Neubaustrecke Wendlingen–Ulm: Fahrwegabdichtung auf der Albhochfläche – Ein Baustellenerfahrungsbericht

Projektvorstellung

Das Bahnprojekt Stuttgart–Ulm besteht aus den Teilprojekten Stuttgart 21 und der Neubaustrecke von Wendlingen nach Ulm. Dabei bezeichnet Stuttgart 21 die vollständige Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart mit dem neuen Tiefbahnhof als Kernstück und der Strecke zum Flughafen Stuttgart und nach Wendlingen. Die anschließende Neubaustrecke wird den Hochgeschwindigkeitsverkehr bis Ulm ermöglichen und die Filstalbahn umfahren, wo heute wegen enger Radien keine dem modernen Fernverkehr gerechten Geschwindigkeiten gefahren werden können (Abb. 1).

Abb. 1: Übersichtskarte Gesamtprojekt Stuttgart–Ulm (Quelle Projekt Stuttgart–Ulm)

Der Planfeststellungsabschnitt (PFA) 2.3 erstreckt sich auf der Hochfläche der Schwäbischen Alb zwischen Hohenstadt (NBS-km 53,811) im Westen und Dornstadt (NBS-km 75,250) im Osten. Der Abschnitt ist vom überwiegenden Verlauf auf offener Strecke in Parallellage zur BAB A8 geprägt (vgl. Abb. 2), deren vollständiger Ausbau zeitgleich von vier auf sechs Fahrstreifen erfolgt. Die Neubaustrecke verläuft größtenteils durch Wasserschutzgebiete der Zone III.

Abb. 2: Übersichtskarte PFA 2.3 Albhochfläche (Quelle: DB Projekt Stuttgart–Ulm)

Der Abschnitt auf der Albhochfläche ist gekennzeichnet durch schweren Erd- und Felsbau zur Herstellung von Einschnitten und Dämmen sowie der Baugruben für die Kunstbauwerke.

Insbesondere aufgrund des verkarsteten Baugrundes kommen als Bestandteil der Gründung und Abdichtung des Hochgeschwindigkeits-Fahrweges zum Schutz des Grundwassers auf der Schwäbischen Alb auch Geokunststoffe zum Einsatz.

Kunststoffdichtungsbahnen als Bestandteil des abgedichteten Fahrweges

Einschnitts- und Dammböschungen werden mit einer mineralischen Dichtungsschicht (Lehmschlag) versehen, die im Einschnittsbereich mindestens 2 m über Schienenoberkante geführt wird und im Dammbereich auch die Entwässerungsmulde am Dammfuß sowie die Entwässerungskörper unter den Bahnseitengräben einschließt. Der Mittelbereich der Festen Fahrbahn sowie die Randbereiche der NBS zwischen der hydraulisch gebundenen Tragschicht HGT der Festen Fahrbahn und der Dammschulter bzw. dem Bahnseitengraben werden ebenfalls abgedichtet. Eine Systemzeichnung der Streckenentwässerung mit Abdichtung ist in Abb. 3 dargestellt.

Die Bahnentwässerung erfolgt dann zu dezentralen Versickerungsbecken mit vorgeschalteten Regenklärbecken, siehe Abb. 3.

Abb. 3: Systemzeichnung Entwässerung und Abdichtungsschema (Quelle: DB Projekt Stuttgart–Ulm)

Sowohl die abgedichtete Ableitung als auch die dezentrale Versickerung über offene Becken und die Versickerung innerhalb der WSG-Zone III ist im Regelwerk der DB (Ril 836) nicht vorgesehen. Daher wurden eine Unternehmensinterne Genehmigung (UiG) und eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) des Eisenbahnbundesamtes erforderlich.

Nach der ZiE sind zur Abdichtung der Randwegbereiche beidseitig profilierte Dichtungsbahnen aus PE nach dem Anwendungsfall 3.12, Abdichtungselement in Erdbauwerken (Kunststoffdichtungsbahnen), der DBS 918 039 mit einer Herstellerbezogenen Produktqualifikation (HPQ) der DB AG zu verwenden. Die Dichtungsbahnen sind beidseitig durch Schutzvliese zu schützen. Bei Verwendung von gebrochenem, scharfkantigem Material für Ausgleichs- oder Frostschutzschicht sind die Anforderungen an die Schutzvliese durch Eignungsnachweise zu bestätigen.

Abb. 4: Systemzeichnung Regelquerschnitt Einschnitt (Quelle: DB Projekt Stuttgart–Ulm)

Verwendet wurden Materialien der Firma Naue, Kunststoffdichtungsbahn beidseitig strukturiert Carbofol 406 f/f DB und Geotextil Secutex R901, PP-weiß.

Die Dichtungsbahnen sind gemäß Vorgaben Z.i.E. soweit in den Filter einzubinden (Einschnittlage) bzw. über die Böschungsschulter zu führen (Dammlage), dass eine ausreichende Überlappung mit der fahrbahnseitigen Lehmschlagpackung sichergestellt ist. Die Anordnung der Dichtungsbahnen im Randwegbereich ist in Abb. 5 dargestellt.

Baustellen-Erfahrungsbericht

Besondere Randbedingungen der Ausführungsplanung

Die drei Streckenabschnitte der Albhochfläche (jeweils ca. 7 km, siehe Abb. 2) waren vom Auftraggeber mit einer durchgehenden Entwurfsplanung beplant, jedoch zur Ausführung nacheinander im Wettbewerb an unterschiedliche Auftragnehmer vergeben worden. Diese wiederum vergaben das Fachgewerk Abdichtung (ebenfalls im Wettbewerb) an ein- und denselben Nachunternehmer: Bausanierung & Dichtungsbau H. Berger.

Da die Ausführungsplanung somit getrennten Generalunternehmern oblag, ergaben sich im Detail unterschiedliche technische Lösungen, insbesondere verschiedene Varianten der Bauwerksanschlüsse/-eindichtungen.

Verlegung in Einschnitt- und Dammlagen

Nach Schaffung der Verlegevoraussetzungen, entsprechend den Richtlinien des Herstellers und des Deutschen Verbandes für Schweißtechnik (DVS), wurden die Abdichtungskomponenten längs der Trasse ausgerollt (Abb. 6), Hintergrund hierfür ist eine bewusste Minimierung der Fügeverbindungen in der Fläche, somit eine Reduzierung des Schweiß- und Prüfaufwandes, auch wenn, bedingt durch wechselnde Verlegebreiten, Längsschnitte und -schweißnähte erforderlich gewesen sind.

Sämtliche Schweißarbeiten und Nahtprüfungen wurden entsprechend den gültigen DVS-Richtlinien ausgeführt und protokolliert.

An Einbauten und Bauwerken war eine Mindestaufkantung der Abdichtung von 20 cm herzustellen. Dies wurde durch Hochführen der Dichtungsbahn auf entsprechenden Ausrundungsradien oder durch Formteile gelöst.

Abb. 6: Abdichtungsbaustelle

An den Fundamenten für Oberleitungs- und Signalmaste wurden durch die Generalunternehmer entweder PEHD-Rohre verbaut oder Betonrohre bzw. Betonschachtringe gesetzt (Abb. 7). So wurde der PEHD-Plattenkragen, welcher als Bindeglied zwischen der Dichtungsbahn der Fläche und dem senkrechten Rohr dient, direkt an selbiges angeschweißt bzw. mit einer PEHD-Manschette versehen. Die Manschetten wiederum wurden entweder aus einem fertigen Rohrende oder aus PEHD-Platten gefertigt. Die entstandenen Ringräume (Abb. 8) zwischen den Betonrohren und der Abdichtung wurden mit Bentonitgranulat verfüllt.

Abb. 7: Variante Abdichtungsanschluss an OL-Fundament mit Betonstülprohr

Abb. 8: Ringraum zwischen Betonstülprohr und Abdichtungsmanschette

Im Bereich der Anschlüsse an Tunnelportale, Über-/Unterführungsbauwerke, Kabelschächte und Blockfundamente wurden Hohlkehlen hergestellt, die Dichtungsbahn umgelenkt und mittels VA-Schienen angeflanscht. Alternativ wurden PEHD-Winkel für die Aufkantung verwendet, an denen die Dichtungsbahn angeschweißt wurde (Abb. 9).

Abb. 9: Anschlussdetail Kabelschacht

Für die Aufkantungen im Bereich der Kontrollschächte, dort ist die Sickerpackung unterbrochen, wurden ebenfalls PEHD-Winkel verwendet, andere Ausführungsvarianten gab es jedoch auch in diesem Fall. So wurde vor Beginn der Verlegearbeiten ein Dichtungsbahnstreifen auf einer Hohlkehle verlegt, einbetoniert und später mit der Flächenabdichtung verschweißt oder es kamen halbierte Formteile analog der Vorgehensweise bei den Oberleitungsmastfundamenten zum Einsatz.

Umgang mit Witterungseinflüssen

Betreffend der Witterung bereiteten unterschiedliche Faktoren Erschwernisse. Durch die großflächige Verlegung der Dichtungsbahn kommt es bei direkter Sonneneinstrahlung des schwarzen Kunststoffs zu enormer Wellenbildung. Grund hierfür sind der große Ausdehnungskoeffizient der Dichtungsbahn und deren Temperaturdifferenzen von über 60 Kelvin an sonnigen Sommertagen. Gelöst wurde dieses Problem durch die unmittelbare Abdeckung mit dem weißen Geotextil sowie die Verschweißung der Quer- und Anschlußnähte in den frühen Morgen- bzw. späten Abendstunden. Die Windverhältnisse, Böen in Dammbereichen, Sog in den Einschnitten, machten eine sofortige, zumindest punktuelle, Windsicherung erforderlich. Diese wurde unmittelbar nach kompletter Verschweißung vollflächig erweitert.

Plötzliche, manchmal auf wenige hundert Meter lokal begrenzte Regenschauer führten ebenso wie die im Herbst, Frühjahr und auch in den sommerlichen Morgenstunden hohe Luftfeuchtigkeit zu Unterbrechungen der Arbeitsabläufe. Die Einhausung der Schweißbereiche, wenn erforderlich auch deren Beheizung, halfen zur Schaffung der erforderlichen Umgebungsbedingungen.

Zur Verringerung des Witterungsrisikos wurden die Baustellen-Schweißzeiten gezielt minimiert, indem nach Möglichkeit Vorfertigung und Qualitätssicherung in den Werkstatträumen der Firma Berger ausgeführt wurden. So wurden rund 2000 Meter PEHD-Winkel warm gekantet, rund 1300 Anschweißkrägen zugeschnitten und mehr als 800 davon zu fertigen Formteilen mit den Manschetten verschweißt.

Zusammenfassung und Schlussbemerkung

Beim Bau der Neubaustrecke auf der Schwäbischen Alb sind aufgrund des verkarsteten Baugrundes besondere Maßnahmen erforderlich. Hier wird berichtet über den Einsatz von Geokunststoffen zur Abdichtung des Fahrweges und zugehöriger Nebenanlagen.

Die Abdichtung erfolgt mit Kunststoffdichtungsbahnen, die unter der Frostschutzschicht eingelegt werden und das Wasser direkt in das geschlossene Entwässerungssystem ableiten. Über Sammelleitungen gelangt es in Klär- und Versickerungsbecken. Das System ist aus Gründen des Grundwasserschutzes durchgängig auf der gesamten Albhochfläche.

Das Projekt ist jetzt in 2 von 3 Streckenabschnitten bautechnisch fertiggestellt, die Trasse ist an die nachfolgenden Gewerke der Eisenbahntechnischen Ausrüstung übergeben.

Literatur

1. ARGE Wasser Umwelt Geotechnik. Großprojekt Stuttgart 21 – Wendlingen-Ulm. PFA 2.3 Albhochfläche. „Real-Case-Prognose Karstphänomene“ als eine Grundlage für die Entwicklung erdbau- und gründungstechnischer Konzepte im Karstgebirge im Rahmen der Entwurfsplanung. Fassung vom 04.08.2009 (unveröffentlicht).
2. Kielbassa S., Prischmann F., Beer, N.: Bahnprojekt Stuttgart–Ulm, Karsterkundungs- und -sanierungsmaßnahmen für den Hochgeschwindigkeitsfahrweg auf der Schwäbischen Alb; Geomechanics and Tunnelling, Heft-Nr. 2 April 2015, Seite 129-145.
3. Kielbassa S.: Baubegleitende Erkundung von Karst auf der Albhochfläche; Felsmechanik-Tag, Weinheim 2015.
4. Deutsche Bahn AG: UiG mit Fachtechnischer Stellungnahme TM 2007-1309 I.NVT(K) Ril 836.0509: ABS/NBS Stuttgart-Augsburg Projekt NBS Wendlingen-Ulm km53,838 bis 72,250; abgedichtete Bahnentwässerung und Versickerung im Wasserschutzgebiet vom 17.09.2007 (inkl. Antragunterlagen).
5. Eisenbahn-Bundesamt: ZiE „Sonderbauform der Bahnentwässerung (abgedichtetes System) im Karstgebiet mit Versickerung innerhalb des WSG, NBS Wendlingen – Ulm, PFA2.3, Albhochfläche km 53,838 – km 75,250“ vom 12.12.2011 inkl. 1. bis 3. Änderung.
6. Raithel M., Kielbassa, S., Baumbusch J.: Bau der Neubaustrecke Wendlingen-Ulm in verkarstetem Baugrund. EI-Eisenbahningenieur 2015.
7. Raithel M., Kielbassa S., Baumbusch J.: Bahnprojekt Stuttgart–Ulm; Neubaustrecke Wendlingen–Ulm: Geokunststoffe als Bestandteil der Gründung und Abdichtung des Hochgeschwindigkeits-Fahrweges zum Schutz des Grundwassers auf der Schwäbischen Alb; 10. NAUE Geokunststoff-Kolloquium am 17.02.2017.