Sanierung der Weströhre des St. Pauli Elbtunnels

Rund 100 Jahre nach seiner Errichtung stand für den St. Pauli Elbtunnel eine Grundinstandsetzung an. Das Herzstück dieser Maßnahme ist die Sanierung der beiden Tunnelröhren und hier speziell die Dichtung der bleiverstemmten Tübbingfugen, mit der die ARGE aus HC Hagemann und Züblin durch die Hamburg Port Authority (HPA) als Eigentümerin des Tunnels beauftragt wurde. Neben den technisch anspruchsvollen Tätigkeiten in sehr beengten Verhältnissen liegt eine besondere Herausforderung im Arbeits- und Gesundheitsschutz, da man im Rahmen der Sanierungsmaßnahmen mit diversen Schadstoffen wie mineralischen und bleihaltigen Stäuben sowie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) umgehen muss.
 

Der St. Pauli Elbtunnel unterquert im Hamburger Hafen die Norderelbe und verbindet so die Stadtteile St. Pauli am Nordufer der Elbe und Steinwerder auf der Südseite. Errichtet wurde der 426 m lange, aus zwei Röhren bestehende Tunnel zwischen 1907 und 1911, um eine schnelle witterungsunabhängige Verbindung zwischen den nördlich der Elbe gelegenen Wohngebieten und den südlich auf Steinwerder gelegenen Industriegebieten, vornehmlich der Schiffbauindustrie, zu schaffen. Im Laufe der Zeit erfolgten verschiedene Umbauten. Hierzu zählen u. a. 1928 eine Verbreiterung der ursprünglich nur für Pferdefuhrwerke konzipierten Fahrbahnen, ab 1950 die Reparatur diverser Kriegsschäden, 1955 der Einbau von Lüftungssystemen, 1959 der Einbau einer Rolltreppenanlage und 1982 die Auftriebssicherung durch einen Betondeckel im Zuge von Elbvertiefungen. Seit 2003 steht der St. Pauli Elbtunnel unter Denkmalschutz, 2011 wurde er mit dem Titel „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ ausgezeichnet.

Über den Tunnel

Der historische Tunnel mit zwei Röhren hat einen Innendurchmesser von ca. 5,9 m, eine Länge von 426 m und eine Tiefe von 23,5 m unter Normalnull (NN). Aufgrund der beengten Verhältnisse auf beiden Seiten des Tunnels wurde dabei auf die Ausbildung von Rampen verzichtet und eine Lösung mit senkrechten Schachtbauwerken und entsprechenden Aufzugsanlagen gewählt.

Zwei Treppen mit je 132 Stufen, vier hydraulisch betriebene Fahrkabinen für Fahrzeuge und zwei kleine Personenaufzüge führen 24 m in die Tiefe. Dort befindet sich der Eingang zu zwei hell gefliesten Röhren. Sie führen 426 m unter dem Wasser entlang nach Steinwerder auf die südliche Elbseite.

Die Tunnelröhren

Die Tunnelröhren sind eine mehrschalige Konstruktion aus einer äußeren, kreiszylindrischen Tragschale aus vernieteten Stahltübbings von 250 mm Breite, deren Fugen zur Abdichtung mit Blei verstemmt wurden, und aus einer innenseitigen Betonschicht zur Ausformung der Tunnelinnenröhre mit lotrechten Wänden und halbkreisförmigem Gewölbe.

Die Tunnel sind innen mit Fliesen und Schmuckornamenten ausgekleidet. In der Betoninnenschale befinden sich beidseitig Leerrohre.

100 Jahre Betriebszeit erforderten Sanierung

Nach inzwischen mehr als 100 Jahren Betriebszeit zeigten sich bereits seit den 1990er-Jahren in zunehmendem Maße Schäden in den Tunnelröhren. Vor allem an den Bleifugen sowie teilweise an den Niet- und Schraubverbindungen der äußeren Tragschale traten Schäden auf, wodurch es zu Undichtigkeiten mit Wassereintritt kam. Dieser Wassereintritt führte zu Abplatzungen des inneren Fliesenbelags, sodass sich die Hamburg Port Authority (HPA) als Bauherrin und Betreiberin des Tunnels zu einer Grundinstandsetzung des Bauwerks entschloss. Finanziert wird das Projekt aus dem Haushalt der Stadt Hamburg sowie durch Fördergelder des Bundes in Höhe von ca. 21 Mio. €.

Sanierung im Überblick

Ziel der 1994 begonnenen Grundinstandsetzung des St. Pauli Elbtunnel sind die Wiederherstellung des Tunnels in Anlehnung an das historische Erscheinungsbild und der Einbau moderner Technik.

In ersten Baulosen wurden ab 2005 verschiedene Arbeiten an den Betriebs- und Schachtgebäuden ausgeführt und dann ab 2010 eine Arbeitsgemeinschaft (ARGE) der Unternehmen HC Hagemann GmbH & Co. KG aus Hamburg und der Ed. Züblin AG mit der Grundinstandsetzung der Oströhre des eigentlichen Tunnelbauwerks beauftragt. Diese wurde 2019 abgeschlossen. Die ARGE bekam dann 2020 auch den Auftrag für die Sanierung der Weströhre.

Herzstück der Baumaßnahme ist die Instandsetzung der Tübbings, um die erforderliche Dichtigkeit der Tunnelröhre wieder herzustellen.
 

Ablauf der Sanierung

Aufgrund der festgestellten Schadensbilder wird die Tunnelröhre auf gesamter Länge in zwei Hauptbauphasen komplett entkernt, um die sanierungsbedürftige Tübbing-Konstruktion in Stand zu setzen. In der ersten Phase wird der Bereich des Gewölbes, der Wände und der Sockelbereiche bearbeitet. Nach dem anschließenden Wiederaufbau dieses oberen Bereiches wird der untere Tunnel im Fahrbahnbereich entkernt, die Tübbing-Konstruktion saniert und anschließend wiederhergestellt.

Für die Tübbing-Sanierung wird zunächst die Tunnelinnenschale zurückgebaut, um die Tübbings freizulegen. Nach Sanierung der Bleifugen und Nietverbindungen erfolgt anschließend eine Spritzbetonauskleidung, die auch als Korrosionsschutz dient.

Parallele Sanierungsarbeiten und Schwarzbereich

Um zeitlich einen möglichst effektiven Bauablauf dieser Maßnahme gewährleisten zu können, werden die Arbeiten auf dieser „Linienbaustelle“ parallel ausgeführt. Für gewisse Gewerke werden die Arbeiten aufgrund unterschiedlicher Kontaminationen unter „Schwarzbereichsbedingungen“ ausgeführt.

Start: Freilegen der Tübbings durch Rückbau und Abbruch der Tunnelinnenschale

Da die Stahltübbings für die Sanierung vollständig freizulegen waren, musste die Tunnelinnenschale komplett zurückgebaut werden. Dies betraf sämtliche Fliesenbeläge nach Ausbau und Sicherung der besonders wertvollen Ornamente sowie den gesamten innenseitigen Beton einschließlich der Betonausfachungen zwischen den Stegen der U-förmigen Tübbings. Im Zuge dieser mittels Roboter- und Handabbruch ausgeführten Arbeiten blieb nur die eigentliche Fahrbahn mit dem darunterliegenden Betonblock als Arbeitsebene erhalten. Insgesamt wurden 5.000 t Abbruchgut (teilweise belastet) ausgebaut und über die Fahrkörbe der Aufzugsanlagen abtransportiert.

Fugensanierung

Nach dem Freilegen konnte mit dem Kern der Arbeiten, nämlich der Sanierung der zum Teil undichten und korrodierten Tübbing- Fugen und Verbindungsmittel begonnen werden. Hierzu wurden in einem ersten Arbeitsschritt die freigelegten Stahltübbings gereinigt, sodass korrosive und abgängige Bestandteile vollständig entfernt wurden.

Sämtliche dieser Arbeiten waren wegen der hohen Belastung mit mineralischen Stäuben und Bleistäuben mit „Persönlicher Schutzausrüstung“ einschließlich Atemschutz auszuführen. Das heißt konkret, dass die Beschäftigten mit gebläseunterstützten Helmen mit Partikelfilter und Schutzanzügen Kategorie III Typ 5 sowie Nitrilhandschuhen gearbeitet haben. Darüber hinaus wurde auch die Tunnelröhre zu den Portalen hin durch temporäre Schleusenanlagen abgetrennt.

Personen- und Materialschleuse als Schutzmaßnahme

Im Ein- und Ausgangsbereich wurden jeweils eine Personen- und Materialschleuse eingerichtet. Um den Bleistäuben effektiv zu begegnen, wurde stark auf die Hygiene geachtet: Zunächst wurden Anzug und Handschuhe ausgezogen und entsorgt, danach wurde der Atemschutz abgelegt. Nun erfolgte die Reinigung von Gesicht, Nacken und Händen mit Wasser und Seife. Dann wurde der Mund ausgespült. Der arbeitsmedizinische Dienst der BG BAU war regelmäßig auf der Baustelle und führte ein Biomonitoring durch, um die Wirksamkeit der getroffenen Maßnahmen zu überprüfen.
 

Einstemmen der Bleidichtung

In die gereinigten und vorbereiteten Fugen wurde nun eine neue Bleidichtung in Form von Stabblei oder Bleiwolle mit druckluftbetriebenen Geräten eingestemmt. Obwohl die Verarbeitung von Blei mit erheblichen Gesundheitsrisiken verbunden sein kann, entschied man sich wieder für dessen Verwendung, weil bisher nicht klar ist, wie die verbleibende Bleiabdichtung auf neue Baustoffe reagieren würde, und sich diese Bauweise offensichtlich bewährt hat. Außerdem wurden lediglich beschädigte oder fehlende Bleifugen erneuert, noch intakte Fugen erforderten keine Sanierung.
 

Starke Vibrationsbelastung beim Einstemmen

Die Handstemmarbeiten wurden zwischenzeitlich so umfangreich, dass diese mit Bezug auf die Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung in dieser Form nicht mehr weitergeführt werden konnten. Da die Außenhülle des Tunnels jedoch so weich war, dass maschinelle Verfahren im direkten Bereich der Außenhülle nicht in Betracht kamen, musste man weiterhin händisch abbrechen – aber zur Begrenzung der schädigenden Einflüsse auf den einzelnen Mitarbeiter wurde die Stemmzeit reduziert. Insgesamt wurden so 14.000 m Fugen neu gedichtet. Parallel hierzu wurden Schrauben und Nieten kontrolliert und bei Bedarf ausgetauscht. Dieser Austausch umfasste insgesamt 9.000 Schrauben und Nieten.

Betonarbeiten

Nach Aufbringen einer Schutzbeschichtung sämtlicher Fugen und gründlicher Reinigung der Tübbingkonstruktion konnte der Schwarzbereich aufgehoben werden und die Weiterführung der anschließenden Arbeiten war im normalen Baustellenbetrieb möglich. Im nächsten Schritt wurden die Spritzbetonarbeiten im oberen Tunnelquerschnitt durchgeführt.

Die Decke und die Wände (Innenschale) werden als Stahlbetonkonstruktion unter Verwendung von selbstverdichtendem Beton ausgeführt und stellen abschließend die alte Tunnelgeometrie wieder her.
 

Herstellung der Betoninnenschale

Nachdem die erste Spritzbetonlage aufgebaut wird, erfolgt die Betonnage des Sockelbereichs, der im unmittelbaren Verbund zu den Tübbings steht und als Auflager für den Wand- und Gewölbebeton dient. Anschließend wird eine Flächendränage und eine Abdichtung oberhalb des Sockelbereichs zur planmäßigen Abführung eventuell eindringenden Wassers eingebaut. Dann folgt die Betonnage der senkrechten Wandbereiche einschließlich Einbau der erforderlichen Leerrohre. Zum Schluss wird das tonnenförmige Gewölbe betoniert.

Dränage zwischen äußerer und innerer Schale

Die sanierte Tübbing-Konstruktion bildet im oberen Tunnelquerschnitt – mit der Spritzbetonfüllung der Tübbingtäler als Abdichtungsträger – die äußere Schale. Die innere, tragende Schale besteht aus einer bewehrten Stahlbetonkonstruktion sowie dem keramischen Belag.

Zwischen der äußeren und inneren Schale wird eine Flächendränage sowie eine Abdichtung angeordnet, um Sickerwässer, die durch Undichtigkeiten der Tübbingkonstruktion an Fugen oder Verbindungsmitteln auftreten können, sicher bis in die Ulmendränage abzuleiten. Der untere Tunnelquerschnitt beinhaltet neben dem mehrschichtigen Fahrbahnaufbau ebenfalls neu herzustellende Einrichtungen zur Dränage und Entwässerung.
 

Einsatz von selbstverdichtendem Beton

Als Beton wird ein selbstverdichtender Beton mit einer Festbetonrohdichte von 2.250 kg/m3 verwendet. Der Beton wird neben der Herstellung der Innenschale auch als Ballastmaterial zur Auftriebsicherung des Tunnels verwendet. Aus diesem Grund bestehen hohe Anforderungen an die Rohdichte des Betons. In der Innenschale wird eine umfangreiche technische Ausstattung integriert. Die technische Ausstattung umfasst u. a. eine neue Notbeleuchtung sowie eine Brandmeldeanlage.

Als Schalungen für die Wand- und Gewölbebereiche werden Schalwagen eingesetzt, die an die sehr beengten Verhältnisse der Tunnelröhre mit nur rd. 5 m Innendurchmesser dahingehend angepasst wurden, dass neben den notwendigen Konstruktionen zur Aufnahme der Betonierlasten auch die erforderlichen Arbeits-, Pumpleitungs- und Fluchtwege vorhanden waren.

Sanierung des unteren Tunnelbereichs mit Fahrbahnblock

Zum Sanierungsumfang gehört auch die Sanierung des Fahrbahnblocks im unteren Tunnelbereich. Dafür muss zunächst auch hier die alte Fahrbahn abgebrochen werden, um die darunterliegenden Tübbings freizulegen.
 

Die Abbrucharbeiten am vorhandenen Fahrbahnblock sind durch zwei Erschwernisse geprägt. Einerseits sind im Fahrbahnblock stark PAK-haltige Materialien verbaut, die bei Errichtung des Tunnels als Bettungspolster zur Dämpfung der Durchfahrt von eisenbeschlagenen Pferdefuhrwerken dienten, und andererseits sind im Konstruktionsbeton unterhalb der Fahrbahn diverse Stahlbrammen verbaut worden, die bereits seinerzeit zur Ballastierung des Tunnels im Hinblick auf die Auftriebsproblematik dienten. Dadurch sind auch beim Abbruch des Fahrbahnblocks diverse Anforderungen an den Umgang mit gesundheitsgefährdenden Stoffen zu beachten.
 

Ausblick

Bis 2025 soll das Tunnelinnere fertig saniert sein, auf der St.-Pauli-Seite werden noch eine Fluchttreppe gebaut sowie die neue technische Ausstattung des Tunnels installiert. 2026 soll die gesamte Sanierung abgeschlossen sein und der Tunnel wieder komplett eröffnet werdench eine Fluchttreppe gebaut sowie die neue technische Ausstattung des Tunnels installiert. 2026 soll die gesamte Sanierung abgeschlossen sein und der Tunnel wieder komplett eröffnet werden.