Innovative Nachhaltigkeitsstrategie prägt Bau der U5 in Hamburg
Bei der Realisierung der U-Bahnlinie 5 in Hamburg ist seit 2022 eine ganzheitliche CO2-Reduktionsstrategie implementiert. Der wegweisende Ansatz, bereits frühzeitig die baubedingten Treibhausgasemissionen (THG) durch eine zielgerichtete Nachhaltigkeitsstrategie mit konkreten Maßnahmen im Projektmanagement, in der Planung und der Ausführung zu reduzieren, erhält größte Zustimmung in der Fachwelt. Das Pilotprojekt ist ein Kernelement der Mobilitätswende in Hamburg zur Verlagerung des Verkehrs, ein wichtiger Baustein für das Erreichen der städtischen Klimaziele und stellt gleichzeitig große Herausforderungen an die bauliche Umsetzung im Herzen der norddeutschen Großstadt. Die rund 25 km lange Linie U5 beginnt im Nord-Osten der Stadt und wird mit 22 neuen Stationen auch bisher nicht angeschlossene Stadtteile an den ÖPNV anbinden. Sie wird bis 2040 etappenweise in Betrieb genommen und nach der geplanten Gesamt-Fertigstellung täglich rund 315 000 Fahrgäste befördern.
1 Projektvorstellung U5
Die neue U-Bahnlinie 5 verbindet den Hamburger Osten von der Station „Bramfeld“ über den Hauptbahnhof bis zur Station „Arenen Volkspark“ im Westen (Bild 1).
1 | Übersicht des Linienverlaufs der U-Bahnlinie U5 in Hamburg
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Auf rund 25 km Streckenlänge entstehen 22 neue Haltestellen in offener Bauweise. Die durchschnittliche Tiefenlage der Bahnsteige beträgt ca. 15 m. Der größte Teil der Strecke wird im TBM-Vortrieb aufgefahren. Seit dem Spatenstich am 30. September 2022 befindet sich der erste, rund 5,8 km lange Abschnitt zwischen den Haltestellen Bramfeld und City Nord im Bau. Der verbleibende Teil der U5 östlich und westlich der Alster, bis zu den Arenen, ist derzeit noch in der Entwurfsplanung. Die U5 fährt künftig als vollautomatische, fahrerlose U-Bahn im 90-Sekunden-Takt die gesamte Strecke in ca. 40 Minuten. Die Streckenführung der neuen U-Bahn-Linie 5 wurde so gewählt, dass möglichst viele Stadtteile einen Schnellbahnanschluss erhalten, die bisher noch nicht über eine S- oder U-Bahn-Haltestelle zu erreichen sind. Neben der An- und Verbindung dieser wichtigen Potenzialgebiete, die heute noch Lücken im Netz sind, soll die neue U5 etwa die stark frequentierten MetroBus-Linien 5 und 6 entlasten. Damit werden dicht besiedelte Stadtteile ohne Schnellbahn östlich und westlich der Alster, sowie große Bildungs- und Arbeitsstandorte, wie die Hamburger Universität oder das Universitätsklinikum Eppendorf, angebunden. Sie bindet dabei etwa 180 000 Hamburgerinnen und Hamburger neu oder besser an das Schnellbahnnetz an. Zusätzlich verkürzt sie Wege- und Reisezeiten für Fahrgäste im gesamten Netz, da sie an sieben Haltestellen direkte Umstiege zu anderen U-, S- und Schnellbahnlinien bietet.
2 CO2-Reduktionstrategie für die Planung und den Bau der U5
Bereits bei der Herstellung der Bauwerke verursachen Mega-Infrastrukturprojekte wie die U5 erhebliche CO2-Emissionen, weshalb Umwelt- und Nachhaltigkeitsbelange eine deutlich stärkere Rolle als noch vor ein paar Jahren spielen. Seit 2022 setzt die Hochbahn U5 Projekt GmbH auf eine konsequente CO2-Reduktionsstrategie für die Planung und den Bau ihrer neuen U-Bahn-Linie und hebt das Thema Klimaverantwortung in den Mittelpunkt der Planungen. Das Ziel: die CO2-Emissionen beim Bau der U5 um 70 % senken und die neue Linie damit so umweltschonend wie möglich bauen. Damit sollen statt der 2,7 Millionen t CO2-äq, die bei der herkömmlichen Bauweise entstehen würden, nur noch 841 000 t CO2-äq anfallen. Um das Ziel der Reduktion um 70 % zu erreichen, sind unter anderem maßgebliche Optimierungen bei Materialeinsatz/-nutzung und der Bauweise vorgenommen sowie Nachhaltigkeit als Bewertungskriterium in die laufende Planung der U5 aufgenommen worden. Denn je früher Nachhaltigkeitsaspekte im Planungsprozess mitgedacht werden, desto besser lassen sie sich beeinflussen. Mit der Reduktionsstrategie für den Bau der U5 gibt es erstmalig eine gesamthafte Strategie zur CO2-Reduktion beim Bau eines Verkehrsinfrastrukturprojektes in Deutschland.
2 | Schematische Darstellung der CO2-Reduktionsstrategie für die U5 aus dem Jahr 2022
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Ein wesentlicher Aspekt für die aktuellen und kommenden Planungsschritte ist, die Möglichkeiten zur Verringerung von Treibhausgasemissionen beim Bau intensiv zu prüfen und entsprechend den technischen Rahmenbedingungen zu integrieren. Dadurch können die CO2-Lasten des Gesamtprojekts nachweislich reduziert werden und Reduktionspotenziale, vor allem auf Material- und Bauteilebene sowie bei der Baulogistik, gefunden werden (Bild 2). Weitere Nachhaltigkeitsthemen, wie Ressourcenschutz, Produktionsbedingungen, Langlebigkeit, Instandhaltungsfreundlichkeit, Nutzbarkeit sowie ein aktives Bodenmanagementkonzept, werden ebenfalls betrachtet.
3 Erste Bauarbeiten und aktuelle Planung U5
3 | Erster Bauabschnitt der U5 zwischen Bramfeld und City Nord (Stadtpark)
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Die Arbeitsgemeinschaft U5 (Arge U5), bestehend aus der Ed. Züblin AG (technische Federführung) und Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, hat im Dezember 2022 (Baulos 1) bzw. im August 2023 (Baulos 2) die Bauarbeiten auf dem ersten Abschnitt der U5 begonnen (Bild 3). Hier werden vier Haltestellen und sechs Notausgänge in offener Bauweise hergestellt sowie eine Bestandshaltestelle umgebaut. Für 2027 ist ein Probebetrieb zwischen City Nord und Sengelmannstraße mit Aufnahme des Fahrgastbetriebs ab 2029 vorgesehen, und die Fertigstellung des gesamten ersten Bauabschnitts der U5 ist für 2033 geplant.
3.1 Bauverfahren Baulos 1
Der erste Bauabschnitt beginnt in der Haltestelle mit Mittelbahnsteig „City Nord“ mit einem Tunnel in offener Trogbauweise. Daran schließt sich nördlich die zweigleisige Kehr- und Abstellanlage in Richtung der bestehenden oberirdischen U-Bahn-Haltestelle Sengelmannstraße an. Diese wird modernisiert und für einen bahnsteiggleichen Umstieg zwischen der bestehenden Linie U1 und der neuen U5 umgebaut. Die Weiterführung der U5 in Richtung Bramfeld erfolgt mit zwei Brücken in Stahltrogbauweise über die Sengelmannstraße bis zum sogenannten Gleisdreieck, dem Übergang zu Baulos 2. Das Gleisdreieck umfasst das Tunnelbauwerk östlich der Sengelmannstraße und den TBM-Startschacht.
3.1.1 Überwerfungsbauwerk östlich der Sengelmannstraße
Die U-Bahn-Haltestelle Sengelmannstraße ist die einzige oberirdische Station der U5. Mit einem Tunneltrog östlich der Sengelmannstraße wird die Strecke offen abgesenkt und mündet in den Tunnel. Hier endet der etwa 325 m lange Tunneltrog am zukünftigen Startschacht der Tunnelbohrmaschine kurz vor Unterquerung der S-Bahn-Strecke. Der Trog wird in offener Bauweise in Abschnitten hergestellt. Es wird eine Schlitzwand gebaut und die Sohle von Spezialtauchern betoniert (Bild 4). Im Oktober 2023 haben die Arbeiten zur Erstellung der Baugrube begonnen. Aufgeteilt ist die U5-Trogstrecke in fünf Docks.
4 | Blick in die mit Wasser gefüllte Baugrube eines Docks in der Sengelmannstraße
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Die einzelnen Docks werden zum Teil versetzt zueinander gebaut. Der Rohbau des Tunneltrogs soll bis 2027 fertiggestellt werden. Der Startschacht für die Tunnelbohrmaschine wird sich am östlichen Ende des fertiggestellten Trogs zwischen Trog und S-Bahn-Gleisen befinden, wo auch die U5-Gleise zusammentreffen.
3.2 Baulos 2
Das Los 2 beginnt im Westen mit dem Startschacht im Bereich des Gleisdreiecks und endet im Osten beim Zielschacht, dem späteren Notausgang Heukoppel. Es umfasst die Haltestellen Barmbek Nord, Steilshoop und Bramfeld sowie fünf Notausgänge. Die jeweils ca. 200 m langen unterirdischen Haltestellen, der Startschacht und die Notausstiege werden in Schlitzwand-Deckel- bzw. Schlitzwand-Bauweise hergestellt. Der Tunnel wird in geschlossener Bauweise unter Einsatz einer Tunnelbohrmaschine in bis zu 30 m Tiefe aufgefahren.
3.2.1 TBM-Vortrieb
Der ca. 3,4 km lange Tunnel wird durch eine Tunnelbohrmaschine mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust (Slurry Shield) mit einem Außendurchmesser von 11,70 m in vier Regelvortrieben (636 m, 1011 m, 1402 m und 317 m lang) hergestellt. Dabei werden die vier wieder verfüllten Baugruben der Notausgangsbauwerke mit der TBM durchfahren. Erreicht die TBM eine der drei späteren Haltestellen, fährt sie in die fertiggestellte Baugrube aus, wird durch die Baugrube hindurch gezogen und beginnt auf der anderen Seite den nächsten Regelvortrieb. Der Zielschacht wird im Endzustand zum Notausgang Heukoppel ausgebaut.
Um die TBM sicher durch die Schlitzwände des Startschachtes, der Haltestellen, der Notausgänge und des Zielschachtes an- und auszufahren, werden im Übergangsbereich der Schlitzwand zum Baugrund Kunstbodenblöcke als Einphasenwände eingebaut. Für die An- und Durchfahrt der TBM durch die Baugruben der Haltestellen werden Schildwiegen und Nachläuferwiegen installiert.
Der Ausbau des Tunnels soll künftig einschalig mit 0,50 m dicken und 1,50 m breiten, wasserundurchlässigen Stahlfaserbetontübbingen erfolgen (7+0 Segmente pro Ring). Bei der Herstellung der Tübbinge werden Polypropylenfasern zur Gewährleistung der Brandschutzanforderungen verwendet. Die Fugen werden mittels druckwasserhaltender Abdichtungsrahmen gegen das anstehende Grundwasser abgedichtet.
3.3 Umsetzung der Nachhaltigkeitsansätze in Planung und Bau der U5
Um Hamburgs Mobilität nicht erst beim Betrieb der U5 umweltfreundlicher zu gestalten, hat die Hochbahn U5 Projekt GmbH eine zweisäulige Reduktionsstrategie für die Planung und den Bau entwickelt. Die erste Säule umfasst die Optimierung aller Planungsleistungen und die zweite die konkrete CO2-Minimierung beim Bau der U5. Hierdurch konnten bereits beim ersten sich im Bau befindlichen Abschnitt der U5 Erfolge beim Materialeinsatz und auch bei der Planungsoptimierung erzielt werden. Diese ergeben sich vor allem durch die konsequente Umsetzung der nachfolgenden Maßnahmen:
Auftragsvergabe für den Bau erfolgt nur an nachhaltig agierende Unternehmen, die sich verpflichten, umweltschonend hergestellte Baustoffe einzusetzen, vor allem durch Verwendung umweltschonendster auf dem Markt verfügbarer Zemente und Stähle
Einsparung von Materialmengen durch angepasste Bauweisen und Bauprozesse
Umsetzung eines nachhaltigen Bodenmanagements inklusive Logistik
Ausschließlicher Einsatz von Ökostrom
So ist beim ersten Abschnitt der verpflichtende Einsatz von umweltschonendem Stahl und Zement in die Ausschreibungen und Auftragsvergaben aufgenommen worden. In den ersten beiden Baulosen wird dadurch seit 2024 ausschließlich Bewehrungsstahl mit hohem Recyclinganteil (max. 500 kg CO2-äq/t) eingesetzt. Im Baulos 2 (Startschacht U5 bis Haltestelle Bramfeld) kommt sogar nur noch Bewehrungsstahl mit maximal 400 kg CO2-äq/t zum Einsatz – ein Jahr früher als zunächst geplant. Bis Ende Januar 2025 wurden bereits 32 000 t grüner Bewehrungsstahl und 180 000 m3 klinkerreduzierter Beton beauftragt und teilweise verbaut. Die Erfolge gehen auf einen intensiven Austausch und eine enge Zusammenarbeit mit der Stahl- und Betonindustrie zurück. Die Strategie der U5 zeigt Wirkung und sendet ein starkes Signal an die Industrie, die wiederum zunehmend umweltfreundlichere Baumaterialien liefert.
5 | Treibhausgas-Reduktion durch Materialeinsparungen in der Planung
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Durch Materialeinsparungen wurde bei der Entwurfsplanung für die Notausstiege im Bauschnitt City Nord bis Jarrestraße eine Reduktion des THG-Potentials von rund 30 % erreicht (Bild 5). Gleichzeitig sind zum Teil auch die Bahnsteigbreiten der Haltestellen oder deren Tiefenlage verringert worden, wodurch ebenfalls weniger Material verbaut werden soll. Diese ersten Optimierungen werden auch auf die weiteren Planungsabschnitte der U5 angewendet.
Neben diesen Erfolgen, die bereits in der Planung erzielt werden konnten, initiiert die Hochbahn U5 Projekt GmbH deutschlandweit die erste Zulassung im Einzelfall von Stahlfaserbetontübbingen im Bau. Diese enthalten durch ihre Materialzusammensetzung mit Faserbeton rund ein Drittel weniger Stahl und weisen so eine deutlich bessere CO2-Bilanz auf. Außerdem starten erste Pilotversuche für die Elektrifizierung der Baustellenlogistik in 2025.
4 Ausblick Planung, Bau und Nachhaltigkeit
Während der Bau des ersten U5-Abschnitts läuft, geht auch die Entwurfsplanung für den verbleibenden 17 km langen Abschnitt weiter. Neben der Bauwerksplanung von Tunneln und Haltestellen geht es dabei unter anderem um die Bauverfahren und -abläufe, aber auch um die Logistik, Verkehrskonzepte und Terminplanung und eben die Identifizierung und Umsetzung von Maßnahmen zur CO2-Reduktion. Dabei werden neben den bereits ermittelten Optimierungspotenzialen weitere Hebel identifiziert und implementiert, um eine zusätzliche CO2-Reduktion herbeizuführen.
6 | Bereits erreichte und gesteckte Reduktionsziele in verschiedenen Industrien
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
7 | Elektrifizierter Lkw im Testbetrieb
Credit/Quelle: Hamburger HOCHBAHN AG
Im Austausch mit der Industrie wurden gemeinsame Reduktionsziele besprochen. Im Projektverlauf sind erste Zwischenziele aufgrund einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Industrie, Bauunternehmen und Bauherren bereits früher erreicht worden (Bild 6).
Leitmärkte für die Dekarbonisation der Industriezweige Zement, Beton und Stahl werden von den Industriepartnern und der Politik gefordert. Hier wird im Hamburger Großprojekt U5 der Hochbahn zum ersten Mal die Anforderung an nachhaltige Produkte in die Ausschreibungen aufgenommen und in der Ausführung umgesetzt.
Perspektivisch werden im weiteren U5-Bau elektrifizierte Lkw und Bagger auf den Baustellen im Testbetrieb eingesetzt und so erste Erfahrungen für deren Praxiseinsatz gesammelt (Bild 7). Die U5 GmbH geht auch hier von einem großen Einsparpotenzial aus.
Die U5 GmbH erwartet, dass auf Materialebene sogar noch mehr Potenziale gehoben werden können, die sich im weiteren Verlauf des Projekts zeigen werden und sich positiv auf die Zielerreichung von 70 % auswirken. Diese Erkenntnis stützt sich vor allem auch auf den laufenden Austausch mit den Vertretern der Industrie und den Auftragnehmern des ersten Bauabschnitts.
Die Einsparungen im Bau und in der Planung werden in der jährlichen Bilanzierung im Nachhaltigkeitsbericht dokumentiert und sind inzwischen auch ins Risikomanagement für die U5 aufgenommen worden. Damit wird die transparente Messbarkeit der Maßnahmen zur CO2-Reduktion für die weitere Projektlaufzeit möglich. Das vor zwei Jahren aufgestellte Zielszenario wird dabei konsequent mit der Jahresbilanzierung der tatsächlich im Bau anfallenden und der zu erwarteten CO2-Emissionen für die weiteren Planungsabschnitte abgeglichen. So werden die laufende Qualitätssicherung und das Erreichen des Reduktionszieles sichergestellt.
Für die CO2-Reduktion beim Bau der U5 sind damit alle Stellschrauben justiert: Nachhaltigkeit als gleichwertiges Kriterium ist in die Planungen integriert worden und wird immer mit betrachtet. Dadurch können die technisch maximal möglichen Reduktions-Maßnahmen bereits frühzeitig mitgedacht und schließlich im Bau umgesetzt werden. Zusätzlich werden weiterhin gemeinsam mit der Industrie Lösungen erarbeitet, die die Entwicklung nachhaltiger Baustoffe konsequent vorantreiben. Nach aktuellem Stand ist davon auszugehen, dass der Wert für die Einsparung der CO2-Emissionen beim Bau der U5 durch die Fortschritte der kommenden Jahre noch weiter gesteigert werden kann.
