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Tunnel der Superlative und des technischen Fortschritts
Der Gotthardbasistunnel steht als Bauwerk für präzise und kluge Planung, technische Brillanz und hohe Effizienz. Tunnelbauer und Ausrüster haben dafür zum Teil neue Techniken entwickelt.
1. Juni 2016 - Alois Feusi
Weltweit einmalige 57 Kilometer Länge. Eine maximale Felsüberlagerung von 2300 Metern. Ein Tunnelsystem, das inklusive sämtlicher 146 Querschläge sowie der Verbindungs- und Zugangsstollen mehr als 152 Kilometer misst. 3200 Kilometer Kabel für die Stromversorgung und weitere 2600 Kilometer für die Datenübertragung. 250 Trafostationen. 2 Lüftungszentralen am Schachtkopf in Sedrun und beim Portal des Zugangsstollens Faido sowie insgesamt 24 Strahlventilatoren in Portalnähe. 2860 Tragwerke für die Fahrleitungen. 400 Kilometer Schienen. 480 000 Betonschwellblöcke für die feste sowie 90 000 Betonschwellen für die Schotterfahrbahn: Die Aufzählung der Superlative im Zusammenhang mit dem Gotthardbasistunnel liesse sich fast beliebig fortsetzen.
Kluge Materialbewirtschaftung
An technischen Pionierleistungen mangelt es gleichfalls nicht. Eine davon ist die Verarbeitung von grossen Mengen der 28,2 Millionen Tonnen Ausbruchmaterial direkt vor Ort zu Beton. Man habe rund 10 Millionen Franken in die Forschung für die Materialbewirtschaftung investiert, erklärt der ehemalige Vorsitzende der Geschäftsleitung der Alptransit Gotthard AG (ATG), Peter Zbinden. Auch die sechs künstlichen Inseln in den Flachwasserzonen im Urnersee vor Flüelen, die mit 3,3 Millionen Tonnen Ausbruch aus Amsteg aufgeschüttet wurden, waren Teil des Materialbewirtschaftungskonzepts der ATG. Verantwortlich für das Projekt war die Urner Regierung, die ATG transportierte das Gestein und finanzierte die Aufschüttung. «Planung und Bauleitung kosteten den Kanton nichts, und für uns waren die Aufschüttungen günstiger, als mit dem Material zur Deponie nach Weiach zu fahren», hält Zbinden fest.
Der Tiefbauingenieur Zbinden war von 1992 bis 1997 stellvertretender Delegierter für die zunächst bei den SBB angesiedelte Alptransit und ab 1998 – nach deren Konstitution als eigenständige Managementgesellschaft – bis zur Frühpensionierung 2007 Direktor und später Vorsitzender der Geschäftsleitung der ATG. Damit war er während der entscheidenden Phasen der oberste Chef des grössten Bauprojekts der Schweiz. Die Bewirtschaftung des Aushubmaterials und die damit verbundene Kosteneinsparung von rund 100 Millionen Franken zählt Zbinden nebst dem Weitblick aller Verantwortlichen zu den Glanzstücken der Erfolgsgeschichte des Baus des Gotthardbasistunnels.
Der mittlerweile 70-jährige Berner Oberländer sammelte seine Untertagebau-Erfahrung als Ingenieur und später als Chefbauleiter der Elektrowatt in den Strassentunnels Milchbuck und Nordast in Zürich sowie als Chef Oberleitung in sechs Eisenbahntunnels der Neubaustrecke Hannover–Würzburg. Von 1986 bis 1991 arbeitete er für die SBB als Gesamtprojektleiter beim Um- und Ausbau des Hauptbahnhofs Zürich.
Zbinden mag sich nicht auf einen persönlichen Höhe- oder Glanzpunkt der Arbeiten am Gotthardtunnel festlegen. Er lobt den frühzeitigen Planungsbeginn und die Grundlagenarbeit der Projektingenieure und Geologen ebenso wie die enge Zusammenarbeit mit den Kollegen von der Neat-Lötschbergachse, den Erfahrungsaustausch mit den Projektleitungen anderer Basistunnel in den Alpen wie Mont-Cenis, Brenner und Semmering sowie natürlich die Bewältigung geologisch anspruchsvoller Teilstücke und die Präzision, mit der die beiden Röhren durch das Gotthardmassiv getrieben wurden.
Und: «Es ist uns frühzeitig gelungen, 15 einspracheberechtigte Umweltorganisationen auf einen Nenner zu bringen und in der Person von Martin Furter einen gemeinsamen Kontaktmann zu bestimmen. Das erleichterte die Arbeit entscheidend und führte zu einer Win-win-Situation.»
Mit Genugtuung erinnert sich der ehemalige ATG-Chef an die Abstimmungen zur Neat 1992 und über die Finanzierung des öffentlichen Verkehrs (Finöv) von 1998. Wäre es im Vorfeld des Finöv-Urnengangs nicht gelungen, den Nachweis zu erbringen, dass die Piora-Mulde im Arbeitsbereich nicht wie zunächst befürchtet aus wassergesättigtem, zuckerförmigem Dolomitmarmor, sondern aus hartem, trockenem Dolomit besteht, wäre der Bau des Gotthardbasistunnels nach Zbindens Einschätzung gefährdet gewesen. Dank den bereits Ende 1993 eingeleiteten geologischen Abklärungen mit verschiedenen Sondierbohrungen von Süden her und dem Sondierstollen in Faido konnte die ATG rechtzeitig vor der Finöv-Abstimmung Entwarnung geben. Man hatte festgestellt, dass die wassergesättigte und zuckrige Schicht 300 Meter oberhalb der Tunnelröhre endet.
Piora und Tavetsch
Wären die geologischen Untersuchungen unterlassen worden, hätte man riskieren müssen, dass die Mineure auf unter hohem Bergwasserdruck stehendes bröckeliges Material gestossen wären. Die Maschine wäre zermalmt worden, und die Arbeiter wären ums Leben gekommen wie einst 26 Mineure beim Bau des ersten Lötschbergtunnels. Dort war am 3. Juli 1908 ein Bautrupp bei einer Sprengung im Gasterntal auf eine lose Geröllschicht gestossen, die 100 Meter höher im Berg vermutet worden war. Die daraufhin einbrechenden Kies-, Schlamm- und Wassermassen verschütteten den Tunnel auf einer Länge von 1,5 Kilometern. Von den Toten wurde nur ein einziger gefunden.
Ende September 2008 dann erreichte die Tunnelbohrmaschine in der Oströhre die Piora-Mulde. Im Februar 2009 wurde auch die Weströhre ausgebrochen. Die Maschinen frassen sich ohne Probleme innerhalb von bloss 17 Tagen durch die 150 Meter breite geologische Zone. Das «schwimmende Gebirge» hatte zu jenem Zeitpunkt seinen Schrecken längst verloren. «Wir hätten die Passage wohl auch bewältigen können, wenn das Material wie anfänglich befürchtet zuckrig gewesen wäre», erklärt Peter Zbinden. Man hätte in diesem Fall den Dolomitmarmor durch einen Schacht von oben her mit Zement und Kunststoff verhärtet, um ihn für die Tunnelbohrmaschine passierbar zu machen. Diese Durchquerung mit 1500 Metern Wassersäule wäre allerdings an der Grenze der technischen Machbarkeit gewesen. Ausserdem wären zusätzliche Kosten in der Höhe von mehreren hundert Millionen Franken entstanden.
Auch in Sedrun wurde eine geologisch sehr schwierige Störzone durch Tiefenbohrungen vor dem eigentlichen Bau erkundet. Im nördlichen Teil des Tavetscher Zwischenmassivs richtete man einen der beiden Zwischenangriffe ein, die es brauchte, um mittels Sprengvortrieb den Tunnel vom Berginnern her voranzutreiben. Der zweite Zwischenangriff erfolgte über den Zugangsstollen Polmengo bei Faido, gleichfalls in geologisch anspruchsvollem Gestein.
«Beginnt man von beiden Portalen her zu arbeiten, dauert es bei einem Tunnel dieser Länge 25 Jahre bis zum Durchbruch», rechnet Zbinden vor. Dazu kommen 15 Jahre Vorbereitungsarbeiten sowie 10 Jahre für den Ausbau und die Ausrüstung des Bauwerks. «Das ergäbe eine Bauzeit von 50 Jahren. Deshalb braucht es Zwischenangriffe, und diese plant man so, dass man bei gleichzeitigem Baubeginn auch ungefähr gleichzeitig fertig wird.»
Die Kakirite in der 1,1 Kilometer langen Störzone unterhalb von Sedrun sind zum Teil so weich, dass der Fels in der Hand bröckeln würde. Kalman Kovári, in der Zwischenzeit emeritierter Professor für Untertagebau am Institut für Geotechnik der ETH Zürich, und der Bauingenieur Heinz Ehrbar, damals Abschnittsleiter Sedrun bei der ATG, entwickelten eine Bautechnik, bei der man einen übergrossen Hohlraum ausbrach, der das vom Berg nachgeschobene Gestein auffangen und durch dessen Eigengewicht stabilisieren sollte. Eine analoge Methode wurde zuvor schon im Bergbau eingesetzt, aber nur bei Röhren von bis zu 4 Metern Querschnitt. «Wir aber mussten mit einem Durchmesser von 13 Metern arbeiten. Unsere Methode war eine Innovation für den Tunnelbau weltweit», betont Peter Zbinden.
«Gabi» und «Sissi»
Bewegliche stählerne Glockenprofile, die der bröckelige Fels bei seiner Ausdehnung langsam ineinanderpresste, stellten sicher, dass der Tunnel stets seine kreisrunde Form behielt und keine Schwachstellen in der Röhre auftreten konnten. Hatte sich der Fels dann stabilisiert, fixierten die Mineure die Stahlprofile mit einer zusätzlichen Schale aus Spritzbeton. Der Arbeitsaufwand in der 1,1 Kilometer langen Tavetscher Störzone war enorm. Der Sprengvortrieb betrug nur rund 1,1 Meter täglich. Es dauerte dreieinhalb Jahre, bis die Kakirit-Schicht – termingerecht und innerhalb des vorgesehenen Kostenrahmens – durchquert war.
Die vier je 30 Millionen Franken teuren, inklusive Nachläuferkonstruktion bis zu 450 Meter langen Tunnelbohrmaschinen, die fast 75 Prozent des Gotthardbasistunnels ausbrachen, hatten ganz andere Tempi drauf. «Gabi I» zum Beispiel, die Maschine im nördlichen Teil der Oströhre, legte die 7,2 Kilometer lange Strecke vom Nordportal in Erstfeld bis zum Zugangsstollen Amsteg in bloss 18 Monaten zurück.
Wie seine Schwester «Gabi II» in der Weströhre trug das mittlerweile demontierte Stahlungetüm den Namen der gemeinsamen Taufpatin, der früheren freisinnigen Urner Landrätin, Regierungsrätin, National- und Ständerätin Gabi Huber. Ihr Tessiner Gegenstück in der Oströhre wurde als «Sissi» bekannt, trug diesen Namen aber zu Unrecht, wie Peter Zbinden betont. «Es gab keine ‹Sissi›. Das ist zwar eine schöne Geschichte, aber sie ist nicht wahr.»
Mustergültige Vermessung
Die Maschine, die am 15. Oktober 2010 bei Sedrun die Oströhre durchschlug und deren Bohrkopf heute als Blickfang vor dem Verkehrshaus in Luzern steht, wurde nie offiziell getauft. Ihren Namen verdankt sie einem deutschen Journalisten, der über die Arbeit der aus Deutschland und Österreich stammenden Mineure berichtete und dabei auch fragte, wie die Maschine den überhaupt heisse. Einer der Männer antwortete darauf spontan: «Ja das ist unsere ‹Sissi›». Die in «Sissis» Schatten stehende zweite Tessiner Maschine, die am 23. März 2011 die Weströhre durchbrechen sollte, wurde – gleichfalls inoffiziell – zum «Heidi». Nach bergmännischer Tradition tragen Tunnelbohrmaschinen weibliche Vornamen.
Auch bei der Vermessung im Tunnel und bei der Überwachung der Auswirkungen der Arbeiten im Berg auf das Gelände setzten die Tunnelbauer neue Massstäbe. Gewarnt durch das Desaster beim Bau des Sondierstollens 1978 für den Rawil-Autobahntunnel, richtete die ATG bei den Staumauern Curnera, Val Nalps und Santa Maria am Lukmanierpass vor dem Beginn der ersten Arbeiten im Berg ein geodätisches Überwachungssystem ein, um sofort auf Geländebewegungen reagieren zu können.
Auf diese Vorsichtsmassnahme hatte man am Rawilpass verzichtet. Ende 1978 ergaben dort routinemässig durchgeführte Lot-Messungen, dass sich der Scheitel der Bogenmauer der Talsperre Zeuzier um 5 Millimeter Richtung Wasser verschoben hatte. Das Becken wurde sofort entleert, aber es hatten sich bereits meterlange Risse gebildet, die in der Folge aufwendig saniert werden mussten. Der Boden bei der Sperre war um 13 Zentimeter abgesunken, und die Talflanken hatten sich um 8 Zentimeter aufeinander zubewegt und damit die Mauer in den Schraubstock genommen. Das Rawil-Projekt wurde schliesslich aufgegeben.
Vor dem Baubeginn des Gotthardbasistunnels setzten die Vermessungsingenieure der ATG in Zusammenarbeit mit Wissenschaftern der ETH Zürich Messpunkte in die Landschaft. Sie arbeiteten dabei mit GPS, um auch im Winter die zuverlässige Detektion der maximal zulässigen Geländesenkungen zu garantieren. Auf den Staumauern montierten sie automatische ferngesteuerte Theodoliten zum Messen von Horizontal- und Vertikalbewegungen. Dank diesen Instrumenten wussten die Ingenieure, was an der Oberfläche vor sich ging, und sie konnten frühzeitig reagieren. «Ein Tunnelbau ist eine Drainage und lässt das Gelände sinken», erklärt Peter Zbinden. «Unter dem Stausee Val Nalps bei Sedrun mussten wir Wasser und Zement ins Gestein pressen, um die Klüfte abzudichten und damit den Wasserabfluss aus dem Berg zu hemmen.»
Auch die Vermessungsarbeiten im Tunnel setzten laut Zbinden weltweit Massstäbe. Beim ersten Durchschlag Bodio–Faido 2006 nach 19 Kilometern Vortrieb trafen die beiden Röhren mit einer Abweichung in der Grössenordnung einer Zündholzschachtel aufeinander – dies, obwohl die Tunnel nicht in gerader Linie, sondern in Kurvenform durch den Berg getrieben wurden. Bei der Vermessung im Berginnern mussten auch die durch die unterschiedlichen Dichteverhältnisse im Erdmantel bedingten Abweichungen der Schwerkraft modelliert werden. Andernfalls wäre es zu Differenzen im Meterbereich gekommen. Die späteren Durchschläge Amsteg–Sedrun, Erstfeld–Amsteg und Faido–Sedrun bestätigten, dass die Experten die Vermessung im Griff hatten.
Peter Zbinden betont, dass nicht nur jene, die an den Durchschlagfeiern das Band zerschnitten hätten, die grosse Arbeit geleistet hätten. «Das Fundament des Erfolges wurde viel früher gelegt, und man hat beim Feiern jene etwas vergessen, die dieses Fundament erstellt und das Projekt über lange Jahre hinweg vorbereitet hatten. Das ist wie beim Anziehen eines Hemdes. Wenn man es von unten her falsch zuknöpft, bringt man es nie mehr in Ordnung bis ganz zuoberst.»
Sicherheit im langen Tunnel
Mit dem Durchschlag und dem Innenausbau der beiden Röhren war der längste Eisenbahntunnel der Welt noch längst nicht fertiggestellt. Ab 2009 wurden die Tunnel etappenweise mit mechanischen und elektromechanischen Anlagen wie Beleuchtung, Belüftung, Brandschutzinstallationen und Entwässerungsanlagen ausgerüstet, ehe der Einbau der Fahrbahnen, der Stromversorgung, der Kommunikationsanlagen und der Sicherheits-, Kontroll- und Steuerungsanlagen erfolgte. Diese Arbeiten und die Tests dauerten bis weit ins laufende Jahr hinein.
Einer, der mit seinem Team vor der Übergabe des Gotthardbasistunnels an die SBB sozusagen den «obersten Knopf am Hemd» zuknöpfte, war Markus Montigel, Gründer und Chef der Systransis AG, einer auf Sicherheitssysteme in Eisenbahntunnels spezialisierten IT-Firma mit Sitz in Rotkreuz im Kanton Zug. Der heute 55-jährige Informatikingenieur ETH hatte seit 1995 in der Stellwerkentwicklung bei Alcatel in Wien sowie als Hochschuldozent in Wien und New Orleans gearbeitet. Im Mai 2003 gründete er sein Unternehmen, nachdem er als Vertragspartner von Alcatel den Auftrag zur Entwicklung des Systems Automatikfunktion im Lötschbergbasistunnel erhalten hatte.
Dank dem am Lötschberg gewonnenen Know-how kam Systransis auch am Gotthard zum Zug. Das im Dezember 2015 im Sinne einer guten Nachfolgeregelung von Siemens als Tochtergesellschaft übernommene Softwareunternehmen mit inzwischen 20 Angestellten entwickelte die Tunnelautomatik Gotthard (TAG) als Subunternehmer von Siemens, der Lieferantin der Bahnleittechnik. Die beiden Firmen begannen 2008 als Auftragnehmer von Thales, einem der vier Partner der Arbeitsgemeinschaft Transtec Gotthard.
Das TAG-System checkt vor der Tunneleinfahrt eines Zuges automatisch, ob dieser mit der korrekten Zugsicherungsanlage ausgerüstet ist und ob er überhaupt gemäss Fahrplan verkehrt. «Das verhindert, dass man im Tunnel ‹bähnlen› kann», sagt Markus Montigel. TAG registriert auch stets, wie schnell die Züge unterwegs sind, und weist zu langsam fahrende Lokomotivführer an, die vorgeschriebene Geschwindigkeit einzuhalten. «Denn wenn ein Zug zu langsam fährt, ist das ein schlechtes Zeichen», weiss der jetzige CTO von Systransis. Reagiere der Lokomotivführer nicht auf die Warnung des TAG-Systems, werde der Fahrdienstleiter alarmiert.
Die Früherkennung ist zentral, um das Ausmass von Zwischenfällen möglichst gering zu halten. TAG steuert zum Beispiel in einem Ereignisfall – etwa bei einem Brand – automatisch Tunnelsystemkomponenten wie Beleuchtung und Ventilation und meldet dem Fahrdienstleiter, an welchen genau definierten Orten die zum betreffenden Zeitpunkt im Tunnel verkehrenden Züge angehalten und wie gegebenenfalls Passagiere evakuiert werden sollen.
Als weiteres wichtiges System für einen kontinuierlichen Betrieb des Gotthardbasistunnels ist die übergeordnete Tunnelleittechnik von Siemens für die Überwachung und Anzeige aller elektromechanischen Anlagen zuständig. Das Tunnelleitsystem ist das weltweit fortschrittlichste Produkt seiner Art. Es vereinigt die Kontrolle der Infrastruktur von der Beleuchtung über Stromversorgung, Ventilation, Datennetz und Kommunikationsanlagen bis zu Liften und Türverriegelungen unter einer Oberfläche.
«Die totale Vernetzung von Tunnelleittechnik, Infrastruktur und Fahrbetrieb hilft Energie zu sparen und erhöht die Tunnelkapazität ebenso wie die Sicherheit, die Pünktlichkeit und die Stabilität des Bahnbetriebs», sagt Peter Müller, als Senior-Projektleiter der für die Arbeiten im Basistunnel zuständige Ingenieur von Siemens. «Es ist ein Wunderwerk der modernen Informationstechnologie.»
Kluge Materialbewirtschaftung
An technischen Pionierleistungen mangelt es gleichfalls nicht. Eine davon ist die Verarbeitung von grossen Mengen der 28,2 Millionen Tonnen Ausbruchmaterial direkt vor Ort zu Beton. Man habe rund 10 Millionen Franken in die Forschung für die Materialbewirtschaftung investiert, erklärt der ehemalige Vorsitzende der Geschäftsleitung der Alptransit Gotthard AG (ATG), Peter Zbinden. Auch die sechs künstlichen Inseln in den Flachwasserzonen im Urnersee vor Flüelen, die mit 3,3 Millionen Tonnen Ausbruch aus Amsteg aufgeschüttet wurden, waren Teil des Materialbewirtschaftungskonzepts der ATG. Verantwortlich für das Projekt war die Urner Regierung, die ATG transportierte das Gestein und finanzierte die Aufschüttung. «Planung und Bauleitung kosteten den Kanton nichts, und für uns waren die Aufschüttungen günstiger, als mit dem Material zur Deponie nach Weiach zu fahren», hält Zbinden fest.
Der Tiefbauingenieur Zbinden war von 1992 bis 1997 stellvertretender Delegierter für die zunächst bei den SBB angesiedelte Alptransit und ab 1998 – nach deren Konstitution als eigenständige Managementgesellschaft – bis zur Frühpensionierung 2007 Direktor und später Vorsitzender der Geschäftsleitung der ATG. Damit war er während der entscheidenden Phasen der oberste Chef des grössten Bauprojekts der Schweiz. Die Bewirtschaftung des Aushubmaterials und die damit verbundene Kosteneinsparung von rund 100 Millionen Franken zählt Zbinden nebst dem Weitblick aller Verantwortlichen zu den Glanzstücken der Erfolgsgeschichte des Baus des Gotthardbasistunnels.
Der mittlerweile 70-jährige Berner Oberländer sammelte seine Untertagebau-Erfahrung als Ingenieur und später als Chefbauleiter der Elektrowatt in den Strassentunnels Milchbuck und Nordast in Zürich sowie als Chef Oberleitung in sechs Eisenbahntunnels der Neubaustrecke Hannover–Würzburg. Von 1986 bis 1991 arbeitete er für die SBB als Gesamtprojektleiter beim Um- und Ausbau des Hauptbahnhofs Zürich.
Zbinden mag sich nicht auf einen persönlichen Höhe- oder Glanzpunkt der Arbeiten am Gotthardtunnel festlegen. Er lobt den frühzeitigen Planungsbeginn und die Grundlagenarbeit der Projektingenieure und Geologen ebenso wie die enge Zusammenarbeit mit den Kollegen von der Neat-Lötschbergachse, den Erfahrungsaustausch mit den Projektleitungen anderer Basistunnel in den Alpen wie Mont-Cenis, Brenner und Semmering sowie natürlich die Bewältigung geologisch anspruchsvoller Teilstücke und die Präzision, mit der die beiden Röhren durch das Gotthardmassiv getrieben wurden.
Und: «Es ist uns frühzeitig gelungen, 15 einspracheberechtigte Umweltorganisationen auf einen Nenner zu bringen und in der Person von Martin Furter einen gemeinsamen Kontaktmann zu bestimmen. Das erleichterte die Arbeit entscheidend und führte zu einer Win-win-Situation.»
Mit Genugtuung erinnert sich der ehemalige ATG-Chef an die Abstimmungen zur Neat 1992 und über die Finanzierung des öffentlichen Verkehrs (Finöv) von 1998. Wäre es im Vorfeld des Finöv-Urnengangs nicht gelungen, den Nachweis zu erbringen, dass die Piora-Mulde im Arbeitsbereich nicht wie zunächst befürchtet aus wassergesättigtem, zuckerförmigem Dolomitmarmor, sondern aus hartem, trockenem Dolomit besteht, wäre der Bau des Gotthardbasistunnels nach Zbindens Einschätzung gefährdet gewesen. Dank den bereits Ende 1993 eingeleiteten geologischen Abklärungen mit verschiedenen Sondierbohrungen von Süden her und dem Sondierstollen in Faido konnte die ATG rechtzeitig vor der Finöv-Abstimmung Entwarnung geben. Man hatte festgestellt, dass die wassergesättigte und zuckrige Schicht 300 Meter oberhalb der Tunnelröhre endet.
Piora und Tavetsch
Wären die geologischen Untersuchungen unterlassen worden, hätte man riskieren müssen, dass die Mineure auf unter hohem Bergwasserdruck stehendes bröckeliges Material gestossen wären. Die Maschine wäre zermalmt worden, und die Arbeiter wären ums Leben gekommen wie einst 26 Mineure beim Bau des ersten Lötschbergtunnels. Dort war am 3. Juli 1908 ein Bautrupp bei einer Sprengung im Gasterntal auf eine lose Geröllschicht gestossen, die 100 Meter höher im Berg vermutet worden war. Die daraufhin einbrechenden Kies-, Schlamm- und Wassermassen verschütteten den Tunnel auf einer Länge von 1,5 Kilometern. Von den Toten wurde nur ein einziger gefunden.
Ende September 2008 dann erreichte die Tunnelbohrmaschine in der Oströhre die Piora-Mulde. Im Februar 2009 wurde auch die Weströhre ausgebrochen. Die Maschinen frassen sich ohne Probleme innerhalb von bloss 17 Tagen durch die 150 Meter breite geologische Zone. Das «schwimmende Gebirge» hatte zu jenem Zeitpunkt seinen Schrecken längst verloren. «Wir hätten die Passage wohl auch bewältigen können, wenn das Material wie anfänglich befürchtet zuckrig gewesen wäre», erklärt Peter Zbinden. Man hätte in diesem Fall den Dolomitmarmor durch einen Schacht von oben her mit Zement und Kunststoff verhärtet, um ihn für die Tunnelbohrmaschine passierbar zu machen. Diese Durchquerung mit 1500 Metern Wassersäule wäre allerdings an der Grenze der technischen Machbarkeit gewesen. Ausserdem wären zusätzliche Kosten in der Höhe von mehreren hundert Millionen Franken entstanden.
Auch in Sedrun wurde eine geologisch sehr schwierige Störzone durch Tiefenbohrungen vor dem eigentlichen Bau erkundet. Im nördlichen Teil des Tavetscher Zwischenmassivs richtete man einen der beiden Zwischenangriffe ein, die es brauchte, um mittels Sprengvortrieb den Tunnel vom Berginnern her voranzutreiben. Der zweite Zwischenangriff erfolgte über den Zugangsstollen Polmengo bei Faido, gleichfalls in geologisch anspruchsvollem Gestein.
«Beginnt man von beiden Portalen her zu arbeiten, dauert es bei einem Tunnel dieser Länge 25 Jahre bis zum Durchbruch», rechnet Zbinden vor. Dazu kommen 15 Jahre Vorbereitungsarbeiten sowie 10 Jahre für den Ausbau und die Ausrüstung des Bauwerks. «Das ergäbe eine Bauzeit von 50 Jahren. Deshalb braucht es Zwischenangriffe, und diese plant man so, dass man bei gleichzeitigem Baubeginn auch ungefähr gleichzeitig fertig wird.»
Die Kakirite in der 1,1 Kilometer langen Störzone unterhalb von Sedrun sind zum Teil so weich, dass der Fels in der Hand bröckeln würde. Kalman Kovári, in der Zwischenzeit emeritierter Professor für Untertagebau am Institut für Geotechnik der ETH Zürich, und der Bauingenieur Heinz Ehrbar, damals Abschnittsleiter Sedrun bei der ATG, entwickelten eine Bautechnik, bei der man einen übergrossen Hohlraum ausbrach, der das vom Berg nachgeschobene Gestein auffangen und durch dessen Eigengewicht stabilisieren sollte. Eine analoge Methode wurde zuvor schon im Bergbau eingesetzt, aber nur bei Röhren von bis zu 4 Metern Querschnitt. «Wir aber mussten mit einem Durchmesser von 13 Metern arbeiten. Unsere Methode war eine Innovation für den Tunnelbau weltweit», betont Peter Zbinden.
«Gabi» und «Sissi»
Bewegliche stählerne Glockenprofile, die der bröckelige Fels bei seiner Ausdehnung langsam ineinanderpresste, stellten sicher, dass der Tunnel stets seine kreisrunde Form behielt und keine Schwachstellen in der Röhre auftreten konnten. Hatte sich der Fels dann stabilisiert, fixierten die Mineure die Stahlprofile mit einer zusätzlichen Schale aus Spritzbeton. Der Arbeitsaufwand in der 1,1 Kilometer langen Tavetscher Störzone war enorm. Der Sprengvortrieb betrug nur rund 1,1 Meter täglich. Es dauerte dreieinhalb Jahre, bis die Kakirit-Schicht – termingerecht und innerhalb des vorgesehenen Kostenrahmens – durchquert war.
Die vier je 30 Millionen Franken teuren, inklusive Nachläuferkonstruktion bis zu 450 Meter langen Tunnelbohrmaschinen, die fast 75 Prozent des Gotthardbasistunnels ausbrachen, hatten ganz andere Tempi drauf. «Gabi I» zum Beispiel, die Maschine im nördlichen Teil der Oströhre, legte die 7,2 Kilometer lange Strecke vom Nordportal in Erstfeld bis zum Zugangsstollen Amsteg in bloss 18 Monaten zurück.
Wie seine Schwester «Gabi II» in der Weströhre trug das mittlerweile demontierte Stahlungetüm den Namen der gemeinsamen Taufpatin, der früheren freisinnigen Urner Landrätin, Regierungsrätin, National- und Ständerätin Gabi Huber. Ihr Tessiner Gegenstück in der Oströhre wurde als «Sissi» bekannt, trug diesen Namen aber zu Unrecht, wie Peter Zbinden betont. «Es gab keine ‹Sissi›. Das ist zwar eine schöne Geschichte, aber sie ist nicht wahr.»
Mustergültige Vermessung
Die Maschine, die am 15. Oktober 2010 bei Sedrun die Oströhre durchschlug und deren Bohrkopf heute als Blickfang vor dem Verkehrshaus in Luzern steht, wurde nie offiziell getauft. Ihren Namen verdankt sie einem deutschen Journalisten, der über die Arbeit der aus Deutschland und Österreich stammenden Mineure berichtete und dabei auch fragte, wie die Maschine den überhaupt heisse. Einer der Männer antwortete darauf spontan: «Ja das ist unsere ‹Sissi›». Die in «Sissis» Schatten stehende zweite Tessiner Maschine, die am 23. März 2011 die Weströhre durchbrechen sollte, wurde – gleichfalls inoffiziell – zum «Heidi». Nach bergmännischer Tradition tragen Tunnelbohrmaschinen weibliche Vornamen.
Auch bei der Vermessung im Tunnel und bei der Überwachung der Auswirkungen der Arbeiten im Berg auf das Gelände setzten die Tunnelbauer neue Massstäbe. Gewarnt durch das Desaster beim Bau des Sondierstollens 1978 für den Rawil-Autobahntunnel, richtete die ATG bei den Staumauern Curnera, Val Nalps und Santa Maria am Lukmanierpass vor dem Beginn der ersten Arbeiten im Berg ein geodätisches Überwachungssystem ein, um sofort auf Geländebewegungen reagieren zu können.
Auf diese Vorsichtsmassnahme hatte man am Rawilpass verzichtet. Ende 1978 ergaben dort routinemässig durchgeführte Lot-Messungen, dass sich der Scheitel der Bogenmauer der Talsperre Zeuzier um 5 Millimeter Richtung Wasser verschoben hatte. Das Becken wurde sofort entleert, aber es hatten sich bereits meterlange Risse gebildet, die in der Folge aufwendig saniert werden mussten. Der Boden bei der Sperre war um 13 Zentimeter abgesunken, und die Talflanken hatten sich um 8 Zentimeter aufeinander zubewegt und damit die Mauer in den Schraubstock genommen. Das Rawil-Projekt wurde schliesslich aufgegeben.
Vor dem Baubeginn des Gotthardbasistunnels setzten die Vermessungsingenieure der ATG in Zusammenarbeit mit Wissenschaftern der ETH Zürich Messpunkte in die Landschaft. Sie arbeiteten dabei mit GPS, um auch im Winter die zuverlässige Detektion der maximal zulässigen Geländesenkungen zu garantieren. Auf den Staumauern montierten sie automatische ferngesteuerte Theodoliten zum Messen von Horizontal- und Vertikalbewegungen. Dank diesen Instrumenten wussten die Ingenieure, was an der Oberfläche vor sich ging, und sie konnten frühzeitig reagieren. «Ein Tunnelbau ist eine Drainage und lässt das Gelände sinken», erklärt Peter Zbinden. «Unter dem Stausee Val Nalps bei Sedrun mussten wir Wasser und Zement ins Gestein pressen, um die Klüfte abzudichten und damit den Wasserabfluss aus dem Berg zu hemmen.»
Auch die Vermessungsarbeiten im Tunnel setzten laut Zbinden weltweit Massstäbe. Beim ersten Durchschlag Bodio–Faido 2006 nach 19 Kilometern Vortrieb trafen die beiden Röhren mit einer Abweichung in der Grössenordnung einer Zündholzschachtel aufeinander – dies, obwohl die Tunnel nicht in gerader Linie, sondern in Kurvenform durch den Berg getrieben wurden. Bei der Vermessung im Berginnern mussten auch die durch die unterschiedlichen Dichteverhältnisse im Erdmantel bedingten Abweichungen der Schwerkraft modelliert werden. Andernfalls wäre es zu Differenzen im Meterbereich gekommen. Die späteren Durchschläge Amsteg–Sedrun, Erstfeld–Amsteg und Faido–Sedrun bestätigten, dass die Experten die Vermessung im Griff hatten.
Peter Zbinden betont, dass nicht nur jene, die an den Durchschlagfeiern das Band zerschnitten hätten, die grosse Arbeit geleistet hätten. «Das Fundament des Erfolges wurde viel früher gelegt, und man hat beim Feiern jene etwas vergessen, die dieses Fundament erstellt und das Projekt über lange Jahre hinweg vorbereitet hatten. Das ist wie beim Anziehen eines Hemdes. Wenn man es von unten her falsch zuknöpft, bringt man es nie mehr in Ordnung bis ganz zuoberst.»
Sicherheit im langen Tunnel
Mit dem Durchschlag und dem Innenausbau der beiden Röhren war der längste Eisenbahntunnel der Welt noch längst nicht fertiggestellt. Ab 2009 wurden die Tunnel etappenweise mit mechanischen und elektromechanischen Anlagen wie Beleuchtung, Belüftung, Brandschutzinstallationen und Entwässerungsanlagen ausgerüstet, ehe der Einbau der Fahrbahnen, der Stromversorgung, der Kommunikationsanlagen und der Sicherheits-, Kontroll- und Steuerungsanlagen erfolgte. Diese Arbeiten und die Tests dauerten bis weit ins laufende Jahr hinein.
Einer, der mit seinem Team vor der Übergabe des Gotthardbasistunnels an die SBB sozusagen den «obersten Knopf am Hemd» zuknöpfte, war Markus Montigel, Gründer und Chef der Systransis AG, einer auf Sicherheitssysteme in Eisenbahntunnels spezialisierten IT-Firma mit Sitz in Rotkreuz im Kanton Zug. Der heute 55-jährige Informatikingenieur ETH hatte seit 1995 in der Stellwerkentwicklung bei Alcatel in Wien sowie als Hochschuldozent in Wien und New Orleans gearbeitet. Im Mai 2003 gründete er sein Unternehmen, nachdem er als Vertragspartner von Alcatel den Auftrag zur Entwicklung des Systems Automatikfunktion im Lötschbergbasistunnel erhalten hatte.
Dank dem am Lötschberg gewonnenen Know-how kam Systransis auch am Gotthard zum Zug. Das im Dezember 2015 im Sinne einer guten Nachfolgeregelung von Siemens als Tochtergesellschaft übernommene Softwareunternehmen mit inzwischen 20 Angestellten entwickelte die Tunnelautomatik Gotthard (TAG) als Subunternehmer von Siemens, der Lieferantin der Bahnleittechnik. Die beiden Firmen begannen 2008 als Auftragnehmer von Thales, einem der vier Partner der Arbeitsgemeinschaft Transtec Gotthard.
Das TAG-System checkt vor der Tunneleinfahrt eines Zuges automatisch, ob dieser mit der korrekten Zugsicherungsanlage ausgerüstet ist und ob er überhaupt gemäss Fahrplan verkehrt. «Das verhindert, dass man im Tunnel ‹bähnlen› kann», sagt Markus Montigel. TAG registriert auch stets, wie schnell die Züge unterwegs sind, und weist zu langsam fahrende Lokomotivführer an, die vorgeschriebene Geschwindigkeit einzuhalten. «Denn wenn ein Zug zu langsam fährt, ist das ein schlechtes Zeichen», weiss der jetzige CTO von Systransis. Reagiere der Lokomotivführer nicht auf die Warnung des TAG-Systems, werde der Fahrdienstleiter alarmiert.
Die Früherkennung ist zentral, um das Ausmass von Zwischenfällen möglichst gering zu halten. TAG steuert zum Beispiel in einem Ereignisfall – etwa bei einem Brand – automatisch Tunnelsystemkomponenten wie Beleuchtung und Ventilation und meldet dem Fahrdienstleiter, an welchen genau definierten Orten die zum betreffenden Zeitpunkt im Tunnel verkehrenden Züge angehalten und wie gegebenenfalls Passagiere evakuiert werden sollen.
Als weiteres wichtiges System für einen kontinuierlichen Betrieb des Gotthardbasistunnels ist die übergeordnete Tunnelleittechnik von Siemens für die Überwachung und Anzeige aller elektromechanischen Anlagen zuständig. Das Tunnelleitsystem ist das weltweit fortschrittlichste Produkt seiner Art. Es vereinigt die Kontrolle der Infrastruktur von der Beleuchtung über Stromversorgung, Ventilation, Datennetz und Kommunikationsanlagen bis zu Liften und Türverriegelungen unter einer Oberfläche.
«Die totale Vernetzung von Tunnelleittechnik, Infrastruktur und Fahrbetrieb hilft Energie zu sparen und erhöht die Tunnelkapazität ebenso wie die Sicherheit, die Pünktlichkeit und die Stabilität des Bahnbetriebs», sagt Peter Müller, als Senior-Projektleiter der für die Arbeiten im Basistunnel zuständige Ingenieur von Siemens. «Es ist ein Wunderwerk der modernen Informationstechnologie.»
Für den Beitrag verantwortlich: Neue Zürcher Zeitung
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