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AlpTransit Gotthard

Fahrbahn im Gotthard-Basistunnel

In den beiden Einspurröhren des Tunnels stehen für die Fahrbahn im Querschnitt Platz von 3.34 m x 0.58 m zur Verfügung. Aussparungen im seitlichen Bankett sind aufgrund der Kabelrohrblöcke nicht möglich. Auf diesem begrenzten Raum ist alles für die Fahrbahn relevante unterzubringen: Schiene, Schwelle, Entwässerungs-Kontrollschacht in Gleismitte, seitlicher Einlaufschacht, bei den Spurwechseln zusätzlich Weichenantriebe, Zungenprüfer und die Sensorik des Weichendiagnosesystems. Spätere Gebirgsdeformationen (örtliche Sohlhebung bis zu 5 cm) müssen mit einfachen Regulierungsmöglichkeiten auszugleichen sein. 
Auf die exakte Gleislage wird hoher Wert gelegt, weil diese sich nachhaltig auf die Lebensdauer auswirkt. Moderne Gleisrichtmethoden und Einbauverfahren ermöglichen sehr hohe Genauigkeiten. Aufgrund der guten Erfahrungen bei kürzlich fertig gestellten Tunnels (Neubaustrecke Mattstetten - Rothrist und Zürich - Thalwil) sind die Anforderungen sehr hoch gesteckt. Auch die besonderen Umweltbedingungen in diesem sehr langen Tunnel sind zu berücksichtigen: Temperaturen bis +40°C, hohe Luftfeuchtigkeit, möglicherweise anfallendes Bergwasser, Tropfwasser im Portalbereich (Salzeintrag), Druck- und Sogkräfte bei 250 km/h, Betonstaub, Bremsstaub, Schienen-/Fahrdrahtabrieb, Fette/Öle, Gase (H2S). Unter all diesen Bedingungen dürfen Funktion und Lebensdauer der Fahrbahn nicht beeinträchtigt werden. 

Für das Einbauverfahren ist der Einbau des Schwellenvergussbetons eine der grössten logistischen Herausforderungen im Gotthard-Basistunnel: Transportzeiten von mehr als einer Stunde bis zu den entferntesten Einbaustellen, hohe Temperaturen und Luftgeschwindigkeiten bis 5,0 m/s. Höchste Priorität haben die Sicherheit und die Verfügbarkeit der Gleisanlagen. Auch der Unterhalt im Betrieb und die spätere Erneuerung spielen eine wesentliche Rolle in der Planung und Ausführung der Fahrbahn. Es werden möglichst niedrige Lebensdauerkosten (LCC) angestrebt. Die Nutzungsdauern einzelner Teilsysteme müssen optimal aufeinander abgestimmt sein. Im Havariefall ist ein Konzept gefordert, das eine schnelle Wiederherstellung der Fahrbahn ermöglicht. Ausserhalb des Gotthard-Basistunnels gibt es weniger einschneidende Platz- oder Klimaprobleme. Hier wird der Oberbau der Neubaustrecke als klassischer SBB-Schotteroberbau mit lückenlos verschweissten Gleisen gestaltet. Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der nicht kalkulierbaren Risiken infolge Setzungen werden alternative Techniken (z.B. Feste Fahrbahn) nicht zugelassen.

Für den Tunnel ist im Bauprojekt Bahntechnik das Feste-Fahrbahn-System LVT (Low Vibration Track) mit Zweiblockschwellen in Schwellenschuhen vorgesehen. Diese Bauart basiert auf einer Entwicklung, die bereits vor 40 Jahren mit dem Einbau einer schotterlosen Fahrbahn auf Zweiblockschwellen mit Gummischuh im Bözbergtunnel der SBB ihren Anfang nahm. Seither haben die SBB zusammen mit der SNCF und der Firma Sonneville International das System weiter-entwickelt und damit in vielen weiteren Tunnels gute Erfahrungen gemacht. Das neuste Anwendungsbeispiel ist der im Jahre 2003 in Betrieb gesetzte Tunnel Zürich - Thalwil (siehe Foto). Ein grosser Vorteil dieser Fahrbahnart ist die Austauschbarkeit von Einzelelementen. Da es keine starre Verbindung von Gleisrost und Gleistragplatte gibt, ist es sogar möglich, nur auf einer Schienenseite Schwellen auszutauschen: Schiene lösen und anheben, Schwellenblock herausheben. Im Gotthard-Basistunnel liegt die Gleistragplatte direkt auf dem Sohlgewölbe des Rohbaus auf und wird inklusive Eingiessen des Gleisrostes in einem Arbeitsgang erstellt. Im Vergussbeton wird keine Armierung eingebaut, dafür wird dieser zur gesteuerten Rissbildung alle 4.20 m im Schwellenfach mit Kerbfugen versehen. 

Auch die Konstruktion der acht Weichen vom Typ EW 1600-VI-1600-1:21.5 mit beweglichen Herzstücken auf schotterloser Fahrbahn sieht Einlagen unter der Schwellensohle vor, die durch Gummischuhe fixiert sind. Die Gummischuhe samt Einlagen werden auf die Weichenbetonschwellen aufgezogen. Die Weiche wird auf den Untergrund aufgelegt und anschliessend, analog zum normalen Gleis, nach dem Anheben und Unterstellen mit Stützkörpern und Richtkeilen genau gerichtet und mit Füllbeton zwischen den Schwellen verfüllt und kraftschlüssig verbunden. 

Speziell die Weichen gehören im Hochgeschwindigkeitssystem zu den Komponenten mit den höchsten Ausfallquoten. Deshalb werden für alle Weichenbauteile kompakte und wartungsarme Systeme verlangt. Aufgrund der bereits erwähnten begrenzten Platzverhältnisse in den Einspurröhren ist ein Einsatz der standardisierten Weichenantriebe nicht möglich. Derzeit ist im Tunnel ein Platz sparender hydraulischer Antrieb vorgesehen. Auch für die Zungenprüfkontakte ist ein System ohne Prüfergestänge geplant. Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist die spätere Überwachung und der Unterhalt. Dieser ist bei der derzeit üblichen Vorgehensweise mit vorbeugenden örtlichen Kontrollen und vorbeugender Instandhaltung mit erheblichem personellem und materiel-lem Aufwand verbunden. Bei einer stark befahrenen Strecke wie dem Gotthard-Basistunnel verur-sachen diese Betriebseinschränkungen durch visuelle Kontrollen und Unterhalt entsprechende Kosten (bzw. Ertragsausfälle). Aus diesem Grund ist zusätzlich ein Weichendiagnose-System vorgesehen. Damit werden Daten mit speziellen Sensoren laufend gemessen, elektronisch erfasst und an das Tunnel-Control-Center weitergeleitet. So informiert das System ständig und immer aktuell über den tatsächlichen Zustand der angeschlossenen Weichen.

Neben dem sogenannten Amtsvorschlag kann der Unternehmer auch Unternehmervarianten anbieten. Im Rahmen von gewünschten Innovationen bei der Fahrbahn im Tunnel soll der Unternehmer hier sein gesamtes Know-How einbringen können. Es wird jedoch darauf geachtet, dass die Gesamtstrecke nicht zum Pilotprojekt oder zur Teststrecke für verschiedenste Systeme wird. Daher müssen vom SBB-Standard abweichende Systeme, Komponenten und Verfahren bei einer der ausländischen Bahnen FS, DB, NS, ÖBB, SNCF, RENFE, Great Channel Link für Hochgeschwindigkeitsstrecken unter mit diesem Projekt vergleichbaren Verhältnissen und mit vergleichbaren Belastungskonzepten zugelassen sein. Solche im Ausland zugelassenen Systeme, Komponenten oder Verfahren be-dürfen dann trotzdem noch einer Zulassung in der Schweiz durch das Bundesamt für Verkehr (BAV) und einer Qualifikation durch die SBB AG. Für untergeordnete, nicht sicherheits- und nicht interoperabilitätsrelevante Komponenten, genügt die Qualifikation durch die SBB AG. Bei jeder Unternehmervariante wird der Amtsvorschlag als Rückfallebene vereinbart und muss ausführbar sein. Im logistischen Bereich sind die Erfahrungen des Unternehmers ebenfalls stark gefragt. Die zur Verfügung stehende Bauzeit ist optimal zu nutzen, die Platzverhältnisse sind begrenzt und der Tunnel ist lang. Es gibt verschiedene Varianten (z.B. Variation der Anzahl Einbauspitzen) und es wird hier dem Unternehmer überlassen, eine wirtschaftliche und einfache, wenig störungsanfällige und bei unerwarteten Ereignissen flexibel zu handhabende Methode zu erarbeiten und anzubieten.