Túnel do novo trecho Nuremberg – Ingolstadt (NBS)Lote norte – Túnel Göggelsbuch / Túnel Offenbau

Para solucionar as exigências resultantes da intensificação do tráfego ferroviário de pessoas e carga devido à reunificação da Alemanha e à expansão da União Europeia no Leste do continen-te, são necessárias medidas estruturais abrangentes que incluem correções e expansões significativas da malha ferroviária. Além disto, para o avanço da integração europeia é imprescindível a criação e expansão de uma rede de transporte transeuropeia. Neste contexto deve ser visto o trecho de alta velocidade que liga Nuremberg – Ingolstadt – Munique. Ele representa uma ex-tensão do projeto ferroviário União Alemã nº 8, que vai de Berlim via Halle / Leipzig e Erfurt até Nuremberg, sendo considerado uma importante contribuição alemã para o eixo Nº 1 (Berlim – Verona – Palermo) das redes transeuropeias.

O trajeto é dividido entre o novo trecho entre Nuremberg – Ingol-stadt (NBS) e o trecho de expansão entre Ingolstadt – Munique (ABS). Para o novo trecho foram selecionados elementos de tra-çado que permitem um tráfego ferroviário misto de passageiros e carga. A inclinação longitudinal máxima de 20 por mil [2 %] com um arredondamento mínimo de 22.500 m e um raio mínimo de 3.700 m permite um tráfego de carga noturno a velocidades de até 160 km / h. A velocidade projetada para trens de passagei-ros é de 300 km / h. A via é construída com pavimento sólido em toda a sua extensão. A extensão total do novo trecho é de aprox. 83,3 km. O trecho foi dividido em cinco lotes.

O lote Norte do novo trecho, com 35,02 km de extensão, corre em grande parte paralelamente à autoestrada federal A9, de modo a minimizar o corte adicional na paisagem. Esta circunstância do percurso estabelecido para a conjugação de vias de transporte exigiu um total de 22 pontes rodoviárias e passagens, 32 pontes ferroviárias, medidas de estabilização de encostas, uma via ele-vada com fundações aprofundadas no solo em uma extensão de 3,5 km, assim como a construção dos 2 túneis Offenbau e Gög-gelsbuch. No total foram movidos 2,60 milhões de metros cúbicos de terra para este lote Norte.

NBS Nuremberg – Ingolstadt, lote Norte – edificação da ponte sobre o canal de ligação dos rios Meno e Danúbio

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- Planejamento de estações ferroviárias (estação ferroviária regi-onal de Allersberg)

- Planejamento de estabilização de encostas (Auer Berg)- Planejamento de via elevada (via sobre estacas e placas)- Planejamento de sistemas anti-ruído- Planejamento de medidas de proteção da paisagem- Execução de acordos administrativos e de cruzamentos- Realização da coordenação de interface dos equipamentos

técnicos- Realização e acompanhamento de procedimentos de alteração

de planos

Túnel Göggelsbuch – Tubo principal, sentido norte

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A SSF Ingenieure foi contratada pelo consórcio executor para o planejamento geral e executivo das obras com as seguintes prio-ridades, entre outras:

- Fundações e mecânica do solo- Planejamento dos trechos do sistema de tráfego ferroviário -

ferrovia com pavimento sólido- Planejamento dos trechos do sistema de tráfego rodoviário -

rodovias paralelas e cruzamentos- Planejamento de pontes ferroviárias (Schwarzachtal, Canal Meno

Danúbio) - Planejamento de pontes rodoviárias (entre outras, Kr. BW BAB

autoestrada federal A 73, Kr. BW Vias AS Hilpoltstein, St2225, St2227)

- Planejamento construção de túneis e calhas (Offenbau, Göggels-buch)

Túnel Göggelsbuch – Saída de emergência, sentido poço de emergência

Túnel GöggelsbuchComo parte do novo trecho ICE [trem de alta velocidade Inter-CityExpress] Nuremberg – Ingolstadt, lote Norte, o túnel Gög-gelsbuch passa por baixo de uma colina do vilarejo Göggelsbuch, em uma extensão de aprox. 2,3 km, assim como por baixo de um estacionamento com instalações sanitárias na autoestrada fede-ral A9. Ele foi aberto por ambos os lados segundo o método de construção fechada. A construção foi finalizada em 2002. O túnel Göggelsbuch é coberto por uma camada de rochas com 5 a 22 m de espessura, formada exclusivamente por arenitos Feuerletten da formação geológica Mittlerer Keuper, portanto composta to-talmente por rochas não consolidadas. Devido à pressão da água existente de até 3 bar, o túnel foi construído com uma área da seção transversal de escavação de aprox. 150 m² completamente formada com fundo em abóbada. A abertura do túnel na parte executada com método de construção fechada, com 2.223 m de comprimento, começou simultaneamente no lado norte e sul. Pri-

meiro foi aberta a calota com fundo contínuo, logo em seguida foram abertos o piso e o fundo. As rochas existentes puderam ser removidas por uma escavadeira em todas as subseções transver-sais. De acordo com o método NÖT foram utilizados arcos, concre-to injetado, chumbadores e lanças como elementos de segurança. O avanço do corte teve comprimento máximo 1,30 m. Os planos de separação fósseis inseridos nas rochas Feuerletten precisavam ser previamente fixados durante o avanço, por meio de lanças e com concreto injetado na cabeceira. Depois da escavação com-pleta seguiu-se o revestimento do interior a partir do lado sul, com uma vedação integral de 3 mm de espessura a prova d’água sob pressão, e um revestimento interno armado de 35 cm de espessu-ra, cuja execução foi dividida em fundo e abóbada.

O comprimento do bloco é de 12,5 m. Considerando o prazo limite de construção, um carro de cimbramento de quase 70 m de com-

primento foi construído especialmente para este túnel, de modo que foi possível concretar duas seções do fundo por dia. As áreas das entradas que são interligadas com a rede rodoviária pública, foram executadas com o método de construção aberta e têm um comprimento total de 65 m. Por exigência do conceito técnico de segurança para proteção contra incêndio e catástrofes, foram alo-cadas áreas de resgate em ambas as entradas, bem como uma saída de emergência no meio do túnel em forma de um poço com 30 metros de profundidade. Este pode ser acessado através de duas galerias de emergência com 150 m de comprimento cada, que correm paralelamente ao túnel. As galerias de emergência podem ser isoladas do túnel principal por meio de comportas. A área da seção transversal de escavação das galerias é de 18 m². As galerias foram executadas com uma tuneladora tipo roadhea-der. Os elementos de segurança usados na perfuração são iguais àqueles do tubo principal.

Túnel Göggelsbuch

Extensão do túnel 2.287 m, dos quais 2.223 m em construção fechada

Volumes 350.000 m³ de rochas removidas, 50.000 m³ deconcreto injetado25.000 chumbadores, 23.000 lanças90.000 m² de material de vedação, 60.000 m³ deconcreto armado5.000 toneladas de barras de aço

Tempo de construção Perfuração em 16 meses, revestimento interno em 12 mesesTempo total de construção da obra bruta 26 meses

Contratante da obra DB AG [Ferrovias Alemãs], representada por DBProjekt Bau GmbH PZ, Nuremberg Tempo total de construção da obra bruta 26 meses

SSF Ingenieure Planejamento geral para o planejamento executivo

1 Túnel Göggelsbuch – Carro de cimbramento da abóbada2 Túnel Göggelsbuch – Concretagem3 Túnel Göggelsbuch – Confecção do arco aéreo4 Túnel Göggelsbuch – Entrada sul na fase de obras

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Túnel Offenbau A localidade de Offenbau do município Thalmässing fica bem per-to da autoestrada A9 e do novo trecho do ICE Nuremberge - Ingol-stadt. Para minimizar os transtornos à população local causados pelo novo traçado da ferrovia, na resolução de aprovação do pla-nejamento foi prescrito um encapsulamento total do novo trecho na altura da localidade. Além disso, foi determinado que durante a fase de construção o lençol freático poderia ser rebaixado apen-as de forma limitada.

O conceito original continha a confecção de um túnel com funda-ções pouco profundas, com área de seção transversal retangular e método de construção aberta, dentro de um fosso com taluda-mento e chumbadores. Já na fase de proposta para o novo trecho funcional licitado Nuremberge – Ingolstadt foi desenvolvida umaproposta especial de custo otimizado em forma de abóbada com estática otimizada, que acabou sendo contratada.

Porém, pouco depois de iniciadas as obras, ocorreram elevações da placas de concreto já executadas na seção inicial sul, bem como deslizamentos de taludes. Os trabalhos foram suspensos para identificar as causas.

Verificou-se que um subsolo muito susceptível à acomodação e um lençol freático sob pressão artesiana, abaixo do horizonte quaternário de águas subterrâneas sem pressão, não permitia a realização do conceito original.

A segurança contra elevação do fundo do fosso, o taludamento e as propriedades do solo incompatíveis com o método de const-rução aberta na argila Opalinus decomposta pelas intempéries exi-giu uma revisão da solução inicial com uma abordagem especial: - Não havia segurança contra elevação do fundo do fosso com o

método de construção aberta sem a retenção do lençol freático na argila Opalinus.

- O taludamento com o método de construção aberta sem a re-tenção do lençol freático nos estratos quaternários não era exe-quível devido aos possíveis rompimentos e deslizamentos dos taludes.

- A plasticidade pronunciada do quaternário coesivo e dos estra-tos de argila Opalinus na zona de decomposição pelas intempé-ries promove uma forte sensibilidade à acomodação.

- Acomodações inadmissíveis dentro das camadas quaternárias parcialmente moles e da zona mole da argila Opalinus decom-posta em caso de fundações pouco profundas

- Segundo estrato de água subterrânea com lençol freático sob pressão artesiana com risco de elevação do fundo

- Possíveis deslizamentos de taludes nas interfaces- Proibição de intervenções na água subterrânea por parte do ór-

gão de saneamento, ao mesmo tempo impossibilidade de gran-de rebaixamento do lençol freático devido ao perigo de acomo-dação do solo para a autoestrada e edificações

- Presença de estratos passíveis de expansão da argila Opalinus com consideráveis elevações por expansão de até 40 mm, em caso de impedimento de deformação ocorrem pressões de ex-pansão de até 0,4 MN / m²

1 Túnel Offenbau – Fase de escavação 2 – Operação de remoção de material2 Túnel Offenbau – Comporta de ar comprimidoIm

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Com as pesquisas continuadas de 15 variantes decidiu-se con-struir o túnel Offenbau com ar comprimido, segundo o método cut&cover:- Pré-escavação sem rebaixamento significativo do nível do lençol

freático quaternário, nenhuma intervenção no segundo estrato de água subterrânea

- Execução da parede de estacas perfuradas sobreposta a partir de uma escavação intermediária

- Comprimentos escalonados das estacas perfuradas para a manu-tenção da circulação do fluxo de água subterrânea na argila Opali-nus não decomposta pelas intempéries

- Execução das coberturas sem um rebaixamento significativo do nível do lençol freático quaternário

- Enchimento sobre a cobertura do túnel- Perfuração do túnel sob ar comprimido para redução do nível de

pressão em duas seções de escavação- O alívio da pressão no segundo estrato de água subterrânea foi

necessário apenas em pequenos trechos- Instalação do fundo de concreto injetado imediatamente após a

escavação do solo- Esvaziamento do ar comprimido- Instalação da camada de acolchoamento contra expansão no esta-

do final sob condições atmosféricas- Instalação do fundo da edificação- Instalação das paredes da edificaçãoTrabalhos restantes

Inicialmente foram realizadas as paredes de estacas perfuradas sobrepostas. Com até doze perfuradoras ao mesmo tempo foram executadas as estacas perfuradas escalonadas - para manuten-ção da circulação do fluxo de água subterrânea na argila Opalinus não decomposta pelas intempéries - com diâmetro de 1,20 m, uma distância de 1,04 m e um comprimento de até 34 m (esta-cas secundárias armadas). As áreas entre o bloco 7 e o bloco 107

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foram executadas em forma de um canteiro de obras de linha, em ciclos com um comprimento regular do bloco de 12,50 m e formação de juntas de pressão. Após a penetração das estacas perfuradas (aprox. 350 m) foram executados os componentes da cobertura com 1,0 até 1,20 m de espessura. Em uma etapa poste-rior de aprox. 600 m, as seções da cobertura do túnel finalizadas receberam uma camada de 3,0 m de terra para a redução das perdas de ar da pressurização e obtenção de um equilíbrio relativo à sobrepressão do ar. Após um pequeno rebaixamento do lençol freático na região do pré-corte do lado sul foram escavados seis blocos do túnel, de modo a possibilitar a instalação da comporta de pessoal, de material bem como a câmara de grande porte para os equipamentos de trabalho.

Em virtude da presença de água subterrânea sob pressão e da ca-mada vedante de argilas amolecidas e rochas argilosas do Opali-nus, o túnel teve que ser escavado por baixo, sob ar comprimido

1 Túnel Offenbau – Canteiro de obras de linha, parede de estacas perfuradas2 Túnel Offenbau – Vista interna da obra bruta do túnel / Vista da abóbada do

fundo3 Túnel Offenbau – Entrada sul incluindo o trecho da calha

Túnel Offenbau

Extensão do túnel 1.331 m com calha Norte 288 m, calha Sul 838 m, total 2.457 m

Cobertura Entre 2,0 m e no máx. 6,50 m

Área da seção transversal – túnel

Cerca de 100 m2

Estacas perfuradas 45.000 metros corridos

Tempo de construção Estacas perfuradas 12 meses,Escavação com ar comprimido 12 mesesTrabalhos restantes com saída de emergência no meio do túnel 12 meses

Execução Bloco 1 até 7 com estacas de fundação com método de construção aberta, Bloco 7 até 107 com estacas de fundação com método cut&cover,trecho de calha também com estacas de fundação

Contratante da obra DB AG [Ferrovias Alemãs], representada por DBProjekt Bau GmbH PZ, Nuremberge

SSF IngenieureEstudos de viabilidade, planejamento da edificação eplanejamento estrutural

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por motivo de segurança contra rompimento do fundo e penetração de água subterrânea. A pressão do ar necessária nas condições de trabalho era determinada em função do nível de pressão da água subterrânea na argila Opalinus e do nível de escavação atingido. Eine Innovation gegenüber bisherigen Lösungen stellt das in Spritz-beton hergestellte Sohlgewölbe dar, das unmittelbar nach Her-stellung des Aushubs mittels bewehrten Spritzbetons hergestellt wurde. Dieses wurde auf die Aufnahme des Wasserdrucks aus dem artesisch gespannten Grundwasser und auf die Aufnahme des Quelldruckes bzw. Quellhebungen (Interationsverfahren nach dem Nachgiebigkeits- und Widerstandsprinzip) bemessen.

A perfuração do túnel foi realizada sob ar comprimido em duas fa-ses de escavação. Na fase de escavação 1 o túnel foi escavado até a profundidade da futura aresta superior dos trilhos, começando do sul até a extremidade norte. Para isso foi necessário um nível de pressão de aprox. 0,7 bar. A condição inicial no sul foi realizada

EÜ Viaduto ferroviárioSÜ Viaduto rodoviárioKrBW Edificação de cruzamento - viaduto rodoviário

Planta de localização NBS Nuremberg - Ingolstadt lote Norte

A 9

A 6

A 73

Novo trecho em direção a Nuremberg

13,630 km

Lote parcial 21 Extensão 10,920 m

Lote parcial 31 Extensão 7,250 m

24,550 km

Viaduto rodoviário St 2225

Edificação de cruzamento - viaduto rodoviário BAB A73

Úmido

Allersberg

Edificação de cruzamento - viaduto rodoviário AS Allersberg

Ponte de Schwarzachtal

através de uma parede de pressão com a respectiva instalação de comportas.

O lado norte da edificação do túnel permaneceu fechado por uma parede de pressão previamente instalada durante a operação sob ar comprimido. Em seguida foi escavado o fundo em cortes indivi-duais dentro da fase de escavação 2, retrocedendo do norte para o sul, com um nível de pressão máximo de 0,99 bar. Os comprimentos dos cortes foram selecionados em função da geologia e hidrologia. A escavação em duas etapas permitiu trabalhar durante um período de tempo mais longo possível sob níveis de pressão mais baixos, ele-vando a pressão somente para a escavação final.

Uma inovação perante as soluções anteriores é a abóbada do fundo em concreto injetado, executada imediatamente após a escavação por meio de concreto armado injetado. Esta foi dimensi-onada para receber a pressão artesiana da água do lençol freático, bem como a pressão de expansão e de elevação (processo de inter-ação segundo o princípio de flexibilidade e resistência). As estacas perfuradas foram imediatamente reforçadas na base através da abóbada do fundo. A aplicação das forças do fundo de concreto injetado sobre a parede de estacas perfuradas ocorreu através de uma junta de trabalho áspera, para isso foi exposta a estrutura granulométrica do concreto da estaca. Ao finalizar o revestimen-

to de concreto injetado foi possível esvaziar o ar comprimido. O revestimento seguinte foi continuado sob condições atmosféricas normais, facilitando bastante a execução das obras, visto que sob ar comprimido devem ser cumpridas disposições especiais de pro-teção à saúde e de segurança, com uma monitoração médica per-manente dos trabalhadores e a utilização exclusiva de máquinas equipadas com motores elétricos, por exemplo. Também a fase de alívio do lençol freático pôde ser minimizada através da abóbada do fundo em concreto injetado. Um considerável potencial de da-nos para o túnel era dado pelas rochas susceptíveis à expansão (argila Opalinus) que o túnel atravessa em uma extensão de aprox. 1000 m. O seu comportamento de expansão foi examinado através de dispendiosos processos de análise. As tensões de expansão geradas normalmente são absorvidas por uma camada plástica intermediária. Entretanto, no túnel Offenbau seria necessário uma camada de argila expandida de cerca de 1,20 m de altura. Por este motivo foi desenvolvida uma inovadora camada de amortecimen-to, capaz de cumprir os valores exigidos de tensão e deformação, apesar de ser extremamente fina (10 cm). Esta camada de amorte-cimento é aplicada diretamente acima da abóbada do fundo. Uma vez assentada a camada de amortecimento, foi finalizado o revesti-mento interno do túnel. Sob o teto do túnel foi executado o fundo e as paredes da edificação. O fundo da edificação é ligado direta-mente às paredes de estacas perfuradas através das zonas das

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Novo trecho em direção a Ingolstadt

Canal Meno Danúbio

Lote parcial 31 Extensão 7,250 m

Lote parcial 32 Extensão 6,500 m

Lote parcial 41 Extensão 5,735 m

Lote parcial 42 Extensão 4,615 m

48,650 km31,800 km 38,300 km 44,035 km

Túnel Göggelsbuch

Hilpoltstein

Greding

Viaduto rodoviário St 2227

Viaduto ferroviário Canal Meno Danúbio Ponto de conexão Hilpoltstein

Túnel Offenbau

Construção primáriaConstrução secundária

Drenagem do fundo

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Enchimento ≥ 3,0 m

Espessura do teto 1,00-1,20 m

Camada de separação em dois estratosConcreto injetado na abóbada do fundo d = 0,30 m

Camada intermediária plástica de 10 cm para absorver a pressão de expansão nas condições de trabalho

-3.11

16.40

+7.50+7.50

-0.71 -0.71 -0.61-0.61

+8.70 +8.70

40

40

40

1 Camada de compensação com camada separadora2 Parede de estacas perfuradas sobreposta3 Estaca primária sem armação d = 1,20 m4 Estaca secundária com armação d = 1,20 m, l = até 32 m,

a = 1,042 m5 Com estágio de pressão 0,7 bar – fase de escavação 16 Com estágio de pressão 0,99 bar – fase de escavação 2

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-3.71

2.20 2.251.70 1.702.25

SO±0.00 SO±0.00

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juntas de trabalho ásperas. Entre as paredes de estacas perfuradas e as paredes internas foi disposta uma camada de compensação com uma camada separadora, com objetivo de anular as tensões forçadas. A ligação das paredes ao teto do túnel é realizada através de luvas de união. No estado final o fundo do túnel assume a carga oriunda da pressão da água e parte da pressão de expansão, con-duzindo-as para o teto do túnel e da lá para as paredes de estacas perfuradas. As fundações profundas da edificação são realizadas através das estacas perfuradas. A construção completa do túnel foi executada em concreto impermeável (WUB-KO) com faixas de juntas de bloco e juntas de trabalho situadas internamente, bem como mangueiras de injeção nas juntas de trabalho. A construção do “túnel Offenbau“ foi complementada através de uma saída de emergência bem como por medidas de condução da água subterrânea. Nas duas pontas do túnel encontram-se calhas com paredes de estacas perfuradas sobrepostas, de modo a domi-nar a água subterrânea de modo permanente. Execução: A maior parte do trecho do túnel foi executado com uma parede envolvente a prova d’água, formada por estacas perfuradas sobrepostas. No lado sul o túnel foi executado em seis blocos com fundações for-madas por estacas perfuradas com método de construção aberta a calha anexa, esta última também presente no lado norte, exe-cutada da mesma forma com paredes de estacas perfuradas sob-repostas.

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