1. Aufgabenstellung

Die Bundesautobahn A 4 verbindet als eine der wichtigsten West-Ost-Verkehrsachsen im europäischen Fernstraßennetz die Industriestandorte in den Ballungsgebieten Rhein/Ruhr und Rhein/Main mit Thüringen, Sachsen und den südpolnischen Industriezentren.

Aufgrund der Bedeutung der A 4 als Transitstrecke und ihre Klassifizierung als Europastraße E 40 wurde der Aus- und Neubau der A 4, Eisenach-Görlitz, im Zusammenhang mit dem Neubau der A 44, Kassel- Eisenach, in den Katalog der 17 Verkehrsprojekte Deutsche Einheit und als „Vordringlicher Bedarf" in den Bundesverkehrswegeplan 1992 aufgenommen.

Planung und Bau der A 4 gehen zurück in die 30er Jahre, jedoch wurde das Projekt zwischen Dresden und Görlitz nie vollendet. Als die Bauarbeiten im Jahre 1940 eingestellt wurden, war gerade Weißenberg erreicht. Mit der Schließung der beinahe 60 Jahre bestehenden Lücke zwischen Weißenberg und Görlitz und der Komplettierung der A 4 als große europäische Magistrale wurden auch die „Königshainer Berge" berührt.

Unter dem maßgebenden Gesichtspunkt der Erhaltung des natürlichen Lebensraumes entschied man sich für die Planung eines Tunnelbauwerkes, um den Bereich des Landschaftsschutzgebietes „Königshainer Berge" zu unterfahren.

Dieser mit 3,3 km derzeit längste Autobahntunnel Deutschlands wurde im Interesse einer möglichst umweltschonenden und landschaftsverträglichen Trassenführung geplant und macht in beispielhafter Weise deutlich, welch hohen Stellenwert die Aspekte der Ökologie im modernen Straßenbau in Deutschland einnehmen.

Die Planung sah zwei im Richtungsverkehr betriebene Tunnelröhren mit einer Länge von je 3.290 m vor. Das Lichtraumprofil ist durch den Straßenquerschnitt RQ 26 nach den Richtlinien für die Anlage von Straßen, Teil: Querschnitte (RAS-Q) festgelegt, der sich im Tunnelbereich auf den Querschnitt 261 reduziert. Die zwei Fahrspuren einer Tunnelröhre haben eine Breite von je 3,50 m mit beidseitigen 0,25 m breiten Randstreifen und 1,00 m breiten Notgehwegen. Damit ergibt sich eine Gesamtbreite des Lichtraumes von 9,50 m.

Beide Röhren steigen vom West- als auch vom Ostportal mit einer Steigung von 0,50% zur Tunnelmitte hin an. Der Ausrundungsradius der Kuppe beträgt 70.000 m.

Zwischen den Fahrbahnachsen wird im Tunnelbereich ein Abstand von ca. 30 m eingehalten, in den Portalbereichen verringert sich dieser Abstand auf minimal 20 m.

Für jede Tunnelröhre wurden nach den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) 4 Pannenbuchten mit ca. 40 m Länge und 2,50 m Breite vorgesehen. Der Tunnelquerschnitt ist auch in diesen Sonderbereichen so ausgebildet, daß über den Buchten der vorgeschriebene lichte Raum vorhanden ist.

Zwischen der nördlichen und südlichen Tunnelröhre wurden 9 Verbindungstunnel als Fluchtwege bzw. zur Durchfahrt für PKW, Krankenwagen und Feuerwehr vorgesehen.

2. Bauwerksentwurf

2.1 Geologische Verhältnisse

Die geologischen und hydrogeologischen Randbedingungen für die Planung des Bauwerkes sind in einem Gutachten beschrieben. Grundlage dieses Gutachtens war eine detaillierte Geländeaufnahme mit geologischer Kartierung. Zur Lokalisierung der Fest- und Lockergesteinsbereiche kamen zusätzlich geophysikalische Methoden wie Seismik und Geoelektrik zum Einsatz. Vor allem lieferten insgesamt 31 abgeteufte Bohrungen wichtige Informationen zur geologischen Situation.

Das Projektgebiet liegt zwischen Ober-Lausitz und dem Lausitzer Bergland im Lausitzer Granitgebiet. Der Tunnel verläuft im sogenannten „Königshainer Granit", der nach der gleichnamigen Typlokalität der Königshainer Berge benannt wird.

Dieser Granit drang während der variszischen Gebirgsbildungsphase in die älteren präkambrischen Gesteine ein. Das darüberliegende Deckgebirge wurde im Laufe der Jahrmillionen abgetragen, so daß der Königshainer Granit gegen Ende der Kreide zum erstenmal an der Oberfläche aufgeschlossen war. Seit mehr als 60 Millionen Jahren ist er insofern den wechselnden Klimabedingungen und somit dem Angriff der Verwitterung ausgesetzt.

Bei dem zum Teil in Steinbrüchen aufgeschlossenen und erbohrten Festgestein handelt es sich in erster Linie um zwei Varietäten, eine helle und eine dunkle Modifikation des oben erwähnten Königshainer Granit. Die helle Varietät entspricht einem mittel- bis grobkörnigen Granit von relativ gleichmäßiger Körnung. Sein Erscheinungsbild wird vor allem von den hellen Hauptgemengeteilen Quarz und Feldspat bestimmt.

Die dunkle Varietät unterscheidet sich von der hellen durch ihr porphyrisches Gefüge. Während der helle Granit fast im ganzen Projektgebiet auftritt, findet man den dunklen Granit nur im Bereich des Ostportals.

Die an der Oberfläche vorkommenden Lockergesteine lassen sich generell in Flieslehme und rezente Bodenbildungen unterscheiden. Außerdem besitzen die Produkte der Granitverwitterung in den obersten Metern der Verwitterungsdecke Lockergesteinscharakter. Die Flieslehme treten nur im Bereich des Ostportals auf und sind maximal 3 m mächtig.

In Bezug auf das Trennflächengefüge konnten Einflüsse einer ca. 400 m südlich gelegenen, von West nach Ost hinziehenden Störungslinie auf den Bereich des Tunnels nicht ausgeschlossen werden.

Die großen Schwierigkeiten beim Abteufen der Bohrung 10 mußten jedenfalls als ein möglicher Hinweis auf eine die Tunnelachse schneidende Störungszone gewertet werden.

Der Königshainer Granit ist heute tiefgründig, viele Zehner-Meter, zum Teil vermutlich sogar bis in Tiefen von mehr als 100 m, verwittert.

Die Verwitterung hat sich entlang der steilstehenden Klüfte in die Tiefe ausgedehnt und den vormals „gesunden" Granit in Kluftkörper von wenigen Zentimetern Durchmesser bis zu mehreren Kubikmetern Volumen zerlegt. In Bohrungen, die die Tunneltrasse durchteufen, wurden selbst in 50 m Tiefe sehr stark verwitterte Gesteinspartien mit Lockergesteinscharakter erbohrt.

Besonders in den Dorftalbereichen befinden sich bis in Tiefen von mindestens 15 bis 20 m sehr stark verwitterte Gesteinspartien.

Aus hydrogeologischer Sicht ist die Durchlässigkeit des Gebirges wegen der zum Teil starken Verwitterung des Granites deutlich niedriger als im „gesunden" geklüfteten Fels, der eine hohe Durchlässigkeit zeigt. Der natürliche Bergwasserspiegel folgt im wesentlichen der Geländeoberkante in einer Tiefe von 5 bis 10 m. In Bereichen höherer Durchlässigkeit kann er bis auf 20 m unter Flur absinken.

2.2 Tragwerk, Abdichtung

Die geometrische Form des Tunnelquerschnittes ist den felsmechanischen Eigenschaften des Gebirges angepaßt und entspricht den tunnelbautechnischen Anforderungen mit gegenüber einem kreisförmigen Gewölbe abgeflachten Scheitel.

Im Sohlbereich kamen zwei Ausführungstypen zur Anwendung. Der Kernbereich des Tunnels erhielt bei guten Gebirgsverhältnissen eine offene Sohle.

In den Eingangsbereichen, im Bereich geologischer Störungen und starker Verwitterung kam ein flaches Sohlgewölbe zur Ausführung. Die Gesamtausbruchfläche betrug beim Regelquerschnitt mit offener SohIe ca. 80,50 m², beim Regelquerschnitt mit flachem Sohlgewölbe ca. 93,80 m².

Die Gesamtausbruchfläche der Pannenbucht mit offener Sohle betrug 103,50 m², bei flachem Sohlgewölbe ca. 128,00m².

Dem Tunnelentwurf lag eine zweischalige Bauweise zugrunde:

Nach dem Ausbruch des Tunnels und Einbringen der Außenschale aus Spritzbeton erfolgte das Verlegen der Abdichtung und der Einbau der Ortbetoninnenschale.

Die Ortbetonschale aus B 25 war im Regelfall in einer Wanddicke von 30 cm auszuführen und ist unbewehrt. Lediglich in den Portalbereichen und in den Störungszonen wurde eine 40 cm dicke, bewehrte Innenschale erforderlich.

Im Bereich der Pannenbuchten in guten geologischen Verhältnissen wurde ebenfalls eine 40 cm dicke, bewehrte Innenschale erforderlich, die Pannenbuchten in schlechten geologischen Verhältnissen erhielten ein Sohlgewölbe und eine 60 cm dicke, bewehrte Innenschale.

Eine Ausbildung und Bemessung der Tunnelröhren auf den gesamten Bergwasserdruck von nahezu 40 m war aus technisch-wirtschaftlichen Gründen nicht zu empfehlen. Das Gebirge wurde deshalb auf der gesamten Tunnellänge drainiert und damit der Wasserdruck in Tunnelumgebung nahezu vollständig abgebaut.

In diesen Bergwasserdrainageleitungen NW 200 wird das vom Gebirge zusickernde Wasser beidseitig der Tunnelröhren gesammelt und in Richtung Portale weitergeleitet. Im Abstand von 50 m sind in der Tunnelwandung Nischen mit einem Kontroll- und Reinigungsschacht angeordnet, über die die Leitungen gespült werden können. Von diesen Schächten wird das Bergwasser über kurz geschlossene Querleitungen NW 200 zur Bergwassersammelleitung abgeführt, die außerhalb der Portale an die Strekkenentwässerung angeschlossen wird.

Die Fahrbahnentwässerung erfolgt über Schlitzrinnen am Tiefpunkt der Fahrbahn, die über syphonierte Querleitungen an die Längsentwässerungsleitung angeschlossen wird. Die Längsentwässerungsleitung wird an untertage angeordnete Staubecken angeschlossen, die bei Bedarf entleert werden.

Wegen des anstehenden Bergwassers wurde der Tunnel im Gewölbebereich auf die gesamte Tunnellänge abgedichtet. Diese Abdichtung besteht aus einer 2 mm dicken Folie (ohne Signalschicht), die auf einem Schutzvlies mit 500 g/m² Gewicht und den auf dem Spritzbeton befestigten Befestigungsrondellen verlegt wurde.

Die mit Heißluft verschweißten Bahnenstöße wurden mit einer Doppelnaht versehen, um eine Dichtigkeitsprüfung mit Druckluft zu ermöglichen.

2.3 Betriebseinrichtungen, Ausstattung

Das Sicherheitskonzept des Tunnels sah vor, die Nord- und Südröhre über 9 Querstollen zu verbinden. Hierbei wurde auch die mögliche Überfahrt für Kraftfahrzeuge gewährleistet.

Jede Tunnelröhre erhielt vier Pannenbuchten, die im Eingangsbereich der Fluchtstollen liegen und eine Länge von 40 m mit einer einseitigen Querschnittsaufweitung um ca. 2,50 m aufweisen.

An den beiden Portalen sind Betriebszentralen zugeordnet, die im Endzustand überschüttet wurden. Damit kommt die Größenordnung kaum zur Geltung.

Der Tunnel ist mit Beleuchtung, Lüftung und den üblichen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet.

Als Beleuchtungsanlage wurde eine Adaptationsbeleuchtung und Durchfahrtsbeleuchtung mit Natriumhochdrucklampen in Gegenstrahltechnik installiert. Sie wird durch Meßeinheiten vor den Portalen und vergleichende Innenmessungen gesteuert.

Aufgrund der Tunnellänge ist für beide ausschließlich im Richtungsverkehr befahrenen Tunnelröhren eine Lüftungsanlage erforderlich. Als optimale Lösung bot sich eine Längslüftung mit Strahlventilatoren an. Um allen Verkehrsfällen und auch im Brandfall gerecht zu werden, wurden pro Tunnelröhre 24 Strahlventilatoren installiert. Für den Brandfall wurden Revisionsschaltungen vorgenommen.

Die Strahlventilatoren wurden paarweise im freien Tunnelquerschnitt oberhalb des Verkehrsraumes eingebaut. Es handelt sich jeweils um 6 Ventilationspaare in den Portalzonen mit Abständen von 100 m.

Die Steuerung der Ventilatoren erfolgt über in der Tunnelröhre installierte CO- und Sichttrübungsüberwachungsgeräte. Bei fließendem Fahrzeugverkehr mit mittleren Geschwindigkeiten von V = 80 km/h belüftet sich jede Tunnelröhre selbst.

Im Abstand von ca. 165 m wurden Notrufnischen nach RABT eingerichtet. Mit Hinweisschildern wird auf die Notrufnischen und auf die Querstollen als Fluchtwege hingewiesen.

Im Abstand von ca. 150 m wurden Feuerlinienmelder eingebaut. Desweiteren wurden Sende- und Empfangsantennen für BOS-Funk, ein Rundfunksender für Verkehrsdurchsagen, eine Fernsehbeobachtung und Durchsagemöglichkeiten bei den Notrufnischen installiert.

Da der Tunnel unbesetzt vollautomatisch betrieben wird, wurde eine Leittechnikanlage in Verbindung mit einer Fernwirkanlage zur nächsten Autobahnmeisterei erforderlich.

Im Vorfeld der Tunnelröhren wurde eine Verkehrsbeeinflussungsanlage angeordnet, um bei technischen Störungen oder Unfällen den Verkehr zu verlangsamen oder zu stoppen.

2.4 Bauweise

Der Tunnel wurde bis auf die Portalabschlußwände und Betriebsgebäude vor der Portalabschlußwand in geschlossener Bauweise hergestellt.

Bei den vorliegenden Gebirgsverhältnissen wurde ein Auffahren der bergmännisch herzustellenden Tunnelröhren in Spritzbetonbauweise gewählt, da diese Bauweise den erwarteten, stark wechselhaften Verhältnissen technisch und wirtschaftlich am besten angepaßt werden kann. Die Zweckmäßigkeit der jeweils ausgeführten Sicherungsmaßnahmen und des temporären Ausbaus mit Spritzbeton, Stahlbögen und Ankern wurde durch begleitende Deformationsmessungen und durch spezielle Meßquerschnitte überprüft.

Das bergmännische Auffahren des Tunnels erfolgte im Festgesteinsbereich als Sprengvortrieb. In den Eingangsstrecken mit eventuellen Lockergesteinsbereichen mußte auch der Einsatz eines Tunnelbaggers oder eines Hydraulikmeißels vorgesehen werden.

Für die Ausbruchs- und Sicherungsarbeiten wurde auf den Grundlagen der geotechnischen Vorerkundung unter Berücksichtigung des Ausbruchquerschnittes und des vorgesehenen Bauverfahrens eine projektbezogene Ausbruchklassifizierung mit unterschiedlichen Ausbruchklassen und zugeordneten Sicherungstypen für die Vortriebsklassifizierung entwickelt.

Gebirgsverhalten, Ausbruchs- und Sicherungssystem wurden dabei zusammengefaßt und durch Profiltypen definiert. Der Ausbruchquerschnitt ist daher grundsätzlich in Kalotte, Strosse und Sohle unterteilt, die nacheinander ausgebrochen wurden.

Die Höhe des Kalottenausbruchs wurde bestimmt durch die Abmessungen wirtschaftlich arbeitender Geräte.

Die Höhe des Strossenausbruchs ergab sich aus der Kalottensohle und dem Restausbruch des Sohlbereichs, der in der Regel dem Betonieren des Sohlgewölbes und der Bankette nur kurz vorausläuft. Damit wurde ein schädliches Aufweichen oder Auflockern des Gebirges im Sohlbereich vermieden. Der Strossenausbruch folgte dem Kalottenausbruch in einem Abstand von etwa 100 - 200 m. Da das Sprengschema in der Strosse aber einfacher ist als das in der Kalotte, zudem die Vortriebsgeschwindigkeit wesentlich höher, folgte der Strossenausbruch nicht kontinuierlich, sondern in Intervallen. In schwierigen Verhältnissen, wenn zum Beispiel die Gebirgsverformungen zu groß wurden, wurde der Abstand Kalotte/Strosse durch geotechnische Vorgaben bestimmt und auf das verträgliche Maß begrenzt.

Die Portalbereiche einschließlich der Betriebsgebäude wurden in offener Bauweise hergestellt. Den Übergang zum offenen Voreinschnitt bildet eine mit Natursteinen verkleidete Portalabschlußwand. Zwischen den beiden Tunnelröhren wurde aus lüftungstechnischnen Gründen eine Trennwand (Dammschüttung mit Wandaufsatz und 7,50 m Gesamthöhe) auf ca. 30 m Länge vor den Portalen erforderlich.

3. Bauausführung

Der Auftrag zur Bauausführung wurde auf den ausgeschriebenen Entwurf vergeben. Sondervorschläge kamen nicht zur Anwendung. Vor Beginn der Bauarbeiten wurde festgelegt, den in offener Bauweise geplanten, 220 m langen westlichen Tunnelabschnitt ebenfalls in bergmännischer Bauweise auszuführen.

Der offizielle Baubeginn erfolgte mit dem Tunnelanschlag am 27. März 1996 am Ostportal. Die Voreinschnitte im Osten und Westen einschließlich der Tunnelanschlagswände wurden im Endzustand ausgehoben, so daß keine Maßnahmen zur Böschungssicherung erforderlich waren. In Anpassung an die Baugrundverhältnisse und den Tunnelquerschnitt wurden dann an vier Vortriebsstellen von allen Portalen aus die Hohlräume in bergmännischer Bauweise in das Gebirge getrieben.

Der Ausbruch des Gesamtquerschnittes erfolgte in drei Teilausbrüchen Kalotte, Strosse und Sohle - räumlich und zeitlich gegliedert im Bohr-Spreng-Verfahren. Die Gesamtausbruchmenge bestand aus etwa 500.000 m³ Gestein. Der Tunnel erhielt eine zweischalige Auskleidung, eine Außenschale als Sicherungsverbau und eine Innenschale als Betonauskleidung.

Mit dem abschnittsweise vorgetriebenen Ausbruch und dem Abtransport der Gesteinsmassen mußte zuerst die Sicherung des Gebirges vorgenommen werden. Dazu kam die Außenschale aus Spritzbeton der Güte B 25 zur Anwendung. Bei guten Gebirgsverhältnissen wurde zur Bewehrung der Spritzbetonschale Stahlfaserspritzbeton, ansonsten eine Mattenbewehrung angeordnet. In einem zweiten nachlaufenden Arbeitsgang erfolgte dann nach Einbau einer Folienabdichtung aus 2 mm PE-Folie der Einbau der Innenschale aus Ortbeton, welche lediglich im Bereich der Pannenbuchten und in den Eingangsbereichen bewehrt wurde. Es kam ein Schalwagen zum Einsatz, der fortlaufend mit jedem Betonierabschnitt eingesetzt werden konnte. Der Betoneinbau wurde in Blocklängen von 10 m ausgeführt. Während des Tunnelvortriebs erfolgte auch die Herstellung der Pannenbuchten und Verbindungstunnel in gleicher Bauweise. Zur Nachbehandlung des frisch betonierten Innengewölbes wurde ein abgekammerter Nachläuferwagen verwendet, der in seiner Geometrie der Gewölbeform angepaßt war und über entsprechende Wasserdampf- und Sprüheinrichtungen eine gleichmäßige Befeuchtung des Betons bewirkte.

Dann schlossen sich die Arbeiten im Bereich der Portale an, wobei die Portale selbst in geneigter Form aus Stahlbeton B 35 in offener Bauweise hergestellt wurden. Am Ost- und Westportal erfolgte der Einbau einer Trennwand zwischen den Fahrbahnen. Über dem Ostportal mußte zur Abtrennung eines unmittelbar hinter diesem Portal kreuzenden Weges ein Lärmschutzwall geschüttet werden.

Zur Errichtung der beiden Betriebsgebäude einschließlich Nebenanlagen wurde auch der Bau von bis zu 3,00 m hohen Stützmauern notwendig, die als Trockenmauern aus ortstypischem Granit hergestellt wurden.

Den Abschluß der Arbeiten bildeten die Straßenbau- und Entwässerungsarbeiten sowie der Einbau der Tunnelausstattung und Betriebseinrichtungen, so daß zur Verkehrsfreigabe des neuen Autobahnabschnittes der A 4 am 8. März 1999 auch die Arbeiten am Tunnel abgeschlossen waren.

4. Literatur

[1] Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen: DEGES, Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und bau GmbH: Dokumentation aus Anlaß der Verkehrsfreigäbe am 8. März 1999

[2] DEGES, Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und bau GmbH: Baubeschreibung

[3] DEGES, Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und bau GmbhH: Erläuterungsbericht zum Bauwerksentwurf 

 

• Land: Deutschland
• Region: Sachsen
• Tunnelnutzung: Verkehr
• Nutzungsart: Autobahntunnel
• Auftraggeber: Bundesrepublik Deutschland und Freistaat Sachsen
• Planer: Müller + Hereth Ing.-Büro für Tunnel- und Felsbau
• Ausführende: Hochtief AG, Universale-Bau GmbH, Schachtbau Nordhausen
• Bauweise: Geschlossen
• Vortrieb: Sprengvortrieb
• Auskleidung: Ortbeton
• Anz. Röhren: 2
• Gesamtlänge: 2 Röhren je 3300 m
• Querschnitt: 80,5-120 m²
• Durchmesser: 10,65 m
• Herstellkosten: ca. 137 Mio. DM
• Bauzeit: 1966 bis 1999
• Fertigstellung: März 1999