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Der ca. 9,5 km lange zweiröhrige Fildertunnel verbindet die Filderebene im Bereich des Flughafens mit dem rund 155 m tiefer liegenden neuen Hauptbahnhof im Talkessel Stuttgarts. Unmittelbar an den Hauptbahnhof anschließend verläuft der Fildertunnel zunächst gemeinsam mit dem Tunnel Ober- und Untertürkheim in zwei zweigleisigen Abschnitten. Im Bereich des bestehenden Wagenburgtunnels teilen sich die beiden Tunnelbaulose in einem Verzweigungsbauwerk auf. Der Fildertunnel verläuft in direkter Verbindung in Richtung Filderebene mit einer maximalen Überlagerung von 220 m.

Der ca. 6 km lange Tunnel Ober- und Untertürkheim verbindet die vorhandene Eisenbahninfrastruktur aus Richtung Obertürkheim und Waiblingen sowie dem neuen Abstellbahnhof in Untertürkheim mit dem neuen Hauptbahnhof, bei einer maximalen Überlagerung von knapp 120 m.

Bei beiden Baulosen verlaufen die beiden größtenteils eingleisigen Tunnelröhren weitestgehend in einem Achsabstand von 30 m und sind in einem Abstand von 500 m mit Verbindungsbauwerken verbunden.
Die Tunnelröhren werden im Bereich der geschlossenen Bauweise druckdicht hergestellt. Mit Ausnahme der TVM-Strecke erfolgt der Ausbau größtenteils mit einer Rundumabdichtung aus Kunststoffdichtungsbahnen und einer bis zu 100 cm starken bewehrten Ortbetonschale.

Der Großteil des Fildertunnels wird von der Filderebene aus im fallenden Vortrieb mit einer TVM (Ausbruch-Ø 10,87 m) aufgefahren. Hierfür wurden im Anschlagbereich 2 Startröhren mit jeweils ca. 130 m konventionell hergestellt. Im Oberen Fildertunnel (OFT) wird im Closed- bzw. Semi-Closed-Mode (mit Austrag über Förderschnecke) gefahren, während der Untere Fildertunnel (UFT) im Open-Mode (Austrag mit Muckring auf Förderband) aufgefahren wird. Die hierfür notwendigen Umbauten werden im Zwischenbereich durchgeführt.

Bewehrung Pfeiler  Fildern  Anschlag Gl 801

Aufgrund der anstehenden schwierigen geologischen Verhältnisse im etwa 1,1 km langen Zwischenbereich muss dieser Abschnitt konventionell aufgefahren werden. Für den Bauablauf bedeutet das, dass die TVM nach Fertigstellung der ersten Röhre des Oberen Fildertunnels zum Portal Fildertunnel zurückgezogen werden muss, um anschließend die zweite Röhre des OFT aufzufahren. Im selben Zeitraum wird parallel der konventionelle Abschnitt im Zwischenbereich hergestellt, um die TVM, nach Auffahren der zweiten Röhre des OFT, durch diesen Bereich schieben zu können. Im Anschluss kann dann die erste Röhre des UFT in Angriff genommen werden. Für die letzte Schildfahrt, d.h. die zweite Röhre des UFT, muss vorab im Nahbereich des Verzweigungsbauwerkes Rettungszufahrt Hauptbahnhof Süd eine Wendekaverne hergestellt werden, um dort von der ersten auf die zweite Tunnelröhre wechseln zu können und diesen Abschnitt anschließend steigend aufzufahren.

Nach Fertigstellung der beiden konventionellen Startröhren wurde im November 2014 mit dem Maschinenvortrieb der Oströhre begonnen. Dieser konnte nach rund 4 km Vortrieb im November 2015 beendet werden. Im Anschluss daran wurde die TVM komplett demontiert, zum Portal zurückgezogen und für den Vortrieb in der Weströhre wieder aufgebaut. Nach der Demontage der TVM wurde in der Oströhre der Sohlbeton auf der ganzen Länge eingebaut und die BE-Fläche für die weiteren Vortriebsarbeiten adaptiert. Im Mai 2016 startete der konventionelle Vortrieb in der Oströhre für den Zwischenbereich. Anfang Juni 2016 haben auch die TVM-Arbeiten zur 2. Schildfahrt ab dem Portal Fildern (Weströhre OFT) begonnen.

Im Bereich des Angriffs Rettungszufahrt Hauptbahnhof Süd wurde der Zugangstunnel mit einer Innenschale ausgekleidet. Danach wurden die Vortriebsarbeiten an dem Verzweigungsbauwerk, das die Schnittstelle der beiden Baulose 1A und 1B im Nahbereich des neuen Hauptbahnhofes bildet, fortgesetzt. Im Jahr 2015 wurde die Rettungszufahrt fertig gestellt, die beiden Pfeiler Richtung Osten vorgetrieben und betoniert sowie der erste Streckenvortrieb (Gl.902/62) Richtung ZA Ulmer Straße begonnen. Die Vortriebsarbeiten mussten Ende 2015 / Anfang 2016 zugunsten einer Lärmschutzeinhausung der Baustelleneinrichtungsfläche unterbrochen werden. Im Februar 2016 konnten die Streckenvortriebe Gl. 902/62 Richtung ZA Ulmer Straße sowie Gl. 802 und Gl. 801 in Richtung Fildern begonnen werden.
Die Arbeiten beim Angriff Rettungszufahrt gestalten sich aufgrund laufend erforderlicher Planungsanpassungen sowie Änderungen der Rahmenbedingungen des Gesamtbauablaufes als sehr schwierig.

Die Errichtung des Tunnels Ober- und Untertürkheim erfolgt über den Zwischenangriff Ulmer Straße über einen ca. 40 m tiefen und 22 m breiten Bohrpfahlschacht sowie einen ca. 100 m langen Zugangsstollen.
Ab dem Frühjahr 2015 werden vom Zugangsstollen aus jeweils die zwei Vortriebe in Richtung Hauptbahnhof und Ober- bzw. Untertürkheim aufgefahren. Die beiden Vortriebe der höherliegenden Achse 61 werden im Pendelbetrieb aufgefahren, da aufgrund von Wasserzutritten im Vortrieb Richtung Obertürkheim umfangreiche vorauseilende Abdichtungsinjektionen erforderlich wurden.
Mit Ende Mai 2016 wurden ca. 2.800 m Tunnel konventionell vom ZA Ulmer Straße aus aufgefahren.

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