85,43 5,73 3,91 4,53 8,44 Nischen

0+750 79,85 85,80 5,95 4,05 4,30 8,35

0+800 79,97 86,15 6,18 4,08 4,56 8,64

0+850 80,09 86,08 6,00 4,31 4,55 8,86

0+900 80,22 86,17 5,95 4,29 4,65 8,94

0+950 80,34 86,35 6,01 4,23 4,72 8,95 Nische

1+000 80,38 86,42 6,04 4,21 4,63 8,84

1+050 80,40 86,54 6,14 4,26 4,31 8,57

4.3 Schadensbild

Im Bauwerksbuch [U3] ist die Tunnelabwicklung mit zeichnerischer Darstellung (Handskizzen) der in der Tunnelauskleidung festgestellten Schäden aus verschiedenen Hauptprüfungen enthal-ten. Die aktuellste Unterlage ist mit dem 17.09.2010 datiert. Danach umfasst das derzeitige Schadensbild Hohlstellen, Risse sowie Abplatzungen am Dichtputz und Wasserzutritte, Versinterungen, hohl klingende Bereiche sowie ausgewaschene Mörtelfugen im Bereich des Mauerwerks. Über die Schäden wurde sich am 17.11.2012 in einem Telefonat mit dem Fach-Beauftragten der DB Netz AG ausgetauscht.

CDM Smith hat am 07.11.2012 eine Inaugenscheinnahme der Portalvoreinschnitte und in der Nachtsperrpause vom 13. auf den 14.12.2012 eine Begehung des Tunnels zur gutachterlichen Bewertung und Ersteinschätzung des Zustands und des Schadensbildes durchgeführt. In der Nacht vom 08. auf den 09.05.2013 erfolgte eine nochmalige Begehung unter Beteiligung des Fachbeauftragten der DB Netze (Herr Herborn).

Hierbei wurden die in [U3] dokumentierten Schäden dem Grunde nach bestätigt. Entsprechend unserer gutachterlichen Einschätzung sind die Schäden, die für die Stand- und Betriebssicherheit besonders relevant sind, im Wesentlichen

• die bereichsweise sehr starken Wasserzutritte und die damit verbundene

• Schwächung des Mauerwerks infolge Fugenzersatz.

Die Fugen des Natursteinmauerwerks sind in weiten Teilen mürbe und zersetzt. Dies dürfte auch die Ursache für die teilweise verbrochene Nische km 0,960 sein.



Augenscheinlich ist das nachträglich eingebaute Klinkermauerwerk in weiten Teilen als größten-teils intakt.

Der nachträglich eingebaute Spritzbeton bzw. Spritzputz weist Risse, Hohlstellen und Versinterungen im für sein Alter üblichen Umfang auf. Für die Betriebssicherheit relevant dürfte daher erwartungsgemäß der Verbund zwischen Spritzbeton bzw. –putz und Mauerwerk sein.

Die in [U3] erwähnte Verdrückung wurde gemeinsam mit dem Fachbeauftragten nochmals in Au-genschein genommen und konkretisiert. Es handelt sich um eine Wölbung der Tunnelschale im Bereich der ehemaligen offenen Bauweise kurz vor dem Südportal. Es dürfte sich um eine her-stellungsbedingte Auffälligkeit handeln, die weder eine nennenswerte statische Relevanz oder Ursache haben dürfte und als unkritisch eingestuft wurde.

Zur Ersteinschätzung der Stabilität der Voreinschnitte wurden die bestehenden Portalstirnwände, die Stützwand am Südportal sowie die Böschungen hinsichtlich aus Hangschub resultierender Verformung sowie auf Vorhandensein von Wuchsfehlern des Baumbewuchses in Augenschein genommen. Weder Stützbauwerke noch Böschungen und Bewuchs deuten auf nennenswerte Instabilitäten der Voreinschnitte hin.



5 UNTERSUCHUNGSUMFANG

5.1 Bohrungen, Schürfe und Sondierungen

Zur Untersuchung des Aufbaus der bestehenden Innenschale des Horchheimer Tunnels und zur Untersuchung der Baugrundverhältnisse im Nahbereich des Tunnels wurden direkte Aufschluss-verfahren in Form von Kernbohrungen, Schürfen und Sondierungen durchgeführt.

Im Hochheimer Tunnel wurde in Phase 1 der Erkundungsarbeiten in 6 Erkundungsquerschnitten insgesamt 9 Kernbohrungen mit Längen von 2 m bis 4 m durchgeführt. Die Aufschlussdichte wurde in Phase 2 durch 27 weitere Kernbohrungen mit Längen von 2 m bis 4 m erhöht (siehe Tabelle 5.1). Die Bohrungen wurden unter verschiedenen Neigungen vom Tunnelinneren aus radial nach außen bis in das anstehende Gebirge geführt.

Des Weiteren wurde im Voreinschnitt Süd eine schräg nach unten durchs Widerlager der beste-henden Stützwand gerichtete Kernbohrung abgeteuft (Tabelle 5.1).

Von der Geländeoberkante aus wurden 4 Kernbohrungen bis in eine Tiefe etwa in Höhe der Tun-nelsohle abgeteuft und als Grundwassermessstellen (GWM) ausgebaut.

Tabelle 5.1 Zusammenstellung der Kernbohrungen

Erkundungs-querschnitt

Bohrung Lage* Neigung Länge [m]

T1, km 0,505

BK 25 Links, Widerlager 70° nach unten 2,00

BK 505 HL Links horizontal 2,00

BK 505 VR Sohle rechts vertikal 3,20

BK 505 ÜK Firste vertikal 2,00

T2, km 0,550 BK 550 RR Rechts 40° 2,00

BK 550 RL Links 40° 2,00

T3, km 0,600

BK 23 Firste leicht schräg 2,60

BK 21 Rechts, Widerlager 70° nach unten 2,60

BK 600 RR Rechts 40° 2,00

BK 600 VL Sohle links vertikal 4,00

BK 600 HR Rechts horizontal 2,00

T4, km 0,650



BK 650 RL Links 45° 2,00

T5, km 0,710 BK 17 Ulme links horizontal 2,40

BK 710 VL Sohle links vertikal 4,00




BK 710 RL Links 40° 2,00

BK 710 SR Rechts, Widerlager 40° 2,00

T6, km 0,738

BK 33 (0,731 km)

Links horizontal 3,00



BK 738 RL Links 40° 2,00

T7, km 0,800

BK 800 RL Links 40° 2,00




BK 800 SL Links, Widerlager 70° nach unten 1,70

T8, km 0,850 BK 850 RL Links 40° 2,00


T9, km 0,900

BK 13 Firste leicht schräg 4,00

BK 12 Rechts, Ulme horizontal 2,30

BK 11 Rechts, Widerlager 70° nach unten 3,60


BK 900 SL Links 70° nach unten 2,00

T10, km 1,040 BK 5 Rechts, Widerlager 70° nach unten 2,20

V2, VE Süd, km 1,070

BK 4 Links, Widerlager

Stützwand 70° nach unten 3,00

* Blickrichtung mit aufsteigender Kilometrierung

Zur Untersuchung der Dicke des Gleisschotters im Bereich der geplanten Gradientenabsenkung im Voreinschnitt Nord und im Tunnel wurden im Rahmen der Geländearbeiten insgesamt elf Handschürfe durchgeführt (vgl. Tabelle 5.2).



Tabelle 5.2 Zusammenstellung der Handschürfe

Handschurf Station Tiefe [m]

Sch 1 Km 0,400 0,90

Sch 2 Km 0,415 0,30

Sch 3 Km 0,430 0,30

Sch 4 Km 0,445 0,25

Sch 5 Km 0,702 (r.d.B.) 0,20

Sch 6 Km 0,710 (l.d.B.) 0,20

Sch 7 Km 0,735 (r.d.B.) 0,20

Sch 8 Km 0,800 (l.d.B.) 0,30

Sch 9 Km 0,900 (l.d.B.) 0,20

Sch 10 Km 0,900 (r.d.B.) 0,20

Sch 11 Km 0,1040 (r.d.B.) 0,30

Die Aufschlussarbeiten wurden im Auftrag der CDM Smith Consult GmbH von der Firma BOG Bohr- und Umwelttechnik GmbH aus Caaschwitz im Gleisbereich in nächtlichen Sperrpausen im Dezember 2013 und Mai 2013 sowie von Februar bis April 2013 auf der Geländeoberfläche durchgeführt. Die Arbeiten wurden von CDM Smith fachlich begleitet und überwacht.

5.2 Geophysikalische Untersuchungen

Zur geophysikalischen Vorerkundung der Fels- und Ausbauverhältnisse im Bereich des Tunnels wurden zunächst in einem ersten Untersuchungsschritt Messungen mit Hilfe des elektromagneti-schen Reflexionsverfahrens (Georadar) im Tunnel durchgeführt. Dazu wurden mittels Georadar-aufnahmen fünf Längsschnitte (1x Firste, 2x Kämpferbereich und 2x Widerlagerbereich) aufge-nommen, die eine Auflösung eines Bereichs von 3 m hinter der Innenkante der Innenschale um-fassen.

Auf Grundlage der Grobauswertung der Georadaraufnahmen wurde die Position der anschlie-ßend ausgeführten Querprofile festgelegt, um bei entsprechenden Auffälligkeiten wie z.B. Stö-rungs- oder Zerrüttungszonen, diese gezielt zu untersuchen. Im Einzelnen wurden Messungen in fünf Querprofilen ausgeführt.

Des Weiteren wurden zwei Georadaraufnahmen rechts und links der Gleise durchgeführt, um die Felslinie und mögliche Schächte oder Querungen detektieren zu können. Eine Messung in Gleismitte lieferte aufgrund von störenden Einflüssen der Bahnschwellen nicht die für eine Aus-wertung nötige Datenqualität.



Das Verfahren selbst ist in der Anlage 6.1 beschrieben.

5.3 Felduntersuchungen

In einem Bohrloch der o. g. Kernbohrungen im Tunnel wurden ein Bohrlochaufweitungsversuch und eine Kamerabefahrung durchgeführt. In den vier Grundwassermessstellen wurde jeweils eine Kamerabefahrung vor dem Messstellenausbau durchgeführt. In drei Bohrlöchern wurden jeweils zwei Bohrlochaufweitungsversuche etwa auf Höhe der Tunnelfirste bzw. der -sohle vorgenom-men. Die Versuchsdurchführung erfolgte im Unterauftrag der BOG Bohr- und Umwelttechnik GmbH durch die Firma GIF aus Ettlingen. Die Ergebnisse der Bohrlochaufweitungsversuche und der Kamerabefahrungen sind in der Anlage 7 zusammengestellt.

In den Grundwassermessstellen GWM 1 bis GWM 3 wurden im Juli und August 2013 insgesamt drei Kurzpumpversuche durchgeführt. Die Wasserstände in den benachbarten Grundwasser-messstellen wurden während der Tests kontinuierlich mit automatischen Messsonden überwacht. Die Beharrungszeit wurde auf eine Stunde festgelegt. Der Wiederanstieg wurde über Nacht ge-messen.

5.4 Laboruntersuchungen

Zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Gesteins und der bestehenden Tunnel-auskleidung wurden an insgesamt 15 Proben boden- bzw. felsmechanische Laborversuche durchgeführt. Zur Bestimmung der umwelttechnischen Eigenschaften wurde an 12 Feststoffpro-ben der Tunnelinnenschale sowie an 5 Feststoffproben Schotter die Untersuchungsparameter nach LAGA Tabelle II, 1.4-5, 1,4-6 und an 2 Mischproben nach Altschotterrichtlinie untersucht.

Um den Werkzeugverschleiß bei der späteren Bauausführung einschätzen zu können, wurden Abrasivitätsversuche (CAI), Spaltzugversuchstests (Brazilian) sowie Punktlastversuche durchge-führt.

Das Untersuchungsprogramm ist in der Tabelle 5.3 aufgeführt.



Tabelle 5.3 Zusammenstellung der Laborversuche

Probe Material

Versuche

Ein

ax

Was

ser

Bra

zilia

n

CA

I

Ko

nsi

sten

z

Kö

rnu

ng

LA

GA

PA

K

Asb

est

Alt

sch

ott

er

BK4 Sandstein X

BK5 Sandstein X X

BK5 Sandstein X

BK12 Ziegel-MW X, X1 X X

BK12 Mörtel X1 X

BK12 Sandstein X X

BK13 NS-MW X, X1

X

BK13 Mörtel X1

BK17 Spritzbeton X

BK17 Tonschiefer X

BK17 Tonschiefer X X

BK19 Siltschiefer X X

BK21 Tonschiefer X X X

BK21 Siltschiefer

BK23 NS-MW X X X

BK23 Tonschiefer X X

BK25 NS-MW X X X

BK25 Mörtel X



1 Punktlastversuch

BK33 NS-MW X X X

BK33 Mörtel X

BK 600 RR

Sandstein, Siltschiefer

X

550 RR 650 RL 738 RL

Teerpappe X

800 RL 850 RL 850 RR

NS-MW X

SCH1 Schotter hell X X X X

SCH2 Schotter hell X

SCH3 Schotter hell X

SCH4 Schotter dunkel

SCH5 Schotter dunkel

Tunnel l.d.B Schotter MP 1 X

Tunnel r.d.B.

Schotter MP 1 X

Schurf 0,702

Trinkwasser-leitung

X



6 BAUGRUND

6.1 Geologischer Überblick

Das Projektgebiet ist Teil des Rheinischen Schiefergebirges, dessen Sedimente in einem Rand-meer abgelagert wurden. Im Norden und im Süden waren Festlandbereiche, von welchen durch Flüsse die Sedimente in den Mosel-Lahn-Trog transportiert wurden. Die Ablagerungsbeding-ungen im Unterdevon deuten auf Flachwasserverhältnisse mit ausgedehnten Wattzonen hin.

Gemäß der Geologischen Karte Blatt Koblenz [U2] (vgl. Anlage 1.2) stehen im Tunnelprofil unter-devonische Schichten aus dem Unterems (dzu) an, die mangels Leithorizonten nicht näher ge-gliedert werden können. Es handelt sich um eine monotone Wechselfolge aus Ton- und Siltsteinen und quarzitischen Sandsteinen.

Geländenah sind quartäre Sedimente aus Sanden und Kiesen des Rheins (sog. Mittelterrassen), teils auch Hangschutt aus Verwitterungsprodukten der unterdevonischen Schichten vorhanden.

Die unterdevonischen Schichten des Mosel-Lahn-Troges wurden im Zuge von tektonischen Plat-tenbewegungen, die zur Entstehung des varistischen Gebirges führten, gefaltet und geschiefert. Die Faltenachsen streichen im Mittel 50 °, d.h. von etwa Südwesten nach Nordosten.

Typisch für den Mosel-Lahn-Trog sind südost-vergente Falten, d.h. die Falten sind nach Südos-ten überkippt und die Faltenachsenebene fällt nach Nordwesten ein. Aufgrund des überkippten Faltenbaus mit meist lang ausgebildeten Faltenflanken liegen die im Normalfall aufgefächerten Schieferflächen hier überwiegend parallel zu den Faltenflanken und damit auch parallel zur Schichtung, die häufig in den Sandsteinschichten erhalten ist. Die Schiefer- und die Schichtflä-chen fallen wie die Faltenachsenebenen nach Nordwesten mit meist etwa 50 ° Neigung ein.

Das Trennflächeninventar besteht neben den Schiefer- bzw. Schichtflächen aus Kluftflächen. Die Längsklüfte verlaufen längs zum Faltenbau und streichen wie die Schieferflächen, fallen jedoch entgegengesetzt nach Südosten mit Neigungen ca. 50-80 ° ein. Die Querklüfte verlaufen quer zum Faltenbau und streichen etwa Nordwesten-Südosten und stehen meist steil bis vertikal. Es handelt sich i.A. um reine Trennbrüche bei sprödem Materialverhalten nach Überschreiten der Gesteinszugfestigkeit. Derartige Querklüfte sind aufgrund der Spannungszustände häufig geöff-net bzw. in Oberflächennähe und Hanglage teilweise spaltenartig ausgebildet.

Die Störungszonen verlaufen meist streichend zum Faltenbau. Ihre Existenz kann aus der unter-brochenen stratigraphischen Abfolge bzw. Unterbrechungen im Faltenbau indirekt geschlossen werden.

Bei dem unterdevonischen Gebirge handelt es sich um einen Kluftgrundwasserleiter, in dem das Grundwasser ausschließlich auf den Trennflächen bzw. Störungen fließt. Aufgrund seiner Ausbil-dung wird das Gebirge grundsätzlich als relativ wenig durchlässig eingeschätzt. Die Querklüf-te/Querstörungen stellen Dehnungselemente dar, auf denen in der hier beschriebenen Situation erfahrungsgemäß erhöhte Wasserwegsamkeiten auftreten.



Aufgrund des Geländeanstiegs nach Osten hin bis auf ca. 350 mNN in relativ kurzer Entfernung (ca. 2 km) können sich vergleichsweise große hydraulische Gradienten bis ca. ∆h/∆l = 0,1 auf-bauen.

Gemäß vorliegenden älteren Wasseranalysen fällt im Tunnel kalkhaltiges Wasser an, das auf-grund seiner Mineralisierung als Oberflächenwasser einzustufen ist. Die Kalklösung ist an den zahlreichen Sinterstellen im Tunnel offensichtlich.

6.2 Ergebnisse der Aufschlussbohrungen

Zur Erkundung des Gebirgsaufbaus wurden von der Geländeoberfläche aus die Aufschlussboh-rungen GWM 1 bis GWM 4 ausgeführt. Die Ansatzpunkte gehen aus dem Lageplan der Anlage 1.3 hervor. Die Bohrergebnisse sind in den Anlagen 4.1 bis 4.3 als Schichtenverzeichnisse, Bo-denprofile und mit Kernfotos dokumentiert. Ferner wurde in der Anlage 2.1 aus den Bohrergeb-nissen der Geotechnische Längsschnitt für den Tunnel konstruiert. Gleichermaßen wurden die Bohrergebnisse in einen Geotechnischen Querschnitt für die Station km 0,720 (Anlage 2.2) sowie in die technischen Querprofile der Anlagen 3.1 bis 3.7 eingetragen.

Das Gebirge wird nach den durchgeführten Kernbohrungen von einer ca. 0,5 m bis 1,0 m dicken Lage aus Mutterboden/ organischem Boden abgedeckt. Darunter folgen jungzeitliche Böden, welche überwiegend als quartäre sandige Kiese mit qualitativ und quantitativ unterschiedlichen weiteren Beimengungen anstehen. Es handelt sich dabei mehrheitlich um Terrassenablagerun-gen des Rheins. Vereinzelt sind ferner vulkanische Ablagerungen (Bimssande) vorhanden. Die beschriebenen Böden reichen bis in ca. 8 m (GWM 3) bis 23 m (GWM 2) Tiefe.

Im Liegenden folgen devonische Festgesteine, die im Untersuchungsgebiet eine unregelmäßige heterogene Beschaffenheit aufweisen. So wurden sowohl Ton- und Siltschiefer als auch harte quarzitische Sandsteine als Wechselfolge und als mehrere Meter bis Zehnermeter dicke einheitli-che Gesteinspakete aufgeschlossen. Ein eindeutig gegliederter Gebirgsaufbau ist nach den vor-liegenden Erkundungsergebnissen nicht zu erkennen. Vielmehr muss davon ausgegangen wer-den, dass Ton- und Siltschiefer sowie quarzitische Sandsteine in unregelmäßigen Abfolgen an-stehen.

Die Tonschiefer sind im Gebirgsverband im Allgemeinen fest und wenig verwittert; im Nahbereich des Tunnels sowie in stark wasserführenden Zonen (vgl. unten) sind die Schiefer auch angewittert bis verwittert. Die Sandsteine sind hart, quarzitisch gebunden und häufig unverwittert bis angewittert. Lokal wurden metamorphe Gesteine erbohrt, die aus quarzitischem Gestein be-stehen, aber die Textur eines Schiefers aufweisen.

Der Felshorizont wurde in den vier von der Geländeoberfläche aus abgeteuften Bohrungen in ca. 8 m bis 23 m Tiefe, entsprechend Kote von ca. 97 mNN bis 100 mNN (GWM 2, GWM 4) im zent-ralen Bereich des Tunnels, bzw. bei ca. 99 mNN (GWM 1) zum Nordportal hin erbohrt. Mit GWM 3 im südlichen Abschnitt wurde der Fels bei 106 mNN erkundet.



Tabelle 6.1 Zusammenstellung der mit den Tunnelbohrungen erkundeten Gebirgsverhältnisse

Stat. km Bohrung Lage Gebirgsbeschreibung2

0,505 BK 25 l.d.B., Sohle, schräg

Sandstein, angewittert, blättrig bis dünnbankig

0,600 BK 21 r.d.B., Sohle, schräg

Tonschiefer/ Siltschiefer, angewittert, dickplattig bis dünnbankig

0,600 BK 23 Firste Tonschiefer/ Siltschiefer in Wechsellagerung mit Sandstein, angewittert, dickplattig bis dünnbankig

0,710 BK 17 l.d.B., horizontal Tonschiefer/ Siltschiefer, dickplattig bis dünnbankig mit Kalkausfällungen bis 2 cm Dicke (Kalksinter)

0,731 BK 33 r.d.B., horizontal Sandstein, angewittert, dünnplattig bis dünnbankig

0,900 BK 11 l.d.B., Sohle, schräg

Tonstein, quarzitisch, z.T. Siltstein, unverwittert bis angewittert, dünn- bis dickbankig

0,900 BK 12 r.d.B., horizontal Sandstein, quarzitisch, unverwittert, dünn- bis dickbankig

0,900 BK 13 Firste Tonschiefer/ Siltschiefer, verwittert bis angewittert, kleinstückig bis 1,7 m Höhe über Firste, darüber zerklüftet, dünn- bis dickbankig

1,040 BK 5 r.d.B., Sohle, schräg

Wechsellagerung SandsteinTonschiefer/ Siltschiefer, unverwittert bis angewittert, dickplattig bis dünnbankig

1,070 (Stütz-wand)

BK 4 l.d.B., Sohle, schräg

Sandstein, quarzitisch , im Gründungsbereich der Stützwand bis 0,8 m Tiefe kleinstückig und verwit-tert, sonst angewittert und dünnplattig bis dünnbankig.

2 Quelle: FGSV Merkblatt 1992



Für die weitere Planung von Bedeutung ist die Tatsache, dass der Felshorizont nicht stetig ent-sprechend der Hangneigung zum Rheintal hin abfällt. Vielmehr wurde im Bereich der Kernboh-rungen GWM 2 und GWM 4 eine Mulde dahingehend festgestellt, dass die Oberfläche des De-vons bei dem bergseitig gelegenen Aufschluss GWM 2 ca. 3 m tiefer liegt als bei der weiter talsei-tig angeordneten Bohrung GWM 4. Die Höhen der Ansatzpunkte der beiden Bohrungen differie-ren um ca. 4,6 m. Der Sachverhalt ist in der Anlage 2.2 in einem Querschnitt veranschaulicht.

Diese Situation wird durch die Ergebnisse der Bohrungen GWM 1 und GWM 3 bestätigt. Die Boh-rungen liegen morphologisch weiter talseitig als die GWM 2, die Oberfläche des Devons liegt aber höher. Bei der Betrachtung des Längsschnittes (Anlage 2.1) ist zu beachten, dass der Tun-nel gekrümmt ist.

Mit den im Tunnel ausgeführten Bohrungen wurden die in Tabelle 6.1 beschriebenen Gebirgsver-hältnisse angetroffen (Die in den gleichen Bohrungen festgestellte Beschaffenheit des vorhande-nen Tunnelgewölbes wird separat beschrieben, s. Kap. 7).

6.3 Trennflächengefüge

Die im Bereich des Horchheimer-Tunnels anstehenden Festgesteine sind durch eine deutliche Schichtung/ Schieferung geprägt. In den Voreinschnitten sowie im Tunnel (Schutznischen und Abschnitte ohne Auskleidung) wurden Gefügemessungen am anstehenden Fels mit den im Fol-genden aufgeführten Ergebnissen vorgenommen.

Schichtung/ Schieferung

Nordportal: Stirnwand α/β= 318°/45°; 308°/45° L.d.B. α/β= 312°/45°; 328°/45°

R.d.B. α/β= 310°/45° Tunnel Nische 0,573 R.d.B. α/β= 320°/45° Tunnel Nische 0,625 L.d.B. α/β= 320°/45° Tunnel Nische 0,651 R.d.B. α/β= 294°/40° Tunnel Nische 0,651 L.d.B. α/β= 310°/35° Tunnel 0,701 R.d.B. α/β= 290°/55° Tunnel 0,708 R.d.B. α/β= 310°/40° Tunnel 0,715 R.d.B. α/β= 305°/40° Tunnel 0,795 R.d.B. α/β= 310°/45° Tunnel 0,800 L.d.B. α/β= 308°/40° und 286°/40°. Tunnel 0,808 R.d.B. α/β= 286°/47° und 308°/44°. Tunnel 0,810 α/β= 300°/40°; 295°/45°; 324°/44° und 305°/52°. Tunnel 0,838 R.d.B. α/β= 305°/52° und 318°/45°. Tunnel 0,890 R.d.B. α/β= 354°/15° und 310°/5°. Tunnel Nische 0,900 L.d.B. α/β= 314°/56°. Tunnel Nische 0,926 L.d.B. α/β= 314°/68°. Tunnel Nische 1,000 L.d.B. α/β= 310°/55°.



Südportal: Stirnwand α/β= 298°/56°; 297°/58°.

Kluftflächen

Nordportal: Stirnwand α/β = 190°/68°; 52°/65° und 214°/89° L.d.B. α/β= 180°/55° (Störung) R.d.B. α/β= 180°/55°

Tunnel Nische 0,573 R.d.B. α/β= 180°/75° und 210°/80° Tunnel Nische 0,651 R.d.B. α/β= 92°/50° und 65°/55° Tunnel Nische 0,651 L.d.B. α/β= 92°/58° und 144°/65° Tunnel 0,701 R.d.B. α/β= 120°/70° Tunnel 0,708 R.d.B. α/β= 88°/50° und 208°/55°. Tunnel 0,795 R.d.B. α/β= 86°/75° und 46°/80°. Tunnel 0,800 L.d.B. α/β= 128°/60° und 205°/84°. Tunnel 0,838 R.d.B. α/β= 60°/20° (Störung). Südportal: Stirnwand α/β = 186°/65°; 45°/77° und 204°/85°

Die Messwerte sind in der Abb. 6-1 als Polpunkte in ein Lotpunktdiagramm eingetragen. Es ist ersichtlich, dass die Raumstellungen der Schichtung/ Schieferung in vergleichsweise engen Grenzen streuen. Im Mittel betragen die Streich- und Fallwinkel:

Schichtung/ Schieferung S α≈310° und β≈ 40° - 50°.

Die Kluftflächen variieren zwischen α≈45° - 270° und β≈ 20° - 90°. Es lassen sich zwei Scharen K1 und K2 mit folgenden mittleren Streich- und Fallwinkeln ausmachen:

Kluftflächenschar K1 α≈200° und β≈ 20° Kluftflächenschar K2 α≈70° und β≈ 25°.

Die Schichtung ist i. A. dickplattig bis dünnbankig (Schichtfugenabstände ca. 5 cm bis 30 cm) angelegt. Lokal ist das Gebirge auch dickbankig oder dünnplattig zerlegt, wobei die quarzitischen Gesteine i. A. weitständiger zerlegt sind als die Schiefer. Bei Letzteren ist die Schichtung von der ± parallel angelegten Schieferung überprägt.

In klüftigen bis stark klüftigen Gebirgsbereichen streuen die Kluftabstände zwischen eng- bis mit-telständig (cm- bis dm-Bereich). In schwach klüftigen Gebirgsbereichen ist mit weitständiger Klüftung zu rechnen (dm-Bereich).

Die Klüfte sind überwiegend eben, z. T. leicht gekrümmt oder stufig ausgebildet. Die Oberflächen sind in der Regel glatt.

Der Durchtrennungsgrad ist abhängig von der Erstreckung der Trennflächen. Die Beobachtungen an den Voreinschnitten zeigen, dass die Schichtflächen häufig über vergleichsweise große Flä-



chen (> 10…25 m²) durchhalten. Im Bauwerksmaßstab sollte daher bezüglich der Schichtung von einer annähernd vollständigen Durchtrennung (75 – 100 %) ausgegangen werden.

Nord Nord

Abb. 6-1: Darstellung der Raumstellung der Trennflächen als Polpunkte im Lotpunktdiagramm.

Die Kluftflächen setzen im Unterschied zur Schichtung i. A. bereits bei Flächen < 5 m² ab. Für die weitere Planung kann bei Abmessungen des betrachteten Felskörpers von ≤ 3m von einer annä-hernd vollständigen Durchtrennung (75 – 100 %) ausgegangen werden. Bei Abmessungen bis 10 m kann eine mittlere Durchtrennung um 50 % angesetzt werden.

Im vorliegenden Gebirge sind klüftige bis stark klüftige Bereiche bzw. schwach klüftige bis kom-pakte Zonen zu unterscheiden. Insbesondere ist erfahrungsgemäß auch mit ausgeprägten Stö-rungszonen zu rechnen. Die Aufschlussdichte erlaubt es vor dem Hintergrund der erfahrungsge-mäß örtlich stark variierenden Verhältnisse allerdings nicht, im geotechnischen Längsschnitt (An-lage 2.1) solche Zonen belastbar auszuweisen. Aufgrund der allgemeinen Kenntnisse zur Regio-nalgeologie kann aber grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass das Gebirge von den in der Anlage 1.3 eingetragenen Störungszonen (Querklüfte) zerlegt wird. Die dargestellten Verhält-nisse haben jedoch lediglich modellhaften Charakter und sollten für die geplante Bauaufgabe hinreichend sein.



6.4 Ergebnisse der Feld- und Laborversuche

6.4.1 Bohrlochaufweitungsversuche

Im Rahmen der geotechnischen Erkundungen für den Horchheimer Tunnel wurden von GIF Geo-technisches Ingenieurbüro Prof. Fecker und Partner GmbH insgesamt sechs Bohrlochaufweitungsversuche mit der Dilatometersonde (D= 101 mm) und ein Bohrlochaufweitungsversuch mit der Ettlinger Seitendrucksonde (D= 101 mm) durchgeführt (An-lage 7.1). Die Durchführung und Auswertung der Bohrlochaufweitungsversuche erfolgten auf der Grundlage der Empfehlung Nr. 8 des Arbeitskreises 19 der Deutschen Gesellschaft für Geotech-nik. Die einzelnen Versuchsstellen sowie die wesentlichen Testergebnisse sind in der Tabelle 6.2 aufgeführt.

Die Verformbarkeit des Gebirges ist im vorliegenden Fall stark davon abhängig, ob lokal Ton-/ Siltschiefer oder quarzitische Gesteine anstehen. In den Ton- und Siltschiefern wurden bei den Dilatometerversuchen Verformungsmoduln für die Erstbelastung um 500 MN/m² bis 1.500 MN/m² erreicht. Im quarzitisch verfestigten Gebirge liegen die für die Erstbelastung ermittelten Verfor-mungsmoduln deutlich höher und erreichen Werte > 1.500 MN/m² bis 8.000 MN/m². In Bereichen, in denen der Sandsteinanteil dominiert, weisen die Versuchsergebnisse deutlich höhere Werte auf. In gestörten Bereichen (z.B. GWM 3) reduzieren sich die Steifigkeiten deutlich auf ca. 25 % bis 50 % der Werte des intakten Gebirges. Die Entlastungs- bzw. Wiederbelastungsmoduln liegen erwartungsgemäß etwa beim 3-fachen bis 5-fachen Wert des jeweiligen Verformungsmoduls für die Erstbelastung.

Tabelle 6.2 Zusammenstellung Bohrlochaufweitungsversuche

Bohrung Tiefe [m]

Fels Modul Erstbe-

lastung [MN/m²]

Modul Wieder-belastung [MN/m²]

Modul Entlas-tung [MN/m²]

GWM 1 25,50 Tonschiefer 760-1.500 3.000 2.900-8.300

GWM 1 31,55 Sandstein/ Siltschiefer

1.600-3.900 5.200-6.100 4.100-6.200

GWM 3 27,50 Sandstein

kleinstückig 130-600* 250-410* 540-1.100*

GWM 3 34,00 Sandstein 500-900 900-1.000 1.000

GWM 4 34,60 Tonschiefer 200-700 1.500-2.400 900-3.800

GWM 4 37,75 Tonschie-

fer/Siltschiefer 400-800 1.200-2.000 1.100-2.200

BK11 2,60 Tonstein,

quarzitisch, vu- va, dickbankig

6.300-8.600 10.500-14.500 10.500-15.700

*Ettlinger Seitendrucksonde



6.4.2 Kamerabefahrung von Bohrlöchern

Die Bohrlöcher der Kernbohrungen BK 5, BK 17 und BK 25 wurden mit einer Bohrlochkamera befahren. Die Befahrungen erfolgten am 19.12.2012 und wurden durch GIF Geotechnisches In-genieurbüro Prof. Fecker und Partner GmbH ausgeführt. Die DVD mit den entsprechenden Vi-deoclips ist dem Gutachten als Anlage 7.2 beigefügt.

Die in Phase 2 in Kämpfer und Firste durchgeführten Kernbohrungen wurden wo möglich mit ei-nem Endoskop befahren. Eine Aufzeichnung war gerätetechnisch nicht möglich.

Die Kamerabefahrungen führten zusammenfassend zu folgenden Ergebnissen:

Bohrung BK 5

bis ca. 20 cm Tiefe schlecht vermörteltes Mauerwerk ca. 20 cm bis ca. 40 cm Tiefe Mauerwerk mit tiefen Ausbrüchen ca. 40 cm bis ca. 65 cm Tiefe geklüfteter Natursteinblock ca. 65 cm bis ca. 70 cm Tiefe Ausbrüche (ehem. Mörtelfuge?) >70 cm Tiefe geschlossenes geklüftetes Festgestein ab 80 cm trübes Wasser, keine Sicht, max. Tiefe der Befahrung 2,0 m

Bohrung BK 17

bis ca. 65 cm Tiefe schlecht vermörteltes Mauerwerk ca. 65 cm bis ca. 75 cm Tiefe Mauerwerk mit tiefen Ausbrüchen (Hohlraum?),

starke Versinterung ca. 75 cm bis ca. 100 cm Tiefe schlecht vermörteltes Mauerwerk, Sinterungen ca. 100 cm bis ca. 130 cm Tiefe Mauerwerk mit tiefen Ausbrüchen (Hohlraum?) ab 130 cm geschlossenes geklüftetes Festgestein, bei ca.

150 cm bis 160 cm größerer Ausbruch. Max. Tiefe der Befahrung 2,45 m.

Bohrung BK 25

bis ca. 70 cm Tiefe intaktes, gut vermörteltes Mauerwerk ca. 70 cm bis ca. 100 cm Tiefe Mauerwerk mit tiefen Ausbrüchen, Bruchstücke des

Mauerwerks im Bohrloch ab 100 cm geklüftetes Festgestein mit Ausbrüchen, Befahrung

behindert durch Mauerwerksbruchstücke max. Tiefe der Befahrung 1,30 m.

Die Befahrungen in Phase 2 dienten im Wesentlichen dazu, das Vorhandensein und den Zustand des vermuteten, herstellungsbedingten Firststollens zu überprüfen. Die Ergebnisse der Befahrungen zeigen dass der Firststollen vermutlich über die gesamte Tunnellänge vorhanden ist und dass er überwiegend verbrochen ist. Die Ergebnisse der Aufnahme der Stollen an den Por-



talbereichen (vgl. Abschnitt 9) lassen sich qualitativ auf den gesamten Tunnelabschnitt übertra-gen.

6.4.3 Optischer Bohrlochscanner

Die Bohrlöcher der Bohrungen GWM 1 und GWM 4 wurden am 21.03.2013 (GWM 1) bzw. am 21.02.2013 (GWM 4) von GIF Geotechnisches Ingenieurbüro Prof. Fecker und Partner GmbH mit dem optischen Bohrlochscanner ETIBS befahren. Die Messaufnahme erfolgte jeweils im Festge-stein von 13,95 m bis 31,75 m (GWM 1) bzw. von 16,84 m bis 35,90 m Tiefe (GWM 4). Die erar-beiteten scans sind dem Gutachten als Anlage 7.3 beigefügt.

Zusammenfassend wurde festgestellt, dass das Gebirge im untersuchten Abschnitt aus einem blättrig bis dünnplattig geschichteten Tonschiefer besteht. Das Gesteinsgefüge ist überwiegend geschlossen, lokal ist der Schiefer aber auch zerrüttet und weist dann offene Bruchstellen auf (z. B. in GWM 4 von 20,6 m…21,6 m sowie 26,6 m bis 27,7 m Tiefe). Der mittlere Trennflächen-abstand wurde in den Bohrlöchern im Bereich i. A. zu ca. 5 cm…10 cm (stark klüftig) gemessen. Lokal (z.B. GWM 1, ca. 24 m Tiefe) sind allerdings auch massige Ausbildungen der Ton- und Siltschiefer bei Trennflächenabständen > 0,5 m…1,0 m vorhanden.

Die Schichtung/ Schieferung fällt einheitlich über die Bohrlochtiefe mit ca. 40° bis 50° ein. Die Einfallwinkel der eingemessenen Klüfte streuen stark und betragen ca. 20° bis 80°.

Die Ergebnisse erscheinen in Bezug auf die Kernansprache und die durchgeführten Gefügemessungen mit dem Geologenkompass plausibel. Generell wurde die Schichtung bei der Kernansprache mit etwas größerem Abstand als beim Bohrlochscan festgestellt.

6.4.4 Einaxiale Druckversuche und Punktlastversuche

Zur Bestimmung der Festigkeit des Gesteins wurden an insgesamt sieben Felsproben einaxiale Druckversuche durchgeführt. Die Versuche wurden entsprechend der Empfehlung Nr. 1 des Ar-beitskreises 3.3 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik im Geotechnischen Labor der Hoch-schule Darmstadt durchgeführt. Der Versuchsbericht sowie eine CD mit Fotodokumentation der Testdurchführung sind diesem Gutachten als Anlage 8.1 beigefügt. Die Belastung der Prüfkörper erfolgte kraftgesteuert mit einer konstanten Zunahme von 0,1 MN/(m²×s).



Abb. 6-2: Schräg zur Schieferungsfläche gebohrte und gebrochene Probe (Beispiel)

Die Schichtung/ Schieferung ist schräg zur Bohrrichtung orientiert, wodurch die Endflächen bei der Mehrzahl der Probekörper ebenfalls schräg verlaufen (vgl. Abb. 6-2). In diesen Fällen konn-ten beim Abgleichen der Endflächen in einzelnen Fällen keine Probekörper mit dem empfohlenen Verhältnis von Länge/ Durchmesser von 1,5…2,5 hergestellt werden.

Die Ergebnisse der einaxialen Druckversuche an Felsproben sind in der

Tabelle 6.3 zusammengestellt. Bei Probekörpern deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser l/d < 2 ist, wurden die einaxialen Druckfestigkeiten gemäß der o. g. Empfehlung abgemindert. Die abgeminderten Druckfestigkeiten sind entsprechend ausgewiesen.

Tabelle 6.3 Ergebnisse der einaxialen Druckversuche

Bohrung Gestein Entnahmetiefe

[m] l/d [-] σU [MN/m²]

σU [MN/m²] abgemindert

BK 5 Sandstein 0,70-1,00 1,2 (35,8) 33,1

BK 5 Sandstein 1,30-1,60 1,8 (10,15) 9,99

BK 12 Sandstein 1,40-1,80 2,3 101,46 -

BK 17 Ton-/Siltschiefer 1,30- 1,70 0,7 n.b. -

BK 17 Ton-/Siltschiefer 2,15-2,49 0,9 (19,10) 16,60

BK 11 Tonschiefer 1,30-1,70 2,1 36,68 -

BK 23 Tonschiefer 2,30-2,55 1,0 2,72 2,43

Die einaxialen Druckfestigkeiten der untersuchten Sandsteine liegen zwischen ca. 10 MN/m² und 100 MN/m². Der Mittelwert beträgt 48,2 MN/m² (n=3). Die Versuchsergebnisse weisen eine ver-



gleichsweise große Bandbreite auf, wobei die geringeren Werte u.a. auf nachteilige Einflüsse des Trennflächengefüges und der Probenahme (Bohren) zurück zu führen sind.

Für die Schiefer wurden einaxiale Druckfestigkeiten zwischen ca. 3 MN/m² und 37 MN/m² ge-messen (Mittelwert 18,6 MN/m² mit n= 4). Die geringeren Werte sind bei dieser Gesteinsart auf nachteilige Einflüsse aus der Gesteinsanisotrope (Schieferungs-/Schichtflächen) zurück zu füh-ren.

Grundsätzlich sollte die Gebirgsfestigkeit ergänzend durch Punktlastversuche erfasst werden. Infolge der oben beschriebenen Schwierigkeiten bei der Probenahme bzw. Probenaufbereitung (Zerfall der Proben auf Anisotropieflächen) waren diese Tests nur an kompakten Proben möglich, die jedoch das Gebirge nicht ausgewogen repräsentieren.

Die Versuchsdurchführung erfolgte gemäß der Empfehlung Nr. 5 des Arbeitskreises 3.3 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik im Geotechnischen Labor von CDMSmith. Bei diesem Versuch wird eine handstückgroße Probe einer konzentrierten Belastung ausgesetzt, die bis zum Bruch der Probe gesteigert wird. Die im Versuch ermittelte Bruchfestigkeit wird anschließend rechnerisch auf einen Probendurchmesser von 50 mm bezogen. Das Resultat wird als Festig-keitsindex I s(50) bezeichnet. Zwischen der einaxialen Druckfestigkeit und dem Festigkeitsindex aus Punktlastversuchen besteht ein statistisch abgesicherter Zusammenhang, der über einen

Faktor α formuliert wird:

σu ≈ α ∗I s(50).

Der Faktor α wird im Folgenden aufgrund von Erfahrungswerten bei vergleichbaren Gebirgsver-hältnissen zu 24 gewählt.

Die Testergebnisse sind in der Anlage 8.2 zusammengestellt. Die daraus abgeleiteten einaxialen Druckfestigkeiten des kompakten Schiefers können der Tabelle 6.4 entnommen werden. Die Ver-suchswerte betragen 41 MN/m² bzw. 73 MN/m². Der arithmetische Mittelwert beträgt 57 MN/m² (n=2).

Tabelle 6.4 Ergebnisse der Punktlastversuche an Gesteinsproben (Handstücke)

Bohrung Entnahmetiefe Is(50)

[[[[MN/m²]]]] σσσσu

[[[[MN/m²]]]]

BK 21 0,40-0,80 3,03 72,7

BK 21 1,70-2,00 1,70 40,8



6.4.5 Verformbarkeit

Der Elastizitätsmodul des Gesteins sollte im Zuge der einaxialen Druckversuche aus den gemes-senen Spannungs-Stauchungs-Linien ermittelt werden. Die Untersuchungen wurden im Geotech-nischen Labor der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Der Versuchsbericht ist diesem Gutach-ten als Anlage 8.1 beigefügt.

Eine präzise Messung der Stauchung war wegen der ungünstigen Deformation der Probekörper lediglich bei einer Probe des Sandsteins möglich. An einer Probe aus BK 12 (Entnahmetiefe 1,4 m bis 1,8 m) wurde der Elastizitätsmodul des Gesteins zu E= 29.300 MN/m² gemessen. Bei

der weiteren Bewertung ist zu beachten, dass die einaxiale Druckfestigkeit dieser Probe mit σu = 101 MN/m² vergleichsweise hoch ist, d.h. es handelt sich um eine Probe aus einem qualitativ hochwertigen Gebirgsbereich.

6.4.6 Natürlicher Wassergehalt und Dichte

Zur Untersuchung des Verwitterungsgrades der Festgesteine wurde an neun Proben der natürli-che Wassergehalt bestimmt; an sieben Proben wurde die Gesteinsdichte festgestellt (vgl. Ver-suchsbericht der Hochschule Darmstadt, beigefügt als Anlage 8.1).

Die gemessenen Wassergehalte betragen bei den Sandsteinen zwischen w= 0,2 % und 0,4 % (n=3). Bei den Tonschiefern sind die Wassergehalte erwartungsgemäß mit w= 0,8 % bis 4,0 % (i. M. 2,0 % bei n=4) etwas höher.

Die vergleichsweise geringen Werte repräsentieren unverwittertes bis angewittertes Festgestein.

Die gemessenen Dichten unterscheiden sich bei den Proben des Sandsteins und des Schiefers nur unwesentlich und nicht signifikant. Die Messwerte betragen ρ= 2,54 g/cm³ bis 2,71 g/cm³ (i.M. 2,65 g/cm³ bei n=7).

6.4.7 Spaltzugfestigkeit

An einer Probe des Ton-/Siltschiefers (BK 17, Entnahmetiefe 1,3 m-1,7 m) gelang es, mit einem Brazilian- Test die Spaltzugfestigkeit des Gesteins zu messen. Die Versuche wurden entspre-chend der Empfehlung Nr. 10 des Arbeitskreises 3.3 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik im Geotechnischen Labor der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Geprüft wurde ein kreiszylind-rischer Probekörper mit l/d= 0,7. Der Versuchsbericht ist diesem Gutachten als Anlage 8.1 beige-fügt. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 6.5 zusammengestellt.



Tabelle 6.5 Spaltzugversuche an Gesteinsproben

Bohrung Entnahmetiefe Bruchlast [kN] σt,sp [MN/m²]

BK 17 1,30-1,70 173 7,86

Für eine aus dem gleichen Bohrloch, geringfügig tiefer entnommene Gesteinsprobe war die einaxiale Druckfestigkeit zu 16,6 MN/m² gemessen worden (vgl. oben). Das Verhältnis Spaltzug-festigkeit/ einaxiale Druckfestigkeit beträgt ca. ½ und ist damit außergewöhnlich groß.

6.4.8 Abrasivität

Die Untersuchungen zur Bestimmung der Gesteinsabrasivität erfolgten mit dem Cerchar Abrasivity Index-Test (CAI). Die Versuche wurden im Geotechnischen Labor der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Der Versuchsbericht ist diesem Gutachten als Anlage 8.1 beigefügt. Zur besseren Übersicht sind die Klassifikationen der Abrasivität nach Cerchar (CAI) und nach Plinninger (RAI) in der Tabelle 6.6 gegenübergestellt.

Die Abrasivität nach Cerchar wurde an einer Gesteinsprobe des Quarzsandsteins sowie an zwei Proben des Silt-/Tonschiefers bestimmt. An der Probe BK 11 (Entnahmetiefe 1,30 m bis 1,70 m, Tonschiefer) wurde die Prüfung sowohl parallel als auch senkrecht zur Schieferung vorgenom-men. In der Tabelle 6.7 sind die Ergebnisse zusammengefasst.

Tabelle 6.6 Klassifikation der Gesteinsabrasivität nach Cerchar und nach Plinninger

CAI - Cerchar Klassifikation RAI - Plinninger Klassifikation

0,3 – 0,5 kaum abrasiv < 10 nicht abrasiv

0,5 – 1,0 schwach abrasiv 10 - 30 schwach abrasiv

1,0 – 2,0 abrasiv 30 - 60 abrasiv

2,0 – 4,0 sehr abrasiv 60 - 120 sehr abrasiv

4,0 – 6,0 extrem abrasiv > 120 extrem abrasiv



Tabelle 6.7 Ergebnisse der Abrasivitätstests (Gestein) nach Cerchar – CAI

Bohrung Gestein Entnahmetiefe CAI Abrasivität

BK 5 Quarzit/ Quarz-sandstein

0,70 -1,00 4,56 Extrem abrasiv

BK 17 Siltschiefer 1,30 - 1,70 ║Ss 2,22

sehr abrasiv ┴ Ss 2,82

BK 21 Tonschiefer 0,40 – 0,80 1,00 schwach abrasiv bis

abrasiv

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die quarzhaltigen Gesteinsproben eine hohe bis extrem hohe Abrasivität aufweisen. Die Ton- und Siltschiefer sind dagegen lediglich schwach bis sehr abrasiv.

6.5 Felsmechanische Kennwerte

Die felsmechanischen Kennwerte für die im Bereich des Horchheimer-Tunnels anstehenden Festgesteine sind in der nachstehenden Tabelle 6.9 angegeben. Grundlage der Festlegung der Kennwerte sind die Ergebnisse der durchgeführten Feld- und Laborversuche sowie Erfahrungen aus Projekten in vergleichbaren Untergrundverhältnissen.

Bei Standsicherheitsberechnungen sind die Kennwerte in ihrer gesamten Bandbreite zu berück-sichtigen. In einzelnen Fällen sind Sensitivitätsbetrachtungen mit reduzierten Sicherheitsbeiwer-ten durchzuführen. Im Hinblick auf die Lösbarkeit sind die Kennwerte an der oberen Grenze der Bandbreiten zu berücksichtigen.

Die Lockergesteinsdecke hat für die vorliegenden Fragestellungen keine wesentliche Bedeutung. Insofern wurde darauf verzichtet, diese Böden zu untersuchen. Sie sind bei Standsicherheitsbe-rechnungen als Auflast mit einer gemittelten Wichte von γ= 20 kN/m³ zu berücksichtigen. Für Standsicherheitsberechnungen (Stützwände, Portale) kann den Lockergesteinen (Hangschutt) ein charakteristischer Reibungswinkel von φ= 35° bei c= 0 zugewiesen werden.



Tabelle 6.8 Felsmechanische Kennwerte Horchheimer Tunnel

Parameter Festgestein

Quarzsand-stein Ton-/ Siltschiefer

Wichte γ [kN/m³] 25 - 27 25 - 27

Wichte unter Auftrieb γ’ [kN/m³] 15 - 17 15 - 17

E-Modul Erstbelastung Gebirge EErst [MN/m²] 5.000 – 10.000 500 – 1.000

E-Modul Entlastung Gebirge EEnt [MN/m²] 10.000 – 20.000 1.000 – 2.500

Querdehnungszahl ν [-] 0,20 - 0,25 0,25 - 0,30

Einaxiale Druckfestigkeit Gestein σU 10->100 (50**) 5-25 (20**)

Zugfestigkeit Gestein σU 1,0-10,0 0,5-2,0

Reibungswinkel des Gebirges φ [°] 30 - 35 30 - 35

Kohäsion des Gebirges c [kN/m²] 200 – 1.000 100-200

Reibungswinkel auf Trennflächen φ [°] 25 - 30

Kohäsion auf Trennflächen c [kN/m²] 0 – 200*

* in Abhängigkeit vom Durchtrennungsgrad

** Mittelwert

6.6 Bergwasserverhältnisse

Bergwasserstände

Die Bergwasserverhältnisse im Bereich des Horchheimer Tunnels sind komplex. Die vorhandene Situation ist durch die früheren Wasserfassungen und –nutzungen sowie durch die Dränwirkung des vorhandenen Tunnels beeinflusst; sie entspricht nicht den natürlichen Gegebenheiten.



Im Zuge der Erkundungsarbeiten wurde der Bergwasserspiegel in den vier, später zu den Grund-wassermessstellen GWM 1 bis GWM 4 ausgebauten Bohrlöchern gemäß den Angaben in Tab. 6.9 festgestellt.

Tabelle 6.9 Angetroffene Grundwasserstände

Beim Bohren angetroffener Wasser-spiegel

Ruhewasserstand

Datum [müNN] [m unter GOF]

Datum [müNN] [m unter GOF]

GWM 1 18.03.2013 ca. 94,9 15,40 20.03.2013 ca. 85,3 25,00

GWM 2 11.02.2013 ca. 100,1 19,50 12.02.2013 ca. 99,9 19,73

GWM 3 03.04.2013 ca. 98,3 15,08 05.04.2013 ca. 95,1 18,35

GWM 4 25.01.2013 ca. 90,5 24,55 25.01.2013 ca.79,7 35,35

Schacht 18.03.2013 ca. 100,1 15,25

Es sind zwei Grundwasserleiter zu unterscheiden. Oberflächennah stellen die quartären Schich-ten einen potentiellen Aquifer dar, der bei den durchgeführten Bohrungen jedoch lediglich in GWM 2 als wasserführend festgestellt worden ist. Bei den übrigen Messstellen war das quartäre Aquifer trocken.

Nach den vorliegenden Erkundungsergebnissen weist die Oberfläche des i. A. wenig wasser-durchlässigen Devons (vgl. unten) eine etwa S-N streichende, etwa parallel zum Rhein verlau-fende Rinne auf (vgl. Anlage 2.2). Diese Rinne ist offensichtlich wasserführend und wird vermut-lich vom Hang der Horchheimer Höhe gespeist. Der in GWM 2 festgestellte Wasserspiegel ist diesem Rinnenabfluss zuzuordnen.

Es wird ferner deutlich, dass der Wasserspiegel im Devon während des Bohrvorgangs in den Bohrlöchern jeweils um mehrere Meter abgesunken ist. Dieser Sachverhalt zeigt, dass das devo-nische Gebirge grundsätzlich geringwasserführend ist. Es bestehen jedoch Kluft- und Störungs-systeme, in welchen das Gebirge zerrüttet ist. Diese Zonen können stark wasserführend sein. Beim Bohren ist das in den Bohrlöchern anstehende Bergwasser nach Anschneiden der Wasserwegigkeiten über diese hydraulischen Systeme abgeflossen.

Am 15.04.2013 und am 18.05.2013 wurden in den fertigen Grundwassermessstellen Stichtagsmessungen ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tab. 6.10 zusammen gestellt. Weite-re Grundwasserstandsmessungen wurden im Zusammenhang mit Pumpversuchen ausgeführt (vgl. unten). Aus diesen Angaben wird deutlich, dass die Grundwasserstände im Devon erwar-



tungsgemäß im Jahresverlauf schwanken. Im Beobachtungszeitraum war die Schwankungsbreite jedoch mit maximal wenigen Dezimetern gering.

Tabelle 6.10 Stichtagsmessungen Grundwasser

15.04.2013 18.05.2013

POK [müNN]

[müNN] [m unter GOF]

[müNN] [m unter GOF]

GWM 1 110,319 86,70 23,62 86,87 23,45

GWM 2 119,592 99,73 19,86 99,75 19,84

GWM 3 113,398 94,86 18,54 94,89 18,51

GWM 4 114,999 84,39 30,61 84,27 30,73

Tabelle 6.11 Pumpversuche und Probenahmeergebnisse (Feldparameter)

GWM 1 GWM 2 GWM 3

Datum Probenahme 31.07.2013 (11.22h)

30.07.2013 (12.38h)

01.087.2013 (12.29h)

Ruhewasserspiegel 22,1 m u.ROK 19,73 m u.ROK 18,26 m u.ROK

Absenkung unter Ruhewasser-spiegel

8,20 m 0,23 m 4,84 m

Förderrate 0,4 m³/h 3,74 m³/h 0,4 m³/h

Förderdauer 30 min 30 min 30 min

Wassertemperatur 14,2 °C 12,6 °C 12,5 °C

el. Leitfähigkeit 1488 µS/cm 1355 µS/cm 1119 µS/cm

O2-Gehalt 5,3 mg/l 5,7 mg/l 11,7 mg/l

Redoxpotential 392 mV 459 mV 429 mV



Gebirgsdurchlässigkeit

Zur Erfassung der Wasserdurchlässigkeit des Gebirges wurden Pumpversuche durchgeführt. Zu Beginn der Pumpversuche wurden die Messstellen jeweils frei gepumpt; ferner wurden die was-serchemischen Feldparameter bestimmt. Die dabei festgestellten Charakteristika der Messstellen sind in der Tabelle 6.11 angegeben. Die Absenkkurven und Probenahmeprotokolle sind in der Anlage 7.3 enthalten.

Die Pumpversuche in GWM 1 und GWM 3 wurden in den anstehenden devonischen Schiefern und Sandsteinen ausgeführt. In beiden Fällen war die Förderrate/ Ergiebigkeit der Messstellen mit 0,4 m³/h vergleichsweise gering. Der sich aus den Tests ergebende Wasserdurchlässigkeits-beiwert des Gebirges beträgt in diesen beiden Fällen k≈ 2,1×10-6 m/ s (GWM 1) bzw. 1,4×10-6 m/s (GWM 3). Eine Beeinflussung der benachbarten Messstellen infolge der Pumpversuche war in beiden Fällen nicht erkennbar. Die Reichweite der Grundwasserbeeinflussung war entsprechend gering und dürfte bei den vorhandenen Absenkmaßen von 9,20 m bzw. 4,84 m ca. 35 m bzw. ca. 20 m betragen haben.

Nach den vorliegenden Erfahrungen und Messergebnissen kann die Wasserdurchlässigkeit des devonischen Gebirges mit k- Werten um 1×10-6 m/s bis 5×10-6 m/s beschrieben werden. Im Be-reich von Störungszonen ist die Wasserdurchlässigkeit lokal um ein Vielfaches höher. Hier kön-nen die k-Werte in der Größenordnung von 10-2 m/s…10-4 m/s und größer liegen.

Die Durchlässigkeit des Gesteins ist ausgesprochen klein und beträgt < 10-8 m/s.

Die Wasserdurchlässigkeit des quartären Grundwasserleiters wurde mit dem Pumpversuch in GWM 2 getestet. Die Versuchsauswertung ergibt einen k-Wert der anstehenden Kiese und San-de von 5,7×10-3 m/s. Während des Pumpversuchs wurde in der benachbarten, ca. 25 m entfern-ten Messstelle GWM 4 eine schwache Reaktion mit einer Absenkung um ca. 8 cm festgestellt. Diese Absenkung entwickelte sich auch nach Beendigung des Pumpbetriebs und anschließen-dem Wiederanstieg des Grundwassers im Pumpbrunnen weiter. Dieser Sachverhalt zeigt, dass das Wasserdargebot aus dem Quartär die Grundwasserverhältnisse im devonischen Gebirge stark beeinflusst und dass Veränderungen im quartären Zu- und Abfluss zu deutlichen Grund-wasserveränderungen im Devon führen (können).

Für die weitere Planung sollte von einem mittleren Wasserdurchlässigkeitsbeiwert der quartären Sande und Kiese von k= 1×10-3 m/s bei einer häufigen Bandbreite zwischen ca. 1×10-4 m/s und 1×10-2 m/s ausgegangen werden.

Sickerwasseranfall im Tunnel

Im nördlichen Abschnitt des Tunnels, ab ca. km 0,750 werden erhebliche Wassermengen über Wasserfassungen und Leitungen zum nördlichen Portal und weiter abgeführt. Die Entwässerung des Tunnels wurde im Zuge der durchgeführten Arbeiten, soweit möglich, erkundet. Im Einzelnen ergab sich dabei folgender Sachverhalt:



• Grundsätzlich entwässert der Tunnel von Süd nach Nord.

• Ab ca. Stat. 0,890 auf der östlichen Tunnelseite bzw. ab ca. Stat 0,870 auf der Westseite treten erste Wasserzutritte auf. Diese werden ab ca. Stat 0,750 (Osten, l.d.B.) bzw. Stat. 0,735 (Westen, r.d.B.) stärker. An der Tunnelwandung sind ab dieser Stationierung Lei-tungen zur Wasserfassung befestigt (vgl. Schnitt 1-1 in Anlage 10, Systemskizze Entwäs-serung). An den Gewölbefüßen sind Halbschalen und Dränleitungen verlegt, die nicht bis schwach wasserführend sind.

• Bei Stat. 0,710 (Osten) bzw. Stat. 0,702 (Westen) werden die beiden an den Tunnelwän-den verlaufenden Leitungen auf der Westseite zusammengeführt und in die dort im Schot-terbett verlaufende Entwässerungsleitung geführt. Die Wasserabführung in dieser Leitung wurde im Zuge der Erkundungsarbeiten zu etwas 2 l/s ermittelt. Die Leitung führt bis zum Nordportal (vgl. Schnitt 2-2 in Anlage 10, Systemskizze Entwässerung).

• Ab Stat 0,710 ist auf der Ostseite des Tunnels offensichtlich keine Dränleitung vorhanden. Die Beobachtungen zeigen jedoch, dass hier im Schotterbett ein Wasserabfluss stattfin-det.

• Im nördlichen Voreinschnitt wechselt der Dränabfluss von der Westseite im Tunnel zur Ostseite (Hangseite). Möglicherweise wird die Dränleitung auf der Westseite zwar bis zu dem weiter nördlich vorhandenen Pumpenhaus weiter geführt. Es bestehen jedoch keine Hinweise auf Wasserführungen. Auf der Westseite ist das seitliche Schotterbett vernässt (vgl. Abb. 6-3).

Abb. 6-3: Vernässung am Nordportal



• Die Vernässung resultiert insbesondere aus dem fehlenden Anschluss der Seitenrinne r.d.B. und der defekten Querung vor dem Portal. Die im Voreinschnitt nachträglich einge-baute Tiefenentwässerung ist nur eingeschränkt in Funktion.

• Auf der östlichen Einschnittsseite l.d.B. verläuft ein Entwässerungsgraben über welchen der Tunnel nach dem Augenschein im Wesentlichen entwässert. Der Wasseranfall wurde zu ca. 3 l/s ermittelt wurde. In Portalnähe befinden sich Revisionsschächte (tunnelnächs-ter Revisionsschacht siehe Abb. 6-4). Die weitere Wasserführung wird im Zusammenhang mit den zur Bestandserfassung vorgenommenen Leitungsbefahrungen in Kapitel 13 be-schrieben.

• Am Südportal fallen keine signifikanten Grundwassermengen an. Der Tunnel ist im südli-chen Abschnitt weitgehend trocken.

Abb. 6-4 Revisionsschacht Nordportal.

Chemismus des Bergwassers

Das im Tunnel austretende Wasser wurde am 17.12.2012 auf die Vor-Ort zu messenden Para-meter pH- Wert, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt und Redoxpotential un-tersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6.12 zusammengestellt.



Tabelle 6.12 An Bergwasserproben gemessene chemische Feldparameter (Phase 1)

Entnahmestelle Wassermenge Temperatur pH- Wert Redoxpot. Leitfähigkeit Sauerstoff

[l/s] [°C] [-] [mV] [µS/cm] [mg/l]

BK 31 (km 0,700, l.d.B.)

ca. 1 11,4 7,67 229 1.467 10,36

BK 32 (km 0,727, l.d.B.

ca. 0,3 11,0 7,65 211 1.394 10,50

Mauerwerk km 0,741, r.d.B.

ca. 0,05 11,2 8,14 202 1.198 10,44

Mauerwerk km 0,755, l.d.B.

ca. 0,5 11,1 7,77 201 1.296 10,54

Mauerwerk km 0,813, l.d.B.

ca. 0,01 11,1 8,18 211 1.1.32 11,06

Anhand der basischen ph- Wert und der erhöhten Leitfähigkeitswerte ist festzustellen, dass es sich beim anfallenden Wasser nicht um natürliches ungestörtes Grundwasser des quartären/ de-vonischen Grundwasserleiters handelt. Vielmehr ist das Wasser vermutlich durch Kontakt mit Mauerwerksmörtel chemisch beeinflusst. Diese Veränderung lässt sich auch an den signifikan-ten Kalkablagerungen/ Sintererscheinungen an den Tunnelwänden erkennen (vgl. unten).

Wasserchemische Untersuchungen nach DIN 4030 zur Bestimmung der Betonaggressivität wur-den in der Phase 2 durchgeführt. Demnach ist das Wasser als nicht betonangreifend einzustu-fen.

Die im Zuge der Pumpversuche in den Grundwassermessstellen ermittelten Feldparameter sind in der Tab. 6.11 angegeben. Hierbei handelt es sich um natürliches, vom Tunnelausbau unbeein-flusstes Bergwasser. Die elektrische Leitfähigkeit und der Sauerstoffgehalt entsprechen weitge-hend den Werten, die auch im Tunnel gemessen wurden. Das Redoxpotential ist mit ca. 400…450 mV in den Bergwasserproben deutlich höher als bei den Beprobungen im Tunnel (ca. 200 mV).

Bemessungswasserstand

Die derzeitigen Gebirgswasserstände sind signifikant durch die vorhandenen Dränagen und Wasserfassungen sowie durch die dränende Wirkung des vorhandenen Tunnels beeinflusst. Es handelt sich dementsprechend nicht um natürliche Gebirgswasserstände. Ferner ist zu berück-sichtigen, dass die Bergwasserdrücke lokal infolge unterschiedlicher



Gebirgswasserdurchlässigkeiten in weiten Grenzen (> 10 mWS) schwanken können. Nach den vorliegenden Erkenntnissen, können für die weitere Planung für den gegenwärtigen Dränage und Ausbauzustand die in Tab. 6.13 aufgeführten Bemessungswasserstände angegeben werden.

Tabelle 6.13 Bemessungswasserstände für Drän- und Ausbauzustand Stand 9/2013

Station Bemessungswasserstand für Dräna-ge- und Ausbauzustand 9/2013

0,550 90,00 müNN

0,600 95,00 müNN

0,750 100,00 müNN

1,000 95,00 müNN

1,050 85,00 müNN

Für die Situation nach Verschluss der vorhandenen Dränagen und des Schachtes sowie nach Sanierung des Tunnels mit einer wasserundurchlässigen Betonschale können die sich dann ein-stellenden Bergwasserverhältnisse nicht zuverlässig prognostiziert werden. Grundsätzlich ist da-mit zu rechnen, dass das Bergwasser um mehrere Meter bis in die quartären Böden aufstaut und über diese gut wasserdurchlässigen Schichten entsprechend der Topografie absickert. Es kön-nen sich dabei Hangquellen ausbilden. Es wird ausdrücklich darauf aufmerksam gemacht, dass die veränderten Bergwasserverhältnisse bei der vorhandenen Bebauung zu Vernässungen etc. führen können. Zur Klärung des Sachverhaltes und zur Schadensvermeidung werden weitere Untersuchungen dringend empfohlen. Insbesondere sollten die vorhandenen Dränagen temporär verschlossen und die sich dann ergebenden veränderten Bergwasserspiegel erfasst werden. Diese Untersuchungen sind über einen hinreichend langen Zeitraum vorzunehmen.

6.7 Erdbebengefährdung

Das Projektgebiet liegt in der Erdbebenzone 1 nach DIN 4149:2005-04.



7 BESTANDSAUFNAHME DER BESTEHENDEN TUNNELSCHALE

7.1 Ergebnisse der Begehung Tunnel und Gelände

Im Zuge der gutachterlichen Bearbeitung des Projektes wurden mehrere Begehungen des Pro-jektgebietes vorgenommen. Eine erste Ortsbesichtigung erfolgte am 07.11.2012. Dabei wurden die Portalbereiche, die Voreinschnitte und das Gelände oberhalb des Tunnels besichtigt und auf die Zugänglichkeit mit Bohrgeräten geprüft. In den Voreinschnitten wurden soweit möglich die anstehenden Gesteine auf ihre Beschaffenheit und ihre Stabilität in den Böschungen und der vorhandene Bewuchs auf Hinweise von Verformungen in Augenschein genommen. Hierzu wurde eine Fotodokumentation (Anlage 5) angelegt.

In den Nachtsperrpause vom 13.12. auf den 14.12.2012 erfolgte eine Begehung und Inaugen-scheinnahme der Tunnelinnenschale vom Gleisbereich aus. Im Ergebnis konnten die Befunde aus dem Bauwerksbuch bestätigt werden (vgl. Abschnitt 4).

Das Bruchsteinmauerwerk ist überwiegend stark verwittert. Größtenteils sind die Fugen offen und ausgewaschen. Die Ziegelmauerwerksbereiche sind augenscheinlich überwiegend intakt. Der nördliche Bereich des Tunnels ist stark durchfeuchtet. In Teilbereichen sind die Innenseiten des Tunnels sehr stark versintert. Im Bereich des existierenden Schachtes sind die Wasserzutritte maximal. Etwa ab Tunnelmitte in Richtung Süden gehen die Wasserzutritte stark zurück. In der südlichen Hälfte war der Tunnel zum Zeitpunkt der Begehung überwiegend trocken (vgl. oben).

Weitere eingehende Begehungen erfolgten während der Bohrkampagne im Zeitraum 12.12 bis 21.12.2012. In dieser Zeit wurde eine durchgehende Fotodokumentation zum Zustand der Tun-nelauskleidung angefertigt. Diese Dokumentation ist dem Bericht auf einer CD-ROM als Anlage 5 beigefügt.

Die Abbildungen 7-1 bis 7- 8 enthalten exemplarische Fotos, die den charakteristischen Zustand des Tunnels wiedergeben.

Abb. 7-1: verbrochene, unausgekleidete Tun-nelnische



Abb. 7-2: Mit Natursteinen ausgekleideter Tun-nel, Gestein angewittert, Mörtel entfestigt

Abb. 7-3: Auskleidung mit Natursteinen, stark verwittert, Mörtel ausgewaschen, starke Sin-tererscheinungen

Abb. 7-4: Starke Sintererscheinungen



Abb. 7-5: Mit Ziegelmauerwerk ausgekleideter Tunnelabschnitt; Mauerwerk weitgehend intakt

Abb. 7-6: Abschnitt mit Teilausmauerung (Na-turstein), unverkleidetem Gebirge und starker Sintererscheinung.

Abb. 7-7: Abschnitt mit verwitterter Naturstein-auskleidung



Abb. 7-8: Abschnitt mit Auskleidung aus Natur-steinen (Gewölbe) mit Entwässerungsöffnun-gen und Ziegelmauerwerk (Ulme)

Abb. 7-9: Abschnitt mit Spritzputzversiegelung

Abb. 7-10: Abschnitt mit Spritzputzversiege-lung und luftseitigen Zinkblechen im Schacht-bereich

7.2 Ergebnisse der geophysikalischen Erkundung

Zur geophysikalischen Erkundung der Beschaffenheit von Tunnelauskleidung und Hinterfüllung wurden Georadar-Messungen entlang von sieben Längsprofilen (jeweils im Bereich der Ulme und



des Kämpfers auf beiden Seiten, im Bereich der Firste und auf der Sohle) sowie entlang von fünf Querprofilen bei Strecken-km 0+505, 0+600, 0+710, 0+900 und 1+040 durchgeführt.

Die Interpretation der Radargramme und die Umsetzung in ein Untergrundmodell in Form von Querprofilen ist der Anlage 6.1 zu entnehmen. Diese Querprofile beinhalten auch die Ergebnisse der Kernbohrungen. Im Einzelnen werden die Erkenntnisse im Abschnitt 7.4 dieses Berichtes zusammengefasst.

Physikalisch bedingt ist mit einem Tiefenfehler von ca. 10 % zu rechnen. Lokale Abweichungen von dem in den Anlagen gezeigten Modell sind nicht auszuschließen. Eine Detektion von Hohl-räumen war im vorliegenden Projekt nicht möglich. Dies liegt an den zu kleinen Abmessungen der Hohlräume und der physikalisch bedingten, deutlich langsameren Ausbreitungsgeschwindig-keit von elektromagnetischen Wellen im Fels bzw. Mauerwerk im Vergleich zur Ausbreitungsge-schwindigkeit in Luft. Reflexionen von Wellen an der Vorder- und Rückseite des Hohlraumes lie-gen zeitlich gesehen zu dicht beieinander und sind im Radargramm als eine einzige Reflexion sichtbar, lassen sich also zeitlich nicht mehr auflösen.

Abschnittsweise sind Teile des Tunnelgewölbes mit metallischen Platten ausgekleidet bzw. es befinden sich entsprechend Bauwerksbuch Siebelsche Patentplatten (bleihaltige Dichtungsplat-ten) hinter dem Mauerwerk. In diesen Abschnitten können mit dem Georadar verfahrensbedingt nur Aussagen bis zur Oberkante der Metallplatte getroffen werden, da Metalle die von der Radar-Antenne abgestrahlte elektromagnetische Energie vollständig reflektieren. Für die untersuchten Querprofile ist es jedoch unter Hinzuziehung der Ergebnisse der Bohrungen, die zur Kalibrierung der Georadardaten dienen, möglich, detaillierte Aussagen hinsichtlich des Wandaufbaus und des angrenzenden Gebirgskörpers über den Umfang des Tunnels zu treffen.

Die Ergebnisse der Längsprofile sind in der Anlage 6.3 gezeigt. In der Darstellung wurde zwi-schen Fels und Mauerwerk unterschieden, da eine weitergehende Differenzierung aus den Ra-dar-Daten nicht möglich ist. In den zwei Profilen auf der Sohle wurde zwischen Auffüllung und Fels unterschieden. Im größten Teil aller Messungen war lediglich eine Schichtgrenze sichtbar. Es konnte nicht zwischen Mauerwerk und Hinterfüllung unterschieden werden. Dies kann damit begründet werden, dass der Geschwindigkeitskontrast der Radar-Wellen beim Übergang vom Mauerwerk zur Hinterfüllung zu klein ist, um eine für eine Auswertung ausreichende Reflexion zu erzeugen. Möglicherweise weist die Hinterfüllung zudem eine zu geringe Mächtigkeit auf, welche vom Georadar und den hier eingesetzten Antennen nicht mehr aufgelöst werden kann.

7.2.1 Längsprofile „Ulme“

In einem großen Teil des Profils „Ulme links“ zeigen die aufgenommenen Daten keine eindeuti-gen Hinweise auf mögliche Schichtgrenzen. In diesem gekennzeichneten Bereich war daher kei-ne Auswertung möglich. Möglicherweise liegt die Begründung hierfür in einem starken Wasser-gehalt des Untergrundes und damit einhergehend einem schwachen Geschwindigkeitskontrast, d.h. einer nahezu gleichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radar-Wellen in Mauerwerk und Fels und somit sehr geringen Reflexionen an eventuell vorhandenen Grenzflächen. Auch im Profil



„Ulme rechts“ liegt ein Bereich, in welchem keine eindeutigen Schichtgrenzen erkennbar sind. Noch innerhalb dieses Abschnittes, von Tunnel-km 0+740 bis ca. 0+760, liegt ein Bereich, wel-cher durch vergleichsweise starke Reflexionen im Radargramm charakterisiert ist, die wiederum auf metallische Strukturen hindeuten. Diese metallischen Strukturen wurden auch in den Bohrun-gen bei Tunnel-km 0+738 erbohrt. Möglicherweise setzt sich die metallische Struktur in diesem Profil nach Norden hin fort, dies kann jedoch durch die Radar-Daten nicht belegt werden. Beide Teil-Abschnitte dieser Profile liegen im vernässten Tunnel-Bereich. Im weiteren Verlauf ab Tun-nel-km 0+792 des Profils „Ulme rechts“ in Richtung Süden konnten abschnittsweise keine Schichtgrenzen erkannt werden. Dies ist damit begründet, dass in diesem Bereich kein Mauer-werk existiert, welches auch durch die in diesem Bereich vorhandenen Bohrungen belegt wird.

7.2.2 Längsprofile „Kämpfer“

In beiden Längsprofilen „Kämpfer links“ und „Kämpfer rechts“ konnten durchgehende Schicht-grenzen identifiziert werden. Im mittleren, vernässten Bereich deuten die Radar-Daten auf metal-lische Strukturen hinter dem Mauerwerk hin, welche auch durch die Bohrungen und die Querpro-file belegt sind. In Teilbereichen des Profils „Kämpfer links“ konnte zudem eine bis zu 1 m mäch-tige Hinterfüllung detektiert werden.

7.2.3 Längsprofil „Firste“

Etwas mehr als die Hälfte der Firste ist durch metallische oder metallhaltige Strukturen charakte-risiert. Im gesamten nördlichen Teilbereich von Tunnel-km 0+484 bis 0+739 scheint eine luftseiti-ge metallische oder metallhaltige Struktur vorhanden zu sein, welche physikalisch bedingt in die-sem Bereich keine Aussagen über mögliche Schichtgrenzen zulässt. Auch am südlichen Tunnel-Portal deuten die Daten auf eine metallische Struktur hin, welche sich hier hinter dem Mauerwerk befindet. Der in diesem Bereich eingezeichnete Hohlraum ist aus Begehungen bekannt und nicht aus den Radar-Daten erkennbar. Es handelt sich hier um eine ungefähre Position.

7.2.4 Längsprofile „Sohle“

Abweichend von der ursprünglichen Planung wurden im Bereich der Sohle zwei statt einem Längsprofil gemessen. Die Messungen auf Gleismitte sind zwar am einfachsten durchzuführen, liefern jedoch durch die Bahnschwellen stark gestörte Daten, welche eine Auswertung kaum zu-lassen. Um ein möglichst vollständiges Bild der Sohle zu erhalten, wurde daher ein Profil rechts und ein Profil links der Gleise, jeweils neben dem Schotterbett gemessen. Die Längsprofile im Bereich der Sohle sind charakterisiert durch eine Auffüllung von geringer Mächtigkeit und daran anschließendem Fels. Schächte oder Kabel-Querungen konnten nicht detektiert werden.



Bis auf die Abschnitte, in welchen metallische oder metallhaltige Strukturen zum Abdichten ver-baut wurden, war der Übergang zwischen Mauerwerk und Fels erkennbar und auswertbar. Die den Längsschnitten zugrunde liegenden Radar-Daten zeigen eine gute bis teilweise sehr gute Übereinstimmung mit den Bohrergebnissen und Querprofilen.

7.3 Ergebnisse der Kernbohrungen

Für die weitere Planung sind der Aufbau und die Beschaffenheit, d. h. die mechanischen Eigen-schaften der bestehenden Tunnelinnenschale sowie etwaiger ergänzender Baustoffe (bituminöse Abdichtungen, Bleche etc.) sowie die Beschaffenheit der Hinterfüllung und des Gebirges im Nah-bereich des Tunnels von besonderer Bedeutung. In diesem Zusammenhang ist auch das Vor-handensein von Hohlräumen in der Hinterfüllung sowie eines etwaigen Firststollens zu klären. Hierzu wurden aus dem Tunnel heraus Kernbohrungen ausgeführt. Die Ansatzpunkte und die Orientierung der Bohrungen gehen aus dem Lageplan der Anlage 1.3 hervor.

Die Ergebnisse der Aufschlussbohrungen GWM 1 bis GWM 4 dienen unter anderem zum Auf-schluss der vorhandenen Gebirgs- und Bergwasserverhältnisse. Die Ergebnisse sind in Anlage 4.1 bis Anlage 4.3 als Schichtenverzeichnisse, Bodenprofile und mit Kernfotos dokumentiert. Fer-ner wurden die Bohrergebnisse in Anlage 2 und in die Querprofile in Anlage 3.1 bis Anlage 3.11 eingetragen.

Die Ergebnisse der Kernbohrungen in Bezug auf das Mauerwerk sind in der Tabelle 7.1 zusam-mengestellt. Die Resultate bezüglich der Hinterfüllung und eventueller Hohlräume sind in der Ta-belle 7.2 aufgeführt. Das jeweils erbohrte natürliche Festgestein ist in Kap. 6 (vgl. z.B. Tab. 6.1) beschrieben.

Man erkennt, dass die Dicke der Tunnelauskleidung lokal stark differiert. In Bereichen mit Natur-steinauskleidung wurden Schalendicken zwischen ca. 0,4 m und 1,3 m festgestellt; häufig liegt die Schalendicke bei ca. 0,8 m bis 1,0 m. Das Ziegelmauerwerk ist an den Aufschlussstellen ein-heitlich ca. 0,8 m dick.

Bei mehreren Bohrungen wurde jeweils auf der Bergseite der Auskleidung ein ca. 1 mm bis 2 mm dickes Zinkblech festgestellt.

Eine planmäßige Hinterfüllung wurde lediglich bei den beiden Bohrungen bei km 0,505 festge-stellt. Die Dicke der Hinterfüllung beträgt hierbei 0,3 m bis 0,5 m; sie besteht aus kleinstückigen, gebrochenen Natursteinen.

Die in Kämpfer und Firste angesetzten Bohrungen erbrachten Hinweise auf einen (früheren) Firststollen/ Firsthohlraum. Bereichsweise ist der Hohlraum intakt und etwa 0,5 m hoch. Bei einer Vielzahl der Bohrungen wurden Versturzmassen mit einer Schichtdicke von 30 cm bis 50 cm festgestellt. Bei km 0,500 wurden Versturzmassen einschließlich Holzbalken zwischen Ausklei-dung und Versturzmassen festgestellt. Vermutlich erfolgte hier bereits bauzeitlich ein Nachbruch.



Dieser Sachverhalt wurde bei anderen Bohrungen zwar nicht festgestellt, es muss aber damit gerechnet werden, dass auch in anderen Bereichen ähnliche Verhältnisse vorliegen.

Bei detaillierter Untersuchung des Bohrkerns wurde als besondere Anomalie in den Versturzmassen ein etwa münzgroßer Rest aus Teerpappe kartiert. Die Teerpappe ist zweilagig mit einer Gesamtdicke von 2 mm …3 mm.

7.4 Zusammenfassende Ergebnisse von geophysikalischer Erkundung und Kern-bohrungen

Die Ergebnisse der im Tunnel ausgeführten Kernbohrungen sowie die geophysikalischen Erkun-dungen wurden für die weitere Projektbearbeitung ausgewertet und in Form von geotechnischen Querprofilen ausgewertet. Diese Querprofile sind in den Anlage 3 dargestellt.

Bereich Querprofil Q T1, km 0,505 (Anlage 3.1)

Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt überwiegend mit Natursteinen gemauert. Das Mau-erwerk ist sorgfältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Aus-kleidung beträgt im Sohlbereich der hufeisenförmigen Auskleidung ca. 1,0 m und im Gewölbe ca. 0,7 m.

Eine Hinterfütterung der Auskleidung wurde in diesem Tunnelabschnitt nur ansatzweise vorge-funden. Falls vorhanden, ist diese maximal wenige Dezimeter dick.

Im Gewölbe befindet sich ein als Dichtputz aufgebrachter Spritzbeton von wenigen Zentimeter Dicke. Diese Lage beinhaltet vermutlich eine Metalleinlage (maschendrahtartige Bewehrung?), die die Signale bei den geophysikalischen Messungen störte. Die Metalleinlage wurde bei der, in der Firste ausgeführten Kernbohrung BK 0,505ÜK nicht erbohrt.

Die in der Firste durchgeführten Kernbohrung BK 0,505ÜK ergab einen wenige Dezimeter hohen Hohlraum über schiefrigen Versturzmassen. Die Beobachtung zeigt, dass in der Firste ein etwa 1 m bis 1,5 m hoher Stollen vorhanden ist (war), der jedoch weitgehend verstürzt ist.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus angewittertem Ton- und Siltschiefer sowie untergeordnet aus Sand-/Siltstein mit Bankdicken zwischen 0,01 m bis 0,2 m.



Bereich Querprofil km 0,550 (Anlage 3.2)

Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt überwiegend mit Natursteinen gemauert. Das Mau-erwerk ist sorgfältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Aus-kleidung wurde im Gewölbe zu ca. 0,6 m ermittelt..

Die Auskleidung ist unregelmäßig dick, im Mittel jedoch 0,25 m bis 0,5 m dick hinterfüttert. Für die Hinterfüllung wurden Bruchstücke des Natursteins verwendet.

Im Gewölbe befindet sich ein als Dichtputz aufgebrachter Spritzbeton mit einer Dicke von weni-gen Zentimetern. Diese Lage beinhaltet vermutlich eine Metalleinlage (maschendrahtartige Be-wehrung?), die die Signale bei den geophysikalischen Messungen störte. Die Metalleinlage wur-de bei den, in den Kämpfern des Gewölbes ausgeführten Kernbohrungen BK 0,550 RL und BK

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus angewittertem Ton- und Siltschiefer sowie aus Sand-/Siltstein mit Bankdicken zwischen 0,01 m bis 0,2 m.


Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt mit Natursteinen gemauert. Das Mauerwerk ist sorg-fältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Auskleidung ist unterschiedlich und beträgt zwischen ca. 0,6 m und > 1,0 m.

Eine Hinterfütterung/ Hinterfüllung wurde in diesem Querschnitt nur in Ansätzen vorgefunden (z.B. bei BK 0,600 RR von 0,6 m bis 1,0 m Bohrtiefe).

Mit der Bohrung BK 23 wurde oberhalb des gemauerten Gewölbes ein ca. 0,5 m hoher Hohlraum festgestellt, der als Relikt eines früheren Firststollens zu interpretieren ist.

Nach den geophysikalischen Untersuchungen befindet sich im Gewölbe eine Metallplatte.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus bankigem, angewittertem bis verwittertem Ton- / Siltstein


Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt mit Natursteinen gemauert. Das Mauerwerk ist sorg-fältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Auskleidung be-trägt zwischen ca. 0,8 m und 0,9 m m.

Eine Hinterfütterung/ Hinterfüllung wurde im Gewölbe mit einer Dicke von wenigen Dezimetern bis 0,7 m vorgefunden (BK 0,650 RL und BK 0,650RR).



Mit der Bohrung BK 0,650Ük wurden oberhalb des gemauerten Gewölbes Versturzmassen aus Tonschiefer festgestellt. Dieser Bereich istals Relikt eines früheren Firststollens zu interpretieren ist.

In der Firste besteht auf der Innenseite ein dünner Spritzputz.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus Tonschiefer und bankigem, angewittertem bis verwittertem Ton- / Siltstein

Bereich Querprofil Q T3 km 0,710 (Anlage 3.5)

In diesem Querprofil ergeben die hier ausgeführte Kernbohrung BK 17 sowie die geophysikali-schen Messungen im Vergleich zu den beiden voran gegangenen Profilen einen deutlich verän-derten Aufbau der Tunnels. Die Tunnelschale besteht aus einem 0,7 m bis 0,9 m dicken Mauer-werk aus Natursteinen. Das Mauerwerk ist verwittert bis zersetzt. Der Mörtel ist weitegehend ent-festigt. Es sind deutliche Versinterungen vorhanden.

Auf der Rückseite des Mauerwerks wurde ein Blech (Zink?) erkundet, das umlaufend vorhanden ist. Im Gewölbe ist ferner auf der Luftseite ein Dichtputz aus Spritzbeton mit einer Drahtbeweh-rung zu vermuten, wie er bereits auch im Querschnitt Q T1 beschrieben ist. Eine vergleichbare Bewehrungseinlage ist nach den geophysikalischen Erkundungsergebnissen auch für die Erdseite der Tunnelauskleidung l.d.B. im Bereich der Ulme zu vermuten.

Erdseitig des Mauerwerks wurde eine maximal wenige Dezimeter (< 0,35 m) mächtige Hinterfül-lung erbohrt. In BK 17 ist auf 0,7 m Dicke ein Tonschiefer erbohrt worden, der dem natürlichen Gebirge oder einer Hinterfüllung zuzuordnen ist. Eine Klärung war anhand des Bohrkerns nicht möglich. Die Hinterfüllung besteht danach aus Natursteinen mit starken Sinterungen.

Aufgrund des im Gewölbe vorhandenen Blechs ergeben die geophysikalischen Untersuchungen keine Aussage über den weiteren Aufbau des Gewölbes. Es ist jedoch davon auszugehen, dass in der Firste, wie in den übrigen Abschnitten, ein (verstürzter) Stollen vorhanden ist.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus dickplattigem bis dünnbankigem Ton- und Siltschiefer mit häufigen Kalkausfällungen.


Wie bereits im Querprofil Q T3 besteht die Tunnelschale besteht aus einem 0,7 m bis 0,9 m di-cken Mauerwerk aus Natursteinen. Das Mauerwerk ist verwittert bis zersetzt. Der Mörtel ist wei-tegehend entfestigt. Es sind deutliche Versinterungen vorhanden.

Auf der Rückseite des Mauerwerks wurde ein Blech (Zink?) erkundet, das umlaufend vorhanden ist. Im Gewölbe ist auf der Luftseite ein weiteres Zinkblech vorhanden.



Erdseitig des Mauerwerks wurde eine 0,3 m bis 0,5 m mächtige Hinterfüllung erbohrt.

Aufgrund des im Gewölbe vorhandenen Blechs ergeben die geophysikalischen Untersuchungen keine Aussage über den weiteren Aufbau des Gewölbes. Es ist jedoch davon auszugehen, dass in der Firste, wie in den übrigen Abschnitten, ein (verstürzter) Stollen vorhanden ist.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus dickplattigem bis dünnbankigem Ton- und Siltschiefer mit häufigen Kalkausfällungen in Wechsellagerung mit quarzitischen Sandsteinen

.

Bereich Querprofil Q T4 km 0,800 (Anlage 3.7)

Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt mit Natursteinen gemauert. Rechts der Bahn steht der natürliche Fels ohne Verkleidung an.

Das Mauerwerk ist sorgfältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Auskleidung beträgt ca. 0,8 m bis 1,0 m.

Die Dicke der Hinterfütterung/ Hinterfüllung wurde in diesem Querschnitt zu 0,4 m bis 0,5 m fest-gestellt. Sie besteht aus Material des lokal anstehenden Tonschiefers.

Mit BK 0,800ÜK wurde oberhalb des gemauerten Gewölbes ein mehrere Dezimeter hoher Hohl-raum festgestellt.

Im Gewölbe ist nach den vorliegenden Bohrergebnissen ein Zinkblech vorhanden.

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus dickplattigem bis dünnbankigem Ton- und Siltschiefer (angewittert bis verwittert) sowie aus quarzitischen Sandsteinen. Das Gebirge zeigt häufig Sinterausfällungen.


Das Tunnelgewölbe ist in diesem Abschnitt mit Natursteinen gemauert. Das Mauerwerk ist sorg-fältig vermörtelt. Der Mauerwerksverbund ist weitgehend intakt. Die Dicke der Auskleidung be-trägt im Gewölbe ca. 0,7 m bis 0,9 m.

Die Dicke der Hinterfütterung/ Hinterfüllung wurde in diesem Querschnitt zu maximal ca. 0,4 m festgestellt. Sie besteht aus Material des lokal anstehenden Tonschiefers bzw. quarzitischen Sandsteins..

Das Gebirge besteht im Nahbereich des Tunnels aus dickplattigem bis dünnbankigem Ton- und Siltschiefer (angewittert bis verwittert) sowie aus quarzitischen Sandsteinen. Das Gebirge zeigt häufig Sinterausfällungen.




Das Tunnelgewölbe besteht in diesem Abschnitt aus einem ca. 0,8 m bis 1,0 m dicken zwei- bis dreischaligem Ziegelmauerwerk. Das Mauerwerk ist intakt.

Erdseitig der Auskleidung wurde eine wenige Dezimeter (ca. 0,2 m bis 0,5 m) dicke Hinterfüllung aus natürlich anstehendem Festgestein erkundet.

In der Firste wurde mit BK 13 oberhalb des gemauerten Gewölbes ein mehrere Dezimeter hoher, teilweise mit lockerem Gesteinsschutt verfüllter Hohlraum festgestellt, der als Relikt eines frheren Firststollens zu interpretieren ist. Auf der Erdseite des Mauerwerks wurde als Basis des Hohl-raums zunächst ein Holzbalken erkundet. Ferner wurde in dem Versturzmaterial ein münzgroßes Relik einer zweilagigen Teerpappe gefunden.

Im Nahbereich des Tunnels steht quarzitischer Tonschiefer/ Siltstein in Wechsellagerung mit Sandsteinen an. Das Gestein ist weitgehend unverwittert bis angewittert und dünn- bis dickbankig angelegt ist


Das Tunnelgewölbe besteht in diesem Abschnitt aus einem mehrschaligem Natursteinmauer-werk. Die Mächtigkeit beträgt ca. 0,6 m bis 1,0 m. Der Mörtel ist weitegehend zersetzt.

Im Bereich der Firste ist die Mauerwerksschale auf ihrer Hinterseite mit einer metallhaltigen Ab-dichtungsplatte bzw. einer Drahtbewehrung versehen.

Nach den Untersuchungen mit dem Georadar ist erdseitig der Tunnelauskleidung eine maximal wenige Dezimeter dicke Hinterfütterung aus natürlichen Steinen vorhanden.

Das Gebirge wurde im Nahbereich des Tunnels als angewitterter, dünnbankiger Tonschiefer/ Siltschiefer in Wechsellage mit unverwittertem dickplattigen bis dünnbankigem Sandstein erkun-det.

Bereich Querprofil Q V2, km 1,070 (Anlage 3.11)

In diesem Querprofil wurden keine geophysikalischen Messungen ausgeführt. Erkenntnisse lie-gen lediglich aus der, im Fußbereich der Stützwand l.d.B. angesetzten Kernbohrung BK 4 vor.

Danach hat die Kernbohrung auf einer Dicke von knapp 0,4 m weitgehend intaktes Naturstein-mauerwerk durchörtert. Die Natursteine sind sorgfältig vermörtelt. Unter dem Naturstein folgt auf ca. 0,6 m Dicke zersetzter, entfestigter Beton. Lokal ist der Beton knollenartig hart und fest. Die Basis der betonierten Gründung besteht aus einer dünnen Lage Hanglehm (Dicke ca. 0,1 m). Im Liegenden folgt der anstehende Fels, der sich hier als quarzitischer Sandstein darstellt. Bis in ca.



1 m Tiefe ist der Sandstein kleinstückig verwittert, mit zunehmender Tiefe angewittert und dünnplattig bis dünnbankig.

7.5 Ergebnisse der Laborversuche

7.5.1 Einaxiale Druckversuche und Punktlastversuche

Zur Bestimmung der Festigkeit des Mauerwerks wurden an insgesamt fünf Mauerwerksproben (vermörtelter Verband) einaxiale Druckversuche durchgeführt. Die Versuche wurden entspre-chend der Empfehlung Nr. 1 des Arbeitskreises 3.3 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik im Geotechnischen Labor der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Der Versuchsbericht sowie eine CD mit Fotodokumentation der Testdurchführung sind diesem Gutachten als Anlage 8.1 bei-gefügt. Die Belastung der Prüfkörper erfolgte kraftgesteuert mit einer konstanten Zunahme von 0,1 MN/(m²×s).

Die Mörtelebenen sind i. A. schräg zur Bohrrichtung orientiert.

Die Ergebnisse der einaxialen Druckversuche an Felsproben sind in der Tabelle 7.1 zusammen-gestellt. Bei Probekörpern deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser l/d < 2 ist wurden die einaxialen Druckfestigkeiten gemäß der o. g. Empfehlung abgemindert. Die abgeminderten Druckfestigkeiten sind entsprechend ausgewiesen.

Die einaxialen Druckfestigkeiten des untersuchten Natursteinmauerwerks liegen zwischen ca. 2 MN/m² und 16 MN/m². Der Mittelwert beträgt etwa 9 MN/m² (n=4). Die Versuchsergebnisse weisen eine vergleichsweise große Bandbreite auf, wobei die geringeren Werte u.a. auf nachteili-ge Einflüsse der schräg in den Probekörpern verlaufenden Schieferungsflächen und Mörtelfugen und auch deren Dicke und Qualität zurück zu führen sind.

Für das Ziegelmauerwerk wurde eine einaxiale Druckfestigkeit von 19 MN/m² gemessen (n= 1).

Grundsätzlich sollte die Gebirgsfestigkeit ergänzend durch mehrere Punktlastversuche erfasst werden. Infolge von Schwierigkeiten bei der Probenaufbereitung (Zerfall der Proben auf Mörtelfu-gen) waren diese Tests nur an wenigen intakten Proben möglich, die das Mauerwerk jedoch nicht ausgewogen repräsentieren.



Tabelle 7.1 Ergebnisse der einaxialen Druckversuche

Bohrung Gestein Entnahmetiefe

[m] l/d [-] σU [MN/m²]

σU [MN/m²] abgemindert

BK 12 Ziegelmauerwerk 0,40-0,80 1,8 (19,5) 19,2

BK 13 Natursteinmau-

erwerk 0-0,25 1,4 (17,2) 16,3


erwerk 0,25-0,57 1,2 (2,6) 2,4


erwerk 0,60-0,90 1,5 (6,3) 6,1


erwerk 0-0,45 2,0 10,8

Die Versuchsdurchführung erfolgte gemäß der Empfehlung Nr. 5 des Arbeitskreises 3.3 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik im Geotechnischen Labor von CDMSmith. Bei diesem Versuch wird eine handstückgroße Probe einer konzentrierten Belastung ausgesetzt, die bis zum Bruch der Probe gesteigert wird. Die im Versuch ermittelte Bruchfestigkeit wird anschließend rechnerisch auf einen Probendurchmesser von 50 mm bezogen. Das Resultat wird als Festig-keitsindex I s(50) bezeichnet. Zwischen der einaxialen Druckfestigkeit und dem Festigkeitsindex aus Punktlastversuchen besteht ein statistisch abgesicherter Zusammenhang, der über einen

Faktor α formuliert wird:

σu ≈ α ∗I s(50).

Der Faktor α wird im Folgenden aufgrund von Erfahrungswerten bei vergleichbaren Verhältnissen zu 24 gewählt.

Die Testprotokolle sind in der Anlage 8.2 zusammengestellt. Die aus den Punktlastversuchen abgeleiteten einaxialen Druckfestigkeiten sind in der Tabelle 7.2 angegeben.. Die Versuchswerte schwanken zwischen 41 MN/m² und 73 MN/m². Der arithmetische Mittelwert beträgt 57 MN/m².

Tabelle 7.2 Ergebnisse der Punktlastversuche an Mauerwerksproben (Handstücke)

Bohrung Material Entnahmetiefe I s(50)

[[[[MN/m²]]]] σσσσu

[[[[MN/m²]]]]

BK 12 Ziegelmauer-

werk 0,40-0,80 3,72 89,3

BK 12 Mörtel 0,40-0,80 0,72 17,2

BK 13 Naturstein 0-0,25 5,46 130,9

BK 13 Naturstein 0-0,25 0,30 7,2



7.5.2 Natürlicher Wassergehalt und Dichte

Zur Untersuchung des Verwitterungsgrades der Festgesteine wurde an neun Proben der natürli-che Wassergehalt bestimmt; an sieben Proben wurde die Gesteinsdichte festgestellt (vgl. Ver-suchsbericht der Hochschule Darmstadt, beigefügt als Anlage 8.1).

Die gemessenen Wassergehalte betragen bei den Ziegelsteinen w= 12,5 % (n=1), beim Mörtel w= 11,7 % bis 59,1 % (i. M. w= 35 %, n= 5). Die vergleichsweise hohen Werte zeigen den hohen Verwitterungsgrad der Steine bzw. des Mörtels und die bereichsweise hohe Feuchte der Tunnel-laibung auf.

Die für das Ziegelmauerwerk gemessenen Dichten betragen ρ= 2,15 g/cm³. Für das Naturstein-mauerwerk wurden Dichten ρ= 2,33 g/cm³ bis 2,49 g/cm³ (i. M. 2,40 g/cm³) gemessen.

7.5.3 Abrasivität

Die Untersuchungen zur Bestimmung der Gesteinsabrasivität erfolgten mit dem Cerchar Abrasivity Index-Test (CAI). Die Versuche wurden im Geotechnischen Labor der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Der Versuchsbericht ist diesem Gutachten als Anlage 8.1 beigefügt. Zur besseren Übersicht sind die Klassifikationen der Abrasivität nach Cerchar (CAI) und nach Plinninger (RAI) in der Tabelle 6.6 (s. Kapitel 6) gegenübergestellt.

Die Abrasivität nach Cerchar wurde an einer Gesteinsprobe der Natursteinauskleidung sowie an einer Probe des Mauerwerkmörtels untersucht. An der Natursteinprobe wurde die Prüfung sowohl parallel als auch senkrecht zur Schieferung/Schichtung vorgenommen. In der Tabelle 7.3 sind die Ergebnisse zusammengefasst.

Tabelle 7.3 Ergebnisse der Abrasivitätstests (Gestein) nach Cerchar – CAI

Bohrung Gestein Entnahmetiefe CAI Abrasivität

BK 23 Mauerwerksmörtel 0,25-0,57 0,90 Schwach abrasiv

BK 23 Naturstein 0,25-0,57 ║Ss 3,98 sehr abrasiv/ extrem

abrasiv ┴ Ss 4,11

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die quarzhaltigen Natursteinproben der Tunnelauskleidung eine hohe bis extrem hohe Abrasivität aufweisen.



7.6 Mechanische Kennwerte

Die mechanischen Kennwerte für den vorhandenen Ausbau des Horchheimer Tunnels sind in der nachstehenden Tabelle 7.4 angegeben. Grundlage der Festlegung der Kennwerte sind die Er-gebnisse der im Rahmen der Erkundung durchgeführten Laborversuche sowie Erfahrungen aus vergleichbaren Projekten.

Bei Standsicherheitsberechnungen sind die Kennwerte in ihrer gesamten Bandbreite zu berück-sichtigen. Bei Bedarf sind Sensitivitätsbetrachtungen mit reduzierten Sicherheitsbeiwerten durch-zuführen. Im Hinblick auf die Lösbarkeit sind die Kennwerte an der oberen Grenze der Bandbrei-ten zu berücksichtigen.

Tabelle 7.4 Mechanische Kennwerte für den vorhandenen Ausbau des Horchheimer Tunnels

Parameter Mauerwerk aus Ziegelsteinen

Mauerwerk aus Naturstein

Wichte γ [kN/m³] 20-21 23-24

Einaxiale Druckfestigkeit σU 25-75 (100*) 0-25 (150*)

*als Maximalwert



8 BEFAHRUNG DES SCHACHTES

Der im zentralen Bereich des Tunnels vorhandene Schacht wurde am 16.03.2013 geöffnet und erkundet. Die Schachtabdeckung besteht aus drei HEB-Stahlträgern, die über den Durchmesser verteilt angeordnet sind und auf den Schachtwänden auflagern. Die beiden randlichen Träger befinden sich rd. 10 cm von der Schachtinnenwand entfernt. Der mittlere Träger ist genau mittig angeordnet. Darüber folgen Holzbohlen von 2,5 cm Dicke, die beim Betonieren des Deckels als verlorene Schalung dienten. Der Schacht wird von einem 15 cm dicken Betondeckel (vgl. Fotos 1 und 2) abgeschlossen. Eine Bewehrung des Betons ist nicht erkennbar.

Die Oberkante des Deckels wurde mit Bezug auf den Bohrpunkt GWM 2 eingemessen. Die Höhe des Schachtdeckels liegt demnach auf ca. 115,3 mNN.

Foto 1: Freigelegter Schacht mit Betondeckel

Foto 2: Freigelegter Schachtde-ckel mit seitlicher Einstiegsöff-nung



Der Schachtaußendurchmesser beträgt rd. 1,8 m, der Innendurchmesser ca. 1,0 m. Der Schacht ist im oberen Bereich bis in ca. 14 m Tiefe lotrecht (vgl. Foto 3) und weist hier eine Auskleidung aus Ziegelmauerwerk auf. Die Mauerwerksdicke beträgt gemäß den Bestandsplänen 38 cm. Vor Ort wurde im frei gelegten oberen Bereich eine Dicke von 40 cm festgestellt. In Abständen von ca. 0,5 m sind Steigeisen montiert. Bis zu einer Tiefe von ca. 6 m unter OK-Betonplatte sind diese noch vorhanden; mit zunehmender Tiefe sind sie korrodiert, so dass nur noch Reste in der Wand erkennbar sind. Insgesamt weist der Schacht im Tiefenbereich bis 14 m einen sehr guten Zu-stand, ohne Beschädigungen oder Auffälligkeiten auf (Foto 3).

Unterhalb einer Teufe von 14 m verschwenkt der Schacht bis in 16 m Tiefe nach Norden. Im Verschwenkungsbereich ist der Schacht betoniert. In diesem Abschnitt sind unterhalb des Zie-gelmauerwerks in 15,25 m Tiefe unter OK-Betondeckel Wasserzutritte vorhanden. Die zutretende Wassermenge wurde zu ca. 3 l/s bis 5 l/s geschätzt.

Im Bereich der Wasserzutritte sind im Beton unregelmäßig zahlreiche kleine Öffnungen mit einem Durchmesser um 1 cm vorhanden (vgl. Foto 4). Die Betonqualität an den Schachtmauern ist sehr gut. Schadhafte Stellen sind nicht erkennbar.

Foto 3: Schacht mit Steigeisen im obersten Abschnitt



Nach dem vorbeschriebenen Verschwenkungsbereich ist der Schacht wieder lotrecht. Aufgrund dicker Sinterablagerungen an den Wänden ist der Schachtdurchmesser hier mit 0,8 m bis 0,95 m geringer als im oberen Abschnitt (vgl. Foto 5).

An der Sohle des Schachtes ist Wasser aufgestaut. Der Wasserspiegel wurde in 28,5 m Tiefe unter OK-Betondeckel festgestellt. Dieses Niveau entspricht etwa 86,8 mNN. d.h. der Wasserspiegel liegt etwa 1 m oberhalb der luftseite der Tunnelfirste bzw. in der Hinterfüllung. Aus statisch konstruktiver Sicht ist davon auszugehen, dass der Schacht nicht genau im Firstbereich sondern seitlich versetzt in den Tunnel mündet (vgl. Anlage 2.2).

In Abb. 8.1 sind Auszüge aus vorhandenen älteren Planunterlagen zum Schacht dargestellt. Die Details zur Wasserfassung konnten mit der Begehung nicht bestätigt werden.

Foto 4: Wasseraustrittsstellen aus der betonierten Schachtwand

Foto 5: Blick in den Schacht nach unten, im Bereich der Sinterbil-dungen (links) an den Schacht-wänden. Rechts ist noch der ur-sprüngliche Betonausbau er-kennbar.



Abb. 8.1: Schnitt durch den Bereich der Wasserfassung (Bestandspläne)

Nach Beendigung der Untersuchungen wurde der Schacht wieder in den aufgefundenen Zustand versetzt. Hierfür wurde die randliche Öffnung für den Einstieg wieder zugemauert (s. Foto 6). Der ausgekofferte und seitlich gelagerte Aushubboden wurde wieder eingebaut. Das Gelände wurde in den ursprünglichen Zustand versetzt.

Die Lage des Schachtkopfes wurde in Bezug auf die benachbarten ausgepflockten Grundstücks-grenzen eingemessen und die Koordinate bestimmt. Über die Rechts- und Hochwerte der be-nachbarten Bohransatzpunkte konnte die Lage im Tunnel mit einigen Dezimetern Genauigkeit bestimmt werden. Die Lage des Schachtes ist in Anlage 1.3 und Anlage 3.6 übertragen.

Foto 6: Die Einstiegsöffnung wur-de wieder mit den vorhandenen Ziegeln zugemauert. Die Baugru-be wurde wieder verfüllt und in den vorherigen Zustand versetzt.



9 BEGEHUNG DES FIRSTSTOLLENS UND DER TUNNELPORTALE

9.1 Nordportal

An der aufgehenden Felswand oberhalb des Portals wurden für die Schichtung/ Schieferungsflä-che Streich- und Fallwinkel α/β von 318°/45° und 308°/45° gemessen. Für die Kluftflächen wur-den Werte α/β = 190°/68°; 52°/65° und 214°/89° festgestellt (vgl. Lotpunktdiagramme in Abb. 9-1). Die Schichtung/ Schieferung) streicht somit etwa hangparallel (d.h. quer zur Bahntrasse) und fällt mit ca. 45° zur Luftseite hin ein. Die Klüfte sind etwa quer zur Schichtung/ Schieferung ange-legt. Das durch Schichtung/ Schieferung sowie Kluftscharen angelegte räumliche Trennflächen-gefüge sondert einzelne Gesteinsblöcke unterschiedlicher Größe ab (vgl. Foto 11).

x Schichtfläche

∆∆∆∆ Schieferungsfläche

Kluftfläche

Abb. 9-1: Darstellung der Raumstellung der Trennflächen als Polpunkte im Lotpunktdiagramm (Nordportal).

In der Tunnelüberschüttung wurden im Übergang zum anstehenden Fels zwei Schürfe durchge-führt. Danach beträgt der Abstand zwischen Tunnelportal (gemessen von der Hangseite der Mauer) und dem Fels 6 m bis 7 m. An den Seiten verringert sich die Entfernung auf ca. 4 m. Der Bereich ist mit Hang- und Felsschutt bedeckt. Der Böschungswinkel dieser Schuttmassen beträgt

360° /

240

6

210

180°

150°

120

90

30

300

330

360° /

240

6

210

180°

150°

120

90

30

300

330



rd. 35 ° (Tunnelachse) bis 45° (Randbereiche). Die Situation ist für die Tunnellängsachse in der Abb. 9.2 skizziert.

Der Fels besteht aus devonischen Tonschiefern und Siltschiefern, die zunächst verwittert, ab ca. 3 m Tiefe (ab GOK) angewittert sind. Aufgrund der Trennflächen lösen sich einzelne Felsblöcke beim Freilegen (s. Foto 7). Die Dicke der Hangschuttüberdeckung der Felsoberfläche beträgt bis zur Hangoberkante zwischen 20 cm und 50 cm. In den Seitenbereichen nimmt die Schichtdicke auf ca. 1m zu. Örtlich liegt die Felsoberfläche frei.

Am Nordportal ist erkennbar, dass ursprünglich ein Firststollen bestand (Höhe ≤ ca. 1 m, vgl. Foto 11). Der Stollen ist zwischenzeitlich verstürzt; er ist ohne bautechnische Aufwältigung nicht zu befahren.

Die Dicke des Portalmauerwerks wurde zu 0,50 m…0,55 m festgestellt.

Fotos 7 bis10: Nordportal



9.2 Südportal

Die Situation am Südportal geht aus den Fotos 13 bis 17 hervor. An der aufgehenden Felswand oberhalb des Portals wurden für die Schichtung/ Schieferungsflä-che Streich- und Fallwinkel α/β von 298°/56°; 297°/58° gemessen (vgl. Lotpunktdiagramme in Abb. 9-3). Für die Kluftflächen wurden Werte α/β = 186°/65°; 45°/77° und 204°/85° festgestellt.

Die Schichtung/ Schieferung) streicht somit etwa parallel zur Einschnittsböschung l.d.B.. Die Klüftung ist quer zur Schichtung/ Schieferung angelegt und begünstigt die Ausbildung von Fels-keilen.

Foto 11: hangparallele Schich-tung und Klüftung quer dazu. Die Reste des Firststollens sind im unteren Bildteil zu erkennen

Foto 12: Schurf in Tunnelachse und im Seitenbereich oberhalb der Ulme



Abb. 9-2: Skizze zur Bestandssituation am Nordportal (Längsschnitt, Tunnelachse).

x Schichtfläche

∆∆∆∆ Schieferungsfläche

Kluftfläche

360° /

240

6

210

180°

150°

120°

90°

30

300°

330

360° /

240

6

210

180°

150°

120

90°

30

300°

330



Abb. 9-3: Darstellung der Raumstellung der Trennflächen als Polpunkte im Lotpunktdiagramm (Südportal).

Fotos 14 bis 17

Foto 13: Ansicht Südportal



Die durchgeführten Erkundungen ergaben, dass der Abstand zwischen Tunnelportal (gemessen von der Hangseite der Mauer) und dem Fels ca. 4,3 m im Bereich des mittig über dem Tunnel befindlichen Firststollens beträgt (vgl. Abb. 9-4). An den Seiten verringert sich die Distanz auf etwa 3 m.

Der Bereich zwischen Tunnelportal und Felshang ist in geringer Dicke (wenige Dezimeter) mit Hang- und Felsschutt bedeckt. Der Fels besteht aus angewitterten devonischen Sandsteinen und Siltschiefern. Aufgrund der Trennflächen lösen sich einzelne Felsblöcke. Die Felsoberfläche liegt überwiegend frei.

Die Mauerdicke des Tunnelportals wurde zu ca. 50 cm gemessen.

Am Südportal besteht ein Firststollen, der auf 25 m Länge befahrbar/ bekriechbar ist. Nach 25 m ist der Stollen verstürzt. Der Firststollen hat einen annähernd dreieckförmigen Querschnitt, der sich aus der räumlichen Anordnung des Trennflächengefüges ergibt (vgl. Foto 18).

Der befahrbare Abschnitt des Firststollens ist trocken bzw. bergfeucht. Tiere wurden nicht ent-deckt. Spuren von Fuchs (Kot und Kleintierknochenreste) wurden festgestellt. Fledermäuse (auch deren Spuren) konnten nicht erkannt werden.

Der Stollen ist unregelmäßig von Versturzmassen verstellt. Bis zu 30 cm dicke Felsblöcke (Volu-men bis ca. 2 m³) aus Sandstein, untergeordnet auch aus Siltschiefer haben sich von der Firste gelöst und liegen auf dem unter dem Felsschutt in der Regel nicht erkennbaren Tunnelausbau (Fotos 17, 18). Die für die Befahrung nutzbare Raumhöhe beträgt lokal lediglich wenige Dezime-ter, örtlich aber auch bis zu 1,6 m.

Im Bereich von 6 m bis 10 m, bezogen auf den Stollenanfang sind Zinkblechplatten zu erkennen, die offensichtlich auf den Tunnelausbau gelegt wurden (Foto 17).

Foto 18: Eingang des Firststollens.



Die Erkenntnisse aus der Befahrung der Stollen können unter Berücksichtigung der durchgeführ-ten direkten (Kernbohrungen) und indirekten Aufschlussmethoden (Geophysik) modellhaft auf den gesamten Tunnelabschnitt qualitativ übertragen werden und sind in den Querprofilen in An-lage 3 eingeflossen.

Links der Bahn befindet sich luftseitig des Südportals eine gemauerte Stützmauer (vgl. Fotos 13 bis 17), die bis zur Brückenüberführung der Beckenkampstraße führt. Die Stützmauer hat nach den Erkenntnissen aus den durchgeführten Begehungen keine bzw. keine signifikante Bedeutung für die Standsicherheit der benachbarten Felsböschung. Vielmehr dient die Mauer zur Sicherung der Bahntrasse gegen abstürzendes Felsmaterial.

Foto 17: Firststollen mit Tunnel-ausbau, überdeckt mit Zinkblech.

Foto 18: Firststollen mit z.T. m³-großen Felsblöcken als Versturzmassen.



Abb. 9-4: Skizze zur Bestandssituation am Südportal (Längsschnitt, Tunnelachse).

10 BEGEHUNG DES PUMPENHAUSES

Das Pumpenhaus hat an der obersten Ebene keine Technik mehr. Nur noch Spuren an den Wänden lassen erahnen, dass vermutlich Steuerschränke montiert waren.

Über einen Gitterrost kommt man eine Etage tiefer in einen Raum, dessen Betonboden rd. 1,6 m tiefer liegt als der obere Fußboden. Hier sind zwei Rohranschlüsse zu sehen, die vermutlich frü-her zum Heben aus dem unterliegenden Becken und Weiterleiten des Wassers zum Verbraucher gedient haben.

Ein schwerer rechteckiger gußeiserner Deckel öffnet den Zugang zum tieferen Raum. Der Boden dieses Speicherbeckens liegt 2,9 m tiefer als Oberkante Deckel und 4,5 m tiefer als der Fußbo-den des oberen Raumes.

Aus Richtung Tunnel mündet ein Rohr (Faserzementrohr) in dieses Betonbauwerk. Durch dieses Rohr floss zum Zeitpunkt der Begehung eine Wassermenge von rd. 2 l/s auf den Boden des Be-ckens. Das Wasser fließt mit leichtem Gefälle bis unter den Zugangsdeckel (in der o.g. Tiefe).



Dort befindet sich ein Schieber, durch den das Wasser verschwindet. Dieses Wasser wird ver-mutlich der Querung bei km 0+402 zugeführt (vgl. Kapitel 13).

Einige Rohrleitungen und vermutlich die Halterungen einer ehemaligen Tauchpumpe sind in die-sem Becken zu erkennen. Als Überlauf befindet sich direkt unter dem gußeisernen Deckel ein Stahlrohr in U-Form (Siphon). Dieser Überlauf ist heute nutzlos.

Der Zustand des Betonbauwerks ist gut. Das Wasser fließt ungehindert ab (vgl. Anlage 5.2).



11 UMWELTTECHNISCHE UNTERSUCHUNGEN UND BEWERTUNG

Im Hinblick auf die Verwertung des bei der Tunnelaufweitung anfallenden Ausbruchmaterials wurden an mehreren Proben der vorhandenen Bausubstanz orientierende umwelt- bzw. abfall-technische Untersuchungen durchgeführt.

Die Untersuchungen erfolgten auf der Grundlage der LAGA Richtlinie 20 – Mitteilung der Länder-arbeitsgemeinschaft Abfall vom November 2003. Die Probenahme zur umwelttechnischen Begut-achtung erfolgte in Anlehnung an die LAGA PN 98 (Dezember 2001).

Die folgende Beschreibung erfolgt von innen (luftseitig) nach außen (bergseitig).

Spritzputz

Die umwelttechnischen Eigenschaften des Spritzputzes wurde an einer Probe aus der der Kern-bohrung BK 17 untersucht (Tabelle 11.1).

Tabelle 11.1 Probe aus dem Spritzputz

Bohrung Entnahmetiefe [m] Art Organoleptik Analytik

BK 17 oberflächennah Spritzputz keine

Auffälligkeiten LAGA Tab. II. 1.4-5 LAGA Tab. II. 1.4-6

Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an der Spritzputzprobe wurden die Zuord-nungswerte der Einbauklasse Z2 festgestellt (Anlage 9.1). Zuordnungsrelevanter Parameter ist die Chloridkonzentration im Eluat. Entsprechend des vorliegenden Analysenergebnisses könnte das aus der vorhandenen Tunnelschale gewonnene Ausbruchmaterial als Z2-Material (einge-schränkter Einbau mit definierten technischen Sicherungsmaßnahmen) wieder verwendet wer-den.

Ziegelmauerwerk

Die abfalltechnischen Eigenschaften des vorhandenen Ziegelmauerwerks wurde an zwei charak-terisierenden Proben aus der Kernbohrung BK 12 untersucht).

Tabelle 11.2 Zusammenstellung der Proben aus dem Ziegelmauerwerk


BK 12 0,4-0,8 Ziegelstein keine


BK 12 0,4-0,8 MW-Mörtel keine




Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Mauerwerksproben des Ziegelsteins und Mörtels aus der Kernbohrung BK 12 wurden die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.2 festge-stellt (Anlage 9.1). Zuordnungsrelevanter Untersuchungsparameter ist sowohl in der Ziegelstein-probe als auch in der Mörtelprobe Quecksilber im Eluat.

Natursteinmauerwerk

Die abfall- bzw. umwelttechnischen Eigenschaften des Natursteinmauerwerks wurden in Phase1 an vier Proben untersucht, die aus den Kernbohrungen BK 25 und BK 33 (s. Tabelle 11.3) ge-wonnen wurden.

Tabelle 11.3 Zusammenstellung der Proben aus dem Natursteinmauerwerk


BK 25 0,6-0,9 Naturstein keine Auffälligkeiten

LAGA Tab. II. 1.4-5 LAGA Tab. II. 1.4-6

BK 25 0,6-0,9 MW-Mörtel keine Auffälligkeiten


BK 33 0,0-0,45 Naturstein keine Auffälligkeiten


BK 33 0,6-0,45 MW-Mörtel keine Auffälligkeiten


Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Mauerwerksproben aus Naturstein aus der Kernbohrung BK 25 wurden aufgrund des Arsengehaltes im Feststoff die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.1 erreicht (Anlage 9.1).

Beim untersuchten Mörtel aus der Kernbohrung BK 25 wurden die Zuordnungswerte der Einbau-klasse Z2 überschritten (Anlage 9.1). Ausschlaggebender Parameter ist der Quecksilbergehalt im Eluat.

Die Mauerwerksproben des Natursteins aus der Kernbohrung BK 33 entsprachen bei den che-misch-analytischen Untersuchungen den Zuordnungswerten der LAGA-Einbauklasse Z1.1 (Anlage 9.1) mit Nickel im Feststoff als zuordnungsrelevanter Parameter.

Die Mörtelprobe aus der Kernbohrung BK 33 entsprach bei den chemisch-analytischen Untersu-chungen den Zuordnungswerten der LAGA-Einbauklasse Z1.2 (Anlage 9.1). Zuordnungsrelevan-ter Parameter ist im Eluat des Mörtels Quecksilber.

In Phase 2 wurde aufgrund organoleptischer Auffälligkeiten eine Mischprobe (MP2) aus dem Na-tursteinmauerwerk im Streckenbereich 0,800 km – 0,850 km zusammengestellt. Die Mischprobe wurde abfall- bzw. umwelttechnisch auf die Parameter der LAGA untersucht (Tabelle 11.4). Wei-terhin wurde aus dem Natursteinmauerwerk im Streckenbereich km 0,600 aufgrund von vorhan-denen schwarzen Verfärbungen auf den Verdachtsparameter PAK untersucht.



Tabelle 11.4 Zusammenstellung der aus der Mauerwerk entnommenen Proben

Bohrung Entnahmetiefe [m]

Art Organoleptik Analytik

Probe MP 2 Rad. 800L

0,2-0,6 Naturstein +

Mörtel PAK-Verdacht


Probe MP 2 Rad. 850L 0,3-0,5

Naturstein + Mörtel PAK-Verdacht

Probe MP 2 Rad. 850R

0,3-0,0,35 Naturstein +

Mörtel PAK-Verdacht

Probe Rad. 600R

0,3-0,6 Naturstein + Mörtel

schwarze Verfärbungen, PAK-Verdacht

PAK

Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Proben der Mauerwerk (MP 2) ergaben die Ergebnisse eine Zuordnung in die Einbauklasse Z2. Ausschlaggebender Parameter sind die PAK. Alle übrigen in der Phase 2 gemessenen Parameter entsprechen der Einbauklasse Z0 bzw. Z1.1 und Z1.2 in Phase 1 (siehe oben).

Die aus dem Bereich der Strecke km 0,600 untersuchte Probe wies einen PAK-Gehalt von 3,2 mg/kg im Feststoff auf. Diese Konzentration ist deutlich niedriger als die oben beschriebene Probe MP 2 entspricht einer Zuordnung in die LAGA-Einbauklasse Z1.1.

Abdichtungsmaterial

Im Bereich des Firstes wurden an mehreren Erkundungsstellen (Strecke km 550, km 650 und km 710, km 738) vermutlich als Abdichtung bzw. -leitung gegen eindringendes Grundwaser von oben aufgebrachte Teerpappen angetroffen. Diese wurden beprobt und zu einer Mischprobe aus mehreren Streckenabschnitten zusammengeführt und auf die polycyklischen aromatischen Koh-lenwasserstoffe (PAK) untersucht. Die in die Mischprobe eingegangenen Einzelproben sind in der Tabelle 11.5 dargestellt.

Tabelle 11.5 Zusammenstellung der Proben aus dem Abdichtungsmaterial (Teerpappen)

Probe MP 1, Bohrung

Entnahmetiefe [m] Art Organoleptik Analytik

Rad. 550R 0,3-0,6 Teerpappe PAK-Verdacht

PAK Rad. 650L 0,8 Teerpappe PAK-Verdacht

Rad. 738L 0,3-0,7 Teerpappe PAK-Verdacht



Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Teerpappen der MP 1 wurde ein PAK-Gehalt von 16.701 mg/kg festgestellt.

Die Teerpappen sind entsprechend und insoweit technisch möglich getrennt auszubauen und einer ordnungsgemäßen Entsorgung zuzuführen.

Hinterfüllung

Die Hinterfüllung besteht überwiegend aus dem anstehenden Fels und wurde nicht gesondert untersucht. Durch den direkten Kontakt zumindest der unteren Lage der Hinterfüllung mit den o.g. Teerpappen ist in diesen Bereichen mit Verunreinigungen und PAK-Belastungen zu rechnen.

Anstehender Fels

Die abfall- bzw. umwelttechnischen Eigenschaften des anstehenden Felses wurden an zwei Pro-ben aus den Kernbohrungen BK 4 und BK 21 untersucht (Tabelle 11.6).

Tabelle 11.6 Zusammenstellung der Proben aus dem anstehenden Fels


BK 4 2,0-2,4 Fels keine


BK 21 0,4-0,8 Fels keine


Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Felsproben aus der Kernbohrung BK 4 wurden die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.2 festgestellt (Anlage 9.1). Ausschlaggeben-der Parameter ist der Quecksilbergehalt im Eluat.

Die Felsprobe aus der Kernbohrung BK 21 zeigen bei den chemisch-analytischen Untersuchun-gen die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.1 (Anlage 9.1). Zuordnungsrelevanter Parameter ist die Nickelkonzentration im Feststoff.

Faserzementrohre

Im nördlichen Bereich der Tunnelstrecken wurden bei den Erkundungsarbeiten (s. Kap.13) im randlichen Sohlbereich die im Boden verlegten und in den bestandsunterlagen erwähnten Ent-wässerungsleitungen (ehemalige Trinkwasserleitungen) mit einem Durchmesser von DN 125 mm bzw. DN 150 mm angetroffen (z.B. Querprofil Q T3, km 0,710 (Anl. 5) oder km 0,702). Das Mate-rial des Entwässerungsrohres wurde beprobt und aufgrund der organosensorischen Auffälligkeit auf Asbest untersucht.



Tabelle 11.7 Zusammenstellung der aus dem Entwässerungsrohr entnommenen Proben

Aufschluss Entnahmetiefe [m] Art Organoleptik Analytik

km0,702 r.d.B. Faserzementrohr Asbestverdacht Asbest

Bei der Untersuchung ergab die Probe aus dem Entwässerungsrohr einen Asbestmassengehalt von geschätzten 5-15 %. Bestimmt wurden Chrysotil- und Amphibolasbest. Bei der geplanten Tunnelerneuerung ist das vorhandene Asbestzementrohr unter Beachtung der Vorgaben der TRGS 519 [U13] möglichst im Vorfeld auszubauen und einer ordnungsgemäßen Entsorgung zu-zuführen.

Gesamtbewertung Ausbruchmaterial

Grundsätzlich unterliegt das Ausbruchmaterial dem Vermischungsverbot und ist sofern technisch möglich in die einzelnen Fraktionen des Untersuchungsprogramms sortenrein zu trennen. Die geplante Tunnelaufweitung wird voraussichtlich zyklisch erfolgen. Entsprechend werden die Komponenten Spritzputz, Mauerwerk (Ziegel, Naturstein, Mörtel) und die Hinterfüllung des be-stehenden Tunnelsystems voraussichtlich mehr oder weniger als ein Haufwerk anfallen.

Die im Bereich des Firstes an mehreren Erkundungsstellen aufgebrachten Teerpappen sind in-soweit technisch möglich getrennt auszubauen und einer ordnungsgemäßen Entsorgung zuzu-führen. Erfahrungsgemäß ist dies bautechnisch nicht vollständig möglich.

Eine Separierung der einzelnen untersuchten Fraktionen erscheint somit technisch bedingt kaum möglich. Es ist davon auszugehen, dass bei geeigneter Vortriebsmethodik maximal zwischen den vier Fraktionen anstehender Fels (1) und Spritzputz / Natursteinmauerwerk / Hinterfüllung / Teer-pappenreste (2), Teerpappe (3) und Ziegelmauerwerk (4) eine Trennung/ Separierung erfolgen kann.

Dies gilt insbesondere auch für den je nach Bauverfahren voraussichtlich vorauseilenden oder nachlaufenden Sohlvortrieb. Der hier überwiegend anfallende Fels kann vom aus dem Gewölbe anfallenden Material verhältnismäßig einfach separiert werden.

1. Der anstehende Fels ist der Einbauklasse Z 1.1 und Z1.2 zuzuordnen.

2. Das Haufwerk Natursteinmauerwerk / Hinterfüllung / Teerpappenreste dürfte entsprechend der Untersuchungen mindestens in den Abschnitten von km 0,550 bis km 0,850 anfallen. In den anderen Abschnitten wurde keine Teerpappe erbohrt. Es ist aber damit zu rechnen, dass auch in anderen Abschnitten Teerpappe zumindest lokal eingebaut wurde. Dieses Material ist der Einbauklasse > Z2 zuzuordnen. Die zusätzlich mit Spritzputz versiegelten Flächen (vgl. Tabelle 4.1) sind nach derzeitigem Kenntnisstand der Einbauklasse Z1.2 bis Z2 zuzuordnen.



Aufgrund erhöhter Quecksilbergehalte im Mörtel ist außerhalb der o.g. Abschnitte mit einer Einbauklasse von Z1.2 bis Z2 zu rechnen.

3. Die bereichsweise getrennte Teerpappe ist einer ordnungsgemäßen Entsorgung zuzuführen.

4. Das Ziegelmauerwerk ist entsprechend der Untersuchungen der er Einbauklasse Z1.2 zuzu-ordnen.

Bei der geplanten Tunnelerneuerung ist das vorhandene Faserzementrohr möglichst im Vorfeld auszubauen und einer ordnungsgemäßen Entsorgung zuzuführen.

Wasserproben Grundwassermessstellen Kurzpumpversuch

Für eine orientierende Einschätzung des im Zuge der geplanten Baumaßnahme anfallenden Grundwassers, wurden an den drei vorhandenen Grundwassermessstellen GWM 1, GWM 2 und GWM 3 im Zuge des Kurzzeitpumpversuches Proben entnommen. Die zugehörigen Probenah-meprotokolle sind in der Anlage 7.3 beigefügt. Die Grundwasserproben wurden abstimmungsge-mäß auf die Parameter der LAWA (Anhang 3, Tabelle 1 und 2) analysiert (Tabelle 11.8).

Tabelle 11.8 Zusammenstellung der Grundwasserproben

Messtelle Pumpdauer bei Probenahme


GWM 1 30 min Grund-wasser

braun, trüb, geruchlos

LAWA (Anhang 3, Tabelle 1

und 2) GWM 2 30 min Grund-

wasser ohne Auffälligkeit

GWM 3 30 min Grund-wasser

weißlich, trüb, geruchlos

Die mit den chemischen Untersuchungen bestimmten Parameter lagen durchgehend unterhalb der jeweiligen Geringfügigkeitsschwellenwerte der LAWA [U15]. Nach dem derzeitigen Kenntnis-stand ergeben sich keine Einschränkungen für eine mögliche Einleitung in das Entwässerungs-system der Stadt Koblenz gem. deren Abwassersatzung [U16]. In diesem Zusammenhang wird jedoch darauf hingewiesen, dass es sich bei der Probenahme und Analyse des Grundwasssers um eine Momentaufnahme handelt. Im Zuge der Wasserhaltung mit deutlich größeren anfallen-den Wassermengen ist eine Änderung der Grundwasserbeschaffenheit nicht auszuschließen. Hierbei sollten die in Spuren nachgewiesenen LHKW besondere Berücksichtigung finden. Da die LHKW in allen drei Grundwassermessstellen nachgewiesen wurden sowie auch die übrigen Pa-rameter ein weitgehend gleiches Konzentrationsbild aufweisen, ist davon auszugehen, dass das Grundwasser sowohl in den quartären Decksedimenten (Porengrundwasserleiter) als auch in den liegenden devonischen Festgesteinen (Kluftgrundwasserleiter) hydraulisch und damit auch hydro-chemisch in Kontakt stehen.



12 BESTANDSAUFNAHME DES BESTEHENDEN GLEISKÖRPERS

12.1 Ergebnisse der Schürfe

Zur Ermittlung der Schotterstärke wurden am 17.12.2012 am Nordportal vier Schürfe ausgeführt. Die Schürfe erfolgten r.d.B., ca. 2,6 m von Gleismitte entfernt. Die Aufschlüsse wurden gleichmä-ßig verteilt zwischen Portal und etwa dem Mast 0/12 angeordnet. Die Ergebnisse sind in den An-lagen 4.4 und 4.5 als Schichtenverzeichnisse und Bodenprofile dargestellt.

Im Schurf SCH 1 (Mast 0/12 +17 m) wurde bis in eine Tiefe von 0,3 m Bahnschotter angetroffen. Darunter folgt bis in 0,9 m Tiefe sandiger Schluff mit Beimengungen aus verwittertem Fels. Die Konsistenz des Schluff ist steif.

In den weiteren Schürfen SCH 2 (Mast 0/14-12 m), SCH 3 (Mast 0/14 +10 m) und SCH 4 sind oberflächennah 0,25 m bis 0,3 m dicke Lagen aus Bahnschotter vorhanden. Darunter folgt jeweils angewitterter Tonschiefer.

Für den unter dem Bahnschotter in SCH 1 anstehenden Schluff wurde im bodenmechanischen Labor der CDMSmith die Kornverteilungslinie bestimmt (Anlage 8.2). Danach handelt es sich granulometrisch um einen schwach tonigen, sandigen, stark schluffigen Kies der gemäß DIN 18196 der Bodengruppe TL zuzuordnen ist. Der natürliche Wassergehalt wurde zu w= 0,14 be-stimmt. Der Wassergehalt an der Fließgrenze beträgt wL= 0,27, derjenige an der Ausrollgrenze WP= 0,14 (vgl. Anlage 8.2). Die Plastizitätszahl ergibt sich hieraus zu IP= 0,13 und die Konsis-tenzzahl zu Ic= 0,45, entsprechend einer breiigen Konsistenz.

Für das im Schurf SCH 2 oberflächennah anstehende Schottermaterial wurde ebenfalls die Korn-verteilungslinie bestimmt (Anlage 8.2). Bei diesem Material handelt es sich um einen schwach schluffigen, sandigen Kies der Bodengruppe GU nach DIN 18196. Der Kornanteil > 2 mm (Kieskorn) beträgt 65 %; der Feinkornateil (Ø < 0,06 mm) 5%.

Im Tunnel wurden in Phase 2 weitere Schürfe im Gleisbett durchgeführt. Die Ergebnisse sind in

Anlage 4.4.1 und Anlage 4.4.2 aufgetragen.

12.2 Umwelttechnische Untersuchungen und Bewertung

Im Rahmen der Erkundungen wurden fünf Schotterproben aus dem Gleisbereich entnommen. Die Untersuchungen wurden auf der Grundlage der LAGA Richtlinie 20 – Mitteilung der Länder-arbeitsgemeinschaft Abfall vom November 2003 bzw. entsprechend Altschotterrichtlinie durchge-führt. Die Probennahme zur umwelttechnischen Begutachtung erfolgte in Anlehnung an die LAGA PN 98 (Dezember 2001 bzw. Altschotterrichtlinie



Gleisschotter

Die umwelttechnischen Eigenschaften des Gleisschotters wurde an drei Schürfen untersucht (Tabelle 12.1).

Tabelle 12.1 Zusammenstellung der aus den Schürfen Horchheimer-Tunnels entnommenen

Gleisschotterproben

Schurf Entnahmetiefe [m] Art Organoleptik Analytik

1 0,0-0,3 Schotter keine Auffälligkeiten






Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an der Gleisschotterprobe aus dem Schurf 1 wurden die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.1 festgestellt (Anlage 9.2). Ausschlaggeben-der Parameter ist im Feststoff ein erhöhter Wert an Summe PAK und Thallium. Dementsprechend kann der vorhandene Gleisschotter als Z1.1-Material (eingeschränkter offener Einbau) wieder verwendet werden.

Der Gleisschotter aus dem Schurf 3 zeigt bei den chemisch-analytischen Untersuchungen die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z1.1 (Anlage 9.2). Ausschlaggebender Parameter ist im Feststoff erhöhter Wert an Summe PAK. Dementsprechend kann der vorhandene Gleisschotter als Z1.1-Material (eingeschränkter offener Einbau) wieder verwendet werden.

Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an der Gleisschotterprobe aus dem Schurf 3 wurden die Zuordnungswerte der Einbauklasse Z0 festgestellt (Anlage 9.2). Dementsprechend kann der vorhandene Gleisschotter als Z0-Material (uneingeschränkter offener Einbau) wieder verwendet werden.

Schotter dunkel (Unterbau)

Die umwelttechnischen Eigenschaften des dunklen Schotters wurde an zwei Schürfen untersucht (vgl. Tabelle 12.2).

Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den dunklen Schotterproben aus den Schür-fen 1 und 2 wurden die Zuordnungswerte der Einbauklasse >Z2 überschritten (vgl. Anlage 9.2). Ausschlaggebender Parameter ist im Eluat ein erhöhter Wert an Sulfat. Dementsprechend kann das dunkle Schottermaterial nur einer fachgerechten Entsorgung zu geführt werden.



Tabelle 12.2 Zusammenstellung der aus den Schürfen Horchheimer-Tunnels entnommenen dunklen Schotterproben

Schurf Entnahme Art Organoleptik Analytik

1 Gleisbett Schotter, dunkel

keine Auffälligkeiten


2 Gleisbett Schotter, dunkel



Gleisschotter

Der vorhandene Gleisschotter wurde aus dem gesamten Streckenbereich des Horchheimer Tun-nels jeweils links und rechts der Bahnstrecke repräsentativ beprobt und zu 2 Schottermischpro-ben zusammengestellt. Diese wurden auf die Parameter der Altschotterrichtlinie (Feinkornanteil < 22,4 mm, Probenvorbereitung ohne Siebung) untersucht (Tabelle 12.3).

Tabelle 12.3 Zusammenstellung der aus dem Gleisschotter entnommenen Proben

Probe Entnahmetiefe [m]


Schotter-mischprobe 1

l.d.B., gesamte Tiefe Gleisschotter


Altschotterrichtlinie Schotter-

mischprobe 2 r.d.B.,

gesamte Tiefe Gleisschotter


Bei den chemisch-analytischen Untersuchungen an den Gleisschotterproben lagen die Ergebnis-se jeweils oberhalb der Zuordnung der Einbauklasse Z2. Ausschlaggebender Parameter sind jeweils der PAK-Einzelparameter Benzo(a)pyren. In der Schottermischprobe 2 lag zudem die elektrische Leitfähigkeit sowie einige Herbizide (Simazin, Atrazin, Diuron sowie die Summe der DB-Herbizide) bei > Z2 ([U12][U14]).

Gesamtbewertung

Erfahrungsgemäß können Bahnschotter insbesondere außerhalb von Tunnelbauwerken erhöhte Anteile Herbiziden aufweisen. Bei Mischproben, die aus vergleichbaren Projekten entnommen wurden, ergaben die in der Analyse bestimmten Herbizid-Gehalte eine Einstufung nach LAGA M20 die Zuordnungswerte Z2 bzw. >Z2.



Entsprechend der Ansprache ist Schotter überwiegend hell und dürfte vor verhältnismäßig kurzer Zeit eingebaut worden sein. Dieser „neue“ Schotter ist von Altschotter unterlagert. Die in Phase 2 ermittelten Ergebnisse der chemischen Analysen ergab eine Zuordnung >Z2.

Für die weiteren Planungen muss davon ausgegangen werden, dass der im Horchheimer-Tunnel anstehende Gleisschotter überwiegend >Z2 einzustufen ist und gemäß Abfallschlüssel 170507 (Gleisschotter der gefährliche Stoffe enthält) und 170508 (Gleisschotter mit Ausnahme desjeni-gen der unter 170507 fällt) zu entsorgen bzw. einer entsprechenden Aufbereitung zukommen zu lassen ist.



13 AUFNAHME DER BESTEHENDEN ENTWÄSSERUNGSLEITUNGEN

Am 16. Und 17.05.2013 wurden durch die Schreiber Umweltschutz GmbH Kamerabefahrungen von Rohrleitungen, Dränagen und Kanälen im Tunnel und im Voreinschnitt Nord durchgeführt. Die Ergebnisse sind nachfolgend zusammengefasst. Der Ergebnisbericht findet sich in der Anla-ge 10. Die Bezeichnung der Haltungen in Anlage 10 ist unten jeweils in Klammern aufgeführt.

Trinkwasserrohre 0,702 km r.d.B. („702 rechts1“)

Faserzementrohr DN 150 mm (asbesthaltig).

Wasserzutritt von oben von angeschlossenem Rohr. Die Wasserführung wird auf 2 l/s geschätzt. Die Kamerabefahrung ist nur 10 cm nach oben und 1 m nach unten möglich. Wegen Versinterungen keine Möglichkeit zur weiteren Befahrung.

0,710 km l.d.B. („710-links“)

Faserzementrohr DN 125 mm. Wasserbewegung ist kaum erkennbar.

Die Befahrung nach oben ist wegen einer Engstelle nicht möglich. Die Befahrung nach unten ist bis ca. 4 m bis zu einem 90°-Winkel nach r.d.B. möglich.

Querung nahe Nordportal („NP-links“ und „NP-rechts“)

Viereckiges Profil (ca. 300 mm Breite, 300 mm Höhe), Abdeckung mit Stahlplatten im Bereich der beiden Enden. Wasserdurchfluss ist nicht erkennbar

Befahrung von l.d.B. nach r.d.B. bis 4 m, wo ein Versturz bis zur Decke den Durchlass versperrt;

Befahrung von r.d.B. nach l.d.B. bis 1,5 m, wo ein Versturz bis zur Decke den Durchlass ver-sperrt.

Dränrohr l.d.B. („Sch.-NP-18“ bis „Schacht 2“)

Beginn beim ersten Schacht bei Nordportal – 18 m („Sch.-NP-18“). Dränrohr DN 200 ist im Kies-bett verlegt und führt kaum Wasser. Der Beginn des Dränrohrs beim o.g. Schacht ist ohne An-schluss an die im Tunnel anfallenden Wässer. Das Dränrohr mündet in den Durchlass bei km 0,402 l.d.B. („Schacht 2“)



Durchlass bei km 0,402 von l.d.B. nach r.d.B. und Kanal in Richtung Vorflut („AuslaufSch“)

bis („Rhein“)

Zwei Rohre aus Richtung des Wohngebietes im Nordosten münden im Schachtbauwerk. Die Rohre mit Kreisprofil haben Durchmesser von 800 mm (rechts) und 600 mm (links). Anzeichen von Korrosion der Betonrohre sind nicht erkennbar.

In den mit einem Gitterrost bedeckten Schacht mündet der Wassergraben, der das Wasser l.d.B. aus dem Tunnel einleitet. An der Einleitestelle hat sich eine umfangreiche Kalkausfällung gebil-det. Die Wasserführung des Grabens wird auf rd. 3 l/s geschätzt.

Der Durchlass unter den Gleisen ist seitlich mit einer Natursteinmauer und der Bogen mit Ziegel-steinen gesichert. Der Durchlass verläuft etwa von Nordost nach Südwest. Die Höhe beträgt ca. 1,25 m, einschließlich der Niedrigwasserrinne; Die Breite beträgt ca. 1,2 m. Die betonierte Sohle mit der Niedrigwasserrinne zeigt Verwitterungserscheinungen und Erosionsauskolkungen.

In diesen Durchlass mündet das o.g. Entwässerungsrohr l.d.B.

Der Abstand zwischen Schachtbauwerk l.d.B. und Ende der Querung beträgt ca. 10 m. Der Ab-stand oberirdisch bis r.d.B. beträgt ca. 8 m.

Der Zustand des Durchlasses ist (mit Ausnahme der ausgekolkten Niedrigwasserrinne) als gut einzustufen.

In ca. 10 m Entfernung vom o.g. Schachtbauwerk befindet sich ein weiteres Schachtbauwerk, welches mit Steigeisen ausgestattet ist. Der Schacht ist mit einem Stahldeckel verschlossen, der an der Geländeoberfläche nicht aufgefunden werden konnte.

Von links oben mündet steil ein Stahlrohr DN 500 mm in den Schacht. Nach Lage und Neigung könnte es sich hierbei um den Überlauf aus dem Pumpenhaus handeln. Dieses Rohr ist nach ca. 2 m zugeschüttet (vermutlich Betonplombe).

Ab dem o.g. Schachtbauwerk wird das Wasser nach Westen durch ein ausgemauertes (Ziegel-mauerwerk) Eiprofil (Höhe 1,7 m, Breite 1,1 m) geleitet. Die wasserführende Rinne ist stark ero-diert, korrodiert und weist erhebliche Beschädigungen auf. Die Kamera konnte aus diesem Grund nur eine Strecke von 43 m (davon 10 m Querung unter den Bahngleisen) befahren. Die weitere Befahrung mit einer handgeführten Kamera war technisch nicht möglich. Es sind jedoch zahlrei-che seitliche Rohranschlüsse zu erkennen.

Der Zustand der Regenwasserleitung ist als gut einzustufen. Die o.g. Auskolkungen und Schäden haben derzeit keine negativen Auswirkungen auf die Standsicherheit der Abwasserleitung.



14 ERGÄNZENDE HINWEISE FÜR DIE WEITERE PLANUNG

14.1 Bergwasser

Hinsichtlich der Beschaffenheit, der Überlagerung und weiterer technischer Randbedingungen ist eine Differenzierung des Tunnels in verschiedene Homogenbereiche nicht sinnvoll. Wohl können aber hinsichtlich des Bergwasseraufkommens drei Bereiche unterschieden werden. Dabei ist zu beachten, dass die vorhandenen Grundwasserverhältnisse durch die früheren Wasserfassungen und –nutzungen sowie durch die Dränwirkung des vorhandenen Tunnels beeinflusst werden; sie entsprechen nicht den natürlichen Gegebenheiten. Im Folgenden werden für die weitere Planung drei Homogenbereiche mit unterschiedlichem Bergwasseraufkommen differenziert. Die geome-chanischen Gebirgsverhältnisse sind in den drei Homogenbereichen dagegen weitgehend iden-tisch.

Homogenbereich 1 Nordportal bis ca. km 0,550: Tunnel weitgehend trocken Homogenbereich 2 ca. km 0,550 bis km 0,750: Starke Wasserzutritte (ca. 3-5 l/s),

starke Sintererscheinungen, Beeinflussung durch Wasserfassungen/ Schacht.

Homogenbereich 3 ca. km 0,750 bis Südportal: Tunnel weitgehend trocken

Für die weitere Planung von Bedeutung ist die Tatsache, dass der Felshorizont nicht stetig ent-sprechend der Hangneigung zum Rheintal hin abfällt. Vielmehr wurde im Bereich der Kernboh-rungen GWM 2 und GWM 4 eine Mulde dahingehend festgestellt, dass die Oberfläche des De-vons bei dem bergseitig gelegenen Aufschluss GWM 2 ca. 2 m tiefer liegt als bei der weiter talsei-tig angeordneten Bohrung GWM 4 (vgl. Anlage 2.2). Diese Mulde im Felshorizont ist mit quartä-ren Ablagerungen gefüllt, die hier, im Unterschied zu den benachbarten Bereichen, stark wasser-führend sind. Der Rinnenabfluss wird vermutlich vom Hang der Horchheimer Höhe gespeist.

Der im Homogenbereich 2 vorhandene vergleichsweise starke Wasseranfall resultiert nach den vorliegenden Erkundungsergebnissen aus einem Zufluss über die oben beschriebene quartäre Rinne und die SE-NW streichenden Störungssysteme im Devon. Diese Störungssysteme werden vom Tunnel im Homogenbereich 2 schräg angeschnitten.

Die anfallenden Wässer wurden früher wasserwirtschaftlich genutzt. Sie werden über Quellfas-sungen und Leitungssysteme nach Norden hin abgeleitet. Die genutzten Wassermengen werden mit 10 m³/h (entsprechend ca. 3 l/s) angegeben. Die derzeit anfallenden Wassermengen lassen sich anhand des vorhandenen Datenmaterials nicht zuverlässig eingrenzen. Nach grober Schät-zung liegt die über die vorhandenen Leitungs- und Grabensysteme abgeförderte Wassermenge in einer Größenordnung von ca. 3 l/s bis 5 l/s.

Nach Ansicht der Verfasser dürften der Wasserandrang und der sich im Endzustand einstellende Bergwasserstand entwurfsentscheidend sein. Der Bergwasserstand im Quartär stellt sich als recht konstant und wenig witterungsabhängig dar, was dem üblichen Verhalten eines Poren-grundwasserleiters entspricht. Der Bergwasserstand im Devon unterliegt höheren Schwankun-



gen, die erfahrungsgemäß auf Witterungseinflüsse und das geringe Volumen der wasserführen-den Schichten zurückzuführen sind.

Die Situation bestätigt einerseits, dass das Bergwasser im Quartär (Porengrundwasserleiter) durch den bestehenden und drainierenden Schacht beeinflusst ist. Zum Anderen zeigt sich auch, dass das Bergwasser im Devon (Kluftgrundwasserleiter) nicht großräumig mit dem Porengrund-wasser korrespondiert. Es ist aber davon auszugehen, dass über die Störungen (Querklüfte) das Kluftwasser lokal mit dem quartären Wasser in Verbindung steht.

Es muss davon ausgegangen werden, dass sich bei Verschluss der vorhandenen Entwässe-rungssysteme und Ausbau des Tunnels mit einer wasserundurchlässigen Auskleidung ein (dau-erhafter) Aufstau des Bergwassers bis ins Quartär ergibt, wobei sich Hangquellen ausbilden und ggf. auch Vernässungen der bestehenden Bebauung auftreten könnten.

Bzgl. des Bemessungswasserstandes wird auf das Tunnelbautechnische Gutachten verwiesen.

14.2 Portale

Am Nordportal schließt der Tunnel stumpf mit dem gemauerten Portal ab. Die Seitenwände des Einschnitts bestehen aus devonischen Tonschiefern und Siltschiefern. Nennenswerte Siche-rungsmaßnahmen sind an den Felswänden nicht vorhanden. Oberhalb des Portals ist ein „Pla-teau“ ausgebildet, das mit Hang- und Felsschutt bedeckt ist. Die Schuttmassen sind zum Portal hin unter einem Neigungswinkel von rd. 45° geböscht. In einem Abstand von ca. 6 m…7 m, von der rückwärtigen Kante des gemauerten Portals aus gemessen, steht die Felsböschung des ehemaligen, bauzeitigen Voreinschnitts an. Diese Felsböschung ist, wie auch die seitlichen Bö-schungen des Einschnitts unregelmäßig ausgebildet, insgesamt aber ca. 60° bis 80° steil geneigt. Oberflächennah sind die Schiefer verwittert, ab ca. 3 m Tiefe (ab GOF) angewittert. Die Schichtung/ Schieferung streicht etwa quer zur Bahntrasse und fällt mit ca. 45° zur Luftseite hin ein. Die Klüfte sind etwa quer zur Schichtung/ Schieferung angelegt. Das durch Schichtung/ Schieferung sowie Kluftscharen angelegte räumliche Trennflächengefüge sondert einzelne Ge-steinsblöcke unterschiedlicher Größe ab. Am Nordportal ist erkennbar, dass ursprünglich ein Firststollen bestand (Höhe ≤ ca. 1 m). Der Stollen ist zwischenzeitlich verstürzt. Die Situation am Südportal entspricht weitgehend derjenigen am Nordportal (vgl. Kapitel 9.2). Die Schichtung/ Schieferung der devonischen Gesteine streicht etwa parallel zur Einschnittsböschung l.d.B.. Die Klüftung ist quer zur Schichtung/ Schieferung angelegt und be-günstigt die Ausbildung von Felskeilen. Die Neigung der Böschung l.d.B. entspricht dem Einfallwinkel der gemessenen Schichtung (ca. 55°…60°). Daher sind in diesem Bereich plattige Ablösungen zu verzeichnen. Die Böschungs-



winkel des Hanges über dem Tunnelportal und der seitlichen Böschung r.d.B. sind dagegen i. A. steiler. Auch in diesem Bereich sind Ablösungen erkennbar. Am Südportal besteht ein Firststollen, der auf 25 m Länge befahrbar/ bekriechbar ist (vgl. Kapitel 9.2). Die Notwendigkeit der bestehenden Stützwand als Sicherung gegen Versturzmassen ergab sich aus der Tatsache, dass die räumliche Orientierung der Schichtung/ Schieferung des Festgesteins am Südportal l.d.B. mehr oder weniger der Neigung der Böschungsfläche entspricht. Es sondern sich plattenartige Felskeile ab (vgl. oben), wobei dieser Vorgang entsprechend der wirksamen Verwitterung anhält und insbesondere nach Frostperioden in seiner Intensität jeweils temporär zunimmt. 14.3 Vorhandene Tunnelauskleidung

Die gemauerte Tunnelauskleidung weist über die Länge des Horchheimer Tunnels deutliche un-terschiedliche Beschaffenheiten sowohl hinsichtlich Dicke als auch Werkstoffqualität auf. Die glei-che Feststellung gilt hinsichtlich der Hinterfüllung.

Die in der Firste durchgeführten Kernbohrungen, wie auch die Erkundungen am Nord- und am Südportal haben ausnahmslos gezeigt, dass in der Firste ein Stollen vorhanden ist (war), der je-doch über weite Abschnitte verstürzt ist. Es sollte für die weitere Planung davon ausgegangen werden, dass ein solcher (verstürzter) Firststollen durchgängig vorhanden ist. Die Höhe/ Breite des ehemaligen Firststollens wird anhand der Erkundungsergebnisse zu ca. 1,0 m/0,8 m ange-nommen.

Tabelle 14.1: Mechanische Kennwerte für den vorhandenen Ausbau des Horchheimer Tunnels

Parameter Mauerwerk aus Ziegelsteinen

Mauerwerk aus Naturstein

Wichte γ [kN/m³] 20-21 13-24

Einaxiale Druckfestigkeit σU 25-75 (100*) 0-25 (150*)

*als Maximalwert

Die Erkundungsergebnisse bezüglich der Beschaffenheit von Tunnelauskleidung und Hinterfül-lung sind im Kapitel 7.4 beschrieben.



Die mechanischen Kennwerte für die vorhandene Tunnelauskleidung des Horchheimer Tunnels sind in der Tabelle 14.1 zusammengestellt. Die quarzitischen Natursteine der Auskleidung weisen eine hohe bis extrem hohe Abrasivität auf.

CDM Smith Consult GmbH Alsbach, 2014-05-09

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Krajewski Dipl.-Ing. Heiner Fromm

DB-Strecke 3031, Erneuerung Horchheimer Tunnel Geotechnisches Gutachten

Proj.-Nr.: 94203, Bericht-Nr. 03

ANLAGE 1 LAGEPLÄNE

Anlage 1.1 Übersichtslageplan, M 1 : 25.000

Anlage 1.2 Geologische Übersichtskarte, M 1 : 25.000

Anlage 1.3 Lageplan Tunnel mit Erkun-dungspunkten, M 1:1.000


Geotechnisches Gutachten - lbm.rlp.de · passung der Achse und der Gradiente im Tunnel sowie in den...

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