Projekt P-Option in Stuttgart – Bauabschnitt I: Rohbauarbeiten schneller als geplant abgeschlossen
Im Zuge des Bahnprojekts Stuttgart–Ulm wird der gesamte Bahnknoten Stuttgart neu geordnet. Mit der Inbetriebnahme des Projekts wird die über 100 Jahre alte Fernbahnröhre des Pragtunnels entbehrlich. Mit dem Projekt P-Option (Prag-Option) wird unter Nutzung dieses Tunnels zusätzlich eine neue zweigleisige Verbindung zwischen dem Stuttgarter Hauptbahnhof und der Strecke 4800 in Feuerbach geschaffen.
Project P-Option, construction phase I: Tunnelling work in one of the two branching structures of the Cannstatt Tunnel for the underground connection to the planned new Wartberg Tunnel
Credit/Quelle: Jannik Walter/DB PSU
1 Projekt
Im Zuge des Bahnprojekts Stuttgart–Ulm wird der gesamte Bahnknoten Stuttgart neu geordnet. Der künftige Stuttgarter Hauptbahnhof wird gegenüber der heutigen Lage um 90° gedreht und in einen Durchgangsbahnhof umgewandelt. Der Fern- und Regionalverkehr aus Richtung München wird den neuen Hauptbahnhof über den Fildertunnel erreichen (Strecke 4813). In Richtung Mannheim wird der Hauptbahnhof über den Tunnel Feuerbach, an die Strecke 4800 angebunden. Im Stuttgarter Stadtgebiet sind darüber hinaus Tunnel in Richtung der Stadtteile Bad Cannstatt sowie Ober- und Untertürkheim hergestellt worden.
1 | Übersichtskarte
Credit/Quelle: WBI GmbH, Hintergrundkarte: basemap.de / BKG 08.2022
2 | Tunnel Wartberg, Lageplan
Credit/Quelle: WBI GmbH
Mit der Inbetriebnahme des Bahnprojekts Stuttgart–Ulm werden auch Teile der Infrastruktur entbehrlich. Hierzu zählt die über 100 Jahre alte Fernbahnröhre des Pragtunnels. Mit dem Projekt P-Option (Prag-Option) wird unter Nutzung dieses Tunnels zusätzlich eine neue zweigleisige Verbindung zwischen dem Hauptbahnhof und der Strecke 4800 in Feuerbach geschaffen. Die Gleise der P-Option zweigen im bestehenden Tunnel Cannstatt von der Strecke 4715 ab. Die Gleise der neuen Strecke 4806 verlaufen von hier im neu zu bauenden Tunnel Wartberg in Richtung Nordwesten. Das Portal des Tunnels liegt westlich der Löwentorbrücke der Heilbronner Str. (Bild 1).
An den Tunnel schließt sich nach Westen ein Trogbauwerk an. Die Gleise erreichen unmittelbar östlich des bestehenden Pragtunnels die heutige Geländeoberfläche. Hier endet die Strecke 4806. Die P-Option umfasst jedoch auch Maßnahmen im westlich anschließenden Pragtunnel der Strecke 4800 und den anschließenden Streckenabschnitt bis nach Feuerbach, wo die Strecke an den zukünftigen Bestand der Strecke 4813 in Richtung Mannheim anschließen wird.
Die P-Option wird in drei Bauabschnitten realisiert (Bild 2). Der Bauabschnitt I umfasst den unmittelbaren unterirdischen Anschlussbereich an die Tunnel Cannstatt. Mit dem Bauabschnitt BA II werden die bergmännisch aufzufahrenden eingleisigen Streckenröhren des Tunnels Wartberg, ein Verbindungsbauwerk sowie Ventilatorbauwerke und der zugehörige Technikschacht sowie ein Technikgebäude realisiert. Der Bauabschnitt BA II endet im Norden bzw. Nordwesten im Bereich zwischen dem Brünner Steg und der Löwentorbrücke. Der Bauabschnitt III umfasst die anschließenden Abschnitte des Tunnels Wartberg in offener Bauweise, das Trogbauwerk und Maßnahmen im Pragtunnel.
2 Baugrund- und Grundwasserverhältnisse
3 | Ausgelaugter Gipskeuper im Verzweigungsbauwerk 4806-2, Ortsbrustfoto
Credit/Quelle: WBI GmbH
4 | Ausgelaugter Gipskeuper, Gefügemodell und Kennwerte
Credit/Quelle: WBI GmbH
Im Projektgebiet stehen unterhalb der Deckschichten aus quartären Hanglehmen und künstlichen Auffüllungen, die Mächtigkeiten von mehreren Metern aufweisen können, die Schichten des Gipskeupers an. Die Gipskeuperschichten im Planungsbereich des Tunnels Wartberg liegen bis zum Übergang auf den unterlagernden Lettenkeuper durchgehend in ausgelaugter Form vor (Bild 3). Der ausgelaugte Gipskeuper (AGK) ist dadurch entstanden, dass die Sulfatanteile des Gebirges in Wasser gelöst und mit dem Grundwasserstrom abtransportiert worden sind. Das Gestein kann hinsichtlich seines Auslaugungsgrades und der Festigkeit in vier Klassen unterteilt werden (Bild 4). Eine Einteilung ist auf der Grundlage des natürlichen Wassergehalts möglich [1]. Auf dieser Grundlage kann der AGK im Bereich der unterirdischen Verzweigungsbauwerke (Bauabschnitt I) überwiegend den Klassen II bis III zugeordnet werden [2]. Die für diese Klassen maßgebenden Kennwerte sind in Bild 4 zusammengestellt.
Die Grundwasserverhältnisse im Bereich des Tunnels Wartberg sind durch die Wechselfolge von Schichten geprägt, die unterschiedliche Durchlässigkeiten besitzen (grundwasserführende und grundwasserstauende Schichten). Es ergeben sich hieraus mehrschichtige Grundwassersysteme mit unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Stockwerken. Die vertikalen Wasserdurchlässigkeiten sind im ausgelaugten Gipskeuper relativ gering. In horizontaler Richtung ergeben sich infolge der vertikalen Klüftung der mürben Schluffsteinlagen meist etwas größere Durchlässigkeiten.
Die Baumaßnahme befindet sich im Zustrombereich der Mineral- und Heilquellen von Stuttgart-Bad Cannstatt und Stuttgart-Berg. Sie liegen in der Außenzone des ausgewiesenen Heilquellenschutzgebietes [3].
3 Planung Bauabschnitt I
5 | Tunnel Bad Cannstatt, Sonderprofil SQP im Bereich des geplanten Anschlusses für die P-Option
Credit/Quelle: Jannik Walter/DB PSU
6 | Tunnel Wartberg, 3D-Ansicht
Credit/Quelle: WBI GmbH
7 | Verzweigungsbauwerke, Querschnitt im Bereich der größten Breite der Aufweitung
Credit/Quelle: WBI GmbH
8 | Verzweigungsbauwerk Presselstraße, tiefliegende Röhre
Credit/Quelle: WBI GmbH
9 | Vortriebsklasse für die Aufweitung der Verzweigungsbauwerke
Credit/Quelle: WBI GmbH
Der Bauabschnitt I umfasst die unmittelbaren Anschlussbereiche der P-Option an den bestehenden Tunnel Cannstatt und die jeweils anschließenden ca. 20 m langen Abschnitte der eingleisigen Streckenröhren des Tunnels Wartberg (Bild 2). Die Planung erfolgte nach der BIM-Methode. Mit der Grundlagenermittlung für das Projekt wurde im Jahr 2021 begonnen.
Die Lage des Anschlussbereichs für die P-Option wurde bereits im Zuge der Planungen für den Tunnel Cannstatt grundsätzlich festgelegt. Hier wurde der Tunnel Cannstatt als Vorbereitungsmaßnahme in einem Sonderprofil ausgeführt ([2], Bild 5 und Bild 3 rechts). Damit die stadtauswärts gerichtete Röhre des Tunnels Wartberg die stadteinwärts gerichtete Röhre des Tunnels Cannstatt höhenfrei kreuzen kann, wurden die Röhren des Tunnels Cannstatt zudem in unterschiedlichen Tiefenlagen angeordnet (Bild 6).
Die hochliegende Röhre des Tunnels Wartberg, in der das Richtungsgleis Feuerbach verläuft, (Achse 4806-1) verläuft vom Anschlussbereich in Richtung Norden bzw. Nordwesten. Im Kreuzungsbereich mit dem Tunnel Richtungsgleis Hbf. des Tunnels Cannstatt ist die Schwebe zwischen der Sohle des Tunnels Wartberg und der Firste des Tunnels Cannstatt nur wenige Meter mächtig. Auch die Überlagerung zur Geländeoberfläche und den hier befindlichen Gleisanlagen und Gebäuden beträgt nur wenige Meter (Bild 7).
Die Gradiente für das Gleis 4806-2 verläuft vom Verzweigungsbauwerk aus zunächst mit einer Steigung von 40 ‰ in Richtung Pragtunnel. Die steile Neigung ist erforderlich, damit das Gleis noch östlich des Pragtunnels die Geländeoberfläche erreicht. Infolge des großen Gefälles haben die Gleise bereits am Ende des ca. 100 m langen Verzweigungsbauwerks einen Höhenunterschied von ca. 1 m (Bild 8). Der Tunnelquerschnitt besitzt hier bezogen auf die Außenkante der Innenschale eine Breite von 20,6 m und eine Höhe von 14,2 m.
Für die Aufweitung des Tunnels im Bereich der Verzweigungsbauwerke musste zunächst die Innenschale des Tunnels Cannstatt im betroffenen Bereich zurückgebaut werden. Dazu wurde zuerst der Grundwasserspiegel über Bohrungen abgesenkt. Der Vortrieb bzw. die Aufweitung erfolgten in Spritzbetonbauweise im Schutz einer vorausseilenden Sicherung mit Rohrschirmen (Bild 9). Um die Querschnittshöhe nicht zusätzlich zu vergrößern, wurden die Rohrschirme fliegend aus der Ortsbrust gebohrt. Die in den Querschnitt hineinragenden Rohre wurden im Zuge des Vortriebs abgetrennt.
10 | Vortriebsarbeiten im Verzweigungsbauwerk
Credit/Quelle: Jannik Walter/DB PSU
Der Vortrieb war im Vollausbruch mit abgetreppter Ortsbrust geplant (Bild 10). Die Abschlaglängen sind mit max. 1 m vorgesehen gewesen. Zur Begrenzung der vortriebsbedingten Senkungen war eine starke Ortsbrustankerung und ein Ringschluss nach spätestens 5 m geplant (Bild 9). Sowohl die Bemessung der Sicherung als auch die Prognose der Senkungen erfolgten mit Hilfe von 3D-FE-Berechnungen. Entsprechende Berechnungen wurden sowohl in der Entwurfsphase als auch in der Ausführungsphase durchgeführt. Im Zuge der Bauarbeiten wurden die Prognosen kontinuierlich mit den Messergebnissen verglichen. Auf dieser Grundlage konnte bestätigt werden, dass die charakteristischen Kennwerte maßgebend sind und dass auf die Berücksichtigung von unteren Kennwerten verzichtet werden kann. Dadurch war es möglich, die ursprünglich im Bereich der Gebäude Heilbronner Str. 150 sowie Presselstr. 10 und 12 vorgesehenen CGV-Maßnahmen (Compensation-Grouting-Verfahren) entfallen zu lassen.
4 Bauausführung
11 | Vortriebsdiagramm
Credit/Quelle: WBI GmbH
12 | Senkungen an den Gebäuden infolge Vortrieb VZBW 4806-2
Credit/Quelle: WBI GmbH
13 | Senkungen an den Gebäuden infolge Vortrieb VZBW 4806-2 und 4806-1
Credit/Quelle: WBI GmbH
Die Aufweitung für die Verzweigungsbauwerke erfolgte über den für den Bau der Tunnel Cannstatt errichteten Zwischenangriff (ZA) Nord – zunächst für das untere Bauwerk (Richtungsgleis Hauptbahnhof) und dann für das hochliegende Bauwerk (Richtungsgleis Feuerbach). Um die Baumaßnahmen zu ermöglichen, wurde das bereits fertiggestellte Verbindungsbauwerk 1.5.2.3 geöffnet. Die im Tunnel Cannstatt im Baubereich bereits errichteten Ausrüstungsbestandteile sowie die Feste Fahrbahn wurden zurückgebaut bzw. gegen Beschädigung geschützt. Im Anschluss erfolgte der Rückbau der Innenschale.
Die Vortriebsarbeiten im tiefliegenden Verzweigungsbauwerk wurden im November 2023 begonnen und im April 2024 abgeschlossen. Der Vortrieb im hochliegenden Verzweigungsbauwerk erfolgte im Zeitraum von September 2024 bis Januar 2025. Für die Aufweitung wurden mittlere Vortriebsgeschwindigkeiten von 0,8 bis 1,0 m/d erzielt (Bild 11).
Die infolge des Baus des tiefliegenden Verzweigungsbauwerks gemessenen Senkungen an den Gebäuden zeigt das Bild 12. Die Ergebnisse entsprechen ebenso den Prognosen wie die infolge des anschließend gebauten hochliegenden Verzweigungsbauwerks (Bild 13).
Dank der guten Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten konnten die Rohbauarbeiten vor dem geplanten Fertigstellungstermin abgeschlossen werden.
5 Ausblick
Die Fertigstellung des Rohbaus für den BA I der P-Option konnte weniger als fünf Jahre nach Beginn der Vorplanung erfolgen (Bild 14). Das war aufgrund der guten Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten möglich. Auch die Planungen für den Bauabschnitt BA II und den BA III liegen im Zeitplan. Die Planungen für den Bauabschnitt BA II befinden sich im Genehmigungsverfahren beim Eisenbahnbundesamt. Die Anfang 2025 begonnene Vorplanung für den Bauabschnitt BA III soll 2026 abgeschlossen werden.
14 | Verzweigungsbauwerk für die tiefliegende Röhre nach der Fertigstellung des Rohbaus
Credit/Quelle: Jannik Walter/DB PSU
