Eisenbahnüberführung über die BAB 4

Die Eisenbahnüberführung der Rurtalbahnstrecke Düren – Linnich über die BAB 4 Köln – Aachen im Kreis Düren, wurde durch ein neues Bauwerk ersetzt. Der Neubau wurde durch den sechsstreifigen Ausbau der BAB 4 zwischen den Anschlussstellen Düren und dem Autobahnkreuz Kerpen und der damit verbundenen Verlegung der Trasse durch die Erweiterung des Braunkohletagebaus Hambach erforderlich.

Wesentliche Zwänge aus der Streckenführung und Vorgaben des Eisenbahnbetreibers führten zum geplanten Erscheinungsbild der Brücke. Es sollte eine Konstruktion ohne Mittelunterstützung gewählt werden, einerseits um einen Fahrzeuganprall auszuschließen, andererseits um bei einem zukünftig zu erwartenden ungleichen Grundwasseranstieg nach Auskohlung des Braunkohletagebaus Hambach Zwängungen aus unterschiedlichen Setzungen durch eine statisch bestimmte Lagerung entgegenzuwirken. Durch die festgelegten Gradienten der BAB 4 und der Eisenbahnstrecke ist eine maximale Konstruktionshöhe unterhalb des Gleises von nur 0,50 m möglich. Eine Anhebung der Eisenbahngradiente war wegen den dadurch nötigen Umbauten an benachbarten Haltepunkten nicht möglich. Das Bauwerk wird entsprechend DIN-Fachbericht 101 für die Belastung durch das Lastmodell UIC 71 ausgelegt. Die Lage des Bauwerkes befindet sich nach DIN 4149:2005-04 in der Erdbebenzone 3, mit der stärksten seismischen Belastung im Anwendungsgebiet der Norm. Das Bauwerk ist für diese seismische Beanspruchung ausgelegt.

Die zur Verfügung stehende Konstruktionshöhe zwischen der Oberkante des Lichtraumprofils über der BAB 4 und der Höhenlage der Gradiente der Rurtalbahn betrug nach Abzug der Gleisbettung nur 0,50 m. Als Fahrbahnkonstruktion kam lediglich ein Spannbetontrog in Betracht. Um die Trogwände transparent zu gestalten, wurden diese oberhalb des Gleisbettes als Stabbogen ausgeführt, an dem der Spannbetontrog aufgehangen wurde. Die Höhenbeschränkung des Trogbodens liess maximal eine äußere Trogweite von 5,35 m zu, um die Biegespannungen in Querrichtung des Überbaus einzuhalten. Dies hätte die Einhaltung des Lichtraumprofils von 5,00 m Breite, das insbesondere auch im Brückenbereich durch notwendige Gütertransporte mit Übermaßen erforderlich ist, nicht möglich gemacht. Stattdessen wurden zwei um 17° nach außen geneigte Stabbogenkonstruktionen an den Trogrändern angeordnet. Die Stahlbögen bestehen aus geschweißten Rechteckhohlprofilen von 500 x 450 mm mit Hängestäben aus Flachstählen 35 x 250 mm, die im Abstand von 2,00 m angeordnet wurden. Die gewählte Bogenneigung lässt das erforderliche Lichtraumprofil auf dem Überbau zu. Die Stabbögen wurden zur Kippsicherung an den Endauflagern in Endquerträger aus Stahl eingespannt. Diese Endquerträger werden aus mehrzelligen, geschweißten Rechteckhohlkästen 1540 x 500 mm hergestellt. Die Führung der Spannglieder erfolgt durch den Hohlkasten der durch dickwandige Rohre ausgesteift wurde.

Der fahrbahntragende Stahlbetontrog mit einer Bodenplatte von 0,50 m und Trogseiten von ebenfalls 0,50 m Dicke wurde zwischen den Endquerträgern vorgespannt und an den Hängestäben aufgehangen. Im Bereich des Übergangs des Stabbogens in den Trogquerschnitt werden die Trogseiten und der Bogen auf 1,00 m Breite aufgeweitet um der erforderlichen Verankerung der Vorspannung ausreichenden Platz zu bieten. Die lichte Weite der Brücke beträgt nach dem Planfeststellungsbeschluss 2 x 18,25 m. Trotz der Grundrissneigung von 92 gon wird das Bauwerk als rechtwinklige Querung errichtet um einen Versatz der Bögen in Längsrichtung auszuschließen. Hierdurch ergibt sich eine lichte Weite von 37,80 m und eine Stützweite von 38,80 m.

Die Fahrbahntrogkonstruktion wurde aus vorgespanntem Stahlbeton hergestellt. Die seitliche Trogoberfläche, die mit der Stahlkonstruktion im Bogenkämpferbereich in einer Ebene liegt, wird aus glatten Platten geschalt, um ein einheitliches Erscheinungsbild abzugeben. Die übrige Stahlbetonkonstruktion des Überbaus erhält eine raue Brettstruktur.

Das Gleis erhält eine Lagerung auf dem Überbau im Schotterbett. Zur Reduzierung von Lärmemissionen wurden Unterschottermatten angeordnet.

Der Spannbetontrog wurde aus Beton C 45/55 hergestellt. Die Vorspannungen wurden aus Stahl 1570 / 1770, Bewehrung aus Stahl BSt 500 S(B), die Stahlkonstruktion aus Stahl S355ML für die Bogen- und Endquerträgerkonstruktion und S 235 JR für die übrigen Konstruktionsteile, hergestellt. Der Stabbogen und die Hängestangen erhielten einen Anstrich im Farbton 5010 blau. Beidseitig der Trogkonstruktion ist ein Dienstweg mit einer Gehwegbreite von 0,80 m und eine Kabeltrogtrasse innerhalb der Auskragung unterhalb der geneigten Bogenkonstruktion angeordnet. Die Kragkonstruktion besteht aus Stahlprofilen im Abstand der Bogenhänger, die Lauffläche wurde aus GFKPlatten hergestellt.

Den seitlichen Abschluss des Überbaus bilden Geländer aus einer Pfosten - Handlaufkonstruktion mit einer Seilfüllung. Die Höhe des Handlaufs über dem Gehweg beträgt 1,00 m.

Das Geländer wurde aus Stahl der Sorte S 235 JR G2 ausgeführt mit einem Korrosionsschutzsystem nach ZTV-KOR-Stahlbauten mit einem Deckanstrich in Farbton 7035 lichtgrau. Der Handlauf wird aus Stahl 1.4571 hergestellt, die Oberfläche wird gebürstet.

Aufgrund der Größe der vorhandenen Lagerkräfte und Verschiebungen wurden Verformungslager als wirtschaftliche, dauerhafte und wartungsfreundliche Lösung gewählt. Brems-, Wind- und Seitenkräfte werden von einem Festlager und einem querfesten Lager auf den Widerlagern durch Anschlagkonstruktionen aufgenommen.

Eine Auswechslung aller Lager ist möglich.

Da sich durch die Lagerung des Überbaus alle Dehnungen und Verschiebungen vom nördlichen Widerlager aus fortsetzen können, sind an beiden Brückenenden Fahrbahnübergänge vorgesehen, die bei einem Dehnweg von maximal 57 mm gemäß Typ T-40 nach S-FGK 22 ausgebildet wurden. Die Brücke erhielt eine Abdichtung aus einer Bitumenschweißbahn mit einer 55 mm starken Schutzbetonschicht. Im Zuge der Gleisbauarbeiten werden das Schotterbett und das Gleis auf der Brücke errichtet.

Die gesamte Stahlkonstruktion erhielt einen Korrosionsschutz nach ZTV-Kor Stahlbauten. Die Gesamte Stahlbetonoberfläche der Widerlager und des Überbaus wurden zum Schutz gegen Tausalzangriff mit einer Hydrophobierung (System OS-A) nach ZTV-ING Teil 3 Abs. 4 (8) versehen, da das Bauwerk unmittelbar nach Fertigstellung unter Verkehr genommen wird.

Die Widerlager wurden als kastenförmige Stahlbetonkonstruktionen, bestehend aus einer Fundamentplatte, der Widerlagerwand mit seitlichen Ergänzungen zur Aufnahme der Kammerwände, und den Flügelwänden errichtet. Um einen kontinuierlichen Übergang vom Trogquerschnitt zur Dammschüttung zu erreichen, wurden die Flügelwände im Grundriss in die Trogseitenlage gelegt. Die Dienstwege kragen bis zum hinteren Ende der Flügelwände aus und werden durch seitliche Flügelergänzungen in die Dammlage gebracht. Die Widerlager und Flügelwände wurden in Stahlbeton der Festigkeitsklasse C 30/37 ausgeführt. Als Bewehrung ist Betonstahl der Sorte BSt 500 S (B) eingebaut. Alle Sichtflächen erhielten eine raue Brettstruktur. Die Flachgründung unter den Widerlagern besteht je Widerlagerseite aus einer 0,80 m dicken Gründungsplatte aus Beton C35/45 mit einer Breite von 6,40 m und Längen von 8,40 m nordseitig und 8,70 m südseitig.

Die Baumaßnahme wurde unter Aufrechterhaltung des Verkehrs auf der BAB 4 ausgeführt. Lediglich bei der Montage der Bogenkonstruktion und der Errichtung und Rückbau des Lehrgerüstes werden kurzfristige Vollsperrungen der BAB 4 erforderlich.

Erläuterungsbericht zur Einreichung zum Ingenieurbaupreis 2013 des Ingenieurbüros Dipl.-Ing. Lorenz Cornelissen