Bauprojekt 244 Niederbipp - Huttwil Strassen-Nr. Strassenzug Revidiert Projekt-Nr. Oberingenieurkreis IV IVe arrondissement d'Ingénieur en chef Tiefbauamt Office des Ponts et des Kantons Bern chaussées du canton de Berne asm Aare Seeland mobil AG Projektverfasser EBP Schweiz AG / Locher Ingenieure AG / Brüniger AG c/o EBP Schweiz AG, Mühlebachstrasse 11, 8032 Zürich Ingenieurgemeinschaft INGE ELOB Aarwangen, Bannwil, 240.01007 Schwarzhäusern, Thunstetten Gemeinde Projekt vom Format Verkehrssanierung Aarwangen Umfahrung Bericht -Nr. A4 . B21 LOING / B21 Projektbasis Tunnel Spichigwald 28.02.2020
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Bauprojekt
244Niederbipp - Huttwil
Strassen-Nr.
Strassenzug
Revidiert
Projekt-Nr.
Oberingenieurkreis IV IVe arrondissementd'Ingénieur en chef
Tiefbauamt Office des Ponts etdes Kantons Bern chaussées
du canton de Berne
asm Aare Seeland mobil AG
Projektverfasser
EBP Schweiz AG / Locher Ingenieure AG / Brüniger AGc/o EBP Schweiz AG, Mühlebachstrasse 11, 8032 Zürich
Ingenieurgemeinschaft INGE ELOB
Aarwangen, Bannwil,240.01007
Schwarzhäusern, ThunstettenGemeinde
Projekt vom Format
Verkehrssanierung AarwangenUmfahrung
Bericht -Nr.A4
.
B21
LOING / B21
ProjektbasisTunnel Spichigwald
28.02.2020
VSA Los 1, Neubaustrecke exkl. Aarebrücke
Projektbasis Tunnel Spichigwald
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Impressum
Vertragspartner
Auftragnehmer Auftraggeber
Ingenieurgemeinschaft EBP Schweiz AG / Locher Ingenieure AG / Brüniger AG
TBA Kanton Bern, Oberingenieurkreis IV asm Aare Seeland mobil AG
Grössere Lasten sollen in der Molasse fundiert werden. Baugrubenböschungen können so-
wohl bei den beiden Portalen als auch beim Ausgangsbauwerk des Fluchtstollens frei mit ei-
ner maximalen Neigung von 1 : 2 (vertikal : horizontal) erstellt werden.
2.1.4. Gasführung
Gasvorkommen können trotz der geringen Distanz zur Terrainoberfläche nicht vollständig
ausgeschlossen werden. Es ist von einer Gasgefährdungsstufe 2 gemäss Technischem
Merkblatt der SUVA auszugehen.
2.1.5. Quellproblematik
Die Mergelschichten sind quellfähig. Für diese werden folgende Werte gemäss [23] ange-
setzt:
Maximaler Quelldruck σ* = 300 kPa
Maximales Quellmass ε0 = 5% (σ0 = 15 kPa)
2.1.6. Naturgefahren
Sowohl im Bereich des Nord- und des Südportals besteht eine Gefährdung durch Über-
schwemmung. Es ist nur mit kleinen Ereignissen zu rechnen.
2.1.7. Quellen
Im westlichen Teil des Spichigwalds bestehen verschiedene Quellen, die zum Teil gefasst
sind. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Quellen durch den Bau des Tunnels
quantitativ beeinflusst werden können. Eine qualitative Beeinflussung der Quellen kann aus-
geschlossen werden.
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3. Tragwerkskonzept
3.1. Untertagebauwerke
3.1.1. Ausbruch und Sicherung
Bergmännischer Tunnel
Aufgrund der kurzen Tunnellänge und der Lage im Wald unter nicht bebautem Gebiet, wel-
che hinsichtlich Setzungen und Lärm- und Erschütterungsemissionen nicht empfindlich ist,
wird ein konventioneller Tunnelvortrieb im Sprengvortrieb vorgesehen. In nicht vollständig
auszuschliessenden Lockergesteinsbereichen und in der verwitterten Molasse werden ein
maschinenunterstützter Vortrieb mit Bagger im Lockergestein (MUL) bzw. im Fels (MUF)
vorgesehen.
Die Gewährleistung der Stabilität der Ortsbrust im verwitterten Fels stellt in den Bereichen
Nord und Süd die Hauptschwierigkeit des Vortriebs dar. Zur Beherrschung der Ortbrust wird
ein Kalottenausbruch vorgesehen. Die Strosse und Sohle werden nach dem Durchschlag
nachgezogen.
Als Bauhilfsmassnahmen werden im verwitterten Fels sowie in nicht vollständig auszu-
schliessenden Lockergesteinsbereichen ein Rohrschirm und Brustanker verwendet. In der
Felsstrecke im Bereich Mitte kann voraussichtlich auf den Rohrschirm verzichtet werden.
Als Ausbruchsicherung werden Spritzbeton, Anker, Netze, Gitterträger und evtl. Stahleinbau
vorgesehen. Ob im Bereich der Kalottenwiderlager im verwitterten Felsen Mikropfähle zur Si-
cherung erforderlich werden, ist im Rahmen der Bemessung der Ausbruchsicherung zu klä-
ren. Im Übergang Lockergestein zu Festgestein werden Drainagebohrungen an der Ortsbrust
vorgesehen, um Ausschwemmungen zu verhindern. Zur Sicherstellung der Ortsbruststabilität
wird die Ortsbrust bei Bedarf mit GFK-Ankern gesichert und nach jeder Etappe mit Stahlfa-
serspritzbeton versiegelt.
Beim Sohlausbruch ist ein besonderes Augenmerk auf die Trockenhaltung der Sohle zu rich-
ten, um allfällige Quellhebungen zu minimieren. Es wird ein rascher Ringschluss angestrebt.
Querverbindung
Wie der Tunnel wird die Querverbindung vom Tunnel aus im Sprengvortrieb konventionell
aufgefahren. Der Ausbruch erfolgt im Hufeisenprofil. Als Ausbruchsicherung werden Spritzbe-
ton, Anker und Netze vorgesehen.
Fluchtschacht
Der Schacht wird konventionell von oben nach unten abgeteuft. Im oberen Bereich des Lo-ckergesteins wird der Schacht in Ortbetonbauweise in einer geböschten Baugrube erstellt. Im unteren Bereich im Lockergestein erfolgt der Ausbruch von oben nach unten mit einem Bag-ger, im Fels wird der Schacht im Sprengvortrieb abgeteuft.
Der kreisrunde Ausbruchquerschnitt hat einen Durchmesser von 5.10 m bis 5.30 m, die
Schachttiefe ab Baugrubensohle beträgt insgesamt rund 18 m. Er kommt in der dicht bis sehr
dicht gelagerten Moräne sowie in der unteren Süsswassermolasse zu liegen. Diese weist ei-
ne günstige, flach gegen Süden fallende Schichtung und nur vereinzelte Klüfte auf. Die Aus-
bruchsicherung besteht aus Spritzbeton und Netzen. Im Falle einer Störung können Mörtel-
oder Injektionsbohranker eingesetzt werden.
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3.1.2. Verkleidung
Bergmännischer Tunnel
Im Endzustand übernimmt die Verkleidung aus Ortbeton die tragende Funktion. Aufgrund der
sehr oberflächennahen Lage und dem Übergang Locker- zu Festgestein ist das Profil vo-
raussichtlich bewehrt auszuführen. Im Falle einer erforderlichen Bewehrung beträgt die Mini-
malstärke des Gewölbes 35 cm. Aufgrund der Quellgefährdung wird ein Sohlgewölbe vorge-
sehen.
Querverbindung
In der Querverbindung ist ein einschaliger Ausbau bestehend aus der Ausbruchsicherung
sowie einer zusätzlichen Schicht Verkleidungsspritzbeton und Netzen vorgesehen.
Fluchtschacht
Im Fluchtschacht ist ein einschaliger Ausbau bestehend aus der Ausbruchsicherung sowie
einer zusätzlichen Schicht Verkleidungsspritzbeton und Netzen vorgesehen. Der kreisrunde
Verkleidungsquerschnitt hat einen Innendurchmesser von ca. 4.50 m.
3.1.3. Tragwerks- und Berechnungsmodelle
Bauteil Modell Statik Programme
Ausbruchsicherung
bergm. Tunnel
Querverbindung
Fluchtschacht
Bruchkörperscharen
Elastisch gebettetes 2D-Stab-
Zugmodell
Statik-7 (CUBUS AG)
FAGUS -7 (CUBUS AG)
Verkleidung
bergm. Tunnel
Querverbindung
Fluchtschacht
Elastisch gebettetes 2D-Stab-
Zugmodell
Statik-7 (CUBUS AG)
FAGUS -7 (CUBUS AG)
Tabelle 3.1: Tragwerks- und Berechnungsmodell, verwendete Programme
3.2. Bauwerke über Tage
3.2.1. Baugrubensicherung
Voreinschnitte Nord (inkl. Baugrube Zentrale Nord) und Süd
Die nördliche Baugrube kommt teilweise im Lockergestein und in Richtung bergmännisches
Portal zunehmend im Fels zu liegen. Die oberste Schicht bildet eine geringmächtige Schicht
aus Hanglehm (Voreinschnitt) oder Schwemmsedimente. Im bergmännischen Portalbereich
folgen direkt unter dem Hanglehm die Moräne und schliesslich der Fels. Die Verwitterungs-
zone des Felses schwankt von 1-5m und hat die geotechnischen Eigenschaften von Locker-
gestein. Im Bereich der Zentrale befindet sich die Baugrube komplett in einer Schicht beste-
hend aus Schwemmsedimenten. Der Grundwasserspiegel liegt im Norden unter der Baugru-
bensohle.
Im südlichen Bereich befinden sich unter der Oberfläche direkt die Moräne und schliesslich
der Fels, ebenfalls mit einer Verwitterungszone mit einer Mächtigkeit zwischen 1-5m. Im Sü-
den befindet sich der (gespannte) Grundwasserspiegel auf OKT.
Als Sicherungsmassnahme für alle Bereiche werden Nagelwände gewählt. Die zu erwarten-
den Deformationen bei diesem Sicherungssystem sind für das Umfeld unbedenklich, da kei-
ne Werkleitungen und keine Gebäude angrenzen. Nach einem Voraushub mit flacher Bö-
schung (2:3) wird die Nagelwand mit einer leichten Neigung 10:1 erstellt. Die maximale Höhe
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der Nagelwand wird beim bergmännischen Portal erreicht und beträgt rund 11m davon fallen
mind. 5m auf die unverwitterte Molasse. Im Bereich der Tunnelzentrale Nord beträgt die Hö-
he der Nagelwand maximal 4.5m. Die Nagelwand wird perforiert um ein Aufstauen des Si-
ckerwassers hinter der Wand zu verhindern.
Nagelwände: Stärke d=18cm, cnom=20mm,
Perforation Ø50mm 2Stk./m2
Beton SC11-8 C25/30
Netze vorne, hinten K335
Nägel Durchmesser 16, 20 und 25mm; Länge 4 bis 8m
Korrosionsschutzstufe I
Baugrube Fluchtschacht
Für den Fluchtschacht wird ein geböschter Voreinschnitt von ca. 1 m Tiefe erstellt.
3.2.2. Bauwerk im Endzustand
Portalbereich Nord
Der Portalbereich Nord beginnt bei den auslaufenden Stützmauern und endet nach 30m bei
dem eingeschütteten, geschlossenen Tagbautunnelprofil. Aus gestalterischen Gründen sollen
die Stützmauern dem Tunnelprofil folgen bis sie schliesslich in das geschlossene Profil über-
gehen. Daraus resultieren gewölbte Stützmauern. Die Stützmauern sind mit dem Tagbautun-
nelprofil monolithisch verbunden. Da der Felshorizont in Richtung Norden abfällt und mit we-
nig tragfesten und weichen Seeablagerungen überlagert wird, ist für diesen Abschnitt eine
Pfahlfundation vorgesehen. Die Stützmauern sind in einen Betonplatte eingespannt, die wie-
derum auf einem Pfahlrost aufgelegt ist. So können die horizontalen Erddruckkräfte über die
Platte kurzgeschlossen werden und die vertikalen Kräfte in den gesunden Fels abgetragen
werden. Dies verhindert auch differentielle Setzungen zwischen der steifen, auf Fels gelager-
ten Tunnelröhre und der in die Seeablagerungen auskragenden Stützmauern.
Wandstärke: 30-80 cm
Fundamentplatte: 70 cm
Fundationsriegel: 150cm x120cm
Bohrpfähle: Ø1.2m
Tagbautunnel Nord
Der Tagbautunnel Nord hat eine Länge von 43m. Die ersten 20m werden analog dem Portal-
bereich Nord auf Pfählen fundiert bis die Sohle im gesunden Fels zu liegen kommt. Das Tun-
nelprofil folgt dann dem bergmännischen Tunnelprofil. Das Sohlgewölbe wird übernommen
um die vertikalen und horizontalen Kräfte abtragen zu können. Das Profil ist in der Molasse
fundiert und komplett mit Lockergestein eingeschüttet. Im unmittelbaren Portalbereich beginnt
die Einschüttung mit ca. 0.5m und liegt beim Übergang zum bergmännischen Tunnel im
Firstbereich bei rund. 3.5m. Das darüberliegende, natürlich gewachsene Terrain hat eine
leichte Neigung von max. 10° in Tunnelquerrichtung. Die Schale besteht aus einer armierten
Stahlbetonschale.
Stärke Schale: 35cm
Überschüttung: 0.5m-3.5m
Fundationsriegel: 150cm x120cm
Bohrpfähle: Ø1.2m
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Zentrale Nord
Die Zentrale Nord ist als monolithisches Stahlbetontragwerk ausgebildet. Es steht für sich
ohne Verbindung zum Stapelbecken oder dem Tagbautunnel. Das Tragwerk besteht aus
schlaff bewehrten Stahlbetondecken. Der vertikale Lastabtrag erfolgt über die Längs- und
Querwände. Im Steuerungsraum im UG wird eine Stütze notwendig. Der Fundationshorizont
kommt teilweise im Schwemmsedimente bzw. im Bachschutt zu liegen. Die Molasse liegt in
einer Tiefe von mindestens 2.5-8m unter Fundationshorizont. Die Pressungen sind relativ
klein und können durch die aussteifenden Wände und Riegel unter der Fundationsplatte ver-
teilt werden. Die Pressungen liegen grösstenteils im Widerbelastungsbereich. Differentielle
Setzungen können durch die steifen Längswände auf ein tolerierbares Mass reduziert wer-
den.
Decken: 25-35cm
Aussenwände: 25cm
Innenwände: 20-25cm
Bodenplatte: 35cm
Portalbereich Süd
Der Portalbereich Süd beginnt bei den auslaufenden Stützmauern und endet nach 30m bei
dem eingeschütteten, geschlossenen Tagbautunnelprofil. Aus gestalterischen Gründen sollen
die Stützmauern dem Tunnelprofil folgen bis sie schliesslich in das geschlossene Profil über-
gehen. Daraus resultieren gewölbte Stützmauern. Die Stützmauern sind flach im Fels fundiert
und prinzipiell als konventionelle Winkelstützmauer ausgebildet. Der bergseits auskragende
Fuss sorgt für die nötige Stabilität des Systems. Die horizontalen Kräfte werden über Reibung
an den Fels abgegeben.
Wandstärke: 30-80 cm
Fundamentplatte: 70 cm
Tagbautunnel Süd
Der Tagbautunnel Süd hat eine Länge von 68m. Das Tunnelprofil folgt dem bergmännischen
Tunnelprofil. Das Sohlgewölbe wird übernommen, um die vertikalen und horizontalen Kräfte
sicher abtragen zu können. Das Profil ist in der Molasse fundiert und ist komplett mit Locker-
gestein eingeschüttet. Im unmittelbaren Portalbereich beginnt die Einschüttung minimal mit
0.5m und liegt beim Übergang zum bergmännischen Tunnel im Firstbereich bei rund. 4.3m.
Das darüberliegende, natürlich gewachsene Terrain hat eine leichte Neigung von max. 8° in
Tunnelquerrichtung. Die Schale besteht aus einer armierten Stahlbetonschale.
Stärke Schale: 35cm
Überschüttung: 0.5m-4.3m
Fluchtschacht (Tagbau) mit Ausgangsbauwerk
Das Ausgangsbauwerk des Fluchtschachtes besteht aus einer Decke und Wänden in schlaff
bewehrtem Stahlbeton. Vertikale Lasten werden über die frei drehbar gelagerte Flachdecke
(Dach) in die Wände und von dort über eine Flachfundation weiter in den Baugrund geleitet.
Horizontale Erddrucklasten werden über Normal- und Biegekräfte im ringförmigen Tagbau-
querschnitt aufgenommen.
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3.2.3. Tragwerks- und Berechnungsmodelle
Bauteil Modell Statik Programme
Nagelwand Bruchkörperscharen DC-Nagel
Larix-7 (CUBUS AG)
Zentrale Nord FEM-Plattenstapelmodell CEDRUS-7 (CUBUS AG)
Stützmauern im Portalbereich Stabstatikmodell Statik-7 (CUBUS AG)
[18] Werner + Partner AG, Verkehrssanierung Aarwangen – Langenthal Nord, Umfahrung, Grundlagenbeschaffung Geologie und Hydrogeologie, Beilagenbericht / Querschnittsdokument vom 28.09.2015.
[19] Ingenieurgemeinschaft Burgdorf West c/o Amberg Engineering AG, Verkehrssanierung Aarwangen – Langenthal Nord, Umfahrung, Prüfbericht Kunstbauten und Tunnel vom 09.10.2015.
[20] TBA Bern, Oberingenieurkreis IV, Sammlung relevanter Inputs Mitwirkung, Verkehrssanierung Aarwangen – Langenthal Nord, November 2015.
[21] bfu – Beratungsstelle für Unfallverhütung, Verkehrssanierung Aarwangen – Langenthal Nord, Variante Umfahrung, Road Safety Audit vom 13.11.2015.
[22] Kanton Bern, Bau-, Verkehrs- und Energiedirektion, Verkehrssanierung Aarwangen – Länge des Spichigwaldtunnels in Überprüfung bestätigt, Medienmitteilung vom 06.11.2018.
[23] Kellerhals + Haefeli AG, Verkehrssanierung Aarwangen – Langenthal Nord, Teil 3: Tunnel Spichigwald, Erläuterungen zum geologisch-geotechnischen Prognoseprofil vom 03.05.2019
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10. Unterschriften
Die Unterschriften der Vertreter der beauftragten Ingenieurgemeinschaft bezeugen die nach
Norm SIA 260 erarbeitete und mit der Bauherrschaft abgestimmte Projektbasis für den Tun-