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Dienstag, 12. Dezember 2017

Infrastruktur

Erschließung des Untergrunds

Von Fabian Kurmann | 27. Juli 2017 | Ausgabe 30

Es sollen drei unterirdische Rekorde werden: Am Brenner entsteht zwischen Österreich und Italien die mit 64 km längste unterirdische Eisenbahnstrecke der Welt. Am Mont Cenis zwischen Frankreich und Italien wird der voraussichtlich längste Eisenbahntunnel der Welt (57,5 km) gebaut und am Fehmarnbelt zwischen Deutschland und Dänemark der längste und tiefste kombinierte Straßen- und Eisenbahntunnel (17,6 km).

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Foto: Amila SA

Der Tunnel liegt im Trend. Er erschließt leise und auf kurzem Wege die Strecke zwischen zwei Orten, nimmt an der Oberfläche keinen Platz weg und ist bei jedem Wetter befahrbar. Dabei überschreiten Tunnel nicht nur nationale Grenzen, sondern auch die des bisher Vorstellbaren. „Wir sind am Beginn des goldenen Zeitalters des Tunnelbaus“, sagt Achim Kühn, Sprecher von Herrenknecht. Immer öfter bekäme die Tunnelbaumaschinenfirma Anfragen von Städteplanern mit neuen Ideen für den Untergrund. Und es gibt die Visionen des Tesla- und SpaceX-Gründers Elon Musk. Doch eins nach dem anderen.

Die drei Rekordtunnel gehören zum Transeuropäischen Netz für Transport, auch TEN-T genannt. Auch weniger spektakuläre Tunnel, wie der der Neubaustrecke Stuttgart-Ulm, gehören dazu. Dabei werden neun strategisch wichtige Routen eines Kernnetzes von der EU besonders gefördert, etwa der Korridor von Skandinavien bis ans Mittelmeer. Auf ihm liegen sowohl der Fehmarnbelt-Tunnel (FBT) wie auch der Brenner-Basistunnel (BBT).

Die aktuelle Infrastruktur muss immer mehr Verkehr bewältigen. Sowohl im Personenverkehr wie auch im Güterverkehr stieg die Verkehrsleistung laut offizieller EU-Statistik seit 1995 in den 28 EU-Mitgliedstaaten im Schnitt jährlich um 1,1 %. 2014 wurden dort rund 3524 Mrd. Tonnenkilometer und 6591 Mrd. Personenkilometer erbracht. „Die großen Tunnelbauten sind die Schlüsselobjekte für den späteren Betrieb der europäischen Transitachsen“, sagt Heinz Ehrbar, Leiter für Großprojekte bei der Deutschen Bahn.

Mittlerweile gibt es in Europa auch ausreichend politischen Willen und finanzielle Unterstützung, um solche Projekte zu realisieren. Die Idee des BBT existiert z. B. schon seit 160 Jahren. Und bereits mit der Technik der 1970er-Jahre galt der 2016 eröffnete und mit 57,1 km aktuell längste Eisenbahntunnel der Welt, der Gotthard-Basistunnel (GBT), als machbar.

Die EU bezahlt beim BBT nun 40 % der auf 8,8 Mrd. € geschätzten Gesamtkosten, den Rest teilen sich Italien und Österreich je zur Hälfte. „Durch die EU und ihre Gelder für den Ausbau von Verkehrskorridoren hat das Tunnelprojekt am Brenner einen kräftigen Schub bekommen“, sagt Ehrbar.

Indes gewinnt die Erschließung des Untergrunds auch an anderer Stelle Interessenten. Der neueste Coup des Visionärs Elon Musk heißt „The Boring Company“. Deren Ziel ist es, den Boden unter Großstädten wie Los Angeles mit einem Tunnelnetz zu durchziehen. „Um das Problem des nervtötenden Verkehrs zu lösen, müssen Straßen die dritte Dimension erobern, das heißt, entweder mit fliegenden Autos oder Tunneln“, verkündet die Firma auf ihrer Webseite. Ein viele Ebenen tiefes Tunnelnetzwerk könne Staus in jeder Stadt auflösen. „Schlüssel zum Erfolg ist es, den Tunnelbau schneller zu machen und die Kosten auf ein Zehntel oder weniger zu reduzieren“, so The Boring Company.

Günstiger soll es durch kleinere Tunneldurchmesser werden, gleichzeitiges Bohren und Errichten der Tunnelwand sowie durch Vollautomatisierung. Ziel seien Röhren mit ca. 4,3 m Durchmesser. In einem ersten Schritt sollen durch sie Autos auf elektrischen Schlitten fahren.


Diese verursachten keine Emissionen, was die Betriebskosten der Tunnellüftung reduziere, auch Standstreifen würden so obsolet. Außerdem will das Unternehmen Technologien erforschen, um den Abraum zum Bau der Tunnelwände einzusetzen.

Auf lange Sicht will The Boring Company auch Tunnel für den Hyperloop bauen, eine Art „Rohrpost“, bei der ein Schlitten mit über 1000 km/h durch Unterdruckröhren schießen. Elon Musk hat sich das Konzept ausgedacht. Einen ähnlichen Ansatz für den Massentransport hatte das Schweizer Projekt Swiss Metro aber bereits Jahre vor ihm.

In Vakuumröhren sollten ganze Züge von Stadt zu Stadt geschossen werden (s. großes Bild). Die Projektgesellschaft wurde aber 2009 liquidiert. Der Schweizer Staat habe den Nutzen des Ausbaus bestehender Verkehrswege im Vergleich mit den Investitionskosten als höher bewertet, sagt Silvio Foiera, Generalsekretär einer Interessengemeinschaft, die sich weiter für die Realisierung des Projekts starkmacht.

Damals habe man sich für das Konkurrenzprojekt der Neuen Eisenbahn-Alpentransversale entschieden, zu dem auch der GBT gehört. Vom Tisch ist die Swiss Metro aber noch nicht, denn sie wurde vom Schweizer Bundesrat in die Verkehrsplanung 2030/35 aufgenommen.

Während die Technik für die Swiss Metro noch zum Großteil entwickelt werden müsste, setzt ein anderes Schweizer Projekt für Untergrundtransport größtenteils auf bewährte Konzepte. Bei Cargo Sous Terrain sollen ab 2030 autonome Fahrzeuge auf einer ersten, 66,7 km langen Teilstrecke Güter unterirdisch zwischen neun lokalen und regionalen Verteilzentren transportieren. Eine Machbarkeitsstudie im vergangenen Jahr fiel bereits positiv aus und der wirtschaftliche Nutzen scheint vielversprechend.

Unter den Hauptaktionären sind z. B. die Einzelhandelsketten Migros und Coop, der Software-Riese SAP, die Schweizer Post, die Schweizer Bundesbahn sowie das 160 Mio. $ schwere Start-up Hyperloop One, das die Vision der „Rohrpost“ von Elon Musk verwirklichen will – allerdings zunächst oberirdisch.

Für all diese Projekte müssen sehr lange Tunnel gebohrt werden. Neben der technischen Machbarkeit stellen sich Fragen der Finanzierung und vor allem der Sicherheit.

Um die Technik steht es gut, denn sie hat sich seit den 1970er-Jahren deutlich weiterentwickelt: „Mit Tunnelbohrmaschinen können wir auch in schwierigen, weichen Böden zuverlässig Tunnel bauen, etwa unter der Altstadt von Amsterdam“, sagt Edgar Schömig, der für den Tunnelbereich zuständige Vorstand des Stuttgarter Baukonzerns Ed Züblin. Der Schildvortrieb sei mittlerweile hoch automatisiert.

„Heute setzen wir größere Tunnelbohrmaschinen ein – 14 m bis 15 m Schilddurchmesser sind kein Problem“, sagt der Bauingenieur. Die Maschinentechnik habe Fortschritte gemacht, bestätigt auch Bahn-Manager Ehrbar. „Als wir beim GBT auf einer langen Strecke auf viel härteres Gestein stießen als erwartet, musste die Maschine lange als Brecher arbeiten anstatt als Bohrmaschine“, erinnert er sich. Wo frühere Tunnelbohrmaschinen (TBM) an ihre Grenzen gekommen wären, hätten die Konstruktionen von Herrenknecht die Zone zuverlässig gemeistert.

Anders als Musk glaubt der deutsche TMB-Bauer an den iterativen Fortschritt statt an den Quantensprung. Beim Elbtunnel im Jahr 2000 habe man Wasserdrücke von 5 bar beherrschen müssen und sich dann langsam gesteigert, sagte Herrenknecht-Sprecher Achim Kühn. 2015 habe eine TBM unter 15 bar Druck gebohrt, heute gebe es schon Überlegungen einen Gibraltar-Tunnel unter 32 bar zu realisieren. „Wir freuen uns, dass Elon Musk dem Untergrund eine weitreichende Zukunftsperspektive aufzeigt“, so Kühn. „Aber wir müssen gemeinsam mit unseren Projektpartnern reale Projekte verbindlich fertigstellen.“

Der Tunnelbau sei oft das kleinere Problem, sagt auch Ehrbar. „Wie man einen Tunnel langfristig sicher und wirtschaftlich betreibt, das ist die große Herausforderung.“ Selbst im längsten Tunnel muss nachgewiesen werden, dass Passagiere im ungünstigsten Fall rechtzeitig evakuiert werden können. Mehr Sicherheit bedeutet oft mehr Kosten. Und mit der Länge eines Tunnels steigt auch die Komplexität des Lüftungssystems. „Technisch ist wohl vieles machbar“, sagt der Ingenieur. „Häufig sind solche Lösungen dann aber nicht wirtschaftlich.“

Schlechte Nachrichten gibt es momentan für Musks Plan, Kosten durch eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu senken. „Für schnelleres Bohren müssen mehr Energie, eine bessere Abraum- und Versorgungslogistik oder eine größere Maschinenanzahl im Untergrund eingesetzt werden“, sagt Herrenknecht-Sprecher Kühn. Die Budgetanforderungen würden steigen. Die Ankündigung von The Boring Company, die Bohrgeschwindigkeit „um das 14-Fache zu steigern und damit eine Schnecke im Wettrennen zu besiegen“, klingt groß. Laut Kühn schaffen TBM mit 6 m bis 7 m Durchmesser aber schon jetzt bis zu 70 m Tunnelröhre pro Tag, wenn Geologie und Logistik stimmen. Da fehlt wenig, um sogar die mit 3 m/h schnellste Schnecke einzuholen.

Das gleichzeitige Bohren und Errichten der Tunnelwand ist ein weiterer Ansatz zur Beschleunigung, funktioniert aber nur in hartem Gestein. In weichen Böden mit Wasserdruck geht das aktuell immer nur nacheinander. Auch eine Art Serienfertigung von Tunneln sei schwierig, heißt es von den mittelständischen Tunnelbauexperten, denn „Geologen wissen aus den letzten 30 Jahren, dass der Baugrund häufig sehr heterogen ist und immer Überraschungen mitbringen kann“.

Immerhin gelten Tunnelbauwerke im Vergleich zu oberirdischen Bauwerken, wie Hochhäusern oder Brücken, als weniger erdbebengefährdet, denn die Einbettung im Boden bietet Schutz gegen freie Schwingung. Studien haben gezeigt, dass bis zu einer Beschleunigung rund 2 m/s² an der Bodenoberfläche die beobachteten Schäden unter der Erde gering waren.

Generell findet auch Ehrbar die Idee unterirdischer Transportsysteme spannend. Doch der Leiter Großprojekte der Deutschen Bahn weiß: „Bei all den Ideen, eine unterirdische Rohrpost zu bauen, muss immer der sichere Betrieb garantiert sein.“ Daher rechnet er Cargo Sous Terrain gute Chancen aus: „Wenn ich wetten müsste, würde ich in Europa auf die automatisierten unterirdischen Güterverkehre setzen statt auf ultraschnelle Personentransporte“, sagt Ehrbar.

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