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Tunnel

Lüftungszentrale Reppischtal, Zürich, Schweiz

Kompetenz im Infrastruktur-/Tunnelbau


Für den Uetlibergtunnel, ein Teilstück der Westumfahrung Zürich, wurde im Reppischtal eine multifunktionale Lüftungszentrale erstellt. Sie erstreckt sich über vier Ebenen und umfasst neben den Lüftungseinrichtungen weitere Technikräume sowie einen Teil der Tunnelfahrbahn. Dieser Fahrbahnraum wurde mit Brandschutzelementen aus einem Spezialbeton verkleidet, um das Schadenpotenzial eines allfälligen Brands zu minimieren.

Projektbeschreibung

Die Lüftungszentrale Reppischtal weist einige Besonderheiten auf und erfüllt mehrere Funktionen. Auf der untersten ihrer vier Ebenen verlaufen sämtliche Werkleitungen und Kabeltrassen. Darüber schliesst die Fahrbahnebene mit einer Kreuzungsstrecke zur Verkehrsumleitung an, die mit ihren 200 m Länge und 55 m Breite die Dimensionen der Lüftungszentrale bestimmt. Abluft und Brandlüftung sowie elektromechanische Steuerungen und Klimatisierungsgeräte sind in den beiden obersten Ebenen untergebracht. Von der im Tagbau erstellten Zentrale ist heute nur noch eine Einfahrt zum Umschlag von Einrichtungsteilen bzw. zur Revision der Ventilatoren sichtbar. Die Zentrale liegt in der Reppischsenke zwischen den beiden Tunnelteilen durch den Etten- und den Uetliberg und bildet damit deren Verbindungsstück. Gleichzeitig mit den Abtiefarbeiten der Baugrube wurde der Uetlibergtunnel durch sie hindurch aufgefahren, während auf ihrer Westseite die Röhren des Ettenbergtunnels aufzunehmen waren. Zudem wurde die Reppisch während des Baus in einer Kanalbrücke über die Baugrube geführt. Nach der Fertigstellung wurde das gesamte Gelände rekultiviert und die Reppisch wieder in ein richtiges Flussbett geleitet.


Versuchsanordnung für den Performance- Test an einer Brandschutzplatte


Armierungsarbeiten an der Lüftungszentrale


Anforderung

Die monolithisch ausgebildete Lüftungszentrale ist quer, längs und teilweise vertikal vorgespannt; Fugen ergeben sich nur bei den Tunnelübergängen. Das Bauwerk war einerseits gegen Auftrieb und anderseits zur Aufnahme der Überdeckungslasten einschliesslich des Reppischbetts zu dimensionieren. Damit waren nicht nur statische Schwierigkeiten zu lösen, es musste auch grosses Gewicht auf die Wasserdichtigkeit gelegt werden. Um die Rissbildung möglichst einzuschränken, wurde die Vorspannung daher sehr früh aufgebracht und ein Beton verwendet, dessen Zement (Modero 3B, CEM III/B 32,5 N HS LH) für eine niedrige Hydratationswärme und eine nur langsame Erhärtung sorgte. Polymerbitumendichtungsbahnen dichten das Bauwerk schliesslich gegen Oberflächenwasser ab. Die Lüftungszentrale weist andere Konstruktionsmerkmale auf als ein normaler Tunnelabschnitt und beherbergt zudem Steuerungen, elektromechanische Einrichtungen und die gesamte Sicherheitstechnik des Uetlibergtunnels. Ein Brandereignis führte nicht nur zu einem Vorspannungsverlust und kostspieligen Reparaturen, sondern zu einem Ausfall des Tunnels mit erheblichem volkswirtschaftlichem Schaden. Der Fahrbahnraum der Lüftungszentrale wurde deshalb mit feuerfesten Betonelementen ausgekleidet. Sie bestehen aus zementgebundenen, vorfabrizierten Brandschutzplatten, die in die Schalung eingelegt werden bzw. als verlorene Schalung genutzt werden konnten. Bei der Prüfung dieser Platten gelangten die derzeit schärfsten Anforderungen zur Anwendung. Nicht nur wurde aus den zulässigen Kurven jene mit der grössten Temperaturspitze gewählt, sondern deren Brandbelastungszeit zusätzlich von 2 auf 6 Stunden ausgedehnt. Die Kriterien zur Bewertung des Temperaturverhaltens sind zum einen der Wärmedurchgang durch die Platte, also die Abschirmfunktion gegenüber der Tragkonstruktion, mithin der Tunnelwände und der vorgespannten Decken. Hier darf eine Temperatur an der Oberfläche der Tragkonstruktion von 380 °C und im Bereich der Bewehrung von 250 °C nicht überschritten werden. Zum andern dürfen keine grösseren Abplatzungen auftreten, welche wiederum die Erfüllung der geforderten Wärmedämmung beeinträchtigen würden. Beim eigentlichen Test wird eine Platte von 2,60 x 1,60 m auf einen Ofen gelegt und direkt entsprechend der gewählten Temperaturzeitkurve befeuert.

Umsetzung

Das Elementwerk stellt Brandschutzplatten in Lizenz her und wird dabei hinsichtlich Betonrezeptur – Zement, Gesteinskörnung, Fasern – seit längerem intensiv von der Holcim (Schweiz) AG begleitet. Der im vorliegenden Fall zur Anwendung gelangende Kundenzement Holcim 301 entspricht einem Hochofenzement mit erhöhter Frühfestigkeit. Mit zusätzlicher Verwendung von Heissdampf und beheizten Formen erlaubt diese Frühfestigkeit dem Elementwerk das betrieblich wichtige tägliche Ausschalen. Die Gesteinskörnung kann nicht mehr als Gestein im eigentlichen Sinn bezeichnet werden, da es sich bei ihr um pelletierte und gesinterte Flugasche handelt, einem hochtemperaturbeständigen Leichtzuschlag. Auch die zugegebenen Fasern dienen der Erhöhung des Brandwiderstands des Betons. Dank ihres niedrigen Schmelzpunkts öffnen sie im Brandfall ein Kapillarnetz im Beton, das das verdampfende Porenwasser aufnehmen kann und damit den Druck auf das Gefüge stark mindert. Der Brandschutz wäre aber nicht vollständig, würden die Mörtelfugen nicht denselben Brandwiderstand wie die Platten aufweisen. Deshalb liefert der Plattenhersteller auch einen Trockenmörtel, dessen Rezeptur mit Ausnahme des auf 4 mm beschränkten Grösstkorns jener der Platten entspricht.




In die Rahmenschalung eingelegte, 10 cm starke Brandschutzplatten sichern auf der Fahrbahnseite (rechts) den rund 110 cm mächtigen Konstruktionsbeton (Massenbeton mit Modero 3B)


Technische Daten


Expositionsklasse
X0
Druckfestigkeitsklasse
LC30/33
Konsistenzklasse
C3
Grösstkorn
Dmax12
Chloridgehaltklasse
Cl 0,20
Rohdichteklasse
D1,8






Hervorragende Resultate

Die mehrstündigen Brandversuche mit Temperaturen bis 1350 °C zeigten hervorragende Standfestigkeiten und Isolationseigenschaften, die die Temperaturen auf Ebene der unteren Bewehrung und Vorspannung wirkungsvoll auf unter 150 °C begrenzen. Neben diesen Isolationseigenschaften verfügen die Platten über eine sehr glatte Oberfläche und weisen eine hohe, einem Normalbeton entsprechende Schlag- und Druckfestigkeit bzw. Frosttaumittelbeständigkeit auf.

Einfache Reprofilierung möglich

Um den zeitlichen und materiellen Aufwand für eine Sanierung im Ernstfall abschätzen zu können, wurden Versuche an den unter maximaler Brandbelastung geprüften Elementen durchgeführt. Dazu mussten im Durchschnitt nur die obersten 5 mm (maximal 10 mm) der geschmolzenen Betonoberfläche mechanisch abgetragen und mit einem dem Fugenmörtel entsprechenden Reparaturmörtel reprofiliert werden. Als Haftbrücke diente dabei eine Haftemulsion, zur Wiederherstellung einer glatten Oberfläche ein Kosmetikmörtel. Damit liess sich zeigen, dass die Platten sich auch nach einer derartigen Extrembelastung mit geringem Aufwand und niedrigen Kosten sanieren und in tauglicher Form wiederherstellen lassen. Wegen der ökonomischen Folgen eines Verkehrsunterbruchs ganz wesentlich ist dabei der Umstand, dass die Sanierungsmassnahme in sehr kurzer Zeit erfolgen kann. 

Am Bau Beteiligte

Bauherrschaft
Baudirektion des Kantons Zürich, Tiefbauamt, Abteilung National- und Hauptstrassen
Planung/Projektierung
Henauer Gugler AG, Zürich
Bauunternehmer
Arge Reppischtal: Brunner Erben AG, Zürich, Toneatti AG, Bilten, Walo Bertschinger AG, Zürich, Rossi AG, Thalwil, Eberhard Bau AG, Kloten
Betonelemente
Brun Elementwerk AG, Emmen
Beton
Arge UP Filderen