DR - Darmstadt · DR. SPANG Projekt: 28.2288 Seite 6 11.01.2012 1. ALLGEMEINES 1.1 Projekt Die DB...
Transcript of DR - Darmstadt · DR. SPANG Projekt: 28.2288 Seite 6 11.01.2012 1. ALLGEMEINES 1.1 Projekt Die DB...
DR.SPANG
INGENIEURGESELLSCHAFT FÜR BAUWESEN, GEOLOGIE UND UMWEL TTECHNIK MBH
DB ProjektBau GmbH
Regionalbereich Mitte
Nahverkehrsvorhaben Süd (I.BV-MI-P (5))
Hahnstraße 52
60528 Frankfurt am Main
Projekt-Nr. 28.2288
Datei P2288B120111_Rev1
Diktat CSp/FelWe
Büro Witten
Datum 11.01.2012
S-BAHN RHEIN-MAIN I NORDMAINISCHE S-BAHN
Tunnelstrecke "Grüne Straße" - Station Ostbahnhof
Station Ostbahnhof
Tunnelstrecke Station Ostbahnhof - km 54,310
Geotechnisches und tunnelbautechnisches Gutachten
ANLAGE 12.8.1.0.1
Auftrag vom 18.12.2007
Gesellschaft: HRB 8527 Amtsgericht Bochum, USt-ldNr. DE126873490, Geschäftsführer Dipl.-Ing. Christian Spang
Zentrale Witten: Westfalenstraße 5 - 9, D-58455 Witten, Tel. (02302) 9 1402 - 0, Fax 91402 - 20, [email protected] http://www.dr-spang.de
Niederlassungen: 09599 FreibergiSachsen, Halsbrücker Str. 34, Tel. (03731) 798789-0, Fax 798789-20, [email protected] 73734 Esslingen/Neckar, Weilstr. 29, Tel. (0711) 351 30 49-0, Fax 351 30 49-19, [email protected] 06618 Naumburg, Jakobsring 4a, Tel. (03445) 762-153, Fax (03445) 762-162, [email protected] 90441 Nürnberg, Waidaustraße 13, Tel. (0911) 964 5665-0, Fax (0911) 964 5665-5, [email protected]
Banken: Stadtsparkasse Witten, BlZ 452 500 35, Kto. 4911, Deutsche Bank AG, Witten, BlZ 430 700 24, Kto. 8139511
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 2 11 .01 .2012
INHALT SEITE
1. ALLGEMEINES 6
1.1 Projekt 6
1.2 Auftrag 7
1.3 Unterlagen 7
2. GEOTECHNISCHE VERHÄLTNISSE 11
2.1 Morphologie und Vegetation 11
2.2 Allgemeine geologische Beschreibung 12
2.3 Baugrundaufbau 14
2.4 Allgemeine Tektonik 22
2.5 Erdbeben 22
3. BODENKENNWERTE UND EIGENSCHAFTEN 23
3.1 Klassifizierung für bautechnische Zwecke 23
3.2 Bodenmechanische Kennwerte 24
3.3 Felsmechanische Kennwerte 27
3.4 Quellverhalten 28
3.5 Technische Eigenschaften 28
3.6 Tunnelbautechnische Homogenbereiche 31
3.7 Wiederverwendbarkeit des Ausbruchmaterials 32
4. GRUNDWASSER 33
4.1 Allgemeines 33
4.2 Grundwasserstand 34
4.3 Pumpversuche 35
4.4 WO-Tests 38
4.5 Ourchlässigkeiten 41
4.6 Wasserhaltungsmaßnahmen im Frankfurter U- und S-Bahn Bau 43
4.7 Grundwasserchemismus 45
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 3 11.01.2012
5. VORTRIEBSVERFAHREN TUNNELSTRECKEN 46
5.1 Grundsätzliche Machbarkeit und Randbedingungen Tunnelvortrieb 46
5.2 Spritzbetonbauweise 48
5.2.1 Randbedingungen für die Spritzbetonbauweise 48
5.2.2 Beherrschung des Grundwassers 49
5.2.3 Ausbruch und Sicherung 53
5.2.4 Sicherungsmittel 54
5.2.5 Vortriebsklassen 59
5.3 Maschineller Tunnelvortrieb 62
5.3.1 Randbedingungen für den maschinellen Tunnelvortrieb 62
5.3.2 Auswahl des Maschinentyps 64
5.3.3 Tübbingausbau 66
5.4 Vorsorgemaßnahme Unterfahrung U-Bahn 66
5.5 Ein- und Ausfahrsicherung Station FrankfurtlMain - Ost / Danziger Platz 68
5.6 Tunnelstrecke Station FrankfurtlMain - Ost bis Tunnelende km 54,245 70
6. STATION FRANKFURTIMAIN - OST I DANZIGER PLATZ 71
6.1 Allgemeine Randbedingungen für den Bau der Station 71
6.2 Geologische Verhältnisse im Bereich der Station 72
6.3 Grundwasserverhältnisse im Bereich der Station 72
6.4 Bergmännische Bauweise 75
6.5 Offene Bauweise / Baugrube 75
7. BAUWERKS- UND BAUGRUNDINTERAKTIONEN 86
7.1 Einfluss des Tunnelvortriebes auf die Tagesoberfläche 86
7.2 Beurteilungskriterien für Oberflächensenkungen 90
7.3 Bebauung und Verkehrswege im Einflussbereich der Trasse 92
7.4 Dynamische Einflüsse 93
7.5 Beeinflussung des Grundwassers 94
7.6 Gründung der Station FrankfurtlMain - Ost / Danziger Platz 95
P2288B 120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 4
8. EMPFEHLUNGEN
8.1 Trasse und Gradiente
8.2 Vortriebsverfahren
8.3 Station FrankfurtiMain - Ost / Danziger Platz
8.3.1 Baugrube
8.3.2 Gründung
8.3.3 Restwasserhaltung / Abdichtung
8.3.4 Sonstige Empfehlungen
8.4 Sicherung von Gebäuden, Leitungen und Kanälen
8.5 Sicherung von Verkehrswegen
8.6 Messprogramm
8.7 Beweissicherung
8.8 Nutzung geothermischer Energie
8.9 Kampfmittel
9. ZUSAMMENFASSU NG
10. ANLAGEN
Anlage 12.8.1.1: Übersichtslageplan, 1 : 25.000 (2)
Anlage 12.8.1.2: Amtliche Karten (1)
Anlage 12.8.1.2.1.1: Geologische Karte, 1 : 25.000 (1)
Anlage 12.8.1.2.1.2: Abgedeckte geologische Karte, 1 : 25.000 (1)
Anlage 12.8.1.2.2 Hydrogeologische Karte, 1 : 25.000 (1)
Anlage 12.8.1 .3: Lageplan (1)
Anlage 12.8.1 .3.1: Lageplan mit Erkundungspunkten, 1 : 2.000 (1)
Anlage 12.8.1.4: Geotechnische Schnitte (1)
Anlage 12.8.1.4.1: Längsschnitt mit Bohrungen, 1 : 500/100 (4)
Anlage 12.8.1.4.2: Querschnitte mit Bohrungen, 1 : 500/100 (2)
Anlage 12.8.1.4.3: Zeichenerklärung zu den geotechnischen Schnitten (1)
Anlage 12.8.1 .5: Bohrdokumentation (322)
11.01.2012
97
97
97
98
98
100
100
100
101
102
103
105
105
106
106
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 5
Anlage 12.8.1 .6: Laborversuche (1)
Anlage 12.8.1 .6.1 : Zusammenstellung der Laborversuche (2)
Anlage 12.8.1 .6.2: Konsistenzgrenzen (9)
Anlage 12.8.1.6.3: Durchlässigkeit (4)
Anlage 12.8.1.6.4: Kornverteilung (15)
Anlage 12.8.1.6.5: Kalkgehalt (2)
Anlage 12.8.1.6.6: Glühverlust (3)
Anlage 12.8.1.6.7: Wassergehalt (2)
Anlage 12.8.1 .6.8: Triaxialer Druckversuch (23)
Anlage 12.8.1.6.9: Rahmenscherversuch (14)
Anlage 12.8.1 .6.10: Einaxialer Druckversuch (10)
Anlage 12.8.1.6.11 : Quellversuch (3)
Anlage 12.8.1 .6.12: Cerchar-Abrasivitäts-Test (4)
Anlage 12.8.1.6.13: Abrasivitäts- und Brechbarkeitsindex nach LCPC (5)
Anlage 12.8.1 .7: Chemische Analyseergebnisse (1)
Anlage 12.8.1 .7.1: Grundwasseranalysen nach DIN 4030 (1)
Anlage 12.8.1 .7.2: Grundwasseranalysen nach DIN 50929 (1)
11 .01.2012
Anlage 12.8.1 .7.3: Bewertung nach Geringfügigkeitsschwellenwerten (GWS-VwV) (1)
Anlage 12.8.1 .8: Hydraulische Berechnung (19)
Anlage 12.8.1.9: WD-Versuche (50)
Anlage 12.8.1.10: Pumpversuche (29)
Anlage 12.8.1 .11: Seitendruckversuche (135)
Anlage 12.8.1 .12: Verklebungspotential nach THEWES (5)
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 6 11.01.2012
1. ALLGEMEINES
1.1 Projekt
Die DB Netz AG, vertreten durch die DB ProjektBau GmbH, plant den Neubau der "Nordmain
ischen S-Bahn". Die Nordmainische S-Bahn soll an das Bestandsnetz der Frankfurter S-Bahn in
der Nähe der Station Konstablerwache anschließen und über den Bahnhof FrankfurtlMain - Ost
zum HBF Hanau führen. Dabei soll die Streckenführung auf der nördlichen Mainseite, im Wesentli
chen in Bündelung mit der bestehenden Schnellbahnstrecke Frankfurt - Fulda, erfolgen. Mit der
Nordmainischen S-Bahn soll somit das Frankfurter S-Bahn-Netz mit der bereits bestehenden, süd
lich des Mains geführten, S-Bahn-Strecke ergänzt werden.
Die Strecke soll im Anschluss an eine bestehende S-Bahn-Strecke in der Nähe der Station Kons
tablerwache, etwa im Bereich der "Grünen Straße" (ca. km 52,9) zunächst unterirdisch geführt
werden. In einem bogenförmigen Verlauf soll die unterirdische Strecke zum Bahnhof Frank
furtlMain - Ost in zwei Tunnelröhren geführt werden. In unmittelbarer Nähe zum bestehenden
oberirdischen Bahnhof FrankfurtlMain - Ost und zur U-Bahn-Station "Ostbahnhof', soll eine neue
unterirdische S-Bahn-Station errichtet werden. Östlich der geplanten Station FrankfurtlMain - Ost
soll die S-Bahn-Strecke wiederum in zwei Tunnelröhren mit langsam ansteigender Gradiente zur
Geländeoberfläche geführt werden. Bei ca. km 54,3 enden die derzeit vorgesehenen Tunnelröhren
und gehen in ein Trogbauwerk über. Ab dem Trogbauwerk soll die Strecke bis zum HBF Hanau
oberirdisch geführt werden.
Das vorliegende Gutachten behandelt die beiden Tunnelabschnitte westlich und östlich der geplan
ten Station FrankfurtlMain - Ost sowie die Station selbst. Im Zuge der fortgeschriebenen Planung
für das Stationsbauwerk ist eine Präzisierung der geotechnischen und hydrogeologischen Verhält
nisse im Bereich des Stationsbauwerks erforderlich geworden. Hierzu wurde eine 2. Erkundungs
phase (2. EKP) ausgeführt. Die Ergebnisse sind im vorliegenden Gutachten integriert.
P2288B 120 111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 7 11.01.2012
1.2 Auftrag
Die DB ProjektBau GmbH hat am 18.12.2007 der Or. Spang Ingenieurgesellschaft für Bauwesen,
Geologie und Umweltlechnik mbH, den Auftrag erteilt, ein geotechnisches und tunnelbautechni
sches Gutachten für die Tunnelabschnitle sowie für Station Ostbahnhof zu erstellen.
1.3 Unterlagen
Es wurden die nachfolgend aufgeführten, vom AG zur Verfügung gestellten Unterlagen verwendet:
[U 1] Deutsche Bahn AG, S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn, Strecke Frankfurt/M
Ost - Hanau, Los 10, 95/220, Bericht 1, Baugrundgutachten; Prof. Dr.-Ing. P. Amann
Consult GmbH, Mühltal, April 1997.
[U 2] Deutsche Bahn AG, S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn, Strecke Frankfurt/M
Ost - Hanau, Los 11, 95/220, Bericht 1, Baugrundgutachten; Prof. Dr.-Ing. P. Amann
Consult GmbH, Mühltal, April 1997.
[U 3] Deutsche Bahn AG, S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn, Strecke Frankfurt/M
Ost - Hanau, Los 12, 95/220, Bericht 1, Baugrundgutachten; Prof. Dr.-Ing. P. Amann
Consult GmbH, MÜhltal, April 1997.
[U 4] Machbarkeitsuntersuchung S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn; OB Projekt
Bau GmbH, Niederlassung Mitte, I.B - MI - TP FFM 2 G01, Frankfurt am Main. Oktober
2006.
[U 5] Draufsicht S-Bahn-Station Frankfurt (M) Ost; Trassierungsvariante 6 (TVM), Lageplan
Ebene D, Variante 3; Planungsgemeinschaft Nordmainische S-Bahn, Düsseldorf, 11/2009.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 8 11.01.2012
[U 6] Gradiente und Gleislage Nordmainische S-Bahn, Strecke 3685; DB ProjektBau GmbH,
Berlin, 09/2008.
[U 7] NMS-Vorsorgemaßnahme; DB ProjektBau GmbH, Berlin, Email vom 02.04.2008.
Des Weiteren wurden folgende Unterlagen zur Erstellung des Gutachtens herangezogen:
[U 8] Geologische Karte von Hessen, Blatt Frankfurt a. M. Ost (5818), Karte1: 25.000 und
Erläuterungen; Hessisches Landesamt für Bodenforschung, Wiesbaden, 1993.
[U 9] Bohrprofile aus dem Bohrprofilarchiv; Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie
(HLUG), Wiesbaden, 2008.
[U 10] Ril 853, Eisenbahntunnel planen, bauen und instand halten; 3. Aktualisierung zum
01.01.2007, DB Netz AG, Frankfurt, 2007.
[U 11] Leitfaden zur Richtlinie 853 - Kommentare und Planungshilfen; 2. Aktualisierung zum
01.01.2007, DB Netz AG, Frankfurt, 2007.
[U 12] Verformungsverhalten des Baugrundes beim Baugrubenaushub und anschließen
dem Hochhausbau am Beispiel des Frankfurter Tons; Dr.-Ing. P. Amann, Prof. Dr.-Ing.
H. Breth, Dr.-Ing. D. Stroh; Mitteilungen der Versuchsanstalt für Bodenmechanik und
Grundbau der Technischen Hochschule Darmstadt, Heft Nr. 15, 1975.
[U 13] Ein Berechnungsmodell zum Tragverhalten der Kombinierten Pfahl-Plattengründung;
Dr.-Ing. Y. EI-Mossallamy; Mitteilungen des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotech
nik der Technischen Hochschule Darmstadt, Heft Nr. 36, 1996.
[U 14] In-situ-Messungen und numerische Studien zum Tragverhalten der Kombinierten
Pfahl-Plattengründung; Dr.-Ing. O. Reul, Mitteilungen des Institutes und der Versuchsans
talt für Geotechnik der Technischen Hochschule Darmstadt, Heft Nr. 53, 2000.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 9 11.01.2012
[U 15] Trag- und Verformungsverhalten tiefer Baugruben in bindigen Böden unter besonde
rer Berücksichtigung der Baugrund-Tragwerk- und der Baugrund-Grundwasser
Interaktion; Dr.-Ing. Chr. Moormann, Mitteilungen des Institutes und der Versuchsanstalt
für Geotechnik der Technischen Hochschule Darmstadt, Heft Nr. 59, 2002.
[U 16] Empfehlungen zur Auswahl und Bewertung von Tunnelvortriebsmaschinen;
Deutscher Ausschuss für unterirdisches Bauen (DAUB), Taschenbuch Tunnelbau, 2010.
[U 17] Gebäudeunterfahrungen in "geschlossener Bauweise" mit geringer Überdeckung;
Klawa, N., Taschenbuch für den Tunnelbau, Essen, 1985.
[U 18] Maschineller Tunnelbau im Schildvortrieb; Maidl, B. & Herrenknecht, M. & Anheuser, L.,
Berlin, 1995.
[U 19] Shape of settlement due to tunneling trough different types of 50ft ground; Celes
lione, T. B. & Toldedo Ruiz, A. P., Felsbau 16,2,118 -121, Essen, 1998.
[U 20] Deep excavation and tunnelling in 50ft ground; Peck, R. B, State of the Art Report.
Proc. 7th Int. Conf. Soil Mech. Found. Eng., Mexico, 255-284, 1969.
[U 21] Bergschadenkunde; Niemczyk, 0., Essen, 1949.
[U 22] Planung und Bemessung einer komplexen Grundwasser-Kommunikations-Anlage für
den City-Tunnel Leipzig; Spang, C. et al., Proc. Christian Veder Kolloquium, Graz, 2007.
[U 23] Innerstädtische Tunnelbauwerke als Strömungshindernis für das Grundwasser,
Grundwasserkommunikationsanlagen zur Beherrschung von Aufstau und Sunk am
Beispiel des City Tunnel Leipzig; Spang, C., Glitsch, W., Taschenbuch für den Tunnel
bau 2009, Essen, 2008.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 10 11.01.2012
[U 24] Hydrogeologisches Gutachten, S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn, Tunnel
strecke km 52,9 - km 54,3 + Station Ostbahnhof; Dr. Spang GmbH, Witten, 12.12.2008.
[U 25] Empfehlungen zur Berechnung von Tunneln im Lockergestein; AK 3.2 DGGT
(Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau e. V.), Essen 1980.
[U 26] Empfehlungen des Arbeitskreises "Tunnelbau" (ETB); Deutsche Gesellschaft für Geo
technik, Essen, 1995.
[U 27] Felsmechanik, Grundlagen für wirtschaftliches Bauen im Fels, Springer Verlag, Wittke,
W.1984.
[U 28] Abriss der Ingenieurgeologie; Prinz, H. & Strauß R., Spektrum Verlag, München, 2006.
[U 29] Hydrogeologische Methoden; Langguth, VOigt, Springer Verlag, 2004.
[U 30] Injektionen im Baugrund; Kutzner, Enke Verlag, 1991.
[U 31] Geotechnisches und tunnelbautechnisches Gutachten, S-Bahn Rhein-Main, Nord
mainische S-Bahn, Tunnelstrecke "Grüne Straße" - Station Ostbahnhof, Station Ost
bahnhof, Tunnelstrecke Station Ostbahnhof - km 54,310; Dr. Spang GmbH, Witten,
30.01.2009.
[U 32] Erläuterungsbericht - Numerische 3D-Grundwassermodellierung zur Aufstauberech
nung Station und Tunnelstrecke, S-Bahn Rhein-Main, Nordmainische S-Bahn; Dr.
Spang GmbH, Witten, 19.01.2010.
[U 33] Stellungnahme zum aktuellen Arbeitsstand im Hinblick auf den geplanten Einsatz der
TVM, Schildstrecke von km 52,9+1725 bis km 54,2+20,000, S-Bahn Rhein-Main,
Nordmainische S-Bahn, IMM Ingenieurbüro, Bochum, 02/2010.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 11 11.01.2012
Außerdem werden die zum Zeitpunkt der Gutachtenerstellung eingeführten technischen Regelwer
ke und alle relevanten bahninternen Regelwerke verwendet, insbesondere die in Ril 836.0100 auf
geführten Regelwerke.
2. GEOTECHNISCHE VERHÄLTNISSE
2.1 Morphologie und Vegetation
Das Projektgebiet ist im Wesentlichen eben. Am Beginn der Tunnelstrecke im Bereich der Grünen
Straße liegen Geländehöhen um 101,5 m NHN vor, die bis zum Danziger Platz (Bahnhof Frank
furt/Main - Ost) auf etwa 98,0 m NHN abfallen. Die Geländehöhen im Bereich der Gleise der
Schnellbahnstrecke Frankfurt - Fulda liegen im Projektbereich auf etwa 103,0 m NHN bis
103,5 m NHN. Die nördlich der Gleise verlaufende Straße "Ostparkstraße" weist wiederum Gelän
dehöhen um 98,5 m NHN auf.
Im Bereich der Tunnelstrecke zwischen Grüne Straße und Station Frankfurt/Main - Ost werden
von West nach Ost die Grüne Straße, die Hanauer Landstraße, die Rückertstraße, die Windeck
straße, die Ostendstraße und wiederum die Hanauer Landstraße unterfahren. Die geplante Tun
nelstrecke ist neben den Straßen von innerstädtischer, weitgehend etwa 4 bis 6 geschossiger,
überwiegend einfach unterkellerter Bebauung überbaut. Z. T. sind in den Gebäuden Fahrstuhlun
terfahrten oder andere tiefer reichende Kellerteile vorhanden.
Zwischen der im Wesentlichen straßenbegleitend errichteten geschlossenen Bebauung sind Hin
terhöfe mit Grünflächen, Hofflächen und Garagen bzw. Schuppenanlagen vorhanden. Die Bebau
ung ist augenscheinlich älteren Datums und wahrscheinlich in den Nachkriegsjahren bis etwa En
de der 70er-Jahre entstanden. Bebauung aus dem letzten Jahrzehnt ist in diesem Bereich augen
scheinlich nicht vorhanden. Zwischen Hanauer Landstraße und Danziger Platz unterquert die Tun
nelstrecke zunächst den Bereich der ehemaligen Feuerwache, die inzwischen zurückgebaut ist
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 12 11.01.2012
und derzeit brachliegt. Auf dieser Fläche ist derzeit eine Investorenbebauung mit ca. 2 Unterge
schossen geplant.
Der Bereich der Station Frankfurt/Main - Ost liegt im Danziger Platz, der derzeit als Verkehrs- und
Parkfläche genutzt wird, und im östlich angrenzenden Dammbereich der bestehenden Gleisanla
gen. Im zentralen Bereich des Danziger Platzes stehen einige ältere Bäume auf. Ansonsten ist der
Platz im Wesentlichen mit Schwarzdecke und örtlich mit Betonsteinpflaster versiegelt. Im westli
chen Bereich des Danziger Platzes liegt die U-Bahn-Station "Ostbahnhof' (Linie U 6). Die Tunnel
strecke dieser U-Bahn-Linie kreuzt den Danziger Platz an seinem Westende von Nord nach Süd.
Die U-Bahn-Linie endet derzeit an dieser Station. Die Gbäudefläche des Ostbahnhofes und Teile
des Danziger Platzes sollen zukünftig für ein mehrstöckiges Wohn-/Geschäftshaus mit Tiefgarage
genutzt werden.
Im östlichen Anschluss an die Station Frankfurt/Main - Ost ist die weitere Tunnelstrecke bis zum
Tunnelportal unter Bahngelände südlich der Ostparkstraße geplant. Das Gelände ist gegenüber
dem umliegenden Gelände (Ostparkstraße) um etwa 3 - 5 m künstlich aufgehöht worden. Hier
werden in Dammlage u. a. die Gleise der Schnellbahnstrecke Frankfurt - Fulda geführt, die im
westlichen Anschluss an den Bahnhof Frankfurt/M. - Ost über den Main geführt werden.
Auf der Hanauer Landstraße werden zwei Gleise der Straßenbahn geführt. Der Tunnel unterfährt
diese Gleise kurz nach der Grünen Straße und im Bereich der ehemaligen Feuerwache. Ansons
ten stellt sich die Geländeoberfläche, wo sie nicht überbaut ist, als Brachfläche mit Oberflächenbe
festigung, niederem Buschwerk und einzelnen, überwiegend nicht mehr genutzten Gebäuden dar.
2.2 Allgemeine geologische Beschreibung
Nach den vorliegenden Unterlagen ([U 1] - [U 3] und [U 8] - [U 9]) sowie der aktuellen Erkundung
ist im Bereich der geplanten S-Bahn-Strecke im Wesentlichen mit den nachfolgend beschriebenen
und nach ihrem Entstehungsalter geordneten Schichten zu rechnen:
P2288B120111~Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 13 11.01.2012
Mit der Einsenkung des Mainzer Beckens im Tertiär wurde das Projektgebiet zum Sedimentations
raum. Paläogeographisch stellt das Mainzer Becken einen östlichen Sporn des Oberrheingrabens
dar. Bei dem Mainzer Becken handelte es sich um einen mit ca. 50 m Tiefe flachen Sedimentati-
onsraum.
Im Mainzer Becken kam es zu zwei langandauernden Meeresbildungen, dem Oligozänmeer und
dem Miozänmeer mit dazwischen liegenden Intervallen der Verlandung und der limnischen Sedi
mentation.
Die oligozäne Transgression sedimentierte im Mainzer Becken die Schichten Rupelton und Cyre
nenmergelgruppe (grau-grüne Mergel aus brackig werdendem Wasser) ab.
Nach vorübergehender Verlandung im Oberoligozän setzte mit dem Miozän wieder eine Senkung
und damit Transgression in das Mainzer Becken ein. Im Gegensatz zu den sandig-mergeligen Ab
lagerungen des Oligozänmeeres bildeten sich nun harte, kalkige Ablagerungen, die den heutigen
Plateaus und Hügeln mit ihrer typischen Kalkflora das Gepräge geben. Das Miozänmeer lagerte
die Cerithienschichten (Grenze Oligozän I Miozän), Inflatenschichten und die Hydrobien
schichten ab.
In den pleistozänen Kaltzeiten lagerten der Main und seine Nebenflüsse weiträumig mehrere
Schotterterrassen ab, in die sich der Main in den zwischenzeitlichen Warmzeiten immer wieder
eintiefte. Im Projektgebiet findet sich als oberste, natürlich gewachsene Schicht vielfach die Nie
derterrasse des Mains. Flugsand, Dünensand und Löß wurden als Anwehungen sedimentiert und
liegen aufgrund von Verwitterungsprozessen teilweise verlehmt vor.
Die holozänen Hochflutlehme und Auesedimente des Mains und der Nebenflüsse sowie die Ver
landung von Flussaltarmen und örtliche Moorbereiche bilden die erdgeschichtlich jüngsten Ablage
rungen.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 14 11.01.2012
Das Projektgebiet ist vollständig anthropogen überprägt. Es finden sich durch die rege Bautätigkeit
im Stadtgebiet Frankfurt fast durchgängig künstliche Auffüllungen, z. T. aus natürlichen, umge
lagerten Böden, z. T. aus Schotter, Bauschutt u. Ä. an der Geländeoberfläche.
Grundlage für die nachfolgende Beschreibung des Untergrunds sind frühere Gutachten ([U 1] bis
[U 3]) und Archivunterlagen von Baugrundaufschlüssen des Hessischen Landesamts für Umwelt
und Geologie (HLUG) [U 9] sowie die aktuellen Aufschlüsse der 1. und 2. Erkundungsphase (EKP)
in Form von 24 Bohrungen.
Die Bohrprofile wurden in einen Längsschnitt (siehe Anlage 4) eingetragen. Es wird darauf hinge
wiesen, dass die Bohrungen in der Regel nicht unmittelbar im Schnitt liegen, sondern in diesen
projiziert wurden. Insofern verlaufen die für die Streckenachse eingezeichneten Schichtgrenzen
nicht zwingend durch die Schichtgrenzen der Bohrprofile.
2.3 Baugrundaufbau
Der Untergrund besteht nach den Ergebnissen der ersten und zweiten EKP bis in relevante Tiefe
aus einer Wechselfolge von rolligen und bindigen quartären und tertiären Sedimenten. Für eine
bessere Abgrenzung der Sedimente wurden die nachfolgend aufgeführten Schichten ausgewie
sen. Die Reihenfolge gibt gleichzeitig die zu erwartende Schichtenfolge von oben nach unten an.
Durch das nordwestlich geriChtete Einfallen der Schichten sind allerdings in östlicher Richtung des
Projektgebiets nicht mehr alle Schichten vorhanden. Die Schichten 1.2 (Aue-!Hochflutlehm) und 1.4
(Terrasse des Mains) wurden im Bereich der Tunnelachse nur vereinzelt, lokal begrenzt angetrof
fen. Die Terrassensedimente (Schicht 1.4) sind im Stadtgebiet bereichsweise ausgeräumt und
durch anthropogene Auffüllungen ersetzt.
Schicht 1.1 Auffüllungen
Schicht 1.2 Aue-! Hochflutlehm
Schicht 1.3 Flugsand (im Bereich der Tunnelachse nicht angetroffen)
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 15
Schicht 1.4 Terrasse des Mains
Schicht 11.1 Pliozän (im Bereich der Tunnelachse nicht angetroffen)
Schicht 11.2 Vulkanite (im Bereich der Tunnelachse nicht angetroffen)
Schicht 11.3 Hydrobienschichten
Schicht 11.4 Inflatenschichten
Schicht 11.5 Cerithienschichten
Schicht 11.6 Cyrenenmergel
11.01.2012
Der allgemeine Schichtaufbau ist in Tabelle 2.2-1 zusammengestellt und wird nachfolgend be
schrieben.
Schicht Bezeichnung Schichtmächtigkeit Bodengruppe Nr.
[mI nach DIN 18196
1.1 Auffüllung 1 -12 A
1.2 Aue-/Hochflutlehm 0-5 UL, UM, UA, SU', HZ, au
1.4 Terrassen des Mains 0-7,9 SE, SW, SI, SU,GE, GW, GI,
GU
11.3 Hydrobienschichten 0-17 TA, TM, TL, Z
11.4 Inflatenschichten 0-18 Z,TA,TM,TL
11.5 Cerithienschichten > 30 Z, TA, TM, TL
11.6 Cyrenenmergel UK nicht erkundet TA, TM, TL, Z
Tabelle 2.2-1: Schematischer Baugrundaufbau
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 16 11.01.2012
Schicht 1.1 - Auffüllungen
In fast allen Bohrungen sind Auffüllungen als oberste Schicht unter der Geländeoberfläche anget
roffen worden. Die Auffüllungen umfassen i. d. R. überwiegend Bauschutt aus Schotter, Ziegelres
ten, Schlacken, etc. und z. T. rollige und gemischtkörnige Böden, die als Sande bzw. Kiese mit
wechselndem Anteil von Ton, Schluff und Steinen angesprochen wurden (Bodenaushub). Die
Mächtigkeit der Auffüllungen schwankt etwa zwischen 0,4 mund 12 m, wobei die höchsten Auf
füllmächtigkeiten im Bereich des Bahndamms (südlich Ostparkstraße) festgestellt wurden.
Quartär
Schicht 1.2 - Aue-I Hochflutablagerungen
Die Auffüllungen werden bereichsweise von Aue-/Hochflutlehm (Schicht 1.2b) unterlagert. Boden
mechanisch sind die Aue- und Hochflutlehme als wechselnd tonige, wechselnd schluffige, unter
geordnet auch kiesige Sande sowie tonige, sandige Schluffe anzusprechen. Die Hochflutlehme
sind Überschwemmungsablagerungen des Mains. In den Altläufen des Mains kam es im Frankfur
ter Stadtgebiet im Zuge der Verlandung zu Torfbildungen (Schicht 1.2a), die teilweise in Bohrungen
angetroffen wurden.
Im Wesentlichen kann im Frankfurter Stadtgebiet aber davon ausgegangen werden, dass TorfIin
sen im Zuge der anthropogenen Nutzung bereits weitgehend ausgekoffert und durch Auffüllungen
ersetzt wurden. Im Bereich der geplanten Bahnhofsstation konnten in geringem Maße torfige Ein
lagerungen identifiziert werden. Die Hochflutlehme weisen im Projektgebiet i. d. R. eine dunkel
braune bis graue, bereichsweise auch rotbraune Farbe auf. Die Konsistenz liegt im Bereich weich
bis halbfest. Im Projektgebiet ist nicht mit größeren Vorkommen von Aue-/ Hochflutlehmen zu
rechnen. Lokal wurden im Bereich zwischen Grüne Straße und Danziger Platz Mächtigkeiten von
bis zu etwa 3 m angetroffen, im weiteren Verlauf bis zum Tunnelende wurden Mächtigkeiten bis zu
etwa 5 mangetroffen.
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 17 11.01.2012
Schicht 1.4 - Terrassen des Mains
Die Aue- und Hochflutlehme werden fast im gesamten Projektgebiet von Sanden und Kiesen der
Mainterrassen unterlagert. Z. T. sind im Frankfurter Stadtgebiet die Terrassenablagerungen durch
künstliche Auffüllungen ersetzt worden, dies insbesondere lokal zwischen Grüne Straße und Dan
ziger Platz. Die Terrassenablagerungen des Mains bestehen im Wesentlichen aus einer Wechsel
lagerung von Sanden und Kiesen mit z. T. schluffigen Beimengungen oder Geröllen. Nach den
Baugrunderkundungen ist die Lagerungsdichte der Terrassenablagerungen locker bis mitteldicht.
Die Mächtigkeit der Terrassenablagerungen beträgt im Projektgebiet zwischen etwa 0,5 m und et
wa 7,9 m. Die Unterkante der Terrasenablagerungen ist im Bereich des Danziger Platzes zwischen
ca. 89,7 m NHN und 91,8 m NHN anzutreffen. In östliche Richtung (Ostparkstraße) sowie in nördli
che Richtung (Bornheim) nimmt die Mächtigkeit der Terrassenablagerungen ab und die UK der
Terrassenablagerungen steigt dementsprechend an, so dass im östlichen Bereich des Danziger
Platzes, in der Ostparkstraße und der Henschelstraße Höhen der UK Terrasse von 92,23 bis 94,4
m NHN festgestellt wurden.
Tertiär
Schicht 11.3 - Hydrobienschichten
Unter den Terrassen des Mains, bzw. wo diese fehlen, unter den Auffüllungen, stehen im westli
chen Projektgebiet (zwischen Grüne Straße und etwa zwischen Rückertstraße und Windeckstra
ße) die nach der Schneckengattung Hydrobia benannten Hydrobienschichten an. Die Hydrobien
schichten bestehen aus einer Wechselfolge von überwiegend dunkelgrauen bis grüngrauen schluf
figen Tonen bzw. Mergeltonen und schwarzen bis grauen und z. T. schluffigen Kalksanden. Da
zwischen sind plattige bis bankige z. T. dichte und sehr harte dolomitische Kalksteine eingelagert,
die zwischen den plastischen Schluffen und Tonen meist zerbrochen vorliegen.
Die Kalkbänke sind oft nicht horizontbeständig und keilen lateral nach kurzer Strecke aus, bzw.
gehen in unverfestigte Kalksande oder Kalksteine über. Die Schluffe und Tone sind oft bituminös
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 18 11.01.2012
und schwefelkieshaltig. Die Schichten fallen leicht nach Nordwesten ein. Die im Projektgebiet ma
ximal nachgewiesene Mächtigkeit der Hydrobienschichten liegt bei ca. 17 m.
Die Konsistenz der bindigen Sedimente wurde im Wesentlichen steif bis halbfest angetroffen. Da
die Schichten aber überkonsolidiert sind, ist in ungestörtem Zustand eher von einer mindestens
halbfesten Konsistenz auszugehen. Geringere Werte dürften durch Störungen beim Bohrvorgang
bedingt sein. Die Kalksande sind meist mitteldicht gelagert und bereichsweise schwach verkittet
bzw. gehen in Kalksandstein über. Die Komponenten dieser Kalksande bestehen aus kleinen
Kalkgeröllen, Schnecken- und Muschelschill, Ostracodenschalen und Kalkooiden.
Mit den in den Hydrobienschichten ausgeführten Sondierungen mit der Seitendrucksonde konnten
nur die im Vergleich zu den unterlagernden tertiären Schichten geringsten Steifemoduli ermittelt
werden. Im Ton bzw. im Kalkmergelstein wurden Steifemoduli für die Erstbelastung von ca. 2,0 bis
5,5 MN/m2 versuchstechnisch ermittelt.
Schicht 11.4 -Inflatenschichten
Die nach der Schneckenart Hydrobia inflata benannte Schichtenfolge besteht vorwiegend aus
kompakten Kalksteinen größerer Mächtigkeit mit zwischengelagerten, quarzsandhaltigen Kalksan
den und grüngrauen Mergel- und Tonschichten. Der ansonsten geschichtete Aufbau des Schicht
pakets wird bereichsweise durch Algenstotzen von mehreren Zentimetern bis Metern Mächtigkeit
durchbrochen. Die Kalke können örtlich verkarstet sein und Hohlräume aufweisen.
Die Inflatenschichten werden nur im westlichen Bereich des Projektgebiets von der Grünen Straße
bis etwa zur Windeckstraße angetroffen, wo das Schichtpaket auskeilt. Die Schichtung fällt
schwach nach Nordwesten ein. Im Projektgebiet wurde eine maximale Mächtigkeit der Inflaten
schichten von 18 m erbohrt.
Die Konsistenz der in der Schichtfolge eingelagerten bindigen Böden wurde im Wesentlichen
weich bis steif angetroffen. Da die Schichten aber überkonsolidiert sind, ist in ungestörtem Zustand
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 19 11.01.2012
von einer mindestens steifen Konsistenz auszugehen. Geringere Werte dürften durch Störungen
beim Bohrvorgang bedingt sein.
Die in den Kalksteinbänken ausgeführten Sondierungen mit der Seitendrucksonde (2 Stück) wei
sen vergleichsweise hohe Steifemoduli für die Erstbelastung von ca. 330 bis 690 MN/m2 auf.
Schicht 11.5 - Cerithienschichten
Die Inflatenschichten werden von den Cerithienschichten unterlagert. Die Cerithienschichten sind
nach einer Turmschnecke benannt, die in den Kalken maßgeblich ist. In weiten Teilen des Projekt
gebietes sind die Cerithienschichten die oberste, noch vorhandene tertiäre Schicht unter den quar
tären Terrassen des Mains.
In den Cerithienschichten überwiegen Karbonatgesteine, die von lockeren Karbonatsanden bis zu
festen Kalken reichen. Bankige, dichte und sehr feste, z. T. splittrige Kalke und detritische Kalke
aus Ooiden und SchalenbruchschilI, die teilweise auch unverfestigt als Sand vorliegen können,
werden von kavernösen, unregelmäßig geformten Algenriffen durchbrochen, sodass eine Korrela
tion einzelner Kalkbänke zueinander nicht möglich ist. Die Algenkalke sind meist porös und ähneln
Sinterkalken oder Kalktuffen. Die Kalke können örtlich verkarstet sein und Hohlräume aufweisen.
Größere Riffkörper weisen oft Hohlräume auf, die z. T. mit weichem, kreidigem Kalkschlamm ge
füllt sein können. Neben diesen reinen Karbonatgesteinen kommen untergeordnet Quarz
Kalksande vor, mit Quarz- und Kalkgeröllen bis zu Feinkiesgrößen. In diese sind oft Algenkalkknol
len eingelagert. Des Weiteren sind helle, z. T. kreidige Kalkschluffe sowie Mergel und Mergeltone
anzutreffen. Die schichtig bis bankig ausgebildeten Sedimente fallen leicht nach Nordwesten ein.
An der Basis der Cerithienschichten folgen glimmerhaltige Sande, die den Übergang zu den Cyre
nenmergeln bilden.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 20 11.01.2012
Die Konsistenz der in der Schichtfolge der Cerithien eingelagerten bindigen Böden wurde überwie
gend halbfest angetroffen. Geringere Werte dürften durch Störungen beim Bohrvorgang bedingt
sein.
Die Cerithienschichten lassen sich nach der detaillierten Auswertung der 2. EKP im Bereich der
Station in zwei Untereinheiten gliedern. Die obere Einheit weist Festgesteine und zu Lockergestein
umgewandelte Festgesteine von grauer Färbung auf. Dieses Schichtpaket wird hier daher als
"graue Cerithien" (Schicht 1I.5a) bezeichnet. Es wurden überwiegend Kalksteine, Mergelsteine,
Kalkmergelsteine und untergeordnet Sandsteine, sowie z.T. schluffige Kalksande und Tone erkun
det. Dieses Schichtpaket ist vergleichsweise heterogen zusammengesetzt. Die Kalksteine dieses
SChichtpakets sind teilweise klüftig und können Hohlräume aufweisen. Durchgehende Strukturen,
wie z.B. Kalkbänke, konnten in diesem Schichtpaket nicht festgestellt werden.
Die untere Einheit der Cerithien weist im Wesentlichen eine grüne Färbung auf und wird hier daher
als "grüne Cerithien" (Schicht 1I.5b) bezeichnet. Dieses untere SChichtpaket besteht im Wesent
lichen aus festen bis halbfesten Tonen (umgewandelte Mergelsteine), Kalksanden und einer
durchgehend erkundeten Kalksandsteinbank. Dieses Schichtpaket ist deutlich homogener und
kompakter als das obere Schichtpaket der Cerithien. Die Oberkante der grünen Cerithien fällt von
Ost bis Südost nach West bis Nordwest ein. Am südöstlichen Ende des Stationsbauwerks wurde
die OK der grünen Cerithien bei ca. 69,6 m NHN erkundet. Am Nordwestlichen Ende der Station
liegt die OK nur noch bei ca. 62,4 m NHN. Die Schichtoberkante fällt quer zum Stationsbauwerk
von der südlichen Stationsseite bis zur nördlichen Stationsseite um ca. 2,6 m - 4,0 m ein. Die
Oberfläche der grünen Cerithien (Schicht 11.5b) ist in Anlage 4 dargestellt. Innerhalb der grünen
Cerithien wurde eine durchgehende Kalksandsteinbank angetroffen. Die Kalksandsteinbank weist
in den Bohrungen eine Mächtigkeit von ca. 0,55 m bis 8,3 m auf. Die OK der Kalksteinbank wurde
zwischen 54,67 und 62,11 m NHN festgestellt.
In den Cerithienschichten wurden im Rahmen der 1. EKP insgesamt 21 Sondierungen mit der Sei
tendrucksonde ausgeführt. Nach der im Zuge der 2. EKP erfOlgten Untergliederung der Cerithien in
graue und grüne Cerithien wurden 18 Sondierungen mit der Seitendrucksonde in den grauen Ceri
thien (Schicht 11.5a) und 3 in den grünen Cerithien (Schicht 11.5b) ausgeführt. Dem heterogenen
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 21 11.01.2012
Aufbau der grauen Cerithienschichten folgend wurde eine Streubreite des Steifemoduls von ca. 3,8
bis ca. 1.370 MN/m2 (Mittelwert 172,23 MN/m2) für die Erstbelastung festgestellt. Die niedrigsten
Werte sind dabei offensichtlich porösen oder kavernösen Kalksteinen und Kalkmergelsteinen zu
zuordnen, während die harten Riffbänke mit den höchsten festgestellten Steifemoduli ebenfalls in
den Kalkstein- und Kalkmergelsteinbänken festgestellt wurden. In den grünen Cerithien wurden
nur die Ton- und Kalksandschichten betestet, nicht jedoch die Kalksandsteinbank; es wurden Stei
femoduli für die Erstbelastung von im Wesentlichen 15 bis 96 MN/m2 (Mittelwert 43,0 MN/m2) fest
gestellt. Die für Ton- und Sandschichten vergleichsweise hohen Steifemoduli sind auf die Über
konsolidierung dieser Schichten zurückzuführen.
Die an Kernstücken und somit den festeren Bereich der Cerithienschichten im felsmechanischen
Labor ausgeführten einaxialen Druckversuche ergaben Druckfestigkeiten von 1,5 bis ca. 90
MN/m2, im Mittel 27,0 MN/m2
• An Kernstücken der grünen Cerithien wurden keine einaxialen
Druckversuche durchgeführt. Insbesondere in den überwiegenden tonigen Abschnitten der grünen
Cerithien ist mit vergleichsweise geringen Druckfestigkeiten zu rechnen.
An Proben aus den Cerithienschichten wurden CAI-Test und LCPC-Tests zur Feststellung der Ab
rasivität ausgeführt (Anlage 6). Demnach sind die Cerithienschichten als nicht bis schwach abra
siv, im Mittel kaum abrasiv einzustufen. Abrasivitätsuntersuchungen wurden nur an den grauen
Cerithien ausgeführt, da die grünen Cerithien erst unter der Tunnelsohle anstehen und somit nicht
von den Vortriebsarbeiten berührt werden.
Schicht 11.6 - Cyrenenmergel
Unter den Cerithienschichten wird im Projektgebiet der Cyrenenmergel angetroffen. Zuoberst la
gern stark schluffige, glimmerführende Kalksande. Hauptsächlich werden die Cyrenenmergel je
doch aus vorwiegend grauen, grünlichgrauen und graublauen, feinsandigen, mehr oder weniger
plastischen, mitunter kalkhaltigen Tonen (Letten) gebildet, die mit dem allerdings nicht häufigen
Leitfossil Cyrene semistriata (einer gleichklappigen Muschel) identifiziert werden.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 22 11.01.2012
Kalkreichere Schichten sind selten, doch sind harte Steinmergel vorhanden. Im unteren Teil der
Schichten treten mächtige, hellgraue, glimmerreiche Quarzsande (Schleichsande ) und Sandsteine
auf, die meist wasserführend sind. Dünne, unbauwürdige Braunkohlenlager treten in den oberen
Schichten ebenfalls auf. Im Projektgebiet wurde diese Schicht aufgrund der Tiefenlage nicht er
bohrt und wird daher für den Tunnel bautechnisch nicht weiter relevant sein.
2.4 Allgemeine Tektonik
Infolge der intensiven Bruchtektonik innerhalb des Oberrheingrabens und insbesondere innerhalb
des Mainzer Beckens ist auch das Projektgebiet tektonisch stark zerlegt. Aus [U 8] sowie [U 1] bis
[U 3] lässt sich im Projektgebiet insbesondere eine Störungszone ableiten. Die Störzone verläuft
etwa in Nord-Süd-Richtung und kreuzt die Strecke östlich des Tunnelendes. In [U 1] wurde eine
weitere etwa in Nord-Süd-Richtung verlaufende Störung im Bereich zwischen Grüner Straße und
Rückertstraße vermutet, die durch die verdichten Bohrungen nicht bestätig werden konnte. Die
Störung ist zwar weiterhin nicht vollständig auszuschließen, kann aber nur einen geringen Ver
satzbetrag von wenigen Metern aufweisen.
2.5 Erdbeben
Das Mainzer Becken gehört zu den tektonisch aktiven Gebieten in Deutschland. Erdbeben sind
durch die Schollenverschiebungen regelmäßig zu beobachten. Es handelt sich allerdings um rela
tiv häufige Beben mit vergleichsweise geringen Magnituden.
Nach DIN 4149 (2005-04) liegt das Projektgebiet in der Erdbebenzone O. Es ist daher von einem
Intensitätsintervall 6,0 " I < 6,5 auszugehen. Das Projektgebiet ist in die geologische Untergrund
klasse S (Gebiete tiefer Beckenstrukturen mit mächtiger Sedimentfüllung) einzugruppieren.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 23 11.01.2012
3. BODENKENNWERTE UND EIGENSCHAFTEN
3.1 Klassifizierung für bautechnische Zwecke
Nach den Erkundungsergebnissen, Feld- und Laboruntersuchungen sowie den Archivunterlagen
lassen sich die im Projektgebiet zu erwartenden Böden wie folgt geotechnisch klassifizieren.
Schicht Bodenart Klassifizierung nach Frostempfind- Verdicht-
Nr.
1.1
1.2b
1.4
11.3
11.4
11.5
11.6
1 )
2)
3)
DlN 18196 DIN 18 300 lichkeit 1)
Auffüllungen A 3-5,
1 tlw. 6 - 7
Aue-/Hochflutiehm UL, UM, UA, 3 - 4 (2) 3) F3 SU*, HZ, DU
SE, SW, SI, Terrassen des Mains SU, GE, GW, 3-5 F1-F2
GI,GU
Hydrobienschichten TA, TM, TL, Z 3 - 5 (2) 3)
F1-F3 und 6-7
6 - 7 und Inflatenschichten Z, TA, TM, TL
3 - 5 (2) 3) F1-F3
6 - 7 und Cerithienschichten Z, TA, TM, TL
3 - 5 (2) 3) F1-F3
Cyrenemergel TA, TM, TL, Z 3 - 5 (2) 3)
F1-F3 und 6 - 7
Nach ZTVE StB 09, Tab. 1 (F1 nicht frostempfindlich, F3 sehr frostempfindlich).
Nach 97106, Tab. 2 (V1 = verdichtbar, V3 = schwer verdichtbar).
barkeit 2)
1
V3
V1-V2
V3
V3
V3
V3
Der angegebene Boden kann bei Wassersättigung infolge Störung der Lagerung in Boden
klasse 2 nach DIN 18300 übergehen.
Tabelle 3.1-1: Bodenklassifizierung
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 24 11.01.2012
3.2 Bodenmechanische Kennwerte
Auf der Basis von durchgeführten geotechnischen Laborversuchen, der Auswertung der Feldver
suche, der Archivunterlagen und von umfangreichen Erfahrungen mit den im Projektgebiet anste
henden Böden lassen sich die in Tabelle 3.2-1 zusammengestellten charakteristischen Boden
kennwerte angeben. Die Rechenwerte gelten für das Baugrundmodell gemäß DIN 4020. Lokale
Abweichungen sind möglich. Bei den angegebenen Kennwerten handelt es sich um charakteristi
sche Werte nach dem Teilsicherheitskonzept gemäß DIN 1054 (01/2005).
Schicht Bezeichnung Wichte Wichte Rei- Kohä- Undrai- Steife-Nr. feuchter unter bungs- sion nierte modul
Boden Auftrieb winkel calc" Kohäsion cal Es,.i)
cal Yk calYk calcp" cal Cu,k [kN/m'] [kN/m3
] [0] [kN/m2] [kN/m2
] [MN/rn>]
1.1 Auffüllungen 18 -20 8 - 10 25 - 30 0 0 -
1.2b Aue-I Hochflut- 19 - 20 10- 11 20 - 30 10 - 20 75 - 100 5 - 10 lehm
1.4 Terrassen des 18 - 20 9 - 10 30 - 32,5 0 0 40 - 80 Mains
Hydrobien-schichten
11.3 1) Tone u. Schluffe 17 - 20 8 - 11 20-25 15 - 25 60 - 100 5 - 10
2) Sande 18 - 20 9 - 10 30- 32,5 0 0 20 - 80
Inflaten-schichten
11.4 1 ) Tone u. Schluffe 17 - 21 8 - 11 17,5-25 5 - 25 50 - 100 5 - 10
2) Sande 17 - 19 8 - 10 30-32,5 0 0 20 - 80
P22888120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 25 11.01.2012
Schicht Bezeichnung Wichte Wichte Rei- Kohä- Undrai- Steife-Nr. feuchter unter bungs- sion nierte modul
Boden Auftrieb winkel cal Ck' Kohäsion cal Es •k1)
cal Yk cal Yk' cal <j)k' cal Cu.k [kN/m3
] [kN/m3] [0] [kN/m"] [kN/m2] [MN/rn"]
Cerithien-schichten
11.5 1) Tone u. Schluffe 17 - 21 8 - 11 17,5 - 25 5 - 25 50 - 100 5 -10
2) Sande 17 - 19 8 -10 30 -32,5 0 0 20 - 80
11.6 Cyrenemergel 19 - 21 9 - 11 20 20 100 10 - 20
1) Ermittlung des Steifemoduls Es für den Laststeigerungsbereich 0 bis 300 kNfm2
Tabelle 3.2-1: Charakteristische Bodenkennwerte.
Für höherwertige Stoffgesetze ist die weitergehende Kenntnis des Materialverhaltens erforderlich.
Hierzu wurden triaxiale Druckversuche (Triaxiale Scherversuche und isotrope, triaxiale Druckver
suche ) im bodenmechanischen Labor ausgeführt und ausgewertet und durch häufig verwendete
Kennwerte aus der Literatur ([U 12]- [U 15]) für den Frankfurter Ton und die Frankfurter Kalke er
gänzt. Unter den "Frankfurter Tonen" werden im Folgenden summarisch die schluffig - tonigen
Partien der Hydrobien-, Inflaten- und Cerithienschichten sowie der Cyrenemergel verstanden. Mit
den "Frankfurter Kalken" werden die Kalkbänke der Hydrobien-, Inflaten- und Cerithienschichten
zusammengefasst. Die Materialeigenschaften der Tone der einzelnen Schichten unterscheiden
sich im grundsätzlichen Verhalten so wenig, dass eine Differenzierung nicht erforderlich ist.
Während es für die Frankfurter Kalke in der Regel ausreicht, ein linear elastisches Stoffgesetz ggf.
mit einer einfachen Bruchbedingung (z.B. Mohr-Coulomb) zu verwenden, sollte für die realitätsna
he Abbildung der Frankfurter Tone ein elasto-plastisches Stoffgesetz verwendet werden. Gebräuli
che Parametersätze für die Frankfurter Tone sind in den nachfolgenden Tabellen 3.2-2 bis 3.2-4
zusammengestellt.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 26 11.01 .2012
Materialeigenschaft Frankfurter Tone Frankfurter Kalke
0,15 - 0,5 drainierte Querdehnungszahl v' [-]
02 2 ) 0,25 - 0,5
,
undrainierte Querdehnzahl Vu [-] 0,5 0,5
7,0 + 2,45 • z bis 2 -1 .500 Steifemodul Erstbelastung [MN/m']
83+ 1 35' z 1) 250 2) , ,
20 - 3.000 Steifemodul Entlastung [MN/m'] 120
750 2)
10-1 .500 Steifemodul Wiederbelastung [MN/m'] 70
300 2)
1 - 360 Einaxiale Druckfestigkeit qu [MN/m'] /
100 2)
1 ) z In m unter GOF
2) mittlerer Rechenwert
Tabelle 3.2-2: Bodenkennwerte Frankfurter Tone / Frankfurter Kalke
Materialeigenschaft Frankfurter Tone
0,7 - 0,9 Parameter R, [-]
09') ,
Parameter n [-] 0,5 - 0,7
0,6 ' )
110 - 240 Parameter K [-]
225 ' )
1) mittlerer Rechenwert
Tabelle 3.2-3: Materialkennwerte für Frankfurter Ton für das Materialgesetz nach Duncan -
Chang ([U 12])
P2288B1 2011 1_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 27 11 .01.2012
Materialeigenschaft Frankfurter Tone Frankfurter Kalke
Ruhedruckbeiwert Ko H 0,6 0,5
Konuswinkel ß [' ] 37 - 38 29 - 30
Konusachsabschnitt d [kN/m"] 40-45 1.000 - 3.000
Formfaktor Konus K [-] 0,795 0,841
Formfaktor Kappe R [-] 0,1 0,01
Übergangsfaktor Konus Kappe CI. [-] 0 0
Tabelle 3.2-4: Materialkennwerte für Frankfurter Ton für das Materialgesetz nach Drucker -
Prager ([U 14])
3.3 Felsmechanische Kennwerte
Nach Auswertung der felsmechanischen Labor- und Feldversuche und unseren Erfahrungen mit
den im Baufeld anstehenden Gesteinen lassen sich für das Festgestein folgende Rechenwerte an
geben.
Schicht- Feisart Wichte Reibungs- Kohä- Einax. Steife-
Nr. feuchtes Winkel Sion Druckfestig- modul
Gebirge keit Gestein Gebirge
Y. CPk Ck O'c,k Es,.
[kN/m3] ['] [kN/m2
] [MN/m'] [MN/m2]
11.3 Hydrobienschichten 22 - 26 30 - 35 1) >0 0,5 - 50 2 -100
c) Kalkbänke
11.4 Inflatenschichten 22 -25 30 - 35 1) >0 1 -100 10 - 750
c) Kalkbänke
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 28 11.01.2012
Schicht- Feisart Wichte Reibungs- Kohä- Einax. Steife-
Nr. feuchtes Winkel Sion Druckfestig- rnodul
Gebirge keit Gestein Gebirge
Yk 'Pk' Ck' O'c.k E •. k
[kN/rn3] [0] [kN/rn2] [MN/rn'] [MN/rn']
11.5 Cerithienschichten 22 -25 30 - 35 1) >0 1 -100 5-5.000
c) Kalkbänke
1) auf Trennflächen
Tabelle 3.3-1: Felsrnechanische Kennwerte; die Werte gelten für angewittertes bis frisches
Gebirge, sofern nicht anders angegeben.
3.4 Quellverhalten
Das Quellverhalten der im Baubereich anstehenden tonigen Schichten wurde durch 3 Quellversu
che ermittelt um mögliche Quellhebungen als Folge der Baumaßnahme zu beurteilen. Eine Quell
hebung entsteht durch das Aufquellen von Tonen oder durch Kristallisationsdruck und resultiert
aus der Veränderung des Wasserangebotes im Untergrund oder ggf. durch eine Änderung der Be
lastung. Der so entstehende Druck kann die Stabilität der Tunnelwände beeinflussen. Nach den
Versuchsergebnissen sind jedoch keine signifikanten Quellhebungen in den anstehenden Forma
tionen nachweisbar (siehe Anlage 6.11).
3.5 Technische Eigenschaften
Zur Bestimmung der Abrasivität und der Brechbarkeit der im Stationsbereich und im Bereich des
Tunnelvortriebs anstehenden Schichten wurde an 10 Proben der Cerchar-Abrasivitäts-Index (CAI)
sowie an 11 Proben der Abrasivitäts-Index nach LCPC (ABR) und der Brechbarkeits-Index nach
LCPC (BR) im felsmechanischen Labor bestimmt (siehe Anlage 6.12 und Anlage 6.13). Diese Er
gebnisse wurden durch Archivunterlagen ergänzt. Maßgebend für die Abrasivität sind, außer dem
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 29 11.01.2012
Gehalt an schieißscharfen Mineralien, insbesondere die Kornform und die Festigkeit des Gesteins
bzw. die Kornbindung. Die mittelbare Kornbindung ist bei Lockergesteinen definitionsgemäß Null.
Trotzdem tritt auch bei Lockergesteinen abrasives Verhalten auf. Ursache ist die zwischen abrasi
vem Bohrgut und Werkzeugen auftretende Reibung. Qualitativ werden rollige Lockergesteine, die
weitestgehend aus Quarz bestehen, als abrasiv eingestuft. Im vorliegenden Fall werden die Kalk
sande und die Kalksteine als mäßig abrasiv eingestuft und weisen eine schwache bis mittlere
Brechbarkeit auf, die anstehenden Tone und Schluffe sind nicht bis kaum abrasiv und weisen
eine starke Brechbarkeit auf.
Stark adhäsive Böden führen zum Verkleben des Schneid rads und der Eintrittsöffnungen nach in
nen bei Maschinenvortrieben und Bohrungen. Die Adhäsion hängt im Wesentlichen von der Plas
tizität der Böden sowie von der Konsistenz ab. Plastische Tone werden im Projektgebiet in erhebli
cher Ausbreitung angetroffen. Zur qualitativen Beurteilung des Verklebungspotentials wird das
Bewertungsdiagramm nach THEWES herangezogen (siehe Anlage 12). Die Auswertung der im
Baufeld angetroffenen Gesteinsformationen zeigt nach THEWES, dass insbesondere die Hydro
bienschichten (Schicht 11.3) ein hohes Verklebungspotentiel aufweisen. Die Inflatenschichten
(Schicht 11.4) und die Cerithienschichten (Schicht 11.5) weisen dagegen ein niedriges bis mittleres
Verklebungspotential auf. Die Verklebungsgefahr beim Schildvortrieb wird deshalb als gegeben
eingestuft.
Zur Beurteilung der Injizierbarkeit ist in erster Linie die Inhomogenität bzw. die engständig wech
selnde Abfolge der Bodenschichten (rollig / bindig / Festgestein) als maßgebender Faktor zur Be
urteilung heranzuziehen. Die rolligen Kalksande sind als grundsätzlich injizierbar einzustufen, da
gegen sind die Tone und Schluffe der Hydrobienschichten, Inflatenschichten und Cerithienschich
ten nicht oder nur mit Feinstzementen oder chemischen Injektionsmitteln injizierbar. In den Kalk
steinen kann grundsätzlich nur eine Kluftinjektion erfolgen. Durch die beschriebene Abfolge der
Bodenschichten ist davon auszugehen, dass keine vollständig dichten und zusammenhängenden
Injektionskörper im Tiefenbereich des Tunnelvortriebs hergestellt werden können. Eine Verfesti
gung oder Abdichtung insbesondere der rolligen Zwischenlagen ist grundsätzlich möglich. Da die
se nur als Zwischenlagen auftreten, ist dies aber mit erheblichem Aufwand verbunden. Die Main
terrassen bzw. quartären Deckschichten im oberflächennahen Bereich sind im Hinblick auf eine
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 30 11.01.2012
ggf. erforderliche passive Gebäudesicherung als injizierbar einzustufen. In diesem Zusammenhang
wird auf das Soilfrac-Verfahren, das bei verschiedenen innerstädtischen Tunnelbaumaßnahmen
(Köln, Leipzig, Amsterdam, etc.) bei ähnlichen Verhältnissen in der Vergangenheit erfolgreich ein
gesetzt wurde, verwiesen.
Bindige Böden sind bei einem entsprechenden Grobschluff- und Feinsandanteil gut zu erodieren.
Dagegen sind die Tone und tonigen Schluffe der Hydrobienschichten, Inflatenschichten und Ceri
thienschichten nur schwer erodierbar.
Im Hinblick auf den Tunnelvortrieb ist die Standfestigkeit der Böden ein wichtiger Indikator für die
Wahl des Vortriebsverfahrens. Bindige Böden sind im entwässerten Zustand zumindest zeitweise
standfest; dagegen sind rollige Böden ohne Stützung der Ortsbrust auch im entwässerten Zustand
nicht standfest. Es ist davon auszugehen, dass die im Bereich der Kalkbänke vorkommenden
Kalksande nicht standfest sind. Die Kalkbänke und auch die Tone und Schluffe der Hydrobien
schichten, Inflatenschichten und Cerithienschichten werden, zumindest im entwässerten Zustand,
als zeitweise standfest erwartet.
Aus den obigen Baugrundkennwerten sowie aufgrund unserer Erfahrung lassen sich für die Be
messung des Tunnels folgende weitere Kennwerte angeben.
Bettung: Im Lockergestein ist der Bettungsansatz nach den Empfehlungen zur Berechnung von
Tunneln im Lockergestein [U 25] zu wählen. Bei Berechnung des Systems als Stabzug mit radialer
Bettung kann der Bettungsmodul zu
kr=Es.k/r
mit:
ES•k - charakteristischer Bettungsmodul gemäß Tabelle 3.2-1
r - Radius der Tunnelschale
angesetzt werden.
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 31 11.01 .2012
3.6 Tunnelbautechnische Homogenbereiche
Aus den vorliegenden Unterlagen und den geologischen und hydrologischen Kenntnissen lassen
sich für die Vortriebsstrecke insgesamt 3 tunnelbautechnische Homogenbereiche festlegen.
Station Länge Homogenbereich
[km] [m]
H1 ca. 52,900 - 53,717 850
Station ca. 53,717 - 53,930 215
H2 ca. 53,930 - 54,050 300
H3 ca. 54,050 - 54,245 195
Tabelle 3.6-1 : Tunnelbautechnische Homogenbereiche
Der Homogenbereich 1 beginnt am Anschluss Grüne Straße und erstreckt sich bis zur Station
Frankfurt-Ost. Der Tunnel durchfährt dabei von West nach Ost die Inflatenschichten (Schicht 11.3)
und die Hydrobienschichten (Schicht 11.4) und liegt dann vollständig in den Cerithienschichten
(Schicht 11 .5). Gemäß der geotechnischen Beschreibung in den vorangegangenen Kapiteln sind
diese Schichtwechsel bautechnisch nicht relevant. Es handelt sich somit fortlaufend um eine
Wechsellagerung aus Kalksteinbänken, Kalksanden und den Frankfurter Tonen, die bereichsweise
auch im gesamten Querschnitt bzw. in großen Teilen des Querschnitts zusammenhängend (nicht
als Wechsellagerung) anstehen können (vgl. Anlage 4, km 53,220, BK 08/03). Die Überlagerung
beträgt in diesem Homogenebereich im Mittel ca. 8 - 10m bzw. ca. 9 - 17 m (Röhre 1 / 2, vgl. An
lage 4) und entspricht somit ca . 1 0 bzw. ca . 1,5 D.
Der Homogenbereich 2 schließt sich unmittelbar an die Station Frankfurt-Ost an und ist geotech
nisch mit Homogenbereich 1 vergleichbar. Der Vortrieb liegt auch hier vollständig in den Cerith ien
schichten (Schicht 11.5), die Überdeckung nimmt allerdings in diesem Bereich entsprechend dem
Verlauf der Gradiente im auftauchenden Ast von ca . 13 m auf ca. 12 m ab, bezogen auf die Lage
unterhalb des Bahndamms. Zur unmittelbar nördlich des Bahndamms verlaufenden Ostparkstraße
hat der Tunnel allerdings nur eine Überlagerung von ca . 8 - 9 m.
P2288B12011 1_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 32 11.01.2012
Der sich unmittelbar an den Homogenbereich 2 anschließende Homogenbereich 3 ist geotech
nisch durch die Mainterrassen (Schicht 1.4) und Auffüllungen (Schicht 1.1) gekennzeichnet. Gemäß
den Angaben des Planers soll der Vortrieb aus bautechnischen Gründen bis zu einer minimalen
Überdeckung von ca. 3,30 m bei km 54,245 fortgeführt werden. Im Bereich von einem Tunnel
durchmesser unter der GOK ist ein bergmännischer Vortrieb nur mit besonderen technischen Zu
satzmaßnahmen und z.B. erhöhten Verformungen an der GOK ausführbar ist.
3.7 Wiederverwendbarkeit des Ausbruchmaterials
Soweit die Böden im Vortrieb nicht mit Konditionierem vermengt werden oder Kontaminationen
vorliegen, sind rollige Böden uneingeschränkt wiederverwendbar. Je nach ihrer Kornverteilung
können sie für Erdbauwerke, zum Bodenaustausch oder für andere Zwecke genutzt werden.
Das bindige Lockergestein ist schlecht verdichtbar und erfordert eine Bodenstabilisierung mit
Kalk oder Zement, sofern ein Wiedereinbau vorgesehen ist. Die erforderlichen Zugabemengen
sind im Zuge der Baumaßnahme durch Probefelder zu bestimmen. Die Auflockerung beim Aushub
wird auf etwa 25 % geschätzt.
Sofern die Böden mit Konditionierern behandelt werden, hängt ihre Wiederverwertbarkeit von Art
und Menge der Zugabe ab. Bei Bentonitzugabe müssen die Böden entwässert werden um sie de
poniefähig zu machen.
Entsprechend der anstehenden, engständig wechselnden Abfolge der Bodenschichten (rollig / bin
dig / Festgestein) entsteht ein vermengtes Ausbruchmaterial, dass voraussichtlich nur mit Zusatz
maßnahmen wiederverwertbar ist.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 33 11.01.2012
4. GRUNDWASSER
4.1 Allgemeines
Im Bereich des Tunnels ist ein oberer und ein unterer Grundwasserleiter zu unterscheiden. Der
obere Grundwasserleiter ist in den Auffüllungen (Schicht 1) bzw. insbesondere in den Terras
sensedimenten (Schicht 3) ausgebildet. Der untere Grundwasserleiter ist als Kluft- oder Karst
grundwasserleiter insbesondere in den Kalkbänken der Hydrobien-, Inflaten- und Cerithienschich
ten und den rolligen Zwischenlagen (Kalksanden) ausgebildet.
Zwischen den einzelnen Grundwasserleitern, sowohl des Quartärs als auch des Tertiärs, sind bin
dige, wasserstauende Schichten (Schicht 1.2 Auelehm im Quartär, bzw. Ton- und Schlufflagen der
Cerithien im Tertiär) eingelagert, die jedoch nicht flächig vorhanden sind, sodass die beiden
Grundwasserleiter jeweils als zusammenhängende Grundwasserleiter zu betrachten sind. Weit
räumig stehen auch die Grundwasserleiter des Quartärs und des Tertiärs untereinander hydrau
lisch in Verbindung. Lokal ist am Danziger Platz aber eine hydraulische Trennung des quartä
ren Grundwasserleiters und des tertiären Grundwasserleiters in den Cerithien festzustellen.
So konnte beim Langzeitpumpversuch (48 h) in der GWM BK 09/03 (tertiäre Grundwassermess
stelle) am Ostende des Danziger Platzes eine Beeinflussung der anderen tertiären Grundwasser
messsteIlen noch in 100 m Entfernung deutlich festgestellt werden, während die nächste in ca.
45 m Entfernung liegende quartäre Grundwassermessstelle (BK 09/05) keine Beeinflussung zeig
te. Großräumig ist aber von einer Verbindung der Grundwasserstockwerke auszugehen. Während
der 2. EKP ist die Grundwasserhaltung für die Baugrube der Europäischen Zentralbank (EZB, Ge
lände der ehemaligen Großmarkthalle ) angelaufen. Die Grundwasserhaltung führt zu Absenkun
gen in den tertiären und quartären Grundwassermessstellen mit fast identischen Absenkbeträgen.
Für die Absenkung an der EZB sind erhebliche Reichweiten von über 1 km festzustellen.
Unter bindigen Schichten, die über größere Flächen durchhalten, kann das Grundwasser aufgrund
der schwach nach Nordwesten geneigten Schichten ggf. subartesisch gespannt sein. In den quar
tären Sedimenten und auch in den Auffüllungen können einzelne schwebende Grundwasserhori
zonte vorkommen.
P2288B120111~Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 34 11.01.2012
Der natürliche Vorfluter für das Untersuchungsgebiet ist der etwa 500 m bis 700 m südlich der ge
planten Strecke verlaufende Main. Da der Main staugeregelt ist, sind die Spiegelschwankungen
des Mains begrenzt. Der Einfluss von Spiegelschwankungen des Mains auf den Grundwasser
stand ist zeitlich versetzt und gedämpft, sodass insgesamt von einem eher untergeordneten Ein
fluss auszugehen ist.
4.2 Grundwasserstand
Zur Beurteilung und Bewertung der gemessenen und dokumentierten Grundwasserstände in Be
zug auf Extremzustände ist die klimatische Entwicklung im Frankfurter Raum in [U 24] dargelegt.
Die Ganglinien der Grundwasserstände im Untersuchungsgebiet folgen den klimatischen Entwick
lungen allerdings nicht sondern sind in hohem Masse anthropogen überprägt. Das Maximum der
Grundwasserstände trat in den seit 1976 beobachteten Pegeln im Laufe des Jahres 1978 auf, weI
ches nicht unbedingt als besonders niederschlagsreiches Jahr einzustufen ist. In den achtziger
und neunziger Jahren ist eindeutig der Einfluss verschiedener Wasserhaltungsmaßnahmen, die
über die Zeit zurn Bau von U-Bahn Tunneln betrieben wurden, zu sehen (vgl. Kap. 4.4). Durch die
Absenkung übersteigen die Schwankungsbreiten der gemessenen Grundwasserstände die unter
natürlichen Bedingungen zu erwartenden bei Weitem.
Die Festlegung der Bemessungswasserstände ist in [U 24] ausführlich dokumentiert. Entlang der
Streckenachse des Tunnels wurde der Bemessungswasserstand über insgesamt 5 StützsteIlen
festgelegt (Tabelle 4.2-1). An diesen Punkten wurden die Bemessungswasserstände aus den vor
liegenden Messergebnissen rechnerisch ermittelt. Zwischen den angegebenen Punkten können
die maßgeblichen Bemessungswasserstände durch lineare Interpolation gewonnen werden. Die
Bemessungswasserstände sind im Zuge der weiteren Planung anhand der laufenden Grundwas
serstandsmessungen zu überprüfen und ggf. anzupassen. Der vorläufige Bemessungswasser
spiegel für den Endzustand ist in die Längsschnitte (Anlage 4) eingetragen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 35 11 .01 .2012
Stationierung Bemessungswasserstand
Bauzustand Endzustand
[km] [m NHN] [m NHN]
52,900 94,80 95,80
53,154 94,40 95,40
53,717 94,50 95,50
53,930 94,50 95,50
54,455 94,70 95,70
Tabelle 4.2-1: Zusammenstellung der Bemessungswasserstände
Die Schwankungsbreite der Wasserstände wurde im Beobachtungszeitraum Juni 2009 bis April
2011 mit 0,38 - 2,47 m bestimmt. Es ist auch unter Berücksichtigung von [U 1] bis [U 3] von einer
natürlichen Schwankungsbreite von bis zu 2,0 m auszugehen. Die aktuellen Schwankungsbreiten
sind aber z.T. , wie o.g. anthropogen überprägt (Grundwasserhaltung EZB, etc.). Durch Grundwas
serentnahmen kann die Schwankungsbreite noch deutlich größere Werte einnehmen.
4.3 Pumpversuche
Im Bereich des Stationsbauwerks und der Tunnelstrecken wurden in der 1. EKP in 3 Grundwas
sermessstellen Langzeitpumpversuche und in 2 Grundwassermessstellen Kurzzeitpumpversuche
durchgeführt. Der Kurzpumpversuch wurde mit einer Pumpdauer von 3 Stunden ausgeführt. Der
Wiederanstieg wurde über 12 Stunden beobachtet. Bei dem Langzeitpumpversuch wurde über ca .
24 Stunden gepumpt. Die Beobachtung des Wiederanstiegs mit wiederum ca. 24 Stunden reichte
zum Erreichen des Ausgangswasserspiegels aus. In der 2. EKP wurden in insgesamt 4 Grund
wassermessstellen auf dem Danziger Platz Langzeitpumpversuche mit einer Pumpdauer von 48
Stunden und einer Beobachtungsdauer des Wiederanstiegs von ebenfalls 48 Stunden ausgeführt.
Die Beobachtung des Wiederanstiegs mit 48 Stunden reichte zum Erreichen des Ausgangswas
serspiegels aus.
P2288B1 20111 _Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 36 11.01.2012
Bei allen Pumpversuchen wurden benachbarte Grundwassermessstellen mit beobachtet. Da die
zusätzlichen Beobachtungsmessstellen meist einen größeren Abstand von der Entnahmestelle
aufweisen, bewegen sich die Absenkungen in der ersten Erkundungsphase in der Regel nur im
cm-Bereich. Durch das verdichtete Messstellennetz in der 2. EKP konnten in umliegenden Brun
nen unterschiedliche Absenkbeträge beobachtet werden, so dass aus den Messungen Rück
schlüsse auf die Reichweite und insbesondere auch über die vertikalen Wegsamkeiten zwischen
den geologischen Formationen und damit unterschiedlichen Aquiferen gewonnen werden konnten.
Die Auswertung der Absenkungs- bzw. Pumpphase erfolgte nach dem Gradlinienverfahren von
COOPERIJACOB. Die verbleibende Absenkung wird gegen den Logarithmus der Zeit aufgetragen.
Anhand der Geradensteigung lässt sich der Koeffizient der Transmissivität bestimmen. Im Falle ei
nes mehrstufigen Pumpversuchs muss die Absenkung als Summe der Einzel-Absenkungen der
einzelnen Pumpstufen unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Anfangszeit in die Berechnung ein
geführt werden. Die Umkehrung der Gleichung lässt sich ohne Weiteres vollziehen, nur müssen
statt einer logarithmischen Dekade für die Zeit die aktuellen Zeiten seit Beginn der einzelnen
Pumpstufen eingesetzt werden.
Die Auswertung der Wiederanstiegsphase erfolgte für die einstufigen Pumpversuche nach dem
Gradlinienverfahren nach THEIS/JACOB. Für die mehrstufigen Pumpversuche wird eine Abwand
lung bzw. Erweiterung des Verfahrens nach BIRSOY/SUMMERS verwendet. Hierbei wird die ver
bleibende Absenkung im Gegensatz zum üblichen Verhältnis tlt' gegen den Logarithmus einer di
mensionslosen Zeit, der Dauer und Förderung der einzelnen Pumpstufen berücksichtigt. Alle hier
verwendeten Verfahren sind zum Beispiel in [U 29] beschrieben.
Die Auswertungen der Pumpphasen und der Wiederanstiegsphasen ergaben in den Grundwas
sermessstellen überwiegend nur gering gegeneinander abweichende Werte. Nicht überall fOlgte
die Absenkkurve während der Pumpphase der theoretisch zu erwartenden Ganglinie, wie sie sich
nach der Theorie von THEIS mit einer asymptotischen Annäherung an den Quasibeharrungszu
stand einstellen sollte. In einigen Messstellen wurde die Absenkung sehr schnell erreicht, ohne ei
ne nennenswerte bzw. erkennbare Krümmung der Ganglinie, um dann auf annähernd gleichem
Niveau zu verharren oder sogar wieder leicht anzusteigen. Die Pumpphase dieser Messstellen
wurde abweichend von dem oben beschriebenen Auswerteverfahren anhand der stationären Glei-
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 37 11.01.2012
chung nach DUPUITITHIEM ausgewertet, unter Iteration der Reichweite nach SICHARDT. Auf
grund der Annahme des stationären Zustands konnten hier die einzelnen Pumpstufen unabhängig
voneinander behandelt werden.
Die Protokolle der Pumpversuche der 1. und 2. Erkundungsphase mit der Auflistung aller Messda
ten die Darstellung der Ganglinien, sowie die Auswertungen mit den zugehörigen Grafiken sind in
den Anlagen 6 zusammengestellt.
In der Tabelle 4.3-1 sind die Ergebnisse der aller ausgeführten Pumpversuche und Beobachtun
gen der Wiederanstiege zusammengestellt.
Grundwasser- Versuchsart k,.Wertaus k,.Wertaus Bodenschicht
rnessstelle Absenkung Wiederanstieg
[rnJs] [rn/s]
BKlGWM 08/07 Langzeitpump- 1,3xlO-5 1,1 x 10-5 IA versuch (24 h)
BKlGWM 08/07 Langzeitpump- 6,7 x 10-5 1,1 X 10-5 IA versuch (48 h)
BKlGWM 09/05 Kurzzeitpump- 1,3 x 10-4 1,4 X 10-5 1.4 versuch (3 h)
BKlGWM 08/05 Langzeitpump- 6,5 x 10-5 3,7x10-5 11.5a versuch (24 h)
BKlGWM 08/12 Langzeitpump- 3,6 x 10-5 5,8 X 10-6 11.5a versuch (24 h)
BKlGWM 08/15 Kurzzeitpump- 4,7 x 10-5 3,8 X 10-5 11.5a versuch (3 h)
BKlGWM 09/03 Langzeitpump- 7,3 x 10-5 2,1 X 10-6 11.5a versuch (48 h)
BKlGWM 09/06 Langzeitpump- 2,8 x 10-5 1,1 X 10-6 11.5a versuch (48 h)
BKlGWM 09/08 Langzeitpump- 2,2 x 10-6 1,6 X 10-6 11.5a versuch (48 h)
Tabelle 4.3-1: Ermittelte Durchlässigkeiten in den GWM
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 38 11.01 .2012
Nach Tabelle 4.3-1 liegen sieben Pumpversuche in den grauen Cerithienschichten (Schicht 11.5a)
vor. Die anderen beiden Pumpversuche wurden in den quartären Sanden und Kiesen (Schicht 1.4)
ausgeführt. Zur Ermittlung des resultierenden und für hydraulische Berechnungen zu verwenden
den krWerts wurden die Mittelwerte der Auswertungen in der jeweiligen geologischen Formation
gebildet, wobei die MiUelwertbildung sowohl für die Auswertung aus der Absenkungsphase als
auch aus der Wiederanstiegsphase erfolgte.
Geologische Formation krWert [m/s1 Anzahl der
min. max. mittel Auswertungen
Quartär, Schicht 1.4 1,1 x 10.5 1,3x10" 4,2 x 10.5 2
graue Cerithienschichten, Schicht 11.5a 1,1 x 10-6 7,3 X 10.5 2,5 X 10.5 7
Tabelle 4.3-2 mittlere krWerte
4.4 WO-Tests
Der Wasserdruckversuch wird mit der Abkürzung "WD-Test" bezeichnet. Der WD-Test wird in offe
nen Bohrlöchern durchgeführt. Durch Packer wird das Bohrloch in Abschnitte geteilt, in welche Was
ser eingepreßt wird. Häufig wird dabei mit einem Packer das Bohrloch nach oben hin abgesperrt und
nach unter bis zur aktuellen Bohrlochsohle gepreßt. Zum Teil wurde auch mit zwei Packern (i.d.R. in
einem Abstand von 3 m) gearbeitet, und die Strecke zwischen den Packern mit Wasserdruck beauf
schlagt. Der Druck und die eingepreßte Wassermenge werden gemessen. Der Wasserverlust von 1
Liter je Minute und je Meter Bohrlochstrecke bei einem Druck von 1,0 MN/m2 wird als 1 Lugeon (1
LU) bezeichnet. Aus dem WD-Test ergibt sich das Schluck- oder Wasseraufnahmevermögen des
Gebirges an der betreffenden Stelle.
Die Auswertungen der WO-Tests sind in der Anlage 9 dokumentiert. Der Versuch liefert zunächst
eine qualitative Aussage über das Wasser-Injizierverhalten des Gebirges, aus dem wertvolle Rück
schlüsse auf Wasserwegsamkeiten und Durchlässigkeiten gezogen werden können . Für die Ablei
tung von Durchlässigkeitsbeiwerten existieren verschiedene Ansätze, die nach der einschlägigen
P2288B120111 _Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 39 11.01.2012
Fachliteratur in der Regel durchaus erheblich streuen können. Die Schwankungsbreite verschiede
ner Auswertmethoden ist in der Anlage 8 dokumentiert. Als Anhaltswert wird ein Mittelwert aus den
verschiedenen Auswertmethoden als Durchlässigkeit errechnet. Diese Werte liegen z. T. deutlich
über den Ergebniswerten der Pumpversuche (durchlässiger). Dies ist u.a. aber auch systembedingt,
da durch den hohen Druck beim WO-Test Klüfte aufgesprengt oder Kluftfüllungen ausgewaschen
werden können und so neue Wasserwegsamkeiten geschaffen werden, die in der begrenzten Ver
suchsdauer eines Pumpversuchs nicht geschaffen werden. Insoweit ist insbesondere die qualitative
Auswertung der WO-Test, aus der solche Effekte abgelesen werden können, für die Langzeitbeurtei
lung der Wasserwegsamkeiten im Gebirge von hoher Bedeutung. In der Tabelle 4.4-1 sind die aus
geführten WO-Test zusammengestellt und die qualitative Bewertung des Versuchs angegeben. Die
Versuche sind bereits nach der Baugrundschicht, in der sie ausgeführt wurden, geordnet. Die quali
tative Bewertung ergibt sich aus der Auftragung der Druck- und Mengenmessung. Die Grundformen
solcher Diagramme sind nach [U 30]:
• laminares Fließen,
• turbulentes Fließen,
• elastische Gebirgsverformung,
• Erosion von Kluftfüllungen oder Aufreißen des Gebirges und
• Verfüllung von Klüften oder Rückfließen mangels Vorflut.
Bei laminaren und turbulenten Fließen finden während des Versuchs keine Veränderungen im Ge
birge statt. Laminares Fließen ist mit sehr engen Klüften und turbulentes Fließen mit wenig engen bis
weiten Klüften verbunden. Elastische Gebirgsverformungen treten auf, wenn der Wasserdruck so
groß wird, dass Verformungen im Gebirgsgefüge auftreten, sich z.B. Klüfte unter dem Wasserdruck
aufweiten, die sich bei Absinken des Wasserdrucks aber auch wieder verengen. Elastische Gebirgs
verformungen sind häufig ein Zeichen für geringer feste Gebirgseigenschaften. Bei der Erosion von
Kluftfüllungen oder gar dem Aufreißen des Gebirges werden zusätzliche Wasserwegsamkeiten ge
schaffen. Insbesondere die Erosion von Kluftfüllungen würde bei einer langandauernden Grundwas
serabsenkung ebenfalls auftreten und dann ggf. zu einem Ansteigen der Wassermengen führen. Die
Verfüllung von Klüften und das Rückfließen mangels Vorflut sind i.d.R. ein Zeichen für ein besonders
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 40 11 .01 .2012
dichtes Gebirge mit einzelnen Klüften oder Hohlräumen, die nicht untereinander in Verbindung ste
hen.
Bohrung Tiefe Schicht / Gestein Typ [Nr.] von [mI bis [mI
BK 09/01 22,7 26,5 II.5a / S,u-u'lT,s' Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-ßen des Gebirges
BK 09/01 28,4 31,0 II .5a / MstlKst Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-
ßen des Gebirges
BK 09/03 22,5 25,0 II .5a I Kst umläufig
BK 09/05 21 ,0 34,0 II .5a I KstlS,u/MstlG ,s,u' laminares oder turbulentes Fließen
BK 09/05 31,5 34,0 II.5a I MstlKstlG,s,u' laminares Fließen
II.5a I BK 09/06 24,8 28,0 U,t,fg'/U,s*,g'/U,t,s'/U,s* laminares Fließen
,t'lMst
BK 09/06 31 ,5 37,8 II .5a I Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-MstlKstlU ,fs,g'lT,s'lT ßen des Gebirges
BK 09/07 25,0 39,0 II.5a I KstlMstIT Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-
ßen des Gebirges
BK 09/08 20,3 22,0 II .5a I S,u-u*/MstlKst Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-ßen des Gebirges
BK 09/08 34,5 45,8 II .5a bis II .5b I Erosion von Kluftfüllungen oder Aufrei-
MstIT,s'lTlT,fs*/KstlSst ßen des Gebirges
BK 09/01 42,5 54,0 IJ.5b I fS,u Elastische Gebirgsverformung
BK 09/03 43,6 50,0 II .5b / fS ,u*/U, fS ,t'1T Verfüllung von Klüften oder Rückfließen mangels Vorflut
BK 09/04 40,0 50,0 II .5b I T,s'-s/KstlSstIT,s' Verfüllung von Klüften oder Rückfließen mangels Vorflut
BK 09/07 43,8 50,5 II .5b I S,u-u* Elastische Gebirgsverformung
Tabelle 4.4-1 : Zusammenstellung der WO-Tests und qualitative Auswertung
In der Tabelle 4.4-2 sind in den WO-Tests ermittelten mittleren Ourchlässigkeiten zusammenges
tellt. Sie können, wie oben beschrieben, nur als Anhaltswerte verwendet werden. Sie unterstrei
chen aber das qualitativ gewonnene Bild deutlich , dass es sich bei den grauen Cerithien (Schicht
II .5a) um ein inhomogenes, vergleichsweise durchlässiges Schichtpaket handelt, während die grü-
P2288B120111 _Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 41 11 .01 .2012
nen Cerithien (Schicht 11.5b) als weitgehend gering durchlässig anzusehen sind. Als Mittelwert er
gibt sich für die Schicht 11.5a eine Durchlässigkeit von k, = 1,4 X 10.5 mls und für die Schicht 11.5b
von k, = 6,3 x 10.7 m/s.
Bohrung Tiefe Schicht Mittelwert k, [Nr.] von [mI bis [mI [m/s]
BK 09/01 22,7 26,5 11.5a 1,4x10·5
BK 09/01 28,4 31 ,0 11.5a 8,1 X 10.6
BK 09/03 22,5 25,0 11.5a um läufig
BK 09/05 21,0 34,0 11.5a 4,6 x 10.5
BK 09/05 31 ,5 34,0 1I.5a 8,9 x 10-6
BK 09/06 24,8 28,0 11.5a 2,7 x 10.5
BK 09/06 31 ,5 37,8 11.5a 3,2 x 10.6
BK 09/07 25,0 39,0 11.5a 3,9 x 10.6
BK 09/08 20,3 22,0 11.5a 2,2 x 10-6
BK 09/08 34,5 45,8 11.5a bis 11.5b 6,8 x 10.7
BK 09/01 42,5 54,0 11.5b 9,6 x 10.7
BK 09/03 43,6 50,0 11.5b 1,2 x 10.7
BK 09/04 40,0 50,0 11.5b 4,7 x 10·7
BK 09/07 43,8 50,5 11.5b 9,7 x 10.7
Tabelle 4.4-2: Zusammenstellung der Durchlässigkeiten aus den WD-Tests
4.5 Durchlässigkeiten
Die Durchlässigkeiten können als Bandbreiten nach den aktuellen Untersuchungsergebnissen und
nach [U 1] bis [U 3], [U 9] und [U 24] gemäß Tabelle 4.5-1 angesetzt werden . Es ist insbesondere
in den Wechselfolgen mit Tonen und Mergeln von einer ausgeprägten Anisotropie der Durchläs
sigkeiten auszugehen, d. h. sie sind parallel der Schichtung durchlässiger als senkrecht dazu . Für
die Cerithienschichten (Schicht 11.5) kann angenommen werden , dass die senkrechte Durchlässig
keit um etwa den Faktor 10 undurchlässiger ist als die horizontale Durchlässigkeit. Die grauen Ce-
P2288B 120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 42 11.01.2012
rithien (Schicht 11.5a) weisen dabei eine deutlich höhere Durchlässigkeit auf als die grünen Ceri
thien (Schicht 11.5b). Die Durchlässigkeit der grauen Cerithien wird dabei maßgeblich von den z.T.
verkarsteten Kalkbänken und den Kalksanden geprägt. Die grünen Cerithien stellen sich hingegen
deutlich homogener dar. In den durchgeführten Wasserabpressversuchen (WO-Tests) konnte in
den grünen Cerithien kein signifikanter Unterschied zwischen den Tonen und der Kalkbank fest
gestellt werden. Die Kalkbank der grünen Cerithien kann damit als weitgehend kompakt und gering
durchlässig angesehen werden.
Schicht Bezeichnung Durchlässigkeit k, Nr. [rn/s1
1.1 Auffüllungen -
1.2 Aue-! Hochflutlehm 1 x 10.7 bis 5 x 10.4
IA Terrassen des Mains 1 x 10.5 bis 1 x 10.3
graue Cerithienschichten
a) Tone u. Schluffe 1 x 10.8 bis 5 x 10.5
11.5a 1 x 10-6 bis 5 x 10.5 b) Kalksande
c) Kalkbänke 1 x 10.6 bis> 1 x 10.5
11.5b grüne Cerithien 1 x 10.7 bis 1 x 10.6
1 X 10.8 bis 1 x 10.6
11.6 Cyrenenmergel in Kalkbänken auch höher
Tabelle 4.5-1: Durchlässigkeiten (Schicht 11.5: horizontale Durchlässigkeit)
Die generelle Grundwasserfließrichtung verläuft nach [U 8] von Nordwest nach Südost auf den
Main zu. Das Gefälle variiert zwischen 0,4 % und 1,3 %. Im Mittel beträgt es 0,5 %. Mit den aus
den Pumpversuchen ermittelten Durchlässigkeiten für die Terrassen des Mains und zwischen kf "
1,1 X 10.5 m!s und 6,5 x 10.5 m!s ergeben sich Filtergeschwindigkeiten zwischen Vf " 4,4 x
10.8 m!s und 8,5 x 10.7 m!s. Bei einer geschätzten Porosität von 20 % errechnen sich die Grund
wasserabstandsgeschwindigkeiten von Va " 2,2 X 10.7 m!s bis 4,3 x 10.6 m!s.
P2288B120111_Rev1
)
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 43 11 .01 .2012
4.6 Wasserhaltungsmaßnahmen im Frankfurter U- und S-Bahn Bau
Aus Archivunterlagen (u.a. Erläuterungen zu [U 8]) sind Angaben zu bereits im Frankfurter Stadt
gebiet ausgeführten Grundwasserhaltungsmaßnahmen für unter dem Grundwasser liegende Stre
ckenabschnitte bekannt. Es handelt sich bei den vorliegenden Unterlagen um verschiedene S
Bahn Baulose und die U-Bahn Baulose der Grundstrecken A, Bund C. Die relevanten Strecken
sind in Anlage 2 mit den entsprechenden Baulos-Nr. eingetragen.
Länge UKTunnel Grundwasserhaltung
Baulos-Nr. Zeitraum Dauer Wassermenge (m] (m NN]
[-] (Mt] 1m3]
S-Bahn , 12 *) 224 74,6-79,5 04.81-06.83 27 5.051.675
S-Bahn, 13 *) 261 78,1-77,7 03.82-08.86 54 13.474.037
S-Bahn, 14 *) 366 79,7-76,4 04.83-02.86 35 5.840.105
U-Bahn, C, 31 a *) 133 88-90 04.81-07.82 15 14.363
U-Bahn, C, 31 b *) 276 87-89 10.81-10.83 24 358.750
U-Bahn, C, 31 c *) 181 88-89 08.82-09.83 13 9.990
U-Bahn, C, 50 - 52 932 89-100 09.87-08.89 24 2.521.639
U-Bahn, C, 53 - 55 753 98-101 Keine Wasserhaltung
U-Bahn, C, 56 364 95-99 05.85-01 .86 9 3.669
U-Bahn, C, 90 411 81-87 09.89-09.92 36 5.219.000
Nordmainische 1.400 je 73-93 - - -
S-Bahn Röhre
*) teilweise parallel betneben, Beeinflussung der Wassermengen I Absenktnchter
**) 0 -Menge errechnet
0**)
(m 3/m1d]
27,8
31 ,9
15,2
>0
1,8
>0
3,8
>0
11 ,8
20-30
Tabelle 4.6-1 Grundwasserabsenkung beim U- I S-Bahn-Bau in Frankfurt, Archivangaben [U 8]
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt 28.2288 Seite 44 11.01.2012
Aus den Unterlagen sind allerdings nur Angaben zu Gesamtwassermengen und Gesamtbauzeiten
zu gewinnen, so dass man die daraus ermittelbaren Zuflussmengen I Wasserhebemengen nur als
Anhaltswerte werten kann. Angaben zu Querschnittsangaben und zur Konfiguration der Grund
wasserhaltung liegen ebenso wie Angaben zur Dauer des Betriebs einzelner Brunnen I Brunnen
abschnitte und zu den Filterstrecken nicht vor. Darüber hinaus ist aus Tabelle 4.6-1 ersichtlich,
dass einzelne Maßnahmen parallel ausgeführt wurden und somit von einer gegenseitigen Beeinf
lussung der Grundwasserabsenkung auszugehen ist.
In unmittelbarer räumlicher Nähe zur geplanten Tunnelstrecke der Nordmainischen S-Bahn liegen
die S-Bahn-Lose 12, 13 und 14 sowie das U-Bahn Los 90, wobei die genannten Lose z.T. auch in
vergleichbarer Tiefenlage zum Tunnel der Nordmainischen S-Bahn liegen. Das U-Bahn Los C 90
ist das Baulos, das mit der Tunnelstrecke der Nordmainischen S-Bahn unterfahren werden soll.
Die S-Bahn Lose 12,13 und 14 wurden z.T. zeitlich parallel zu den U-Bahn Losen 31 aufgefahren,
sodass von einer gegenseitigen Beeinflussung auszugehen ist. Aufgrund der größeren Tiefenlage
sind aber die S-Bahn-Lose als maßgebend anzusehen, die offenbar das Grundwasser auch aus
den höher gelegenen U-Bahnlosen abgezogen haben. Für die Wasserhaltung der Tunnelstrecke
der Nordmainischen S-Bahn kann somit aufgrund der Erfahrungen an anderen Losen nach derzei
tigem Stand von einer durchschnittlichen Wassermenge von ca. 20-30 m3 pro Meter Tunnel
strecke pro Tag ausgegangen werden.
Aus den Erläuterungen zu [U 8] ist bekannt, dass die Grundwasserhaltung im U-Bahn Los C 90 ei
ne erhebliche Reichweite bzw. Ausdehnung des Absenktrichters bewirkt hat. Es wird von ei
ner Ausdehnung von ca. 300 m nach Westen, ca. 1.600 m nach Osten und im Süden bis zum Main
berichtet. Folge der Absenkung war eine zeitweise Absenkung des Wasserspiegels im Weiher des
Ostparks. Auch die beobachteten Absenkungen durch die Wasserhaltung der EZB weisen auf ähn
liche Reichweiten hin. Unter Berücksichtigung der erheblich größeren Tunnellänge und der größe
ren Tiefenlage des Tunnels der Nordmainischen S-Bahn ist mit einer größeren Ausdehnung des
Absenktrichters und entsprechend stärkeren Auswirkungen auf die Geländeoberfläche zu rechnen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 45 11.01.2012
4.7 Grundwasserchemismus
Aus 10 Grundwassermessstellen (6 neu errichtete und 4 bestehende GWM) wurden nach dem
Klarpumpen insgesamt 10 Wasserproben zur Feststellung des Betonangriffgrads nach DIN 4030
gezogen. Eine Gegenüberstellung der Messwerte und der Grenzwerte der DIN 4030 ist in der An
lage 7.1 enthalten. Die Messprotokolle sind in [U 24] enthalten. In den Messstellen BK08/03,
BK08/07 und BK 22 wurde ein erhöhter Sulfat-Gehalt festgestellt, sodass diese Wasserproben der
Expositionsklasse XA 1 (schwach angreifend) zuzuordnen sind. Das Grundwasser aus allen ande
ren untersuchten Messstellen ist als nicht angreifend bezüglich Beton zu bewerten. Da den erhöh
ten Sulfatgehalten keine eindeutigen Ursachen zuzuordnen sind, wird aus Vorsorgegründen emp
fohlen, für den Tunnel insgesamt die Expositionsklasse XA 1 (schwach angreifend) anzusetzen.
Ebenfalls aus 10 Grundwassermessstellen wurden nach dem Klarpumpen zur Feststellung des
Metallangriffgrads des Grundwassers nach DIN 50 929 insgesamt 10 Wasserproben gezogen,
die auf die nach der DIN 50 929 geforderten Analysenparameter untersucht wurden. Eine Gege
nüberstellung der Messwerte und der Grenzwerte der DIN 50 929 ist in der Anlage 7.2 enthalten.
Im Ergebnis ist von einer geringen bis sehr geringen Mulden- und Lochkorrosion und einer
sehr geringen Flächenkorrosion an unlegierten Stählen an der Wasser-luft-Grenze auszugehen.
Grundwasserproben aus den Grundwassermessstellen BK 08/01 und BK 08/12 wurden zusätzlich
im Hinblick auf eine mögliche Versinterung / Verockerung von Brunnen und Dränagen untersucht.
Die wesentlichen Parameter zur Beurteilung der Versinterungs- und Verockerungsgefahr sind
in der Tabelle 4.7-1 zusammengestellt.
Die im Grundwasser festgestellten Eisen- und Mangangehalte sind vergleichsweise gering, sodass
eine Verockerung von Grundwasserfassungen oder Grundwasserdrainagen unwahrscheinlich ist.
Die bestimmten Calciumgehalte liegen ebenfalls unter der Grenze, ab der im Allgemeinen eine
Versinterungsgefährdung (> 200 mg/I) gesehen wird.
P2288B 120 111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 46 11.01 .2012
Parameter Wasserprobe
BK 08/01 BK 08/12
pH-Wert [-] 7,1 7,2
Calcium [mg/I] 147 153
Eisen, ges [mg/I] 0,15 0,02
Mangan [mg/I] 0,027 0,014
Tabelle 4.7-1: Chemische Grundwasseranalyseergebnise zur Beurteilung von Versinterungs
und Verockerungsgefährdung
5. VORTRIEBSVERFAHREN TUNNELSTRECKEN
5.1 Grundsätzliche Machbarkeit und Randbedingungen Tunnelvortrieb
Der Kernbereich des Tunnels weist eine Überdeckung von ca. 1 bis 1,5 Durchmessern auf. Bei
dem Tunnel Frankfurt-Ost handelt es sich damit nach [U 28] um einen seicht liegenden Tunnel.
Aus den vorliegenden Informationen zur Geologie und zur Hydrogeologie können die nachfolgen
den Aussagen zur Machbarkeit von bergmännischen Tunnelvortrieben abgeleitet werden. Aus tun
nelbautechnischer Sicht handelt es sich aufgrund der vorliegenden inhomogenen und z. T. stark
durchlässigen Baugrundschichten, dem hoch anstehenden Grundwasserspiegel und dem z.T. mit
geringer Überdeckung zu unterfahrenden Gebäuden um ein sehr anspruchsvolles Tunnelbauvor
haben. Hinzu kommt die Wechsellagerung aus rolligen / tonigen Lockergesteinen und massiven
Felsbänken. Bei der Festlegung des Bauverfahrens sind daher aus geotechnischer Sicht mindes
tens die nachfolgenden Randbedingungen besonders zu berücksichtigen.
• Es wird davon ausgegangen, dass für eine Absenkung des Grundwassers auf der vollen Län
ge der geplanten Tunnelstrecke erhebliche Bedenken bei den Genehmigungsbehörden beste
hen. Dies insbesondere unter Berücksichtigung der schlechten Erfahrungen am Baulos C 90
P2288B120111 _Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 47 11.01.2012
der U-Bahn. Grundsätzlich ist aber eine Absenkung an der Station und im unmittelbaren Vor
triebsbereich ausreichend. Die Reichweite der Absenkung ist im Wesentlichen von der Absenk
tiefe abhängig und nur untergeordnet von der Länge der Tunnelstrecke. Hier ist frühzeitig eine
Klärung der Realisierbarkeit mit den Genehmigungsbehörden herbeizuführen. Ggf. können
auch Sondermaßnahmen, wie eine mit dem Vortrieb mitwandernde lokale Grundwasserabsen
kung mit Wiederversickerungsbrunnen, vorgesehen werden. Bei der Planung von Versicke
rungsbrunnen ist der Einfluss der lokalen Grundwasseraufhöhung auf die umliegende Bebau
ung zu untersuchen.
• Die Bebauung muss sicher und unter minimalen Senkungen der Oberfläche unterfahren wer
den können. Die entsprechenden Auswirkungen auf die Bebauung müssen so gering wie mög
lich gehalten werden.
• Das Vortriebsverfahren muss für stark inhomogene und wechselhafte geotechnische Ver
hältnisse ausgelegt werden; es müssen Böden mit rolligen und bindigen Lockergesteinseigen
schaften und Felsbänke durchfahren werden können.
Grundsätzlich erscheint aus geotechnischer und tunnelbautechnischer Sicht sowohl ein Tunnelvor
trieb nach der Spritzbetonbauweise im Schutze einer Grundwasserabsenkung, einer Drucklufthal
tung, einer Vereisung oder im Schutze eines Rohrschirms als auch ein maschineller Tunnelvortrieb
als Schildvortrieb mit einem Hydroschild oder einem Erddruckschild ausführbar. Der maschinelle
Vortrieb muss für die Durchfahrung der Kalksteinbänke ausgerüstet sein. Es ist sowohl bei einem
konventionellen Vortriebsverfahren als auch bei einem Maschinenvortrieb mit bautechnischen
Sondermaßnahmen zu rechnen, die für eine erfolgreiche Durchführung erforderlich werden. Der
Tunnelquerschnitt wird nach [U 6] einen Außendurchmesser von ca. 9,1 m aufweisen.
Die vorgeschlagenen Vortriebsklassen werden in Anlehnung an DIN 18312 bezeichnet. Sie ge
Iten für den gesamten Querschnitt der Tunnelröhren. Hinsichtlich der grundsätzlichen Definitionen
der Vortriebsklassen wird auf die Beschreibungen in DIN 18312 sowie die ETB [U 26] verwiesen.
Für den Ausbruch im Sinne einer Spritzbetonbauweise ist grundsätzlich die Ausbruchklasse 7 A
anzusetzen. Für einen Maschinenvortrieb ist die Ausbruchklasse V 2 maßgebend.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 48 11.01.2012
Die aktuelle Trasse fährt neben einer Vorsorgemaßnahme vorbei. Bei einer Verlegung der Trasse
in Bereiche der Vorsorgemaßnahme, sind die geometrischen Einschränkungen der Vorsorge
maßnahme am Ostbahnhof ([U 7]) zu berücksichtigen, bzw. die Vorsorgemaßnahme muss ggf.
vorab bautechnisch modifiziert oder rückgebaut werden.
5.2 Spritzbetonbauweise
5.2.1 Randbedingungen für die Spritzbetonbauweise
Alle im Trassenbereich zu erwartenden Festgesteine sind bohrbar. Es können sich ggf. Probleme
infolge der schichtweise zu erwartenden Tone und durch Verstopfen der Spüldüsen ergeben. Es
sind Vorkehrungen für die Stabilisierung nicht standfester Bohrungen zu treffen, da ein Teil der
Bohrlöcher in den rolligen Lockergesteinen zu liegen kommen wird. Mit Bezug auf die einaxialen
Druckfestigkeiten der Kalkbänke ist das Gebirge in der Regel als nicht rammbar einzuschätzen.
Im Bereich zwischen Station Frankfurt - Ost und dem östlichen Tunnelende und in Bereichen
mächtiger Kalksande auf der gesamten Tunnelstrecke ist die Annahme eines wirksamen Gebirgs
tragrings aufgrund der Lage der Firste in den Mainterrassen sowie der geringen Überlagerung nur
eingeschränkt vorstellbar. Zur sicheren Auffahrung sind Zusatzmaßnahmen erforderlich. Hier wird
eine vorauseilende Vergütung des Gebirges empfohlen. Injektionen mit Zementsuspension
können zum Beispiel durch den Einbau von vermörtelten Spießschirmen erfolgen.
Die Tone und Schluffe sowie die Tonsteine der Hydrobienschichten, Inflatenschichten und Ceri
thienschichten neigen bei Wasserzutritt und mechanischer Beanspruchung zum Aufweichen; die
Ausbruchsohle ist daher zur Vermeidung von Verschlammung ebenfalls zu versiegeln. Es ist der
Einbau einer Fahrsohle erforderlich. Das im Vortrieb anfallende Wasser ist sorgfältig zu fassen und
rasch abzuleiten. Mit Bezug auf die anfallenden Restwassermengen sollte möglichst ein überwie
gend steigender Vortrieb ausgeführt werden, um einen dauerhaften Restwasserzufluss zur Orts
brust und die damit verbundene Aufweichung an der Ortsbrust bzw. im Widerlagerbereich der Ka
lotte zu verhindern.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 49 11.01.2012
Auch bei schonendem Ausbruch lässt sich aufgrund des Gebirgsbaus insbesondere im Bereich
der Kalkbänke der Schichten 11.3 bis 11.5 geologisch bedingter Mehrausbruch nicht vermeiden.
In der Regel wird er umso größer sein, je größer die Bankmächtigkeit ist. Bei Einbau von Spieß
und Rohrschirmen ist damit zu rechnen, dass aufgrund der hiermit verbundenen Perforation des
Gebirges Nachbrüche bis zur Unterkante der Firstsicherungen auftreten.
5.2.2 Beherrschung des Grundwassers
Aus geotechnischer Sicht muss beim derzeitigen Planungsstadium davon ausgegangen werden,
dass eine Grundwasserabsenkung die Randbedingungen für einen Vortrieb in Spritzbetonbau
weise erheblich vereinfacht bzw. erst ermöglicht. Die Genehmigungsfähigkeit ist trotz der bisher in
Frankfurt mehrfach so ausgeführten Bauweise zu überprüfen (vgl. Kapitel 4.6). Bzgl. der Geneh
migungsfähigkeit bestehen Zweifel, die im Rahmen der weiterführenden Planung mit den zustän
digen Behörden zu klären sind. Hinzu kommt, dass bei einer dennoch genehmigten Grundwasser
absenkung genauer zu untersuchen ist, in welcher Größenordnung sich Setzungen an der GOF
ausbilden, nachdem die bindigen Böden unterhalb des Grundwasserspiegels liegen und entspre
chend gesättigt sind.
Um die Auswirkungen auf die Geländeoberfläche (vgl. Kap. 7.1) zu verringern kann durch geeigne
te Wahl der Filterstrecken versucht werden, den Quartärwasserspiegel nicht abzusenken. Der Er
folg einer derartigen "Absenktrennung" hängt von der Korrespondenz des Quartärwasserspiegels
mit dem Grundwasserspiegel in den Hydrobien-, Inflaten- und Cerithienschichten ab und somit da
von, ob eine durchgehende bindige Abtrennung der Schichten gegeben ist. Eine entsprechend
durchgängig ausgebildete bindige Trennschicht ist nach den vorliegenden Erkundungsergebnissen
nicht flächig vorhanden. Daher ist grundsätzlich von einer Kommunikation des Grundwassers in
den quartären Schichten und den tertiären Schichten auszugehen. Durch das Auskeilen der Hyd
robien-, Inflaten- und Cerithienschichten im Projektgebiet ist am Kopf der Schichten von einer hyd
raulischen Verbindung des tertiären Grundwasserstockwerks mit dem quartären Grundwasser
stockwerk auszugehen. In den nach Westen abtauchenden Schichten ist dann ein gespannter
P22888120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 50 11.01.2012
Grundwasserspiegel im Wesentlichen entsprechend dem Grundwasserstand an der Stelle, an der
die Schichten auskeilen, anzusetzen.
Nach den vorliegenden Erkundungsergebnissen ist für den Tunnelabschnitt zwischen Grüner
Straße und Station Frankfurt-Ost davon auszugehen, dass eine gewisse hydraulische Trennung
der Vortriebsstrecke zum quartären Grundwasserleiter vorliegt. Diese ist aber nicht durchgängig
und vollständig. Grundsätzlich kann aber in diesem Abschnitt aus dem Vortrieb heraus mit Ent
wässerungsbohrungen in der Ortsbrust oder einer Brunnenanordnung im Vortriebs bereich
der tertiäre Grundwasserspiegel soweit abgesenkt werden, dass die Restzuflussmengen zum Vor
trieb mit einer offenen Wasserhaltung beherrschbar sind. Durch Entwässerungsbohrungen in der
Ortsbrust können zusätzlich die ggf. subartesisch gespannten Grundwasserlinsen vorlaufend ent
wässert werden. Eine Entwässerung aus dem Vortrieb ist durch die geringeren Bau- und Betriebs
kosten voraussichtlich günstiger und die zu entnehmenden Wassermengen entsprechend gerin
ger. Die o.g. "Absenkabtrennung" des Quartärwasserspiegels ist vom Vortrieb darüberhinaus ein
facher, da die ggf. vorhandene bindige Trennschicht nicht mit Vertikalbrunnen durchörtert werden
muss. Lokal kann aber insbesondere über die sandigen Schichten ein Grundwasserzustrom aus
dem Quartär auftreten. Dies ist dann i.d.R. bei der dem Vortrieb vorauseilenden lokalen Grund
wasserabsenkung durch erhöhte Fördermengen oder einen unzureichenden Absenkerfolg festzus
tellen. Dem ist dann entweder durch erhöhte Förderraten und entsprechend größeren Auswirkun
gen der Grundwasserabsenkung oder durch eine Injektion der wasserführenden Schichten zu be
gegnen.
Im Streckenabschnitt zwischen der Station Frankfurt-Ost und dem östlichen Tunnelende werden in
der Firste die quartären Mainterrassen angeschnitten. In diesem Bereich kann eine Grundwas
serabsenkung nur in den quartären und den tertiären Schichten erfolgen. Es ist von entsprechend
hohen Fördermengen und Reichweiten auszugehen.
Zur Beherrschung des Grundwassers ist neben der vorbeschriebenen Absenkung ein Druckluft
vortrieb ausführbar. Dieses Vortriebsverfahren erfordert einen Luftüberdruck, der sich erfahrung
sgemäß nur bei Böden mit einem krWert < 1 x 10.5 m/s halten lässt. Bei größeren Durchlässigkei
ten treten entsprechend große Luftverluste und tritt die Gefahr von Ausbläsern auf. Im Streckenab-
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 51 11.01.2012
schnitt zwischen der Station Frankfurt-Ost und dem östlichen Tunnelende liegt die Tunnelfirste
überwiegend bereits in den durchlässigen bis stark durchlässigen rolligen Böden der oberen Main
terrasse (Auftauchen des Querschnitts). Die Mainterrasse ist dort noch durch dünne Auffüllungen
abgedeckt, die teils bindig, teils aber auch rollig sind. Ein Druckluftvortrieb erscheint in diesen Be
reichen weniger geeignet. Darüber hinaus lässt sich ein Druckluftvortrieb nur im Grundwasser wirt
schaftlich betreiben. Sobald die Firste aus dem Grundwasser auftaucht wird der Luftabstrom durch
die ungesättigten Bodenpartien groß. Hier ist dann vom Druckluftvortrieb auf ein anderes Verfah
ren umzustellen.
Im Bereich der Tunnelstrecke zwischen Grüner Straße und Station Frankfurt-Ost ist ein Druckluft
vortrieb hingegen denkbar, da nach den Erkundungsergebnissen davon auszugehen ist, dass na
hezu durchgängig bindige Horizonte im Baugrundaufbau oberhalb der Tunnelfirste vorhanden sind,
die eine entsprechend geringe Durchlässigkeit aufweisen. Im Falle eines Druckluftvortriebs sind
aber ggf. im Bereich von mächtigen Lagen von Kalksanden oder anderen rolligen Lagen Zusatz
maßnahmen (Abdichtungsinjektionen, etc.) zur Vermeidung von plötzlichen Druckabfall und zur
Gewährleistung der Ortsbruststabilität erforderlich.
Statt der Druckluftstützung kommt grundsätzlich auch eine Bodenvergütung mittels Injektionen
(Feinstbindemittelinjektionen, chemische Injektionen) zur Verminderung der Zuströmung von
Grundwasser in Frage. Nachdem die anstehenden bindigen Böden allerdings als schlecht injizier
bar einzustufen sind und auch in den zT verkarsteten Kalkbänken ein Injektionserfolg fraglich ist,
ist dieses Verfahren allerdings bei dem erkundeten Baugrundaufbau kaum ausführbar. Außerdem
führt eine entsprechende Bodenvergütung um die Tunnel herum zu einer permanenten Reduktion
der Durchlässigkeit, sodass sich ein zusätzlicher Grundwasseraufstau ergeben könnte. Die Bo
denvergütung kommt deshalb u. E. lediglich zur Beseitigung von lokalen Auflockerungen oder lokal
erhöhten Durchlässigkeiten in Frage. Ggf. ist auch bei Erfordernis eine Gebirgsvergütung zwischen
den beiden Tunnelröhren mit Injektionen möglich. Zur allgemeinen Bodenvergütung um die Tunnel
herum sind Injektionen hingegen beim anstehenden Baugrund nicht geeignet. Die Genehmigungs
fähigkeit ist im Rahmen der weiteren Planung ggf. zu überprüfen.
P2288B 120 111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 52 11.01.2012
Mittels Rohrschirmen lassen sich Baukörper sicher unterfahren. Dazu muss der lichte Abstand
zwischen Tunnel und Fundamenten mindestens 1,5 m betragen um den Rohrschirm einbauen zu
können. Dieser besteht üblicherweise aus Stahlrohren mit einer Wandstärke zwischen 10 und
20 mm und Durchmessern von ca. 150 mm.
Die Herstellung von Rohrschirmdecken führt durch die verschiedenen Herstellungsvorgänge zu re
lativ hohen Senkungen; die Ausführung ist nur oberhalb des Grundwasserspiegels möglich, so
dass je nach Lage der Gründungssohle eine örtliche Grundwasserabsenkung erforderlich würde.
Inwieweit ggf. eine Aufbereitung des geförderten Grundwassers erforderlich wäre, ist gegebenen
falls zu prüfen. Senkungen lassen sich ggf. durch Anordnung von Pressen an betroffenen Bauwer
ken oder durch Hebungsinjektionen rückstellen.
Die bei der Bodenverbesserung aufgeführten Nachteile lassen sich bei der Herstellung von Frost
körpern weitgehend vermeiden. Eine Beeinträchtigung der Grundwasser- und Bodenqualität findet
bei einer Vereisung nur bauzeitig, nicht aber dauerhaft statt. Die Abdichtung wirkt nur bauzeitlich.
Nach dem Abtauen des Frostkörpers ist die ursprüngliche Durchlässigkeit wieder vorhanden. Al
lerdings sind entsprechende Auswirkungen (Setzungserscheinungen beim Auftauen etc.) in bindi
gen Böden bekannt (Eislinsenbildung). Aufgrund der inhomogenen und stark wechselnden Bau
grundverhältnisse wird die Ausführung einer Vereisung maximal abschnittsweise ausführbar sein.
Die Eignung der anstehenden Böden muss im Rahmen der weiteren Planungsphasen anhand von
Versuchen ggf. noch geklärt werden.
Die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers im Frankfurter Stadtgebiet ist relativ gering (siehe
Kap. 4.3), sodass eine Vereisung aus dieser Sicht ausführbar wäre. Allerdings ist zur Aufrecht
erhaltung des Frostkörpers ein erheblicher Energieaufwand erforderlich. Bei der geplanten Tunnel
länge von ca. 2 km ist daher aus jetziger Sicht mit erheblichen zusätzlichen Kosten gegenüber ei
nem Druckluftvortrieb zu rechnen.
Neben den genannten Verfahren zur Beherrschung des Grundwassers sind bei verschiedenen
Bauvorhaben zur Unterfahrung von Gebäuden auch Abschirmungen des Vortriebsbereichs
z. B. nach dem Soilcrete-Verfahren möglich. Im vorliegenden Fall müsste die so geschaffene
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 53 11.01.2012
Dichtwand aus Gründen des Grundwasserschutzes nach Fertigstellung vermutlich wieder aufgeb
rochen werden. Dabei liegt die erforderliche Tiefe mit bis über 20 m in dem Bereich, der durch
praktische Erfahrung abgedeckt ist. Tiefen> 25 m sind z.B. beim HDI-Verfahren bislang nicht
durch erfolgreiche Erfahrungen abgedeckt.
Auch eine Abschirmung des gesamten Tunnelvortriebs gegen das Grundwasser von der Gelände
oberfläche aus durch geeignete Abdichtwände ist technisch denkbar, allerdings bei der engaufste
henden Bebauung kaum wirtschaftlich ausführbar. Dazu wäre eine Einbindung in eine nahezu
wasserundurchlässige Schicht erforderlich, die nach der Baugrunderkundung mit den Hydrobien-,
Infalten- und Cerithienschichten nicht durchgängig anstehen.
5.2.3 Ausbruch und Sicherung
In Abhängigkeit von der Lösbarkeit des Gebirges bieten sich verschiedene Ausbruchverfahren
für die bergmännischen Vortriebsstrecken an. Für den größten Teil der aufzufahrenden Tunnel
wird unter Berücksichtigung der überwiegend relativ geringen Festigkeiten sowie der eingeschalte
ten härteren Gesteinspartien (Kalksteinbänke) ein konventioneller Baggervortrieb mit einem Tun
nelbagger für möglich erachtet. Abschnittsweise können beim Auftreten von mächtigeren und fes
teren Kalksteinbänken Meissel- oder Fräseinsatz erforderlich werden.
Ein Vortrieb im Vollausbruch ist aufgrund der Gebirgsverhältnisse nicht möglich. Eine Aufteilung
des Vortriebs in einen vorauseilenden Kalottenvortrieb und einen nachgezogenen Strossen
vortrieb I Sohlvortrieb ist schon aufgrund der geplanten Querschnittsgröße erforderlich. Im nicht
standfesten Gebirge, insbesondere von der Station Frankfurt - Ost bis zum östlichen Tunnelende
und bei geringer Überdeckung unter 1,5 D ist voraussichtlich eine weitere Unterteilung des Quer
schnitts z. B. in Firststollen, Ulmen- und Kalottenstollen und entsprechende Zusatzmaßnahmen
(Rohrschirm, etc.) nötig. Die Tone neigen bei Wasserzutritt und mechanischer Beanspruchung
zum Aufweichen; die Ausbruchsohle ist daher zur Vermeidung von Verschlammung ebenfalls zu
versiegeln. Es ist der Einbau einer Fahrsohle erforderlich. Das anfallende Wasser ist sorgfältig zu
fassen und rasch abzuleiten.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 54 11.01.2012
Der erforderliche bzw. zulässige Nachlauf des Strossen- und gegebenenfalls des Sohlvortriebes
wird im Einzelfall anhand der statischen Berechnungen unter Zuhilfenahme tatsächlich gemesse
ner Verformungen im Tunnel und an der Oberfläche und deren Verlauf festgelegt.
Für das östliche Ende der Tunnelstrecke kann ein Rohrschirm eingesetzt werden. Ohne Zu
satzmaßnahmen ist Ld.R. über der Tunnelfirste eine Überdeckung von mindestens dem einfachen
Tunneldurchmesser erforderlich, insbesondere um ein ausreichende Gewölbewirkung zu gewähr
leisten. Mit einem Rohrschirm kann die erforderliche Überdeckung deutlich reduziert werden, da
die Tragwirkung über der Tunnelfirste bzw. der Kalotte vom Rohrschirm übernommen wird. Bei
Einsatz eines überschnittenen Rohrschirms kann die Überdeckung grundsätzlich auf die erforderli
che Überdeckung zum Einbau des Rohrschirms selber (ca. 3-fache Stärke des Rohrschirms) redu
ziert werden. Es wird allerdings aufgrund von Auflockerungen in den oberflächennah anstehenden
Baugrundschichten eine Mindestüberdeckung von mindestens 1,5 m bis 2 m über dem Rohrschirm
empfohlen.
5.2.4 Sicherungsmittel
Zur Sicherung des Hohlraumrands und zum Aufbau des Ausbauwiderstands werden als Siche
rungsmittel beim Vortrieb nach der Spritzbetonbauweise eine Kombination aus Spritzbeton, Aus
baubögen, Betonstahlmatten, Ankern, Stahlspießen und ggf. weiteren Zusatzmaßnahmen vorge
sehen. Ziel ist dabei, die Tragfähigkeit des Gebirges so weit wie möglich zu erhalten und Auflocke
rungen im anstehenden Gebirge möglichst gering zu halten. Die Sicherungsmittel können in Ab
hängigkeit von den jeweiligen Gebirgsverhältnissen sowohl nach Anzahl, als auch hinsichtlich ihrer
Abmessungen und ihrem Einbauort variiert werden.
Die Sicherungs- und Stützmaßnahmen sind in ihrem Umfang, ihrer Kombination und ihrem Ein
bauzeitpunkt von der Vortriebsweise und den statischen Erfordernissen abhängig. Sie bilden in ih
rer Gesamtheit das Außengewölbe. Ein wesentliches Entscheidungskriterium für die jeweilige Si
cherungsart, die Kombination der Sicherungsmittel und den Einbauzeitpunkt sind neben den aus
den statischen Berechnungen ermittelten Maßnahmen die Ergebnisse der geotechnischen Mes-
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 55 11.01.2012
sungen. Diese sind ein Indiz für die Gebirgsverformungen infolge des Ausbruchvorgangs sowie für
die Stabilisierung des den Hohlraum umgebenden Gebirgstragrings. Die Öffnungsweiten des un
gesicherten Gebirges müssen so gewählt werden, dass vor Einbau der Sicherungsmittel keine
schädliche Auflockerung des Gebirges eintritt und die Sicherheit der Vortriebsmannschaften ge
währleistet ist.
Die Spritzbetonsicherung gewährleistet durch hohlraumfreies, sattes Anschließen an das Gebir
ge im Zusammenwirken mit den übrigen Sicherungsmitteln die Entstehung einer Verbundkonstruk
tion Gebirge - Außenschale. Eine sofortige Versiegelung der nach dem Ausbruch freigelegten und
beräumten Tunnelleibungen einschließlich der Ortsbrust mit Spritzbeton ist vorzusehen.
Überprofil ist grundsätzlich auch für die besseren Vortriebsklassen vor dem Einbau der Bewehrung
auszuspritzen. Ein Auftragen des Spritzbetons in einem Arbeitsgang ist bei keiner der Vortriebs
klassen möglich. Mit Bezug auf die erforderlichen Spritzbetondicken ist zu prüfen, ob diese in zwei
oder mehr Lagen zeitlich voneinander getrennt aufgetragen werden müssen, um beim Auftragen
Ablösungen zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für den Firstbereich ("über Kopf').
Grundsätzlich wird ein möglichst schneller Einbau des Traggewölbes aus Spritzbeton und Beton
stahimatten vor dem nächsten Abschlag gefordert. Die Ankerung kann um eine Abschlagslänge
nachlaufen. Für die Vortriebsklassen mit zweilagiger Bewehrung können der Einbau der inneren
Bewehrungslage und das Aufbringen des Restspritzbetons ebenfalls um eine Abschlagslänge
nachlaufen. In Abhängigkeit von den Resultaten der geotechnischen Messungen kann die Vervoll
ständigung der Sicherungen bei Einbau eines Stützkerns ein weiteres Feld nachlaufen, um den
ungehinderten Einbau der Systemankerung zu ermöglichen.
Zur Vermeidung größerer Schwankungen in der Innenschalenstärke, die erfahrungsgemäß eine
erhöhte Rissneigung im Innenschalenbeton initiieren, ist eine möglichst gleichmäßige und ebene
Spritzbetonoberfläche auszubilden. Hier ist das Zurückweichen der Spritzbetonschale zwischen
den Ausbaubögen, aber auch Dickenschwankungen in Umfangsrichtung zu vermeiden.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 56 11.01.2012
Zur Sicherung gegen Felsablösungen und zur Stützung der Gebirgsoberfläche zwischen den Aus
bau bögen sowie zur Bewehrung des Spritzbetons werden Betonstahlmatten für alle Vortriebs
klassen vorgesehen. Es ist sicherzustellen, dass bei gleichzeitigem Einbau der Mattenbewehrung
und der Spritzbetonschale keine Hohlräume zwischen Matte und Gebirge entstehen. Ferner sind
die Matten so zu befestigen und zu verbinden, dass sie beim Einspritzen nicht federn. Dies kann
z. B. durch ausreichend sattes Anlegen an eine bereits eingebaute Spritzbetonlage oder durch zu
sätzliche Abstützungen und Befestigungen am Ausbaubogen erreicht werden. Es werden somit
Minderqualitäten und später unsichtbare Spritzschatten vermieden. Sollten sich bei der Ausführung
dabei Probleme ergeben, wird empfohlen, grundsätzlich den Spritzbeton vor Einbau der Matten
bewehrung profilgerecht einzubauen und die Bewehrung an der Spritzbeton lage zu befestigen.
Um eine ausreichende Schalentragwirkung zu erreichen wird empfohlen, für die Arbeitsfuge Kalot
te/Strosse mindestens eine Anschlussbewehrung 10 8 mm / 20 cm mit mindestens ausreichender
Einbindelänge vorzusehen. Die beim Einbau der Sicherungsmittel für die Strosse aufzubiegenden
Anschlusseisen der Bewehrungslage sind hierzu in einem geeigneten Gehäuse zu verwahren.
Gemäß Tab. 5.2.5-1 sind für alle Vortriebsarbeiten Ausbaubögen vorgesehen. Ausbaubögen
übernehmen im Verbund mit den Betonstahlmatten unmittelbar den Kopfschutz für die Vortriebs
mannschaft. Um im Verbund mit dem Spritzbeton einen Kraftschluss mit dem Gebirge zu bewir
ken, müssen die Bögen unmittelbar nach dem Setzen hinterspritzt werden.
Die Form und Ausbildung der Ausbaubögen soll ein möglichst sattes, fehlstellenfreies Einspritzen
der Bögen und damit einen guten Verbund mit der Spritzbetonschale ermöglichen. Für die Vor
triebsklassen in denen Spieße oder Rohrschirme eingebaut werden, dienen die Stahlbögen zu
sätzlich als deren Auflager. Der Einbau der Spieße durch das Gitterwerk des Bogens stellt gege
nüber der Verwendung von Walzprofilen (z. B. GI-Profil) eine Arbeitserleichterung dar und ermög
licht einen lagegenaueren Einbau der Spieße. Ausbaubögen dienen schließlich zur Profilierung für
den Vortrieb.
Mit Verschlechterung der Gebirgsverhältnisse sind ggf. stärkere Profile mit größerem Stahlquer
schnitt vorzusehen. Es wird empfohlen, bei stark bis sehr stark nachbrüchigem Gebirge zumindest
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 57 11.01.2012
optional einen Einsatz von Vollwandträgern (z.B. GI-Profile) einzuplanen. Um eine sichere Über
tragung von Normalkräften und Biegemomenten zu ermöglichen sind die Montagestöße innerhalb
eines Kalottenbogens entsprechend den Erfordernissen konstruktiv auszubilden. Ein durchgehen
der Kraftschluss zur Ausbruchsohle muss ebenfalls konstruktiv sichergestellt werden.
Der Einsatz von Lastverteilerschienen zur Auflagerung der Bogenfüße kann in den höheren Vor
triebsklassen aus Gründen der Standsicherheit erforderlich werden. Bei einem Einsatz dieser
Schienen ist durch geeignete Profilwahl und Anpassung der Spritztechnik ein durchgehender
Kraftschluss zur Ausbruchsohle sicherzustellen. Um die gewünschte Wirkung des Ausbaubogens
zu erhalten ist es von besonderer Bedeutung, dass die Aufstandsfläche entsprechend geeignet ist.
Bei den vorliegenden geologischen Verhältnissen besteht die Gefahr des Aufweichens der Auf
standsfläche. Ebenfalls ist eine Gründung des Gewölbes auf Spritzbetonrückprall oder auf Hohl
räumen / offenen Kluftfugen zu vermeiden. Ggf. sind die Bogenfüße durch Anschweißen entspre
chender Aufstandsbleche zu verbreitern um eine entsprechende Lastverteilung zu ermöglichen.
Beim nachlaufenden Strossenvortrieb wird jeder zweite Kalottenbogen in die Strosse verlängert. In
der Sohle sind keine Ausbaubögen vorgesehen. Beim Anschluss der Strossen bögen an die Kalot
tenbögen ist konstruktiv sicherzustellen, dass Normalkräfte sicher übertragen werden. Die o. g.
Ausführungen zur Aufstandsfläche der Ausbaubögen gelten entsprechend.
Die Systemankerung dient zur Homogenisierung des Gebirges, zur Stabilisierung des Gebirgs
tragringes und zur Beherrschung von möglichem Scherversagen während der Spannungsumlage
rung sowie zur Sicherung von möglichen Bruchkörpern aufgrund des Trennflächengefüges. Als
Ankertyp sind grundsätzlich IBO-Anker wegen der vermutlich schlechten Standfestigkeit der Bohr
löcher vorzusehen. Bei der Herstellung von SN-Anker ist eine vollständige Verfüllung des Bohrlo
ches mit Mörtel vor dem Einschieben der Ankerstangen zu gewährleisten.
Zur Erzielung eines kraftschlüssigen Anliegens der Ankerplatten und somit einer sofortigen Wirk
samkeit sind kugelsegmentförmig gestaltete Ankerplatten mit Langloch einzusetzen. Das Festset
zen der Anker mit der Ankerplatte nach erfolgter Mörtelerhärtung, muss spätestens nach dem
zweiten Bogen erfolgen. Typ, Länge und Anzahl der Anker wird in den unterschiedlichen Vor-
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 58 11.01.2012
triebs klassen spezifiziert. Die gemäß Tab. 5.2.5-1 abgeschätzten Ankerlängen von 4 bis 6 m in der
Kalotte sollten optional um Anker einer Länge I = 8 m ergänzt werden. Beim Strossenvortrieb kön
nen die Ankerlängen auf 3 bis 4 m reduziert werden. Zur Abschätzung der Gebrauchslasten für die
Systemankerung sind in Tab. 6.5-3 entsprechende Kennwerte angegeben.
Zur Vermeidung unkontrollierter Nachbrüche im Firstbereich ist der Einbau einer voreilenden
Firstsicherung von der Ortsbrust aus mit Spießen erforderlich. Grundsätzlich sind Injektions
bohrspießen vorgesehen, da somit gleichzeitg eine Vergütung der ggf. anstehenden rolligen
Schichten erfolgt. Hierfür sind schnell erhärtende Bindemittel vorzusehen. Die Länge der Spieße
ergibt sich aus der Maßgabe, dass sie ausreichend lang über die Ortsbrust des nächsten Abschla
ges hinausreichen müssen und auf dem letzten gesetzten Ausbaubogen aufliegen. Es wird emp
fohlen, Spieße mit einer Länge von mindestens L = 4 m (gute Verhältnisse) und L = 6 m (schlechte
Verhältnisse) vorzusehen, so dass ggf. die Herstellung von Spießschirmen mit mehrfacher Über
lappung ermöglicht wird.
Die Spieße sind möglichst früh einzubauen und auf den zuletzt gestellten Ausbaubogen aufzule
gen. Die Lagestabilität des Bogens ist durch entsprechende Aussteifungen sicherzustellen. Es ist
darüber hinaus zu gewährleisten, das die Bögen bereits eingespritzt ist, wenn die Spieße aufgelegt
werden.
Bei entsprechend ungünstigen Gebirgsverhältnissen kann es erforderlich werden den Vortrieb im
Schutze eines Rohrschirms auszuführen. Die Einzelschirme sind soweit zu überlappen, dass mit
Ausnahme von Restzwickeln ein doppelter Rohrschirm entsteht. Die Rohre sind mit Zementsus
pension zu verpressen. Eine Gebirgsverbesserung durch systematische, Packer-unterstützte Injek
tion aus den Rohrschirmen heraus ist zumindest in den bindigen Lockergesteinen wenig Erfolg
versprechend, in den Kalksandlagen kann aber von einer Gebirgsverbesserung ausgegangen
werden. Die Längen der Rohrschirme, die Überlappungen sowie die radiale Ausdehnung in den
Röhren sind statisch zu bemessen. Die Stahlrohre von etwa 10 cm Durchmesser und je nach Aus
führungsvariante bis zu 15 m Länge werden durch Zementverpressung kraftschlüssig ins Gebirge
eingebunden, wobei gleichzeitig das Rohr selbst vollständig verfüllt wird. Aufgrund der geologi
schen Verhältnisse wird ein Einbau unter Verwendung von verlorenen Bohrkronen empfohlen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 59 11.01.2012
Zur Stützung der Orts brust ist eine sofortige Versiegelung mit Spritzbeton vorzusehen .. Die Ver
siegelung ist unmittelbar nach dem Ausbruch und Freilegen der Ortsbrust aufzutragen. Ebenfalls
kann zur Sicherung der Ortsbrust ein Ortsbrustkeil vorgesehen werden. Gerade in den rolligen
Kalksanden kann der Ortsbrustkeil ggf. aber nur zeitweise mit ca. 45' geböscht werden, wodurch
eine erhebliche Behinderung des Vortriebs einhergeht. In Bereichen, in denen ein Brustkeil auf
grund seiner gegebenenfalls fehlenden Standfestigkeit nicht einsetzbar ist, sind Ortsbrustanker
vorzusehen (s. u.). Aufgrund der bereichsweise zu erwartenden wechselhafte Gebirgsverhältnis
sen wird empfohlen, eine Bedarfsposition für Ortsbrustanker auch für die niederen Vortriebsklas
sen einzuplanen.
Ortsbrustanker können bei örtlich ungünstigen Verhältnissen als Ergänzung zur Ausbildung von
Stützkernen erforderlich werden. Grundsätzlich sind ggf. Glasfaseranker einzusetzen, da sich hier
durch ein geringerer Einfluss auf den Baubetrieb ergibt. Die Länge der Anker ist auf die örtlichen
Gegebenheiten anzupassen; es ist von einer Mindestlänge von 6 m auszugehen. Sowohl für die
Ortsbrustanker, als auch für Radialanker kann für Vorentwurfszwecke von den in Tabelle 6.5-3
aufgeführten Mantelreibungswerten ausgegangen werden.
In den Sanden und Kiesen der Mainterrasse haben sich auch Ortsbrustsäulen (horizontale HDI
Säulen) bewährt. Bei entsprechend schlechten Gebrigsverhältnissen können diese zur Ortsbrust
sicherung und Stabilisierung des Vortriebbereichs eingebaut werden.
5.2.5 Vortriebsklassen
Die vorgeschlagenen Vortriebsklassen werden in Anlehnung an DIN 18312 bezeichnet. Sie ge
Iten für den gesamten Querschnitt der Tunnelröhren. Hinsichtlich der grundsätzlichen Definitionen
der Vortriebsklassen wird auf die Beschreibungen in DIN 18 312 sowie die ETB [U 26] verwiesen.
Mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungen werden für Vorentwurfszwecke in Anlehnung an
[U 26] die in Tabelle 5.2.5-1 aufgeführten Sicherungsmittel für einen konventionellen bergmänni
schen Vortrieb angegeben.
P22888120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 60 11 .01 .2012
_____________ Vortriebsklasse 7A.1 7A.2 7A.3 7A.4 7A.S Sicherung _______________
Querschnitt m . Sohlgewölbe x x x x x Vortrieb Kalotte I Strosse x x x x x Teilausbruch Kalotte (X) X
Firststollen I Ulmenstollen (X) Kalottenabschlagslänge 1,50 m X - --_ .. - _ . - _. __ ._. __ . ----~--_.- ._--- --~ - -- - --------~---
_ ! ,_20 r:'l. ___ JJSL ___ X _ Yl. _____ . __ ._ .. ___ __ 0,80 m (X) X X --_ ... - _ . . -~------- _._~ ._ . - _._._ .. - -- .. ~---- -~_ ... _- --_.--0,50 m X
Strossenabschlagslänge 3,00 m X ...... -_._- ._--- - --_. -~-,---_._.- . -------_ .. _ ... - --- . -------
2,Q.D __ m ___ j)(L _ _..x _ ~.1)(l.. ._ _ _____ . _______ _ . __ ~~_S.O _m _ __ __ __ JJS) _ _ __ )( .. _ '_ I-- X . ___ ._ _ ___ _
1,00 m X
Ortsbrustversiegelung SPB X X X X X
Ortsbrustanker ~} ~} X X X
Kalottensohle ~} X X X X
Spritzbeton eins chI.
Abdichtungsträger
d = . ~O - ~5Gm _X X _ _ ()(L _ _ __ . ___ .
~5 :3Q_<:rn_ _ (><L _.tXi _____ )( __ X ___ 30 - 35 cm __ (XL __ j )(} _ _ (XL _ X _
Ausbaubögen
Bau"tahlrnal!.~n eil1lCl~i(J
.~austClhlf1latten_ einlagig __
35 - 40 cm
X
Q 188 A _ JX)
Q 257 A X -- -- - - - --
BCl~s~a_h~mCltten z::v.eilagig _. __ ... Q~5! A. ... Baustahlmatten zweilagig
Systemanker I =
1=
Selbstbohranker I = Vorauseilende Sicherung
Rohrschirm
(X) = nach Erfordernis
Q 377 A
4,Om X 0" • •
6,0 m
6,0 m
X
X X X
X ... _ . .- ----
X X .. - . . . .
X (X) .. _. I . - ---_ ..
(X) X X
(X) X
X X X
(X) X
Tabelle 5.2.5-1: Vortriebsklassen und Sicherungsm ittel für Vorentwurfszwecke
P22888120111 _Rev1
X
X
X
X
X
X
X
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 61 11.01.2012
Das tunnelbautechnische Verhalten des Gebirges wird neben der Querschnittsgröße und -form
hauptsächlich durch die Gesteins- und Gebirgsfestigkeit, das Trennflächengefüge, Störungen,
Bergwasserandrang sowie der Überlagerungshöhe bestimmt. Grundprinzip des Vortriebsverfah
rens in Spritzbetonbauweise ist es, Auflockerungen des Gebirges soweit möglich zu vermeiden.
Entsprechend wurde aufgrund der geotechnischen Verhältnisse unter Verwendung der in Tabelle
5.2.5-1 skizzierten Vortriebsklassen die vorläufige Verteilung der Vortriebsklassen am Gesamtvor
trieb in Tabelle 5.2.5-2 abgeschätzt.
Es ist zu beachten, dass die angegebenen Streckenlängen nicht an einem Stück aufgefahren wer
den, sondern auch innerhalb eines Homogenbereichs mehrfache Wechsel zwischen den angege
benen Vortriebsklassen möglich und zu erwarten sind. Aufgrund der erkundeten geotechnischen
Verhältnisse wird der Tunnel auf jeden Fall in einer Vortriebsklasse mit vorauseilender Sicherung
und Ortsbrustsicherung aufgefahren werden.
In Bezug auf die vorläufige Abschätzung der Vortriebsklassen (Tabelle 5.2.5-1 und 5.2.5-2) sollte
im Rahmen der Entwurfsplanung geprüft werden, da niedrigere Klassen wirtschaftlich und bauzeit
lich erhebliche Vorteile aufweisen, ob ggf. Bereiche mit den Klassen 5A oder 6A und Unterklassen
gefahren werden können. Ein Vortrieb gänzlich ohne vorauseilende Sicherung und ohne Orts
brustsicherung (Klasse 4A) ist nach den geotechnischen Erkenntnissen nicht möglich.
Im Rahmen des Vortriebs erfolgt die örtliche Festlegung der Vortriebsklassen anhand der mess
technischen Überwachung und den Beobachtungen vor Ort. Maßgeblich dafür sind die Ortsbrust
stabilität und die Konvergenzmessungen des Hohlraums / der Spritzbetonschale sowie die Span
nungsmessungen in der Schale und die Ankerkraftmessungen.
Station Vortriebsklasse Länge Homogenbereich
[km] [m]
H1 ca. 52,900 - 53,717 7A.1 100
7A.2 150
7A.3 300
7A.4 200
7A.5 100
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 62 11 .01 .2012
Station Vortriebs klasse Länge Homogenbereich
[km] [m]
H2 ca. 53,930 - 54,050 7A.1 0
7A.2 0
7A.3 40
7A.4 25
7A.5 20
H3 ca. 54,050 - 54,250 7A.1 0
7A.2 0
7A.3 0
7A.4 50
7A.5 150
Tabelle 5.2.5-2: Abgeschätzte Verteilung der Ausbruchklassen am Gesamtvortrieb
Die detaillierte Festlegung zur Ausführung der Ausbruchsklassen erfolgt vor Ort in Abstimmung
zwischen Bauherr bzw. dessen Vertretern (Bauüberwachung, Tunnelbautechnischer Sachverstän
diger), ausführender Firma und dem Prüfingenieur anhand der örtlichen Verhältnisse. Ebenso ist
für den Wechsel der Vortriebsklassen ein entsprechendes abgestimmtes Vorgehen vorzusehen.
5.3 Maschineller Tunnelvortrieb
5.3.1 Randbedingungen für den maschinellen Tunnelvortrieb
Im Zuge einer stürmischen Entwicklung sind inzwischen Schilde mit Durchmessern von über 14 m
auf dem Markt, mit denen weltweit erfolgreich Tunnelvorhaben in geschlossener Bauweise und un
ter vergleichbaren schwierigeren Bodenverhältnissen abgeschlossen werden konnten . Auf [U 18]
wird hingewiesen. Beim Schildvortrieb wird die Ortsbrust mechanisch, durch Druckluft u. U. in Ver
bindung mit einer Membran aus Bentonit oder auf andere Weise gestützt; die Leibung erfährt ihre
Stützung durch einen Stahlzylinder, der sich auf dem bereits eingebauten Ausbau abstützt und
über hydraulische Pressen vorgeschoben wird .
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 63 11.01.2012
Die Wirtschaftlichkeitsgrenze liegt bei einem voll mechanischen Schild, wie er im vorstehenden Fall
zum Einsatz käme, bei ca. 2.500 m. Diese Grenze wäre beim Einsatz von zwei Maschinen und
Abzug des Stationsbereichs nicht erreicht; beim Einsatz einer Maschine, die nach Auffahren einer
Tunnelröhre zum Auffahren der zweiten Röhre umgesetzt würde, wäre sie noch überschritten; ein
Schildvortrieb ist deshalb sowohl technisch, als auch wirtschaftlich möglich.
Maschinelle Vortriebe sind im Vergleich zu konventionellen Vortrieben grundsätzlich weni
ger anpassungsfähig. Für den maschinellen Vortrieb sind in erster Linie die Festigkeit und Be
schaffenheit / Zusammensetzung des anstehenden Bodens und die genaue Kenntnis der Grund
wasserverhältnisse entscheidende Randbedingungen. Bezüglich dieser Randbedingungen wird
auf die Kapitel 2.2, 3.2 und 3.3 verwiesen.
Durch die hohe Verformbarkeit des Gebirges besteht zudem das Risiko der Verrollung der Vor
triebsmaschine. Dies kann u. a. dann der Fall sein, wenn durch eine ungenügende Verbreiung in
den Abschnitten mit hohem Tonanteil sehr große Drehmomente erforderlich werden. Bei der
Auswahl der Vortriebsmaschine sind diese Risiken zu berücksichtigen und rechnerisch nachzu
weisen (Widerstand aus Stützdruck, Andruckkraft Schneidrad / Werkzeuge, Reibungskraft
Schneidrad).
Weiterhin wird infolge der inhomogenen Gebirgsverhältnisse (Wechselfolge Lockergestein / Kalk
steinbänke) ein erhöhtes Verschleißpotential gesehen. Insbesondere auch bei "mixed face condi
tions", die u. a. bei der Wechsellagerung aus Lockergestein und Kalksteinbänken vorliegt, ist die
Anzahl der Rollenmeißel, die mit der Ortsbrust in Kontakt stehen, nicht bekannt. Steht z. S. nur die
Hälfte der Rollenmeißel mit der Ortsbrust in Kontakt, verdoppelt sich die Andruckkraft der Meißel.
Dies führt zu einer Überschreitung der kritischen Andruckkraft und somit zu erhöhtem Verschleiß
bei den Rollenmeißeln und ggf. zu weiteren Schäden an der Vortriebsmaschine.
In Bezug auf das Verschleißpotential wurde die Abrasivität und die Brechbarkeit der im Stations
bereich und im Bereich des Tunnelvortriebs anstehenden Schichten nach dem Cerchar
Abrasivitäts-Index (CAI) sowie nach dem Abrasivitäts-Index nach LCPC (ABR) und des Brechbar
keits-Index nach LCPC (SR) im felsmechanischen Labor bestimmt (siehe Anlage 6.13). In den re-
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 64 11.01.2012
levaten Bereichen wurden die Kalksande und die Kalksteine als mäßig abrasiv eingestuft und
weisen eine schwache bis mittlere Brechbarkeit auf, die anstehenden Tone und Schluffe sind
nicht bis kaum abrasiv und weisen eine starke Brechbarkeit auf.
Es ist darüber hinaus ein Modus für außerplanmäßige Maschinenstillstände (z. B. für Werk
zeugwechsel oder aus anderen Gründen) vorzusehen, bei dem ein Einstieg zwischen Ortsbrust
und Schneidrad erforderlich wird. Insbesondere im Bereich mit fehlender Standsicherheit der Orts
brust ist eine künstliche Stützung erforderlich.
Für die Mindestüberdeckung des Tunnelquerschnitts (Firste Schneid rad) zur Geländeoberfläche
bzw. zur UK Gründung von Bauwerken kann von dem einfachen Tunneldurchmesser (1 0) ausge
gangen werden. Die Angaben zur Mindestüberdeckung stehen wie bei der Spritzbetonbauweise
(vgl. Kapitel 5.2) unter den dort angegebenen Vorbehalten. Wenn zusätzlich eine Vergütung des
Baugrunds über der Firste vorgesehen wird (insbesondere am östlichen Tunnelende ) kann die
Überdeckung deutlich reduziert werden. Als Möglichkeiten stehen Injektionsmaßnahmen, Boden
ersatzmaßnahmen wie z.B. Hochdruckinjektionen (HOl) u.ä. zur Auswahl.
5.3.2 Auswahl des Maschinentyps
Aufgrund der beschriebenen geotechnischen Verhältnisse ist für den bergmännischen Vortrieb
zwischen Bestandstunnel (ca. km 52+900) und Station Frankfurt/Main - Ost für einen maschinellen
Vortrieb von insgesamt sehr wechselhaften geotechnischen Verhältnissen auszugehen. Die zur
Wahl stehende TVM muss darauf ausgelegt sein, dass sie zum einen Kalksteinbänke mit hoher
Festigkeit durchfahren kann, zum anderen aber überwiegend auch Bereiche mit Lockergesteinsei
genschaften bei überwiegendem Tonanteil und ausgeprägt plastischen Tonen bewältigen kann.
Infolge des Lockergesteinsaufbaus und der vorhandenen Grundwasserverhältnisse ist eine Ma
schine mit Schild erforderlich, um das Gebirge im Nahbereich des Querschnitts bis zum Einbau
der Tübbinge zu sichern. Die Einsatzbereiche und Auswahlkriterien der Vortriebsmaschienen nach
den OAUB-Empfehlungen (2010)([U 16]) sind zu beachten. Nach [U 16] sind im Lockergestein mit
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 65 11.01.2012
Wechsellagerungen bzw. bindigen Verhältnissen unterhalb des Grundwasserspiegels Schildma
schinen (Vollschnittmaschine) mit Erddruckstützung (SM-V5), mit Flüssigkeitsstützung (SM-V4)
oder mit Druckluftstützung (SM-V3) einsetzbar. Aufgrund der Lage der Tunnelsohle von bis zu ca.
16 m unter dem bauzeitigen Bemessungswasserstand, ist die Vortiebsmaschine für einen mögli
chen Stützdruck von min. 1,6 bar zu bemessen (exklusive des Erddrucks bzw. der Auflast). Für ei
ne Maschine mit Flüssigkeitsstützung (SM-V4) besteht bei den anstehenden bindigen Böden er
höhte Verklebungsgefahr bzw. ein hoher Aufwand für die Separierung. Ein Einsatz einer Schild
maschine mit flüssigkeitsgestützer Ortsbrust wird somit voraussichtlich aus wirtschaftlichen Grün
den ausscheiden. Für den Einsatz einer Maschine mit Druckluftstützung (SM-V3) liegen die ermit
telten, starken Brechbarkeiten (LCPC-Index) der tonigen Schichten in den Cerithienschichten im
kritischen Einsatzbereich ([U 16]).
Bei Einsatz einer offenen Tunnelvortriebsmaschine (möglich bei SM-V5) kann das Gebirge erst
hinter dem Bohrkopf gesichert werden; die erwarteten geringen Standzeiten des Gebirges sind zu
berücksichtigen. Im Bereich der Kalksande sind Probleme mit der Ortsbruststabilität auch unter
Berücksichtigung des ggf. anfallenden, erheblichen Wasserandrangs zu erwarten. Es ist davon
auszugehen, dass der Vortrieb im offenen Modus nicht ausgeführt werden kann und somit über
wiegend im geschlossenen Modus gefahren werden muss.
Für den geschlossenen Modus ist der Erdbrei so zu konditionieren, dass bei den angegebenen
Tonanteilen eine Verklebung der Abbauwerkzeuge verhindert wird und gleichzeitig eine wirtschaft
liche Förderung des Erdbreis, möglich ist. Auf Basis der ausgeführten Laborversuche ist mit einem
erhöhten Aufwand für die Konditionierung des Erdbreis im geschlossenen Modus zu rechnen.
Die Konditionierung erfolgt in Abhängigkeit der Konsistzenzahl entweder mit Wasser (le'" 0,4 -
0,75) oder mit Ton- und Polymersuspensionen / Tensidschäumen (le> 0,75). Die Konsistenzzahl
ist auch den Laboruntersuchungen im Mittel> 1,0. Insofern wird eine Konditionierung mit Ton
oder Polymersuspensionen / Tensidschäumen empfohlen. Der Erdbrei sollte idealerweise aus ei
nem bindigen Boden mit weicher bis breiiger Konsistenz, hohem Wasserbindevermögen und ge
ringer Wasserdurchlässigkeit bestehen. Zur qualitativen Beurteilung der des Verklebungspotentials
wurde eine Bewertung nach THEWES herangezogen (siehe Anlage 12). Die Auswertung der im
Baufeld angetroffenen relevanten Schichten zeigt, dass insbesondere die Hydrobienschichten
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 66 11.01.2012
(Schicht 11.3) ein hohes Verklebungspotential aufweisen. Die Inflatenschichten (Schicht 11.4) und
die Cerithienschichten (Schicht 11.5) weisen dagegen ein niedriges bis mittleres Verklebungspo
tential auf. Die Verklebungsgefahr beim Schildvortrieb wird deshalb als gegeben eingestuft.
Der Bohrkopf der Vortriebsmaschine muss neben den Schälmessern für die bindigen Böden mit
Rollenmeißeln für die Auffahrung der Kalksteinbänke ausgerüstet werden. Zusätzlich muss ein
Brecher für die Förderanlage vorgesehen werden.
5.3.3 Tübbingausbau
An die konstruktive Ausbildung des Tübbingausbaus bestehen aus geotechnischer Sicht keine be
sonderen Anforderungen. Auf die entsprechenden Maßgaben zur Beton- und Stahlaggressivität
wird verwiesen.
Inwieweit ein Vollschnittvortrieb mittels einer TVM im Hinblick auf die Querschläge wirtschaftlich
ist. ist in der weiteren Planung zu prüfen. Die Querschläge müssen auch beim Einsatz einer Tunnel
vortriebsmaschine konventionell erfolgen.
5.4 Vorsorgemaßnahme Unterfahrung U-Bahn
Gemäß der aktuellen Planung wird die Tunnelstrecke nördlich an der nachfolgend beschriebenen
Vorsorgemaßnahme vorbeigeführt. Eine Beeinflussung des Vortriebs durch die Vorsorgemaßnah
me besteht somit nicht. Die nachfolgenden Hinweise gelten nur für eine mögliche geänderte Tras
senführung. Bei der Planung des Vortriebs und der Tunnelschale ist aber die Unterfahrung der U
Bahn-Station zu berücksichtigen und ggf. entsprechende Sicherungsmaßnahmen vorzusehen
Im Rahmen des U-Bahn-Baus der Grundstrecke C. Los 90 wurde im Bereich der Station .. Ost
bahnhof" / Danziger Platz gemäß Machbarkeitsstudie [U 4] und [U 7] eine Vorsorgemaßnahme für
die Tunnelstrecke der Nordmainischen S-Bahn ausgeführt. Aufgrund des Standes der Technik
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 67 11.01.2012
zum Zeitpunkt der Planung dieser Vorsorgemaßnahme ca. im Jahr 1987 wurde für den Bau der
unterquerenden Tunnelstrecke der Nordmainischen S-Bahn wohl von einer Spritzbetonbauweise
ausgegangen.
Der U-Bahn-Tunnel bzw. die Station wurde nach den vorliegenden Unterlagen auf insgesamt 4
Pfahlreihen gegründet. Jeweils zwischen 2 dieser Pfahlreihen sollte gemäß Vorsorgemaßnahme
der Tunnelvortrieb der Nordmainischen S-Bahn erfolgen. Die lichte Weite zwischen den Pfahlrei
hen liegt nach [U 7] bei minimal ca. 6,8 m. Für die Bodenplatte des U-Bahn Tunnels wurde vermut
lich ein Bettungsausfall für den Fall der Unterfahrung angesetzt, und davon ausgegangen, dass die
Gründungslasten in diesem Fall über die Pfähle abgetragen werden. Bei den Pfählen soll es sich
nach [U 7] um bewehrte Bohrpfähle mit einem Durchmesser von 1,2 m handeln.
Der lichte Pfahlabstand quer zum geplanten Tunnelvortrieb von ca. 6,8 m ermöglicht somit keinen
maschinellen Vortrieb auf Basis des in Kapitel 5.1 genannten Regelprofils mit einem Außendurch
messer von ca. 9,1 m, wenn die Vorsorgemaßnahme wie ursprünglich vorgesehen, für den Tunnel
der Nordmainischen S-Bahn verwendet werden soll. Da die Vortriebstechnik des maschinellen
Tunnelbaus seit 1987 erheblich weiterentwickelt wurde, sollte die vorhandene Vorsorgemaßnahme
im Rahmen der Planung des Tunnels für die Nordmainische S-Bahn in diesem Bezug auf ihre
Notwendigkeit hin überprüf! werden.
Es ist technisch ausführbar, die vorhandenen Pfahlreihen über einen dazu herzustellenden Ver
sorgungsschacht und einen bergmännischen Pilotstollen im Bereich des geplanten Tunnelvortriebs
abzubrechen und die dann verbleibende Flachgründung der U-Bahn nötigenfalls so zu ertüchtigen,
dass ein maschineller Vortrieb problemlos durchgeführt werden kann. Die Tunnelschale der zu ers
tellenden Röhren ist dann auf die erhöhten Anforderungen aus der überlagernden U-Bahn-Station
zu bemessen. Entsprechende Arbeiten wurden für den City Tunnel in Leipzig im Bereich des
mehrstöckigen Hotels Mariott mit komplexen Gründungsverhältnissen ausgeführt. Zusätzlich kann
durch die seit 1987 erheblich fortgeschrittene Rechentechnik eine Neuberechnung der Grün
dungsverhältnisse des U-Bahn-Tunnels und der Interaktion zwischen bestehendem Bauwerk und
geplantem Tunnel durchgeführt werden, mit denen sich u. E. entspreChende Reserven im Hinblick
auf die Gründung und die Bodenplatte ermitteln lassen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 68 11.01.2012
Die aus den Abbruchmaßnahmen entstehenden zusätzlichen Kosten sind im Rahmen der Ent
wurfsplanung bzw. im Rahmen einer Risikoanalyse I eines Vergleichs der Spritzbetonbauweise mit
einem maschinellen Vortrieb im konkreten Fall, besonders unter Berücksichtigung der Grundwas
serproblematik beim Spritzbetonvortrieb, zu bewerten. Nach den Erfahrungen bei vergleichbaren
Projekten sind die zusätzlichen Kosten im Vergleich zu den Kosten der Gesamtbaumaßnahme und
den ggf. vorhandenen Ausführungsrisiken (s.o.) von untergeordneter Relevanz.
5.5 Ein- und Ausfahrsicherung Station Frankfurt/Main - Ost I Danziger Platz
An den Stirnseiten der Baugrube wird zur Ein- bzw. Ausfahrt der Tunnelbohrmaschine aus der
Baugrube ein Dichtblock empfohlen. Ca. 5 - 6 m über der Firste des Tunnels ist an den Stirnwän
den mit quartären, durchlässigen Schichten zu rechnen. Die Sande und Kiese der Mainterrasse
wurden bis ca. 9,0 m unter GOF angetroffen. Darunter folgt zunächst der Verwitterungshorizont
der Cerithienschichten mit zT stark wechselnden Durchlässigkeiten. Ein hinreichende Abdichtung
durch die Cerithienschichten kann nach den Erkundungsergebnissen somit nicht vorausgesetzt
werden.
Für die Ausfahrt aus der Station bzw. für die Einfahrt in die Station Frankfurt/Main Ost sind bei
nicht abgesenktem Grundwasserspiegel somit Zusatzmaßnahmen erforderlich, um Boden- und
Wassereinbrüche zu verhindern. Zusätzlich zu einer entsprechenden Brillenwandausbildung ein
schließlich entsprechender Ein- und Ausfahrtöpfe und -dichtungen sind erdseitig der Baugruben
umschließungen Dichtblöcke herzustellen. Folgende Herstellungsverfahren kommen dabei infrage:
• Injektionsblöcke;
• HDI-Dichtblöcke;
• Gefrierblöcke,
• gegreiferter Magerbetonblock I Zement-Betonit-Block.
Injektionsblöcke sind aufgrund des heterogenen Baugrundaufbaus im Bereich der Station Frank
furt lOst nur sehr schwer mit einer ausreichenden Dichtigkeit herzustellen. Am beiden Enden der
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 69 11.01.2012
geplanten Station liegt der Ein-/Ausfahrtbereich zwar noch vollständig in den grauen Cerithien
schichten (Schicht 11.5a), es liegt aber eine Wechsellagerung von Kalksanden, Tonen und Kalk
bänken vor, in denen vermutlich auf Grund von Verkarstung ein Kernverlust bei den Erkundungs
bohrungen aufgetreten ist. Aufgrund der wechselnden Schichten und der stark unterschiedlichen
Durchlässigkeiten ist ein Abdichtungserfolgt nur schwer zu erreichen. Grundsätzlich müsste eine
Mehrstufige Injektion durchgeführt werden. Zunächst muss mit einer entsprechend dickflüssigen
Suspension die Wasserwegigkeiten in den Kalkbänken abgedichtet werden. Zur Abdichtung der
Sande ist eine Zement- oder Feinzementinjektion erforderlich. In einem weiteren Injektionsgang
müssten dann mit Feinstzementen die verbleibenden Hohlräume und die feinsandigen bis bindigen
Schichten abgedichtet werden.
HDI-Dichtblöcke sind in den rolligen und bindigen Böden grundsätzlich ausführbar. In den Kalk
steinbänken wird sich kein HDI-Körper oder ggf. ein Körper mit nur geringem Durchmesser ausbil
den, Ggf, vorhandene Klüfte in den Kalksteinbänken werden aber mit der Suspension wirksam
verschlossen.
Mit Bezug auf die Havarie am Landwehrkanaltunnel in Berlin müssen die Bohrungen bei der Hers
tellung jedoch sorgfältig auf ihre Richtungsgenauigkeit hin untersucht werden, In entsprechenden
Versuchsfeldern sind in identischen Böden die erreichbaren Durchmesser nachzuweisen. Vor In
betriebnahme ist die Dichtigkeit der Blöcke z, B, durch Kernbohrungen und Wasserabpressversu
che zu prüfen, Die betreffenden Bohrungen sind anschließend zu verpressen, Gleiches gilt für Ge
frierblöcke,
Im Schutze eines Verbaus (vorgebohrter Spundwandverbau, unbewehrter Bohrpfahlverbau) kann
im Unterwasseraushub ein gegreiferter Magerbetondichtblock / Zement-Betonit-Block erstellt
werden. Alternativ kann ein solcher Magerbeton Dichtblock auch mit in der Fläche überschnittenen
Großbohrpfählen ohne Verbau hergestellt werden, Ein solcher Dichtblock ist zwar vergleichsweise
aufwendig herzustellen aber leicht kontrollierbar und relativ sicher wasserdicht auszuführen, Die
Fuge zwischen Verbauwand der Station und Dichtblock muss nach dem Abbinden des Dichtblocks
wasserdicht verpresst werden, Hierzu sind während der Erstellung des Dichtblocks Verpress
schläuche einzubauen,
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 70 11.01.2012
Für das Ein- und Ausfahren sind Havariekonzepte zu erstellen. Diese werden zweckmäßigerwei
se mit Brunnenbohrungen kombiniert, aus denen im Notfall mit entsprechend leistungsstarken
Pumpen die erforderliche Absenkung erzielt werden kann. Wegen der z.T. hoch durchlässigen rol
ligen Böden und dem beträchtlichen Wasserdruck über der Firste wird empfohlen das Grundwas
ser für den Ausfahr-Einfahr-Vorgang kurzfristig abzusenken. Voraussichtlich reicht dazu eine Ab
senkung für wenige Tage mit entsprechend geringen Reichweiten aus. Gegebenenfalls kommt
auch eine Teilabsenkung infrage.
Im Falle eines maschinellen Tunnelvortriebs ist als Variante eine Durchfahrt des Tunnelvortriebs
vor Herstellung der Stationsbaugrube zu prüfen. Es kann in diesem Fall auf die technisch aufwen
digen Dichtblöcke für den Einfahr-/Ausfahrvorgang und eine entsprechend angepasste Ausführung
der Baugrubenumschließung (Bewehrung, etc.) verzichtet werden, der Transport der Maschine
durch die Station entfällt ebenfalls.
5.6 Tunnelstrecke Station Frankfurt/Main - Ost bis Tunnelende km 54,245
Im Anschluss an die Station Frankfurt/Main - Ost in Richtung Hanau sind ca. 280 m Strecke unter
halb der Geländeoberfläche in zwei Röhren zu erstellen. Die Gradiente steigt von der Station mit
ca. 4 % in Richtung Hanau an. Bei ca. km 54+480 liegt die Trasse dann geländegleich mit der be
stehenden OB-Strecke 3660.
Laut den vorliegenden Unterlagen soll auf einer Länge von ca. 235 m, d.h. von ca. km 54+245 bis
km 54+480 ein Trogbauwerk erstellt werden. Vom Ende der Station (ca. km 53+930) bis zum Be
ginn des Trogs ist derzeit ein bergmännischer Vortrieb geplant, der allerdings in Abhängigkeit von
den geotechnischen Randbedingungen abschnittsweise offen hergestellt werden kann bzw. muss.
Nach Auswertung der Erkundungsergebnisse und den Archivunterlagen wird für einen bergmänni
schen Vortrieb ohne Zusatzmaßnahmen eine Mindestüberdeckung vom einfachen Tunneldurch
messer (1 x 0) erforderlich. Ab etwa km 54,1 ist damit zu rechnen, dass in der Tunnelfirste Auffül
lungen des Bahndamms angetroffen werden. Vorauslaufend zu dieser Station werden Zusatzmaß-
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 71 11.01.2012
nahmen für die bergmännische Auffahrung der Tunnelröhren erforderlich. Für einen maschinellen
Vortrieb sowie für die Spritzbetonbauweise kann eine Sicherung des über der Tunnelfirste lagern
den Bodens durch eine Baugrundvergütung (Zement-Injektionen, HDI, etc.) erfolgen.
Alternativ kann dieses Teilstück bis zum Beginn des Trogs auch im Hinblick auf die nicht vorhan
dene Bebauung in einer offenen Bauweise errichtet werden, die ggf. wirtschaftlicher ausgeführt
werden kann als ein bergmännischer Vortrieb.
6. STATION FRANKFURT/MAIN - OST I DANZIGER PLATZ
6.1 Allgemeine Randbedingungen für den Bau der Station
Im Bereich des Danziger Platzes ist die Errichtung einer unterirdischen S-Bahn-Station geplant
(km 53+717 bis km 53+930). Die Station soll sowohl am östlichen und westlichen Ende der Station
als auch im mittleren Bereich über Zugangsbauwerk mit Treppen, Fahrtreppen und Aufzügen über
eine B-Ebene an die Oberfläche erschlossen werden. Am Westende der Station ist ein Zugang zur
B-Ebene der angrenzenden U-Bahn-Station mit Treppen und Fahrtreppen vorgesehen. Die Station
soll einen Mittelbahnsteig mit 210 m Nutzlänge erhalten. Nach [U 7] soll die Gründungssohle des
Stationsbauwerks am östlichen und westlichen Ende jeweils bei ca. 75,4 m NHN (zzgl. 0,6 m Kies
filterschicht, UK m Kiesfilterschicht, UK 74,8 m NHN) und damit ca. 24,5 m unter GOF liegen. Die
se Bereich sind jeweils ca. 20 m lang. Im mittleren Bereich der Station ist die Gründungssohle auf
76,55 m NHN (zzgl. 0,5 m Kiesfilterschicht, UK m Kiesfilterschicht, UK 76,05 m NHN) und damit
ca. 23,5 m unter GOF vorgesehen. Die Breite des Bauwerks soll nach [U 5] ca. 22 m betragen und
sich zu den Bauwerksende auf ca. 25,3 m aufweiten. Für die Baugrube sind Bohrpfahl- oder
Schlitzwände mit einer Stärke von 1,5 m vorgesehen, so dass sich unter Berücksichtigung eines
Arbeitsraums von 0,5 m die Breite der Baugrube bezogen auf die Außenkante der Verbauwände
zu ca. 24 m ergibt. Das Bauwerk soll im Wesentlichen bis zur Geländeoberfläche hoch geführt
werden.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 72 11.01.2012
6.2 Geologische Verhältnisse im Bereich der Station
Im Bereich des Danziger Platzes stehen zuoberst Auffüllungen (Schicht 1) mit Mächtigkeiten von
bis zu ca. 9 m, im Mittel 5 - 6 m an. Der östliche Bereich der geplanten Station liegt bereits in der
etwa 3 m hohen Dammaufschüttung der Gleisanlagen, so dass hier mit Auffüllmächtigkeiten von
bis zu ca. 12 m zu rechnen ist. Unter den Auffüllungen liegen bereichsweise Auelehme (Schicht
1.2b) mit Schichtmächtigkeiten von bis zu ca. 3 m vor.
Darunter, bzw. wo die Auelehme fehlen, direkt unter den Auffüllungen, folgen Sande und Kiese der
Mainterrassen (Schicht IA). Die Terrassen des Mains sind hier bis ca. 8 m mächtig. Darunter ste
hen bis zur vorliegenden Erkundungstiefe von ca. 40 m die Cerithienschichten (Schicht 11.5) an. In
flaten- und Hydrobienschichten sind im Bereich der Station bereits ausgekeilt und fehlen deshalb.
6.3 Grundwasserverhältnisse im Bereich der Station
Das Grundwasser wurde nach den aktuellen Messungen sowie nach [U 2] und [U 4] zwischen 92,8
und 94,7 m NHN angetroffen. Die bislang beobachteten tiefsten Wasserstände von ca. 86 - 88,3
m NN sind auf die Grundwasserhaltungsmaßnahmen an den benachbarten U-Bahn- und S-Bahn
Baulosen zurückzuführen.
Die Schienenoberkante im Bereich der Station der S-Bahn-Strecke ist in [U 6] mit 81,83 m NHN
angegeben. Die OK der Station liegt demnach bei ca. 90,3 m NHN und somit ca. 9,7 m unter der
Geländeoberfläche des Danziger Platzes. Das Stationsbauwerk liegt somit, mit Ausnahme der Zu
gänge, weitgehend in den Cerithienschichten (Schicht 11.5). Das Stationsbauwerk liegt auf jedem
Fall (mit Ausnahme der Zugänge) vollständig unter dem Grundwasserspiegel. Direkt über dem
Stationsbauwerk stehen die Sande und Kiese der Mainterrasse (Schicht IA) an, sodass von einer
dauerhaften Grundwasserbeanspruchung des Bauwerks auszugehen ist.
Eine nennenswerte Beeinflussung des quartären und tertiären Auqifers gegeneinnader, konnte mit
den Versuchen nicht festgestellt werden. Es kann daher zu mindestens lokal tür den Danziger
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 73 11.01,2012
Platz davon ausgegangen werden, dass der quartäre und der tertiäre Grundwasserleiter vo
neinander durch ein durchgehendes, geringer durchlässiges Schichtpaket getrennt sind.
Bei den Pumpversuchen in den quartären Messstellen BK 08/07 und BK 09/05 konnte weder in
den quartären noch in den tertiären umliegenden Messstellen eine Absenkung festgestellt werden,
obwohl der Absenkbetrag in der BK 08/07 mit 4,2 m erheblich ist Dies lässt auf eine geringe
Reichweite bei nicht allzu hoher Durchlässigkeit des Quartärs (ca, 1 x 10-4 m/s) schließen,
Beim Langzeitpumpversuch in der BK 09/03 (Absenkung = 11,8 m) wurden noch deutliche Ab
senkbeträge in den ca, 120 m entfernt liegenden Beobachtungsmessstellen BK 09/06 und BK 13
(B) im Tertiär festgestellt, während die näher liegenden quartären Messstellen BK 09/05 und BL
08/07 keine Absenkung zeigten,
Beim Pumpversuch in der BK 09/06 (Absenkung = 21,2 m) im Tertiär wurde in der ca, 19,4 m ent
fernten tertiären Messstelle B 13 (B) noch eine maximale Absenkung von 1,24 m gemessen, Die
weiter entfernten tertiären Messstellen BK 09/08 (ca, 77 m entfernt) und BK 08/015 (ca, 130 m ent
fernt) zeigen kaum noch eine Absenkung (3 cm bzw, 5 cm), Ebenso konnte in den quartären
Messstellen (BK 08/07, BK 09/05 und BK 09/10), die zwischen 43 mund 70 m entfernt liegen, kei
ne Absenkungen festgestellt werden,
Die Beobachtungsmessstellen im Tertiär (BK 09/06, BK 13(B) und BK 08/05) zeigen während dem
Pumpversuch in der BK 09/08 (Tertiär) eine Absenkung mit allerdings deutlich kleineren Beträgen,
Bei diesem Versuch zeigt aber auch die quartäre Messtelle BK 08/07 eine leichte Absenkung, In
sgesamt ist dieser Pumpversuch und die Beobachtungsmessungen aber von anderen Effekten
(wahrscheinlich Wasserentnahmen, u,a, der EZB) überprägt
Während der Beobachtungszeit der Pumpversuche wurde unabhängig von den Pumpversuchen
ein zT deutliches Absinken des Grundwasserspiegels in fast allen Messstellen (sowohl im quartär
als auch im Tertiär) beobachtet Die Grundwasserabsenkung wurde etwa ab dem 10,05,2010 bis
zum 29.05,2010 beobachtet, z.T, (BK 08/15) auch nur bis zum 21.05,2010, Danach verblieb der
Grundwasserspiegel in den meisten GWM's auf dem niedrigen Niveau. In diesem Zeitraum wurde
ein kontinuierliches Absinken um bis zu ca, 10 cm bis 15 cm festgestellt Die Messwerte wurden
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 74 11.01.2012
automatisch aufgezeichnet und sind luftdruckkompensiert. Eine Darstellung aller Messwerte findet
sich in Anlage 10. Die größten Absenkbeträge wurden in diesem Zeitraum nahe der EZB in der
GWM SO 1 B 96 mit ca. 35 cm festgestellt, was ggf. auf ein anlaufen der Grundwasserhaltung für
die Baugrube der EZB hindeuten könnte. Nach Osten kann eine langsame Abnahme festgestellt
werden. Am Westende des Danziger Platzes wurde in der BK 08/05 noch eine Absenkung von ca.
13 cm gemessen. In der östlichsten gemessenen Messstelle (BK 08/15) wurde noch eine Absen
kung von ca. 5 cm beobachtet. Diese Messstelle liegt von der Baugrube der EZB ca. 1.250 m ent
fernt. Auch die quartären Messstellen zeigten entsprechende Absenkung (BK 08/07 = 7,4 cm).
Großräumig ist somit von einer Verbindung des quartären und tertiären Grundwasserleiters
auszugehen. Bei einer lang andauernden Grundwasserhaltung ist nach diesen Beobach
tungen von einer erheblichen Reichweite auszugehen!
Die Reichweiten der Absenkungen liegen rein rechnerisch in einer Größenordnung zwischen ca.
10 bis 500 Meter in der quartären Überlagerung (i.W. Schicht 1.4) und zwischen ca. 50 und 350
Meter im den grauen Cerithien (Schicht 11.5a). Dies deckt sich im Wesentlichen auch mit den
Messwerten an den Beobachtungsmessstellen während der Pumpversuche. Diese Werte wurden
aus den Daten der Absenkung und der ermittelten krWerte nach der Formel von SICHARDT ge
bildet. Diese theoretischen Werte decken sich mit den Beobachtungen aus den benachbarten Pe
geln, die während der Pump- und Wiederanstiegsphase gemessen wurden.
Die qualitative Auswertung der WD-Tests in Tabelle 4.4-1 zeigt relativ deutlich, dass in den grauen
Cerithien (Schicht 11.5a) insbesondere mit Wasserzutritten über Klüfte zu rechnen ist. Durch Erosi
on von Kluftfüllungen können die Wassermengen bei langer Pumpdauer durchaus auch ansteigen.
Außerdem ist durch die Erosion mit einem Transport von Feinteilen zu rechnen. Die Brunnen und
Filter der Brunnen sind darauf auszulegen. Die grünen Cerithien (Schicht 11.5b) hingegen sind als
weitgehend homogener Grundwassergeringleiter anzusehen. Einzelne Klüfte führen scheinbar
nicht zu weitreichenden Wasserwegsamkeiten.
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 75 11.01.2012
6.4 Bergmännische Bauweise
Das Stations bauwerk kann grundsätzlich in offener Bauweise oder bergmännisch hergestellt wer
den. Die Entscheidung hierüber ist sowohl auf der Basis von bautechnischen und wirtschaftlichen
Gesichtspunkten zu fällen als auch von der Zugänglichkeit abhängig, dies insbesondere unter Be
rücksichtigung der geplanten Überbauung eines Teils des Danziger Platzes mit einem Bürohaus
durch einen Investor.
Für eine Ausführung des Stationsbauwerks in bergmännischer Bauweise sind die Hinweise und
Empfehlungen für die Tunnelstrecke zu beachten. Zunächst sind bei einer bergmännischen Bau
weise der Station die Tunnelröhren aufzufahren. Diese können sowohl maschinell als auch in
Spitzbetonbauweise aufgefahren werden.
Bei der Spitzbetonbauweise kann im Bereich des Bahnsteigs ein einheitlich großer Hohlraum, als
unterteilter Vortrieb, aufgefahren werden. Beim maschinellen Vortrieb sind zunächst zwei Tunnel
röhren mit dem vorgesehenen Durchmesser der Tunnelstrecke aufzufahren, die dann mit der
Spitzbetonbauweise im Bereich der Bahnsteige aufzuweiten sind.
6.5 Offene Bauweise I Baugrube
Die Aushubsohle (UK Filterschicht = 74,8 / 76,05 m NHN) des Stationsbauwerks liegt in den grau
en Cerithien (Schicht 11.5a) ca. 6,0 - 12,5 m über der OK der grünen Cerithien (Schicht 11.5b). Der
geringste Abstand ergibt sich an der Süd-Ost-Ecke, der größte Abstand an der Nord-West-Ecke
der Station.
Bei einer Errichtung der Station in offener Bauweise kann das Bauwerk entweder im Schutze einer
Grundwasserabsenkung oder in einer wasserdruckhaltenden Baugrube erstellt werden. Bei einer
Grundwasserabsenkung ist das Grundwasser bis mindestens 0,5 munter Aushubsohle abzusen
ken. Es ist mit einer vergleichsweise hohen Grundwasser-Fördermenge zu rechnen.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 76 11.01.2012
Für die Baugrube wird aufgrund der zumindestens im Nahbereich von Bebauung und von Infrast
rukturwegen erforderlichen Verformungsbeschränkung der Ansatz der erhöhten aktiven Erddrucks
(eh = 0,5 x eo + 0,5 x eah) empfohlen. Im Bereich ohne Bebauung oder gefährdeten Verkehrswege,
Leitungen im Einflussbereich der Baugrube, kann grundsätzlich der aktive Erddruck angesetzt
werden. Es ist aber darauf zu achten, dass der Verbauwand auch eine entsprechende Verfor
mungsmöglichkeit gegeben wird. Bei einer ausgesteiften Baugrube ist dies i. d. R. nicht gegeben.
Insbesondere dann nicht, wenn die Steifenkräfte so ausgelegt werden, dass die Verformungsbe
schränkungen auf einer Seite der Baugrube aufgrund anstehender Bebauung eingehalten werden.
Es ist dann in der Regel auch auf der gegenüberliegenden Baugrubenseite ein erhöhter aktiver
Erddruck anzusetzen. I.d.R. ist davon auszugehen, dass vor Aktivierung des aktiven Erddruckes
eine Kopfverformung des Verbaus von ca. 1 % der freien Höhe erforderlich ist. Zusätzlich ist bei
wasserdichten Verbauwänden der Wasserdruck anzusetzen. Zur Verminderung des effektiven
Wasserdrucks auf die Verbauwand kann die Einbindetiefe unter der Baugrube begrenzt werden
und die einströmende Restwassermenge in der Baugrube gefasst und abgeleitet werden (teilwas
serdichter Verbau) oder eine lokale Entspannung / Absenkung des Wasserdrucks hinter der Ver
bauwand mittels Entspannungsbrunnen erfolgen. Es ist dann nur der verbleibende Wasserdruck
anzusetzen.
Bei Ausführung einer wasserdruckhaltenden Baugrube sind zum einen die Verbauwände wasser
dicht auszuführen (Spundwände, überschnittene Bohrpfahlwände, Schlitzwände) und zum anderen
die Baugrubensohle wasserdicht auszubilden. Die Sohlabdichtung kann grundsätzlich entweder
durch eine tiefliegende Injektionssohle, eine hochliegende und rückverankerte Injektionssohle oder
eine rückverankerte Unterwasserbetonsohle erfolgen. Grundsätzlich besteht aber auch die Mög
lichkeit die Verbauwände bis in die grünen Cerithien zu führen und die natürliche Abdichtfunktion
dieser gering durchlässigen Schicht zu nutzen. Injektionssohlen wie z.B. Niederdruckinjektionen
mit Zementsuspensionen oder auch eine Weichgelinjektion sind aufgrund der heterogenen Ausbil
dung der Cerithienschichten und der damit verbundenen großen Durchlässigkeitsunterschiede
voraussichtlich technisch nicht sicher ausführbar und werden daher nicht empfohlen. In allen Va
rianten ist erfahrungsgemäß mit Restwassermengen von ca. 1 - 3 1/ s je 1.000 m2 benetzter Dicht
fläche zu rechnen.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 77 11.01.2012
Der Einbau einer Düsenstrahlinjektionssohle ist in Kalkbänken, die in den grauen Cerithienschich
ten (11.5a) in allen Tiefenlagen und nicht horizontbeständig vorkommen, technisch kaum ausführ
bar. Die Baugrube kann aber grundsätzlich als Unterwasseraushub ausgehoben und mit einer Un
terwasserbetonsohle wasserdicht abgeschlossen werden. Aufgrund des anzunehmenden erhebli
chen Wasserdrucks von bis zu 19,1 m wird die Auftriebssicherheit der Betonsohle allein durch Ei
gengewicht nicht zu erreichen sein und eine (mindestens temporäre) Auftriebssicherung mittels
Zugpfählen / Mikropfählen (rückverankerte Sohle) erforderlich werden.
Als Verbauarten kommen grundsätzlich Spundwände oder massive Verbauarten, wie z.B. Schlitz
wände oder Bohrpfahlwände in Frage. Für die Herstellung einer Baugrube im Schutze einer
Grundwasserabsenkung kann auch ein Baugrubenverbau mit Bohrträgerwänden erfolgen. Die
Träger können aufgrund der Festigkeit der Cerithienschichten nicht gerammt werden, sondern sind
in Bohrlöcher einzustellen.
In den Auelehmen (Schicht 1.2b) ist mit einer mittelschweren Rammbarkeit, in den Mainterrassen
(Schicht 1.4) mit einer mittelschweren bis schweren Rammbarkeit zu rechnen. Die Cerithienschich
ten müssen aufgrund der eingelagerten Kalkbänke als nicht rammbar angesehen werden. Für den
Einsatz von Spundwänden ist daher von einem erheblichen Mehraufwand für Vorbohren (über
schnittenes Vorbohren) auszugehen.
Die Bewegung des Wandkopfes einer Spundwand oder einer Bohrträgerwand zur Baugrube hin
können bei mitteldicht bis dicht gelagerten nicht bindigen Böden oder bei mindestens steifen bindi
gen Böden 2 bis 5 % der freien Wandhöhe betragen. Die Horizontalverformungen massiver Ver
bauarten mit Aussteifungslagen können bis auf 1 - 2 %0 bezogen auf die freie Wand höhe begrenzt
werden.
Die bodenmechanischen Rechenwerte für die Standsicherheitsberechnungen des Baugruben
verbaus können Tabelle 3.2-1 entnommen werden. Für die Bemessung einer Verbauwand darf der
Wandreibungswinkel für Spundwände und Bohrpfahlwände höchstens mit /öaJp/ = 2/3 (jlk' angesetzt
werden, für Schlitzwände höchstens mit /Öa/p / = 1/2 (jlk"
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 78 11 .01 .2012
Für die Bemessung der Bohrpfahlwand können die charakteristischen Kennwerte gemäß Tabelle
6.5-1 angesetzt werden. Dabei ist die Gruppenwirkung der Pfahlreihe zu berücksichtigen. Für die
Mantelreibung darf daher nur die entsprechende Umhüllende der aktivierten Mantelfläche ange
setzt werden.
Schicht Schichtbezeichnung charakteristischer Pfahlspitzenwi- charakteristische
Nr. derstands qb,k Mantelreibung qSl,k
[kN/rn'] [kN/rn2)
1.4 Mainterrasse - 105
11.5 Cerithienschichten s/D - 0,02 950 65
s/D = 0,03 1.200
s/D = 0,10 1.600
Tabelle 6.5-1 : Charakteristische Kennwerte für Bohrpfähle
Zur Ermittlung der maßgebenden Biegemomente aus horizontaler Belastung der BOhrpfahlwand
kann für die Cerithienschichten unterhalb der Baugrubensohle von den charakteristischen Bet
tungsmoduli gemäß Tabelle 6.5-2 ausgegangen werden.
Tiefe unter Baugrubensohle charakteristischer Bettungsrnoduli ks,k
[MN/rn']
0-3m 0- 100 (linear zunehmend)
>3m 100
Kalkbänke 1.000
Tabelle 6.5-2: Charakteristische Bettungsmoduli für BOhrpfähle in den Cerith ienschichten
Voraussichtlich ist eine mehrlagige Rückverankerung oder Aussteifung erforderlich . Für eine
Rückverankerung der Verbauwand können Verpressanker verwendet werden. Die Verpressstre
cken sollen in den Sanden und Kiesen der Mainterrassen (Schicht 1.4) oder den Cerithienschichten
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 79 11.01.2012
(Schicht 11.5) liegen. In den bindigen Auelehmen (Schicht 1.2b) und in den heterogen zusammen
gesetzten Auffüllungen (Schicht 1.1) dürfen keine Verpressstrecken angeordnet werden.
In den Mainterassen (Schicht 1.4) kann nach Ostermayer bei mindestens mitteldichter Lagerung
eine charakteristische Mantelreibung gemäß Tabelle 6.5-3 angesetzt werden. Für die Cerithien
schichten (Schicht 11.5) kann aufgrund des stark wechselnden Schichtaufbaus nur ein unterer
Grenzwert der Tragfähigkeit angegeben werden. Es wird allerdings empfohlen den Herausziehwi
derstand mittels Grundsatzprüfungen festzulegen und dann entsprechend der Prüfergebnisse an
zusetzen.
Für die Bemessung von Ankern können die charakteristischen Werte der Mantelreibung gemäß
Tabelle 6.5-3 angesetzt werden.
Zur wirtschaftlichen Auslegung der Verpressanker wird empfohlen, Untersuchungsprüfungen ge
mäß DIN EN 1537 auszuführen. Jeder Bauwerksanker ist einer Abnahmeprüfung zu unterziehen.
Die Regelungen insbesondere der DIN 1054 und DIN EN 1537 sind zu beachten.
Schicht charakteristische Mantelreibung qM.k
[kN/m"]
Mainterrasse (Schicht 1.4) 300
Hydrobienschichten (Schicht 11.3)
Inflatenschichten (Schicht 11.4) 100 ' ) (150 _ 200 2»
Cerithienschichten (Schicht 11.5) 1) unterer Grenzwert 2) mit doppeltem Nachverpressen
Tabelle 6.5-3: Charakteristische Mantelreibung für Verpressanker
Eine Unterwasserbetonsohle muss zur (bauzeitigen) Gewährleistung der Auftriebssicherheit
rückverankert werden. Es wird eine Rückverankerung über Mikropfähle empfohlen. Die Mikro-
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 80 11.01.2012
pfähle können i. d. R. erst nach Aushub der Baugrube vom schwimmenden Ponton aus abgeteuft
und hergestellt werden.
Die für die Rückverankerung gegen Auftriebs empfohlenen Mikropfähle in der Unterwasserbeton
sohle liegen voraussichtlich vollständig in den Cerithienschichten (Schicht 11.5). Unter Berücksichti
gung der Erfahrungswerte der DIN 1054 und der EA Pfähle sowie den Ergebnissen der Laborver
suche, kann für verpresste Mikropfähle eine charakteristische Pfahlmantelreibung Qs1.k= 120 kN/m2
in den Cerithienschichten zugelassen werden. Auch für die Mikropfähle wird die Ausführung einer
Untersuchungsprüfung empfohlen. Es wird erwartet, dass eine höhere als die o. g. Mantelreibung
nachgewiesen werden kann.
Beim Unterwasseraushub sind die ab etwa 10m unter GOF zu erwartenden harten Kalkbänke der
Cerithienschichten zu berücksichtigen. Aufgrund der großen Tiefe der Baugrube können diese
vermutlich aus gerätetechnischen Gründen nicht mehr mit Meisseleinsatz oder Fräseinsatz gelöst
werden. Es sind daher voraussichtlich Lockerungssprengungen unter Wasser erforderlich.
Bei einer entsprechenden Einbindung wasserdichter Baugrubenwände in die grünen Cerithien
schichten (Schicht II.5b) unterhalb der Aushubsohle ist aufgrund der überkonsolidierten Tone von
einer stark reduzierten vertikalen Durchlässigkeit auszugehen. Es ist dann, eine hinreichende Ein
bindung vorausgesetzt, die auch eine ausreichende Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch
gewährleistet, keine Sohlabdichtung erforderlich. Es ist dann nur eine Restwasserhaltung in der
Filterschicht zu betreiben.
Die Errichtung der Baugrube mit wasserdichten Verbauwänden aber ohne horizontale Sohlabdich
tung, dafür aber mit Entspannungsbrunnen zur Beherrschung des Wasserdrucks stellt eine weitere
technisch aufwendige, außergewöhnliche Lösung zur Realisierung der Baugrube dar. Im Frankfur
ter Stadtgebiet wurde ein solches Baugrubenkonzept z. B. für die Baugrube des Hochhauses Galli
leo bereits umgesetzt.
Das Baugrubenkonzept wasserdichter Verbau mit Entspannungsbrunnen besteht aus den
nachfolgend aufgeführten Elementen:
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 81 11.01.2012
• wasserdichter, vertikaler Baugrubenverbau;
• vergleichsweise gering durchlässige Schicht (bezogen auf die vertikale Durchlässigkeit) unter
der Baugrubensohle;
• Entspannungsbrunnen in der Baugrube, sowie bei Erfordernis auch außerhalb der Baugrube
zur Verminderung des Wasserdrucks auf die Verbauwand.
Die Entspannungsbrunnen werden als verfilterte Brunnen ausgeführt. Das Wasser tritt drucklos auf
Höhe der Baugrubensohle (BGS) bzw. auf Höhe der Filterschicht aus. Es ist somit keine Pumpe im
Brunnen erforderlich. Das austretendes Wasser wird am Brunnenkopf in Draingräben oder einem
Flächenfilter gefasst, gesammelt und aus der Baugrube gehoben. Es wird empfohlen die Entspan
nungsbrunnen im Sinne eines Havariekonzeptes so auszuführen, dass sie notfalls bepumpt wer
den können (entsprechender Durchmesser, etc.).
Folgende Effekte lassen sich für das Konzept erkennen:
• da die Brunnen wesentlich durchlässiger als der Baugrund sind, tritt im Tiefenbereich der Fil
terstrecke kein Strömungsdruck im Baugrund auf (ausschließlich Strömung im Brunnen). Eine
Strömung kann in der Baugrube nur zwischen den Brunnen entstehen. Dadurch wird die Ge
fahr eines hydraulischen Grundbruchs im Bereich der Baugrube deutlich gesenkt;
• es besteht lokal am Danziger Platz keine direkte Verbindung zwischen Baugrube und den hoch
durchlässigen Terrassensanden/-kiesen (Schicht 1.4) und somit wird keine große Absenkung
im quartären, oberen Grundwasserleiter erwartet;
• da die vertikale Durchlässigkeit der Cerithienschichten (Schicht 11.5) deutlich kleiner als die der
Terrassensedimente (Schicht 1.4) ist, tritt die Strömung im Wesentlichen nur in den Cerithien
schichten auf;
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 82 11.01.2012
• aufgrund flacher Neigung des Schichtenfalls kann nur eine begrenzte Wassermenge in den ho
rizontalen Sandlagen einströmen, dieses Wasser muss dann aber durch die bindigen Lagen
vertikal in die Baugrube und zu den Entspannungsbrunnen gelangen. Somit wird nur ein deut
lich verminderter Wasserandrang erwartet;
• da die Terrassensedimente (Schicht 1.4) deutlich stärker durchlässig sind als die vertikale
Durchlässigkeit der Cerithienschichten (Schicht 11.5) (Unterschied größer 1 Zehnerpotenz), wird
in den Terrassensedimenten nur eine geringe Absenkung f Beeinflussung auftreten; die Gefahr
des Herbeiziehens von Kontaminationen ist gering.
Für eine Abschätzung der Effekte, der auftretenden Wasserdrücke und der zu fördernden Was
sermenge wurde 2D-Finite-Elemente-Berechnungen für das Baugrubenkonzept mit wasserdich
ten Verbauwänden und innenliegenden Entspannungsbrunnen sowie außenliegenden schräg in
den Cerithien angeordneten Entspannungslanzen ausgeführt (Anlage 8.1 - 8.8). Zusätzlich wur
den 3D-Finite-Element-Berechnungen ausgeführt, um den Wasserdruck auf die Verbauwand
auch in der Mitte zwischen zwei Entspannungslanzen zu ermitteln (Anlagen 8.0 - 8.18). Die 2-D
Berechnungen wurden, auf der sicheren Seite liegend, zur Abschätzung der Wassermenge ver
wendet. Aus den 3-D-Berechnungen sind die auf die Verbauwand anzusetzenden Wasserdrücke
für einen Schnitt durch die Brunnen und einen Schnitt in der Mitte zwischen den Brunnen zu ent
nehmen.
Die nachfolgenden Randparameter der Baugrube wurden dabei für die Baugrube angesetzt:
• GOF:
• BG5:
100 m NHN
75,4 m NHN
• UK Filterschicht:74,8 m NHN
• Verbauwand: Bohrpfahlwand oder Schlitzwand Primärelemente mit UK auf 70,40 m NHN
• Breite der Baugrube: ca. 24 m
• Fußpunkt der innenliegenden Entspannungsbrunnen: 68,40 m NHN
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 83 11.01.2012
• Bemessungswasserstand im Bauzustand: 94,50 m NHN
Von der Verbauwand werden in der Modellrechnung nur die kürzeren Primärelementen berück
sichtigt. Es ist davon auszugehen, dass unterhalb der Primärelemente bei einer Öffnung der Ver
bauwand um annähernd 50 % auf der sicheren Seite liegend kein Einfluss der längeren Sekundär
elemente mehr gegeben ist.
Eine Verlängerung der Primärelemente würde die in die Baugrube einströmende Wassermenge
verringern, aber zu einer Erhöhung des Wasserdrucks auf die Verbauwand führen. Insofern ist hier
ein wirtschaftliches Optimum im weiteren Planungsprozess zu finden.
Für die Berechnungen wurde der obere quartäre Grundwasserleiter (Auffüllungen - Schicht 1.1,
Auesedimente - Schicht 1.2 und Sande und Kiese der Mainterrasse - Schicht 1.4) zu einem einheit
lichen Grundwasserleiter zusammengefasst. Das darunter anstehende Schichtpaket der grauen
Cerithien (Schicht 1I.5a) wurde für die Berechnungen ebenfalls zu einem (weiteren) Schichtpaket
mit einheitlichen Eigenschaften zusammengefasst. In Realität sind die Cerithienschichten aber aus
deutlich unterschiedlich durchlässigen Schichtpaketen aufgebaut. Im Wesentlichen setzen sich die
Cerithienschichten aus Tonen und Schluffen, Sanden (Kalksanden) und z. T. verkarsteten Kalk
steinbänken zusammen. Für die Berechnung wurden die im Zuge der aktuellen Erkundungsphase
ermittelten vergleichsweise hohen Durchlässigkeiten für das gesamte Schichtpaket angesetzt. Die
grünen Cerithien (Schicht II.5b) wurden ebenfalls zu einem Schichtpaket zusammengefasst und
wurden entsprechend den Erkundungsergebnissen der 2. EKP mit einer deutlich geringeren
Durchlässigkeit als die grauen Cerithien angesetzt.
EntspreChend dem Einfallen insbesondere der Schicht II.5b wurden zwei geologische Bereiche
modelliert. Zum einen die Nord-Ost-Ecke der Baugrube mit einer OK der grünen, undurchlässige
ren Cerithien bei ca. 69,6 m NHN und zum anderen die Süd-West-Ecke der Baugrube mit einer OK
der grünen, undurchlässigeren Cerithien bei ca. 62,3 m NHN.
Es wurden für die beiden geologischen Baugrundmodelle jeweils 2 hydrogeologische Bau
grundmodelle untersucht. Mit dem hydrogeologischen Modell 1 wird vertikal eine geringere
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 84 11.01.2012
Durchlässigkeit als horizontal modelliert, was den hydrogeologischen Eigenschaften der überkon
solidierten Tonschichten entspricht. Mit dem hydrogeologischen Modell 2 wird vertikal und horizon
tal die sei be Durchlässigkeit innerhalb der einzelnen Bodenschichten abgebildet. Es ist insoweit als
worst-case-Szenario innerhalb der Bodenschichten anzusehen. Die angesetzten Durchlässigkeiten
sind in Tabelle 6.5-4 zusammengestellt.
Schicht hydrogeol. Modell 1 hydrogeol. Modell 2
Terrasse kh - kv = 10'0 mfs kh = kv - 10'0 mfs
graue Cerithien kh - lO,b mfs, kv = 10'0 mfs kh - kv = lO'b mfs
grüne Cerithien kh - 5 X 10'7 mfs, kv - 5 x 10'0 mfs kh = kv - 5 x 10'7 mfs
Tabelle 6.5-4: Ansatz der Durchlässigkeiten in den hydrogeologischen Modellen
Die wesentlichen Berechnungsergebnisse werden in der Tabelle 6.5-5 zusammengefasst.
max. Wasser-hydrogeologisches Wasseranfall
Baugrundmodell druck Modell [11 (m Baugrube x h)J
[kN/m"]
Süd-West-Ecke 1
tief liegende Schicht 1I.5b (anisotroper Bau- 76 262
Schnitt im Brunnen grund)
Süd-West-Ecke 1
tief liegende Schicht 11.5b (anisotroper Bau- 77
Schnitt zwischen Brunnen grund)
Süd-West-Ecke 2
tief liegende Schicht 11.5b 93 1.077
Schnitt im Brunnen (isotroper Baugrund)
Süd-West-Ecke 2
tief liegende Schicht 11.5b 97
Schnitt zwischen Brunnen (isotroper Baugrund)
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 85 11.01 .2012
max. Wasser-hydrogeologisches Wasseranfall
Baugrundmodell druck Modell [11 (m Baugrube x h)]
[kN/m2]
Nord-Ost-Ecke 1
hoch liegende Schicht 11.5b (anisotroper Bau- 84 197
Schnitt im Brunnen grund)
Nord-Ost-Ecke 1
hoch liegende Schicht 11.5b (anisotroper Bau- 86
Schnitt zwischen Brunnen grund)
Nord-Ost-Ecke 2
hoch liegende Schicht 1I.5b 105 724
Schnitt im Brunnen (isotroper Baugrund)
Nord-Ost-Ecke 2
hoch liegende Schicht 11.5b 108
Schnitt zwischen Brunnen (isotroper Baugrund)
Tabelle 6.5-5: Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse
Bei den in Tabelle 6.5-5 angegebenen Wassermengen handelt es sich um rechnerische Wasser
mengen auf Basis der abgeschätzten Durchlässigkeiten aus den Pumpversuchen . Die WO-Tests
haben gezeigt, dass mit Erosion von Kluftfüllungen in den grauen Cerithien (Schicht 11.5a) zu rech
nen ist. Daher kann es zu einem Ansteigen der Wassermenge und der Durchlässigkeit über die
Zeit kommen. Die Förderanlagen sind daher auf eine höhere Förderleistung (empfohlener Sicher
heitsaufschlag: Faktor 2) auszulegen.
Ein Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch unter der Baugrube wurde geführt. Durch die
innenliegenden Entspannungsbrunnen, die unter den Fußpunkt der Verbauwand reichen, sowie
die außenliegenden Entspannungslanzen, findet nur ein geringer Potenzialabbau unter der Bau
grubensohle statt, so dass der Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch für alle Fälle erbracht
werden kann .
P2288B1 2011 1_Rev1
DR. SPANG
Projekt 28.2288 Seite 86 11.01.2012
Die Berechnungen zeigen, dass eine wirksame Reduzierung des Wasserdrucks auf die Verbau
wand mit den geplanten außenliegenden Entspannungsbrunnen möglich ist. Es ist sicherzustellen,
dass kein hydraulischer Kontakt zu einer höher durchlässigen Schicht besteht. Ein Verringerung
des Wasserdrucks auf die Verbauwand geht allerdings immer mit einer entsprechenden zu för
dernden Wassermenge einher und damit auch mit einer Beeinflussungen des Grundwasserspie
gels und somit ggf. auch der Bebauung und der Umwelt (Absenktrichter). Da die Grundwasserent
spannung aber in dem tertiären Grundwasserleiter vorgesehen ist und eine lokale Kopplung des
tertiären und des quartären Grundwasserleiters mit der vorliegenden Erkundung ausgeschlossen
werden konnte, wird sich der Einfluss der Grundwasserentspannung auf die Bebauung kaum be
merkbar machen. Der Grundwasserspiegel, der die Bebauung unmittelbar betrifft, ist der obere,
quartäre Grundwasserspiegel, der nach den Ergebnissen der hydrogeologischen Beobachtungen
der 2. EKP durch die Maßnahmen vergleichsweise gering beeinträchtigt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine hinreichende Überdeckung des Kopfs der außenliegenden
Entspannungsbrunnen in den Cerithien zu den stark Wasser führenden Terrassensanden vorhan
den sein muss. Wir empfehlen daher auf jeden Fall einen Mindestabstand von 5 m zwischen UK
erkundete Terrasse und OK Entspannungsbrunnen / Entspannungslanze.
7. BAUWERKS- UND BAUGRUNDINTERAKTIONEN
7.1 Einfluss des Tunnelvortriebes auf die Tagesoberfläche
Durch den bergmännischen Vortrieb erfährt die Tagesoberfläche je nach Gebirge, Tunneldurch
messer, Überdeckung und Vortriebsverfahren mehr oder weniger große Senkungen. Deren Ursa
chen und Verlauf werden nachstehend beschrieben. Als wesentliche Ursachen kommen in Be
tracht
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 87 11.01.2012
• Primäre Bodensenkungen durch Bodenentzug an der Ortsbrust sowie durch Entspannung
des Bodens an der Ortsbrust infolge unzureichender Stützung und gegebenenfalls im noch
nicht ausreichend gesicherten Bereich im unmittelbaren Anschluss an die Ortsbrust.
• Setzungen durch Grundwasserabsenkung über die Ortsbrust oder ggf. auch durch die erfor
derliche Entspannung des Druckspiegels, falls die Aufbruchsicherheit wegen zu geringer
Mächtigkeit des bindigen Bodens nicht ausreicht.
Senkungen können darüber hinaus durch Gefügeumlagerungen z.B. infolge Kurvenfahrten beim
maschinellen Tunnelvortrieb, aufgrund von Schwingungen die durch das Vortriebsverfahren er
zeugt werden (z.B. Lockerungssprengungen), durch Schildverformungen und durch eine unzurei
chende Stützung der Hohlraumleibung entstehen. Bei Schildvortrieben können darüber hinaus
Senkungen durch eine zu späte oder insgesamt unzureichende Füllung des Ringspaltes auftreten.
Aus der Bergschadenskunde und aus zahlreichen Untersuchungen nach [U 20], [U 18] und [U 19]
sowie aus praktischer Erfahrung ist bekannt, dass sich beim unterirdischen Tunnelvortrieb im Fest
wie im Lockergestein in axialer und in diametraler Richtung eine Senkungsmulde einstellt. Bei
homogenen Verhältnissen besitzt diese Senkungsmulde in diametraler Richtung annähernd die
Form einer Gaußkurve; dabei tritt die maximale Senkung über der Tunnelachse auf; zu den Seiten
läuft die Senkung auf Null aus.
Durch die beschriebene Form der Senkungsmulde ergibt sich in dem betroffenen Bereich nach
Abb. 7.1-1 nicht nur eine vertikale, sondern auch eine zum Muldentiefsten gerichtete laterale Ver
schiebung des Überlagerungsbodens. Aus der Kombination von vertikaler und horizontaler Boden
bewegung ergeben sich bei einer Tunnelröhre zwischen Trogmitte und Wendepunkten Pressun
gen, zwischen den Wendepunkten und der Außenkante der Senkungsmulde Zerrungen. Durch die
Form der Senkungsmulde ergeben sich die maximalen Schiefstellungen im Bereich des größten
Gefälles, d. h. im Bereich der Wendepunkte. Je nach Lage eines Bauwerks innerhalb der Sen
kungsmulde ergibt sich eine Muldenlagerung zwischen Trogmitte und Wendepunkt oder eine Sat
tellagerung. Es kann z.B. bei großen Gebäuden ein und dasselbe Gebäude teils in Muldenlage,
teils in Sattellage liegen.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 88 11.01.2012
Im Unterschied zu den in DIN 4019 behandelten Setzungen treten die durch den Tunnelbau indu
zierten Bauwerksverformungen nicht nach der Konsolidationstheorie bzw. durch die Zusammen
drückung des Bodens aufgrund der Auflast, sondern durch Bodenentzug auf. Ein weiterer Unter
schied ist, dass sich nach der Setzungstheorie Setzungen durch vertikale Bodenbewegungen er
geben, während der durch den Tunnelbau induzierte BOdenentzug - wie beschrieben - sowohl zu
vertikalen, als auch zu den bereits angeführten horizontalen Bodenbewegungen führt.
Bei Herstellung einer zweiten Tunnelröhre in einem Abstand von weniger als der halben Breite
des Senkungstroges überlagern sich die Einflüsse der beiden Vortriebe. Bei entsprechend enger
Lage addieren sich die Senkungsbeträge. Es sind dabei je nach lichtem Abstand der Röhren Sen
kungen bis zu den doppelten Größen zu erwarten. Bei dicht gelagerten Böden können sich noch
größere Werte ergeben, wenn das Gebirge beim Durchgang des ersten Vortriebs entsprechend
aufgelockert wird. Durch moderne Maschinentechnik können die Setzungen auch geringer ausfal
len.
Der räumliche Verlauf der Verformungen ist direkt mit dem Stand des Vortriebs verknüpft. In [U 27]
wird an einem mit Finiten Elementen berechneten Beispiel der Anteil der dem Vortrieb vorauslau
fenden und nachlaufenden Vertikalverschiebung bei einem ungesicherten Vortrieb angegeben. Die
Werte, die als Anhalt für eine Vorbemessung herangezogen werden können, zeigen, dass bereits
zwischen ca. 20 und 30 % der Querschnittsverformungen (im Querschnitt somit nicht messbar)
und ein entsprechender Anteil von Vertikalverformungen an der Geländeoberfläche auftreten bevor
der Vortrieb die jeweilige Stationierung bzw. den betrachteten Querschnitt erreicht. Erste Verfor
mungen stellen sich demnach bereits ca. eine halbe bis eine Querschnittsbreite vor Erreichen der
jeweiligen Stationierung bzw. vor Erreichen des betrachteten Querschnitts ein. Wenn der Vortrieb
ca. 2 Querschnittsbreiten an der jeweiligen Stationierung bzw. dem betrachteten Querschnitt vor
bei gefahren ist, sind die Verformungen nach [U 27] nahezu vollständig abgeklungen.
P2288B120111_Rev1
Projekt: 28.2288
Zerrllfl!Jen
I
A
--- Senkungkurye - - - - Schiellagekurre _~_h __ ~ lriimmungskurre
DR.SPANG
Seite 89
C Trogmitte
_. --. - VerschietJungskurye +++ --- längenänderungskurye
/ \ "
Zerrungen .,. " \
-'
Fliiz
Verschiebungen
11.01.2012
Abb. 7.1-1: Einwirkungen des tiefen Bergbaus auf die GOK bei flacher Lagerung [U 21]
Wegen des damit verbundenen Aufwandes sollte im derzeitigen Planungsstand eine Abschätzung
auf der Basis von Näherungsformel erfolgen. Eine genauere FE-Berechnungen zur Abschätzung
von Bodensenkungen sollte dann bei genauerer Kenntnis des Baugrundaufbaus und der stati
schen Konstruktion der Gebäude erfolgen. Beim vorliegenden Kenntnis- und Planungsstand reicht
eine Abschätzung z.B. nach [U 20] aus. Nach [U 20] liegt das auf die Querschnittsfläche bezogene
Senkungsvolumen ohne "Ausreißer" zwischen 0,6 und 4,3 %. Bei der Bewertung der angegebenen
Zahlen ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sich bei den dort verarbeiteten Erfahrungen um
klassische Schildmethoden handelt, die etwa zwischen 1950 und 1960 zum Einsatz gekommen
sind.
P22888120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt 28.2288 Seite 90 11.01.2012
Die bei einer bauzeitlichen Grundwasserhaltung zu erwartenden Setzungen der Geländeoberflä
che I Gebäude durch den Wegfall des Auftriebs und die bekannten Auswirkungen auf bindige Bö
den werden im Zentimeterbereich erwartet. Insbesondere relevant sind hier die Auelehmschichten
(Schicht 1.2b). Die bindigen Einlagerungen in den Cerithien-, Inflaten- und Hydrobienschichten wei
sen, da sie überkonsolidiert vorliegen, ein deutlich geringeres Setzungspotential auf. Die Folgen
für die im Stadtgebiet getätigten Wasserentnahmen und die Vegetation sind darüber hinaus eben
falls abzuschätzen.
7.2 Beurteilungskriterien für Oberflächensenkungen
Durch die Unterfahrung und die damit im Zusammenhang stehenden Senkungen können an den
Gebäuden Schiefstellungen, Zerrungen und Pressungen auftreten. Dabei sind die Bauwerksver
formungen in der Regel kleiner als die Bodensenkungen. Maßgebend sind hierbei die Steifigkeit
der Gebäude sowie die Frage, ob es sich um Eck-, Teil- oder Vollunterfahrungen bzw. um recht
winkelige oder schiefwinkelige Unterfahrungen handelt. Bei schiefwinkeligen Unterfahrungen erlei
den die Gebäude zusätzlich Verdrehungen.
Grundsätzlich kann von den in Tabelle 7.2-1 aufgelisteten Erfahrungswerten ausgegangen wer
den. Danach liegt die Grenze für erste Risse in tragenden Wänden für Muldenlagen bei Winkelver
drehungen von ca. 1 : 300, für Sattellagen bei 1 : 600. Erfahrungsgemäß treten Risse bei Sattella
gerungen durch die geringe Zugfestigkeit üblicher Konstruktionen nämlich schon bei halb so gro
ßen Winkelverdrehungen wie bei Muldenlagerungen auf.
Die Wahl mehr auf der sicheren Seite liegender Grenzwerte würde zu unwirtschaftlichen Siche
rungsmaßnahmen führen, da die Beseitigung nicht bestandsgefährdender Risseschäden in der
Regel wesentlich günstiger ist als eine vorauseilende Sicherung etwa durch aktive Soilcretekissen.
Die Bedeutung der Schäden für ein Gebäude lässt sich nach ihrem Einfluss auf das Tragwerk bzw.
auf seine Standsicherheit klassifizieren. Architektonische Schäden liegen vor, wenn diese ohne
Einfluss auf die Standsicherheit des Gebäudes sind und auch dessen Gebrauchsfähigkeit nicht
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 91 11 .01 .2012
beeinträchtigen. Im Regelfall handelt es sich um Haarrisse in nichttragenden Teilen. leichte Schief
steilungen, unter Umständen auch klemmende Türen und Fenster. Architektonische Schäden sind
erfahrungsgemäß nicht vermeidbar; sie sind kostengünstig mit handwerklichen Methoden zu be
heben.
Winkelverdrehung Krümmungsradius
Beurteilungskriterium - [mI
Sattel Mulde Sattel Mulde
Sicherheitsgrenze zur Vermeidung jeg-1 / 1.000 1/500 2.500 1.250
licher Risse
Grenze für erste Risse in tragenden 1 / 600 1 /300 900 450
Wänden
Schadensgrenze allgemein, erhebliche 1 / 300 1 / 150 220 110
Risse in tragenden Wänden
Tabelle 7.2-1: Schadensgrenzen
In der Tabelle 7.2-1 sind sie unterhalb der Grenze für Risse in tragenden Wänden einzuordnen.
Statisch-konstruktive Schäden führen zur Gefährdung der Standsicherheit und / oder zur Ver
minderung der Gebrauchsfähigkeit; sie sind bei Verformungen oberhalb der Grenze für erste Risse
in tragenden Wänden (Bauteilen) zu erwarten. Statisch-konstruktive Schäden müssen durch ent
sprechende technische Maßnahmen vermieden werden .
Die obengenannten Kriterien gelten für Hochbauten. Gefährdet sind darüber hinaus grundsätzl ich
alle Leitungen und Kanäle. Bei gemauerten Kanälen können Setzungsdifferenzen zu Rissbildun
gen und nachfolgend zu Undichtigkeiten führen. Daraus können Gefahren für das Grundwasser
resultieren. Kanäle aus einzelnen Rohrschüssen sind in der Regel relativ unempfindlich gegen
Setzungsdifferenzen, solange die Muffen geschlossen bleiben und Undichtigkeiten nicht eintreten .
Allerdings können auch hier Zwängungen zu Schäden führen .
P2288B12011 1_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 92 11.01.2012
Empfindlich sind dagegen Rohrleitungen aus Gusseisen oder Gussstahl, die üblicherweise Gas
oder Wasser transportieren und auf Setzungsunterschiede mit Bruch reagieren können. Empfind
lich sind dabei insbesondere auch Hausanschlüsse. Grenzwerte sind bei den Leitungseigentümem
zu erfragen. Ggf. sind die Leitungen im gefährdeten Bereich freizulegen oder umzulegen. Kanäle
sind in die Beweissicherung mit einzubeziehen.
Gefährdet sind darüber hinaus die im Baubereich liegenden oder den Baubereich querenden
Schienenwege (Straßenbahn) und Straßen. Durch Senkungsdifferenzen herbeigeführte Uneben
heiten können zu Verkehrsgefährdungen führen.
7.3 Bebauung und Verkehrswege im Einflussbereich der Trasse
Nach den bisherigen Kenntnissen ist die Bebauung oberhalb des Tunnels im Sinne der DIN 1054
weitestgehend als setzungsempfindlich einzuschätzen. Inwieweit die betroffenen Gebäude in der
Lage sind, die mit den Senkungen verbundenen Zerrungen / Pressungen aufzunehmen, ist durch
eine gesonderte Untersuchungen (Hausgutachten) zu entscheiden. Von dieser Frage hängt ab,
inwieweit vorauseilende oder baubegleitende Maßnahmen erforderlich sein werden. Aus dieser
Einschätzung erst ergibt sich die Notwendigkeit entsprechender Sicherungsmaßnahmen.
Verkehrsflächen werden grundsätzlich als wenig empfindlich eingestuft. Es handelt sich bei den
betroffenen Verkehrswegen sämtlich um innerstädtische Straßen mit einer Höchstgeschwindigkeit
von 50 km/ho Senkungen im Zentimeterbereich werden dort nicht zu Verkehrsgefährdungen füh
ren. Besonders zu beachten sind allerdings Fahrleitungs- und Beleuchtungsmaste und die zugehö
rigen Gleisanlagen (Straßenbahn auf der Hanauer Landstraße), deren Standsicherheit bzw. Ge
brauchstüchtigkeit bereits bei geringen Schiefstellungen beeinträchtigt sein kann.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 93 11.01.2012
7.4 Dynamische Einflüsse
Infolge des Zugverkehrs werden die Tunnelröhren durch kurzzeitige und unregelmäßige Lastein
tragung dynamisch angeregt. Die dadurch erzeugten Schwingungen können folgende Auswirkun
gen auf das Grundbauwerk haben:
• Primäre Setzungen (Einrütteln),
• Sekundäre Setzungen an der Geländeoberfläche während des Betriebes infolge Verdichtung
im Bereich der Tunnelsohle und Auflockerung im Firstbereich.
Aus den o. g. Ausführungen ergibt sich die Notwendigkeit einer Untersuchung der dynamischen
Stabilität (Einrüttelgefahr) der an das Tunnelbauwerk angrenzenden Böden. Die dynamische Stabi
lität ist vorwiegend von folgenden Einflussfaktoren abhängig:
• Lagerungsdichte bzw. Konsistenz der belasteten Böden,
• Grad der dynamischen Belastung (Schwinggeschwindigkeit, Schwingwegamplitude).
Insgesamt lässt der gegenwärtige Kenntnisstand über das Verhalten bindiger Böden bei dynami
scher Beanspruchung folgende Feststellungen zu:
• Die Abhängigkeit des dynamischen Elastizitätsmoduls von dem Porenanteil und dem Wasser
gehalt ist deutlich ausgeprägt;
• Es tritt eine starke Systemdämpfung infolge Energietransport durch das Porenwasser auf;
• Es erfolgt dagegen praktisch keine Dämpfung durch Kornumlagerungen;
• Bei einem "Aufweichen" des Bodens treten Veränderungen der Schwingungsparameter ein.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 94 11.01.2012
Aufgrund der unter der Verkehrslast auftretenden statischen und dynamischen Beanspruchungen
kann es bei bindigen Böden (z B. Schicht 1.2b), insbesondere bei Wassersättigung, durch Walker
scheinungen zu einem Aufweichen bzw. seitlichem Aufweichen des Bodens kommen.
Bezüglich einer generellen Bewertung der dynamischen Stabilität der im Trassenbereich anste
henden bindigen Böden kann im Rahmen der Entwurfsplanung vereinfachend vorausgesetzt wer
den, dass die dynamische Stabilität der Böden bei nachfolgend genannten Kriterien gefährdet ist:
• Konsistenzzahl
• Sättigungszahl
• Glühverlust
le < 0,75 (weniger als steif),
Sr;" 0,9,
Vg1 > 5 %.
Bei den bindigen Böden der Tone und Schluffe der Hydrobienschichten, Inflatenschichten und Ce
rithienschichten liegt die Konsistenzzahl i.d.R. über 0,75; die Sättigung ist hier aufgrund der Lage
unter dem Grundwasserspiegel aber grundsätzlich> 0,9 anzunehmen. Der Glühverlust ist in den
Schichten 11.3 bis 11.5 gering. Insgesamt ist für diese Schichten daher eher von günstigen Verhält
nissen und damit von einer geringen Gefährdung durch dynamische Einwirkungen auszugehen. In
den Auelehmen (Schicht 1.2b) kann die Konsistenz lokal weich oder breiig sein, sodass dann Zu
satzmaßnahmen erforderlich werden. Im Bereich der aufsteigenden Tunnelröhre zwischen der Sta
tion Frankfurt lOst und dem östlichen Tunnelende reichen die Auelehmschichten bis in die Tiefen
lage der Tunnelröhren. In diesem Bereich werden voraussichtlich Zusatzmaßnahmen erforderlich.
7.5 Beeinflussung des Grundwassers
Für einen konventionellen Spritzbetonvortrieb ohne Zusatzmaßnahmen zur Trockenlegung des
Vortriebs, wird eine dauerhafte, ggf. abschnittsweise vortriebsbegleitende Absenkung des Grund
wasserspiegels erforderlich. Es entsteht somit eine großräumige bauzeitliche Beeinflussung des
natürlichen Grundwasserspiegels (vgl. Kap. 4).
Bei einem Schildvortrieb erfolgt keine planmäßige Absenkung des Grundwasserspiegels. Grund
wasserabsenkungen können zur Minderung des Risikos bei den An- und Ausfahrvorgängen und in
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 95 11.01.2012
Havariefällen kurzfristig und kurzzeitig dennoch erforderlich werden. Auch bei einem Spritzbeton
vortrieb mit Druckluft ist die Beeinflussung des Grundwasserspiegels als gering zu bewerten.
Beim Schild vortrieb tritt ggf. ein Kontakt zwischen der Stützflüssigkeit (Bentonit), dem Verpressma
terial für die Ringspaltverpressung und dem Grundwasser auf. Die Umweltverträglichkeit der be
treffenden Stoffe ist vor dem Einsatz nachzuweisen. Es muss aber auch bei der Spritzbetonbau
weise davon ausgegangen werden, dass durch Sickerwasser bauzeitlich eine betontypische Be
einflussung des Grundwasserchemismus eintritt.
Durch die bergmännischen Abschnitte wird ein Teil des jeweiligen Aquifers dauerhaft abgesperrt.
Je größer der Anteil der Absperrung durch die beiden Tunnelröhren, sowie durch die Station an
der durchströmten Fläche des Grundwasserleiters, desto stärker nehmen Aufstau und Sunk zu.
Zu diesem Themenkomplex wurden bereits in [U 24] entsprechende Voruntersuchungen ausge
führt. Desweiteren wurde durch ein nummerisches Grundwassermodell [U 32] der Aufstau und
Sunk im Bereich der geplanten Tunnelstrecke und der Station abgeschätzt. Aufgrund der geringen
hydraulischen Gradienten und des geringen Eintauchens der bergmännische erstellten Tunnelab
schnitte in die grundwasserleitenden Schichten nehmen Aufstau und Sunk relativ geringe Beträge
an. Im Bereich der Bahntunnel werden Aufstau und Sunk 5 cm voraussichtlich nicht überschrei
ten. Für die Station Frankfurt/Main-Ost kann ein Aufstau von über 50 cm als unwahrscheinlich
angesehen werden. Der Bereich, in dem der Aufstau um die Station herum oberhalb von 10 cm
liegt, sollte auf einen Umkreis von etwa 300 m beschränkt bleiben. Weiterhin wird ein Monitoring
für die Kontrolle der Setzungen der sich Abstrom der geplanten S-Bahn-Station befindlichen Glei
se der Schnellbahnstrecke Frankfurt - Fulda empfohlen. Aufgrund der geringen Werte für Aufstau
und Sunk sind bauliche Maßnahmen zur Gewährleistung einer Umströmung der geplanten Bau
werke nicht erforderlich.
7.6 Gründung der Station Frankfurt/Main - Ost I Danziger Platz
In der Gründungseben stehen die stark inhomogenen Schichten der grauen Cerithien (Schicht
11.5a) an. Es wurden über die Station verteilt sowohl Kalkbänke als auch Tone und Kalksande an-
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 96 11.01.2012
getroffen. Es ist daher von stark inhomogenen Gründungsverhältnissen auszugehen. Die angetrof
fenen Bodenschichten stellen trotzdem einen Baugrund einer mittleren bis hohen Tragfähigkeit
dar. Die Lasten aus dem Stationsbauwerk werden insgesamt keine große Lasterhöhung gegenü
ber der Vorbelastung durch den derzeit anstehenden Baugrund darstellen. Die derzeitige effektive
Belastung kann mit ca. 5,5 m (Höhe über Grundwasser) x 19 kN/m3 (mittlere Wichte des Bau
grunds) + 18,0 m (Höhe unter GW) x 9 kN/m3 (mittlere Wichte des Baugrunds unter Auftrieb) =
266 kN/m2 abgeschätzt werden. Die Gründung des Stationsbauwerks kann daher über eine last
verteilende Bodenplatte erfolgen. Unter der Bodenplatte ist zur Lastverteilung und zum Ausgleich
inhomogener Baugrundeigenschaften eine mindestens 0,5 m starke Schotteraustauschschicht /
Filterschicht einzubauen. Wenn die Baugrube mit einer Unterwasserbetonsahle errichtet wird, ist
die statisch wirksame Gründungsplatte auf die Unterwasserbetonsahle (Mindeststärke = 0,5 m)
aufzulegen.
Für eine Plattengründung auf einer Schotteraustauschschicht bzw. auf einer Unterwasserbeton
sahle in den Cerithienschichten kann für Vorentwurfszwecke ein Bettungsmodul von ks,k =
25 MN/m3 angesetzt werden. Der Bettungsmodul ist keine Bodenkenngröße, sondern insbesonde
re von den Bauwerksabmessungen und der Laststellung abhängig. Insofern handelt es sich bei
o.g. Bettungsmodul um einen aus den erwarteten Lasten abgeleiteten Wert der im Zuge der Pla
nung zu überprüfen ist. Wenn die Station bergmännisch aufgefahren wird, ist die Gründung im
Rahmen der Tunnelstatik nachzuweisen.
8. EMPFEHLUNGEN
8.1 Trasse und Gradiente
Aus geotechnischer Sicht ergibt sich hinsichtlich der grundsätzlichen Trassenführung beim derzei
tigen Planungsstand kein offensichtlicher Optimierungsbedarf.
P22888120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 97 11.01.2012
8.2 Vortriebsverfahren
Unter den vorstehend beschriebenen geotechnischen Randbedingungen wird die Auffahrung der
bergmännischen Abschnitte mit einem geschlossenen Schild oder mit Hilfe eines konventionellen
Vortriebs mit Druckluftstützung empfohlen. Der Schild muss entsprechende Möglichkeiten zur
Bergung von Hindernissen, zur vorauseilenden Gebirgsvergütung und zur Vorfelderkundung besit-
zen.
Als Vorteile für einen Schildvortrieb sind insbesondere die vergleichsweise einfache Beherrschung
des Grundwasserandrangs, sowie die hohe Vortriebsleistung zu nennen. Die Baustelleneinrichtung
und Einrichtung der Maschine wird voraussichtlich am astende der Tunnelstrecke zu platzieren
sein. Entsprechend ergibt sich ein Vortrieb in Richtung Frankfurt-Innenstadt. Die Anschlagwand
kann dann bei ca. km 54+245 liegen. Die Bergung der Maschine muss über einen Schacht in der
Nähe der Grünen Straße erfolgen. Vorteil des Vortriebs in diese Richtung ist auch der dann einfa
che Massentransport ab dem Tunnelende an der Ostparkstraße, der somit nicht durch die Innen
stadt (Hanauer Landstraße) geführt werden muss. Der Anschluss der beiden Tunnelröhren an die
Bestandsröhren wird voraussichtlich in Spritzbetonbauweise erfolgen müssen.
Im Fall des maschinellen Tunnelvortriebs wird empfohlen, zunächst beide Tunnelröhren durch die
spätere Station FrankfurtlMain - Ost vorzutreiben und anschließend die Station herzustellen. Dazu
können im Stations bereich ggf. leichte Tübbinge verwendet werden, die nur für einen bauzeitlichen
Lastfall bemessen werden. Ggf. können auch wiederverwendbare Stahltübbinge eingesetzt wer
den.
Vorauslaufend muss im Falle eines maschinellen Vortriebs die Vorsorgemaßnahme im Bereich der
Unterfahrung der U-Bahn gemäß den Ausführungen in Kapitel 5.6 rückgebaut werden.
Die Spritzbetonbauweise ist die in Frankfurt am Main am häufigsten eingesetzte und bewährte
Bauweise für die innerstädtischen U- und S-Bahn-Linien.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 98 11.01.2012
Für den Fall der Auffahrung des Tunnels in Spritzbetonbauweise ist in der weiteren Planung insbe
sondere die Frage des Umgangs mit dem Grundwasser zu klären. Hier ist insbesondere eine Ab
stimmung mit der UWB der Stadt Frankfurt vorzunehmen.
Es werden beide Vortriebsverfahren für ausführbar gehalten, die endgültige Entscheidung für eine
Vortriebsart sollte im Rahmen einer Machbarkeitsstudie im weiteren Planungsverlauf in Abstim
mung mit dem Planer getroffen werden.
8.3 Station Frankfurt/Main - Ost I Danziger Platz
8.3.1 Baugrube
Bei einer Grundwasserabsenkung wird sich ein erheblicher Absenktrichter einstellen. Hierzu wird
auf die Erfahrungen beim Bau der U-Bahn-Station am Danziger Platz hingewiesen. Der Absenk
trichter hat seinerzeit den Ostparkweiher erfasst. Insoweit wird mit erheblichen Auswirkungen einer
Grundwasserabsenkung gerechnet und kann daher nicht empfohlen werden. Bei einem wasser
dichten Verbau und einer Unterwasserbetonsohle ist neben technisch beherrschbaren Faktoren
(Unterwasseraushub von Kalkbänken mittels Meisseln oder Sprengen, Schotteinteilung der Bau
grube, etc.) insbesondere der Aspekt der Bauzeit zu berücksichtigen. Nach Angabe des Planers ist
der zeitliche Aufwand der Erstellung der Stationsbaugrube mit Unterwasserbetonsohle, die weitge
hend vor Aufbau der Tunnelbohrmaschine abgeschlossen sein muss, mit dem aktuellen Gesamt
terminplan nicht vereinbar.
Nach den detaillierten Erkenntnissen der 2. EKP stehen unter der Baugrubensohle (6,0 - 12, 5 m
unter Aushubsohle) durchgängig die geringdurchlässigen grünen Cerithien (Schicht II.5b) an. Aus
geotechnischer Sicht ist eine Einbindung des wasserdichten Verbaus in diese Schicht möglich und
damit der Verzicht einer horizontalen bauzeitlichen Sohlabdichtung. Bei einer hinreichenden Ein
bindung der Verbauwände in die grünen Cerithien, so dass die Sicherheit gegen hydraulischen
Grundbruch gewährleistet wird, kann dann auf eine Wasserhaltung über Brunnen in der Baugrube
verzichtet werden. Eine Restwasserhaltung in der Filterschicht erscheint dann ausreichend. Es
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 99 11.01.2012
wird empfohlen diese Ausführungsvariante durch den Planer bautechnologisch und wirtschaftlich
prüfen zu lassen.
Es wird empfohlen, die Station Frankfurt Main - Ost in offener Baugrube zu errichten. Hierzu ist ei
ne ca. 24,5 m tiefe Baugrube zu erstellen. Die Verbauwände sind als wasserdichte Verbauwände
entweder mit überschnittenen Bohrpfählen oder mit Schlitzwänden zu erstellen. Eine Rückveranke
rung oder Aussteifung der Baugrube ist vorzusehen. Zur Beherrschung des Grundwassers werden
außen liegende Entspannungsbrunnen empfohlen. Zur Gewährleistung einer trockenen Baugrube
sind zusätzlich innen liegende Entspannungsbrunnen anzuordnen oder die Verbauwände bis in die
gering durchlässigen grünen Cerithien (Schicht II.5b) herabzuführen.
Aufgrund von nicht vermeidbaren Verformungen der Baugrubenwand kann es theoretisch entlang
der Verbauwand zu einem Spalt und somit zu einer hydraulischen Verbindnug des quartären und
tertiären Grundwasserleiters kommen. Dadurch würden sich die zu fördernden Wassermengen er
heblich erhöhen. Wenn nicht nachgewiesen werden kann, dass die Verformungen klein genug sind
und daher eine hydraulische Wasserwegsamkeit entlang der Verbauwand ausgeschlossen werden
kann, sind in der Verbauwand Nachverpressmöglichkeiten (Injektionsschläuche) vorzusehen, mit
denen im Bedarfsfall eine Wasserwegsamkeit unterbunden f verpresst werden kann.
Es wird empfohlen alle Grundwasserentspannungsbrunnen im Sinne eines Havariekonzepts als
bepumpbare Brunnen auszulegen. Hierzu sind die Brunnen mit entsprechenden Durchmessern
und entsprechendem Ausbau auszuführen. Die Brunnenköpfe müssen bis zu Erreichung der Auf
triebssicherheit des Stationsbauwerks zugänglich sein.
8.3.2 Gründung
Es wird empfohlen, die Station auf einer Gründungsplatte auf einem SChotterpolster f Filterschicht
(d ;;, 0,5 m) bzw. auf der Unterwasserbetonsohle zu gründen. Das Schotterpolsetr bzw. die Filter
schicht müssen filterstabil gegenüber den anstehenden Baugrund sein, insbesondere den anste-
P2288B120111~Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 100 11.01.2012
henden Tonen. Zur Gewährleistung der Filterstabilität wird empfohlen ein Geotextil unter die Filter
schicht einzubauen.
8.3.3 Restwasserhaltung l Abdichtung
Unterhalb des Bemessungswasserspiegels ist das Bauwerk gegen drückendes Wasser abzudich
ten ("Weiße Wanne"). Diese Abdichtungen bzw. der WU-Beton sind mind. 0,3 m über Gelände
hochzuziehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass wasserdichter Beton (WU-Beton) zwar undurchlässig für Wasser
in flüssiger Zustandsform, nicht jedoch diffusionsdicht für Wasserdampf ist. Je nach den Anforde
rungen an die Untergeschossräume (geringe Luftfeuchtigkeit bei hochwertiger Nutzung) sind bei
Verwendung von WU-Beton zusätzliche Maßnahmen zur Trockenhaltung (z. B. Diffusionssperren,
Klimatisierung) erforderlich.
8.3.4 Sonstige Empfehlungen
Aufgrund der komplizierten geotechnischen und hydrogeologischen Verhältnisse und aufgrund der
Abmessungen und Tiefe der Baugrube wird die Baumaßnahme in die geotechnische Kategorie GK
3 nach DIN 1054 eingeordnet. Die Herstellung der Baugrube und des Stationsbauwerks ist mess
technisch zu Überwachen. Es ist eine geotechnische Fachbauleitung vorzusehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Aue-Hochflutlehme (Schicht 1.2) bei Wassersättigung und
Lagerungsstörung (z. B. dynamische Belastung durch Baufahrzeuge ) aufweichen können und von
Bodenklasse 4 in Bodenklasse 2 übergehen können.
Vor Herstellung der Bodenplatte ist die Gründungssohle nach DIN 1054, Abs. 7.2.1 durch uns zu
begutachten und abzunehmen. Bei der Erstellung von Bohrpfählen ist die Bohrpfahlsohle durch
uns abzunehmen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 101 11.01.2012
Für den Tunnelvortrieb ist eine geologisch I geotechnische Begleitung während der gesamten Vor
triebsarbeiten von Seiten des Bauherren einzurichten. Die geotechnische Baubegleitung über
nimmt die fortlaufende Tunnelkartierung und legt mit dem Bauausführenden die Ausbauklassen
fest.
Bei Abweichungen der angetroffenen Bodenverhältnisse von den in diesem Gutachten beschrie
benen sind wir umgehend zu benachrichtigen.
Für die angrenzende bestehende Bebauung und für die wahrscheinlich im Nahbereich der Bau
maßnahme vorhandenen Leitungen I Kanäle sowie die Verkehrsflächen ist eine Beweissicherung
vor dem Beginn und nach Abschluss der Baumaßnahme erforderlich.
8.4 Sicherung von Gebäuden, Leitungen und Kanälen
Zur Abschätzung der zu erwartenden Senkungen wird für die weitere Vorplanung das Verfahren
nach PECK [U 20] empfohlen. Bei der Bewertung der vorstehend zitierten Erfahrungen ist zu be
achten, dass es sich bei den angegebenen Senkungen um Einzelvortriebe handelt. Für den in
Frankfurt möglichen Doppelvortrieb müssen sich deshalb allein aus dieser Tatsache deutlich höhe
re Senkungen ergeben.
Anzuerkennen ist allerdings, dass durch entsprechende Fortschritte der Maschinentechnik, insbe
sondere der Ortsbruststützung und durch Fortschritte bei der Verpressung des Ringspaltes, mo
derne Schilde bei Einzelvortrieben im Regelfall Bodensenkungen unter 20 mm erreichen. Es ist üb
lich, eine entsprechende Begrenzung für den Einzelvortrieb in der Ausschreibung vorzugeben. In
wieweit diese jedoch tatsächlich erreichbar sind, hängt im Wesentlichen von der Qualität der Aus
führung ab und führt bei Überschreitung zu schwierigen vertraglichen Auseinandersetzungen über
die Zuordnung zu den verschiedenen Risikosphären.
Die zu erwartenden Senkungen an der Geländeoberfläche, die sich im Rahmen eines Vortriebs in
Spritzbetonbauweise einstellen werden, können in der aktuellen Planungsphase mit einem äquiva-
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 102 11.01.2012
lenten Verfahren abgeschätzt werden. Die Größenordnung der Senkungen liegt bei einem Spritz
betonvortrieb naturgemäß höher und hängt noch stärker von der Qualität der Ausführung ab.
Wegen der empfindlichen Bebauung im Frankfurter Stadtgebiet empfehlen wir, die nach PECK und
anderen Verfahren berechneten Senkungsmulden der Entscheidung zugrunde zu legen, welche
Gebäude gesichert werden müssen. Im Falle des aktiven Verfahrens sind die entsprechenden Ge
bäude mit Injektionsschirmen auszurüsten und messtechnisch zu überwachen. Werden kritische
Werte erreicht, so sind die erforderlichen Maßnahmen ohne Stillstand des Vortriebs auszuführen.
Die Injektionsschirme erfüllen quasi die Funktion einer Versicherung.
Über die Ausführungen in Kapitel 7 hinaus wird eine gesonderte Untersuchung zum Bebauungs
bestand empfohlen. Nach dieser gesonderten Untersuchung (Hausgutachten) können für die in der
Senkungsmulde liegenden Gebäude passive oder aktive Sicherungsmaßnahmen empfohlen wer
den. Die Untersuchung sollte sich auch mit der Sicherheit der im Senkungstrog liegenden Leitun
gen und Kanäle befassen. Nach diesem Bericht wird ein Teil der Leitungen und Kanäle zu ertüch
tigen sein, ein Teil zu erneuern und ein Teil umzulegen. Hausanschlüsse sind ggf. mit Kompensa
toren auszustatten.
8.5 Sicherung von Verkehrswegen
Eine vorauseilende Sicherung von Verkehrswegen ist voraussichtlich nicht erforderlich. Die Ver
kehrswege sind durch Feinnivellement während der Ausführung zu überwachen. Schienengebun
dene Verkehrswege sind ggf. durch Stopfen nachzurichten. Schäden an Straßen durch Senkungen
und Unebenheiten sind ggf. während der Ausführung provisorisch und nach Abschluss der Bau
maßnahme durch Deckenerneuerung endgültig zu reparieren.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 103 11.01.2012
8.6 Messprogramm
Durch Grundwassermessstellen entlang der Trasse ist der Grundwasserspiegel während der
Baumaßnahmen zu überwachen. Dabei sollten zumindest die 100 m vor dem Vortrieb und 200 m
hinter dem Vortrieb liegenden Grundwassermessstellen, möglichst aber alle, mit automatischen
Schreibern ausgerüstet werden. Im Bereich der Station wird empfohlen, dass Messstellennetz der
Grundwassermessstellen vor Beginn der Baumaßnahme ca. 100 m rund um die Station auszu
bauen.
Zusätzliche Grundwassermessstellen sind vor und hinter den kritischen Gebäuden zu setzen und
zu überwachen, die im oben angeführten Einflussbereich der Tunnelmaßnahme liegen. Ferner ist
die Grundwasserchemie auf der An- und Abstromseite zu überwachen. Vor Beginn der Baumaß
nahme ist das Messstellennetz im kritischen Trassenbereich sowie ca. 100 m links bzw. rechts der
Trasse auf ca. 200 m Abstand und im gering gefährdeten Bereich auf ca. 300 m auszubauen. Im
weiter entfernten Bereich sind einzelne Kontrollpegel zu empfehlen.
Vor Beginn und ca. 1 Jahr nach Beendigung der Baumaßnahme sind monatliche Grundwasser
messungen einschließlich deren Auswertung notwendig. Während der Bauarbeiten sind im An
schluss an die Baustelle im Umkreis von ca. 200 m alle zur Verfügung stehenden GWM wöchent
lich zu kontrollieren. Bei besonderen Vorkommnissen, wie Wassereinbrüchen, Ausfall von Pum
pen, Starkniederschlägen etc. ist das Messintervall auf 1 Tag zu verkürzen.
Vor Beginn der Arbeiten ist zur Kontrolle des Grundwassers ein entsprechendes Grundwasser
management einzurichten, welches die ordnungsgemäße Überwachung des Schutzgutes Wasser
sowie die Auswertung und Weiterleitung der Ergebnisse an die betreffenden Stellen (Planer, Um
weltamt, AG, Bauleitung etc.) sicherstellt.
Kurz vor Beginn der Baumaßnahme sind repräsentative Wasserproben analytisch zu untersuchen.
Es sind Vollanalysen unter Einschluss aller Parameter der Trinkwasserschutzverordnung sowie al
ler in den Voruntersuchungen auffälligen Stoffe durchzuführen. Der genaue Umfang der Beweissi
cherung ist im Zuge der weiteren Planung unter Abstimmung mit der UWB festzulegen.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 104 11.01.2012
Zur Überwachung der Oberflächenverformungen sind entlang der Verkehrswege und an der im
Einflussbereich des Tunnelvortriebs liegenden Bebauung Feinnivellements durchzuführen. Die Er
gebnisse sind zu Setzungskarten zusammenzufügen. Die Messintervalle sind im Zuge der Ent
wurfsplanung festzulegen. Zusätzlich sind im Rahmen der Baumaßnahme von der Oberfläche aus
im unmittelbaren Einflussbereich des Vortriebs Inklinometer und Extensometer zu setzen.
Zur Überwachung der Baugrubenverformungen im Bereich der Station werden auf jeder Seite der
Baugrube 3 Inklinometer und an den Kopfseiten je 1 Inklinometer empfohlen, die bis mindestens
unter die UK der Sekundärelemente geführt werden müssen. Oberflächenverformungen sind ent
lang der Verkehrswege und an der im Einflussbereich der Stationsbaugrube liegenden Bebauung
Feinnivellements durchzuführen. Die Ergebnisse sind zu Setzungskarten zusammenzufügen. Die
Messintervalle sind im Zuge der Entwurfsplanung festzulegen.
Zur Überwachung der Grundwasserentspannung und der damit vebundenen Wasserdruckreduzie
rung im Bereich der Station sind an mindestens 4 Stellen an der Baugrube in der Mitte zwischen
zwei außen liegenden Entspannungslanzen Wasserdruckmessstellen vor der Verbauwand an
zuordnen. Mit den Wasserdruckmessstellen (Standrohre oder Wasserdruckgeber) ist in mindes
tens 5 Tiefen der sich einstellende Wasserdruck zu kontrollieren und mit den Soll-Werten der Bau
grubenauslegung (statischen Berechnung) zu vergleichen. Die Messungen sind mindestens 1 x
täglich auszuführen. Es ist ein Alarm- und Maßnahmenplan aufzustellen.
Die Gebäude und die Nachbarbebauung sowie die Leitungen und Kanäle sind während der
Baumaßnahme messtechnischen zu überwachen (Schlauchwaagen etc.).
Für die Gesamtmaßnahme Tunnel + Station ist aufgrund des hohen geotechnischen Schwierig
keitsgrads ein Mess- und Überwachungskonzepl aufzustellen.
P2288B120111_Rev1
DR.SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 105 11.01.2012
8.7 Beweissicherung
Vorlaufend ist mindestens an den innerhalb der Setzungsmulde liegenden Gebäuden eine Be
weissicherung durchzuführen. Die Beweissicherung muss durch einen in der Beweissicherung von
Tunnelbaumaßnahmen erfahrenen Sachverständigen erfolgen, ein Sachverständiger für Schäden
an Gebäuden ist üblicherweise mit dieser Art und Ursache der Schäden nicht erfahren. Bei der
Beweissicherung sind sämtliche Bauschäden, insbesondere Risse und Feuchtigkeitsschäden so
wie Schiefstellungen zu erfassen. Die Ergebnisse müssen fotografisch dokumentiert werden. Bei
den Fassaden empfiehlt sich ggf. eine fotogrammetrische Aufnahme.
Der Zustand der Verkehrsflächen ist ebenfalls im Zuge der oben angegebenen Beweissicherung
durch engständige Nivellements und durch Fotografien zu erfassen. Schienengebundene Ver
kehrswege und Kanäle / Rohrleitungen sind ebenfalls nivellitisch festzulegen.
Die Grundwassersituation ist großräumig durch Überwachen der vorhandenen Pegel bis über
das Bauende hinaus - bis zur Wiederherstellung des ursprünglichen Zustands - fortzusetzen. Zu
sätzlich sind zur Überwachung kleinräumlicher Grundwasserbewegungen im Einflussbereich des
Tunnels möglichst weit vor Baubeginn zusätzliche Pegel vor und hinter evtl. gefährdeten Gebäu
den zu berücksichtigen bzw. zu setzen.
8.8 Nutzung geothermischer Energie
Die innerstädtische Lage des Tunnels der Nordmainischen S-Bahn und die geotechnischen Rand
bedingungen ermöglichen aus unserer Sicht eine Nutzung der geothermischen Energie z.B. für die
Beheizung und Kühlung der Station Frankfurt/Main - Ost. Entsprechend positive Erfahrungen wur
den im Rahmen des Baus der U-Bahn Linie U2/2 in Wien gemacht, an denen der Linksunterzeich
ner beteiligt war. Bei dieser Maßnahme wird die Station Taborstraße vollständig mit geothermi
scher Energie versorgt.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 106 11.01.2012
Die Nutzung der geothermischen Energie kann neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten auch im
Hinblick auf die Akzeptanz bei der Bevölkerung positive Auswirkungen auf das Gesamtprojekt und
die Darstellung der OB AG in der öffentlichen Wahrnehmung haben.
8.9 Kampfmittel
Das Frankfurter Stadtgebiet ist nach Auskunft des Kampfmittelräumdienstes des Landes Hessen
überwiegend als Bombenabwurfgebiet anzusehen. Vom Vorhandensein von Kampfmitteln auf sol
chen Flächen ist grundsätzlich auszugehen. Eine entsprechende Kampfmittelsuche ist erforderlich.
9. ZUSAMMENFASSUNG
Aufgrund von Archivunterlagen und den ausgeführten umfangreichen Untersuchungen wurde für
die Tunnelstrecke der geplanten Nordmainische S-Bahn der grundsätzliche Baugrundaufbau be
schrieben und entsprechende Kennwertspannen für die maßgebenden Bodenarten angeben.
Gleichzeitig wurden Angaben zu den Grundwasserverhältnissen getroffen.
Aufbauend auf die geotechnischen Verhältnisse wurde eine Vorauswahl von möglichen Vortriebs
verfahren getroffen und entsprechende bautechnische und tunnelbautechnische Empfehlungen
gegeben. Es wurde aufgezeigt, welche Untersuchungen für einen innerstädtischen Tunnelvortrieb
maßgebend sind (z.B. Untersuchungen zur Grundwasserbeeinflussung und zum Gebäudebestand,
etc.) und in den weiteren Planungsphasen erarbeitet werden müssen.
Im Rahmen von weiteren Untersuchungen (Hausgutachten, Nutzung geothermischer Energie) und
im Rahmen der Entscheidung zum Vortriebsverfahren (maschinell! konventionell) in Zusammen
arbeit mit dem Planer sind die Grundlagen Geotechnik und Hydrogeologie im weiteren Planungs
verlauf zu präzisieren.
P2288B120111_Rev1
DR. SPANG
Projekt: 28.2288 Seite 107
Für Rückfragen stehen wir Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung
(Geschäftsführer)
i.v.
Dr.-Ing . Gerd Festag
(Projektleiter)
11 .01 .2012
Verteiler: - OB ProjektBau GmbH, Frau Platen, Frankfurt am Main, 3 x, davon 1 x digital als
CD-ROM
- Dr. Spang GmbH, Witten, 1 x
P2288B120111 _Rev1