Neue Sicherheitsanforderungen beim maschinellen Tunnelvortrieb

Die Arbeitssicherheit im maschinellen Tunnelvortrieb ist ein wichtiger Aspekt bei der Planung und Durchführung von Tunnelbauprojekten. Die im Folgenden vorgestellte überarbeitete Norm für Tunnelbohrmaschinen in Verbindung mit dem DAUB-Leitfaden für Sicherheit und Gesundheitsschutz auf Untertagebaustellen erhöht den Arbeitsschutz erheblich. Gleichzeitig ergeben sich Auswirkungen auf mögliche Mindestquerschnitte im Tunnel und der Tunnelbohrmaschine selbst.
 

Einfluss des Designs

Ein auf die Norm angepasstes Design der Tunnelbohrmaschine beeinflusst darüber hinaus  mögliche Tübbingabmessungen und hat Auswirkungen auf die erforderlichen Startschachtabmessungen.

Insbesondere auf Tunnelbohrmaschinen (TBM) für Tübbingausbau im kleinen Durchmesserbereich unter DN 4.000 mm, wo die Platzverhältnisse sehr begrenzt sind, muss beim Design der TBM ein besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der Arbeitsplätze, die Zugangsmöglichkeiten und Fluchtwege gelegt werden.

Das Inverkehrbringen laut Norm

Beim erstmaligen Inverkehrbringen einer TBM muss die Vortriebsanlage die Vorgaben der Maschinenrichtlinie erfüllen. Die aktuelle Richtlinie 2006/42/EG wurde vom europäischen Parlament und Rat am 17. Mai 2006 erlassen. In der Folge wurde vom Europäischen Komitee für Normung (CEN) die europäische Norm EN 16191 (Typ C) für Tunnelbohrmaschinen erarbeitet. Die aktuelle Fassung der Norm stammt aus dem Jahr 2014 und ersetzte die bis dahin gültige EN 12336 für die Schildmaschinen sowie die EN 815 für die Tunnelbohrmaschinen ohne Schild. Die Norm beschreibt, wie die Anforderungen nach Anhang I der Maschinenrichtlinie für eine TBM umzusetzen sind. Auf Grundlage dieser Norm erklärt der Hersteller seine Konformität mit der Maschinenrichtlinie und nimmt die CE-Kennzeichnung der TBM vor, ohne die er die Maschine nicht in den Verkehr bringen dürfte.

Die Norm für die TBM ist nur im Bereich der Vortriebsanlage gültig. Demzufolge endet die Verantwortung des Herstellers am Ende des letzten Nachläufers. Der Auftragnehmer stellt das Personal für die Bedienung der TBM, außerdem wird von ihm die gesamte Logistik (Zuggarnituren oder Multi-Service-Fahrzeuge (MSV)) zur Versorgung des Vortriebs mit Tübbingsteinen, Ringraummörtel etc. betrieben.

Der Betreiber einer TBM trägt die Gesamtverantwortung für die Arbeitssicherheit, also für den Betrieb der TBM gleichermaßen wie für die Baustellenlogistik. Mit der Veröffentlichung des Leitfadens für Sicherheit und Gesundheitsschutz auf Untertagebaustellen im März 2022 hat der Deutsche Ausschuss für Unterirdisches Bauen e.V. (DAUB) ein Dokument vorgelegt, im dem die erforderlichen Mindestdurchmesser für den maschinellen Tunnelvortrieb ganzheitlich betrachtet beschrieben werden.

Aktuelle Anforderungen aus der DIN EN16191:2014

Basierend auf einer allgemeinen Risikoanalyse für TBM werden in der Norm signifikante Gefährdungen gelistet und es werden Maßnahmen definiert, um diese zu beseitigen oder zumindest die Eintrittswahrscheinlichkeit auf ein akzeptables Restrisiko zu reduzieren. Insbesondere die Anforderungen und Gefährdungen von „ergonomischen Prinzipien“ haben bei der Konstruktion von kleinen TBM einen besonderen Stellenwert. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse beeinflussen sich verschiedene Aspekte gegenseitig.

Um die Sicherheit des Bedien- und Wartungspersonals vor die Vortriebsleistung und Projektgeschwindigkeit zu stellen, wurden bereits in der gültigen Fassung der EN 16191:2014 entsprechende Mindestvorgaben für Durchgangsquerschnitte definiert.

Die derzeit geforderten Durchgänge basieren auf den Vorgaben aus der Normenreihe EN ISO 14122:2001und sind in Tabelle 1 und Bild 1 dargestellt:
 

In der Norm sind auch die entsprechenden Zugangsöffnungen durchmesserabhängig spezifiziert (Tabelle 2). Hierunter versteht man z. B. Öffnungen im Bohrkopf zur Inspektion der Ortsbrust, oder Türen in der Tauchwand.
 

Neue Anforderungen aus der überarbeiteten Norm prEN16191:2023

Die Norm EN 16191 wird derzeit überarbeitet und ist als Entwurf (prEN16191:2023) seit Februar 2023 in der Umfrage. Eine finale Version liegt aktuell noch nicht vor, weshalb es noch zu Änderungen gegenüber der Entwurfsfassung kommen kann. Im Entwurf der neuen Norm sind sämtliche Sicherheitsanforderungen überarbeitet worden, insbesondere um die zwischenzeitlich ebenfalls überarbeiteten Anforderungen aus der EN ISO 14122 von 2016 zu berücksichtigen. Dafür wurden vor allem die Abmessungen der Durchgänge und Zugangsöffnungen angepasst und in Abhängigkeit vom Tunneldurchmesser feinstufiger unterteilt.

Auswirkungen auf das Design und den Bau von kleinen Tunnelvortriebsanlagen

Die in Abschnitt 3 beschriebenen neuen Anforderungen haben teils erheblichen Einfluss auf die Konstruktion und Auslegung von kleinen TBM. Um die Vorgaben der Norm für künftige Projekte erfüllen zu können, wird sich zwangsläufig ein höherer Abstimmungsbedarf zwischen Auftraggeber, Anlagenbetreiber und Hersteller ergeben – insbesondere für TBM mit einem DN ≤ 3.800 mm.

Sicherheit und Mindestquerschnitt im Tunnel gemäß dem DAUB-Leitfaden

Neben der Betriebssicherheit der Tunnelvortriebsanlage muss der gesamte Baubetrieb – vor allem die Logistik zur Versorgung der TBM – sicher betrieben werden können. Die Verantwortung hierfür liegt beim Auftragnehmer als Betreiber der Tunnelvortriebsanlage. Damit dieser seiner Verantwortung nachkommen kann, ist es erforderlich, dass bereits in der Planungsphase der erforderliche Tunnelinnendurchmesser nicht ausschließlich auf die reine Bauwerksplanung bzw. auf die Anforderungen der Tunnelvortriebsanlage ausgerichtet festgelegt wurde. Es gilt bereits in der Planungsphase zu prüfen, ob im Hinblick auf die maßgebenden Schadensereignisse (z. B. Arbeitsunfall, Brandereignis) die Möglichkeit der Selbstrettung (Flucht) oder Fremdrettung (Rettung) für alle Beschäftigten der Untertagebaustelle über die gesamte Bauzeit gewährleistet werden kann.

Mit der Veröffentlichung des Leitfadens für Sicherheit und Gesundheitsschutz auf Untertagebaustellen im März 2022 hat der Deutsche Ausschuss für Unterirdisches Bauen e.V. (DAUB) ein Dokument veröffentlicht, im dem erforderliche Mindestdurchmesser für den maschinellen Tunnelvortrieb beschrieben werden. Mit deren Einhaltung kommt der Bauherr, bzw. der für ihn tätige Planer, seiner Verantwortung gemäß der Baustellenverordnung nach, dem Auftragnehmer den nach dem Stand der Technik erforderlichen Platzbedarf für die Flucht und Rettung sowie die erforderlichen Arbeitsschutzmaßnahmen zur Verfügung zu stellen.

Bei den ermittelten Mindestdurchmessern (Tabelle 8) handelt es sich stets um den Tübbinginnendurchmesser. Für die Zusammenstellung wurden die TBM-Typen Flüssigkeitsschild und Erddruckschild betrachtet. Bei der notwendigen Versorgung der TBM wurde zwischen gleisgebundener und radgebundener Logistik unterschieden. Für die Auslegung wurden elektrisch- und dieselbetriebene Fahrzeuge betrachtet. Beim EPB-Schild wurde die Abraumförderung mittels Band angenommen. Die für die Frischluftversorgung erforderlichen Luttendurchmesser sind abhängig von der erforderlichen Luftmenge sowie von der Tunnellänge. Daher wurden diese für die unterschiedlichen Varianten bemessen, um den Platzbedarf der Lutte bei der Ermittlung des erforderlichen Mindestdurchmessers berücksichtigen zu können.
 

Die Betrachtungen werden ausschließlich im freien Tunnelquerschnitt zwischen Tunnelportal und Ende des Nachläufers der TBM vorgenommen. Der Mindestdurchmesser leitet sich gleichermaßen aus der Notwendigkeit einer jederzeit möglichen Personenrettung sowie aus den Anforderungen eines sicheren Baubetriebs ab. Bis zu einer Tunnellänge von 1.400 m ist der Zeitbedarf für eine Personenrettung ohne Fahrzeugbegegnung noch darstellbar. Auch eine Flucht der Beschäftigten von der TBM zu Fuß ist unter Verwendung von Sauerstoffselbstrettern noch plausibel.

Die maschinentechnischen Anforderungen an die Förderung des Ausbruchmaterials machen es ab einer Tunnellänge von ca. 1.400 m erforderlich, zusätzliche Zwischenpumpstationen bzw. Boosterstationen für die Bandanlage zu platzieren. Da diese Fördereinrichtungen von den Logistikeinheiten passiert werden müssen, ergibt sich in den Bereichen davor und dahinter automatisch die Möglichkeit, eine Fahrzeugbegegnung zu realisieren. Damit verkürzen sich auch die Zeiten für die Rettung von Personen erheblich. Das bedeutet, dass bei einer Tunnellänge von bis zu ca. 1.400 m der Mindestdurchmesser maßgeblich durch die Konstruktion des Maschinenherstellers vorgegeben wird.

Für die Ermittlung der Mindestdurchmesser bei Tunnellängen über 1.400 m (Bild 7) ist maßgebend, dass die Rettung von Personen auch bei einem blockierten Tunnel im Bereich einer Ausweiche (Begegnung von 2 Zügen/MSV oder Vorbeifahrt an einer Pumpstation/Booster Bandanlage) möglich sein muss. Sollen größere Tübbinglängen als die für diese Untersuchungen angenommenen 1 m bei der gleisgebundenen bzw. 1,20 m bei der radgebundenen Logistik zur Ausführung kommen, so führt dieses zwangsläufig zu einer Verengung der verbleibenden Mindestquerschnitte, die für die Flucht und Rettung von Personen erforderlich sind. Daher ist damit in der Regel auch eine Vergrößerung des Mindestdurchmessers erforderlich.
 

Fazit

Prinzipiell sind in Abhängigkeit von der Tunnellänge auch zukünftig noch Tunnelvortriebsanlagen mit Innendurchmessern kleiner DN 4.000 mm möglich. Allerdings sind hier die Randbedingungen für das Tübbingdesign sowie die Anforderungen an die Fluchtkammern zu berücksichtigen. Insbesondere für kleine Durchmesser ist eine mit der neuen Norm konforme Auslegung der TBM zukünftig mit einem noch größeren Abstimmungsbedarf zwischen Auftraggeber, Auftragnehmer und TBM-Hersteller verbunden.

Grundsätzlich wird sich bereits bei der Planung von maschinellen Tunnelvortrieben mit kleinen Durchmessern die gesamte Situation des Arbeitsschutzes während der Vortriebsphase mit der Anwendung der überarbeiteten Norm EN 16191 für die Konstruktion der TBM und der gleichzeitigen Berücksichtigung der vom DAUB veröffentlichten Mindestdurchmesser deutlich verbessern.