Die Elizabeth-Linie (ehemals Crossrail), die 2022 er?ffnet wurde, bietet eine wichtige neue Bahnverbindung von Reading und Heathrow im Westen Londons bis nach Shenfield und Abbey Wood im Osten. Die Strecke hat die Bahnkapazit?t im Zentrum Londons um 10 % erh?ht und verbindet den Flughafen Heathrow, das West End, die City of London und Canary Wharf.

In Zusammenarbeit mit Atkins entwarf Arup die 42 km langen neuen Tunnel unter dem Zentrum Londons, die in etwas mehr als drei Jahren gebaut wurden. Unsere Arbeit umfasste die detaillierte Planung der Tunnel sowie eine Bewertung der Auswirkungen, die solch umfangreiche Tunnel- und Aushubarbeiten auf die umliegenden Strukturen haben k?nnten. Das Joint Venture entwarf auch die Bahnh?fe Tottenham Court Road, Custom House und Woolwich sowie die Gleisanschlüsse in Plumstead für Crossrail Ltd.

Crossrail tunnelling map
Crossrail tunnelling map
Karte der Tunneltrasse für Crossrail. Zum Vergrößern anklicken

Tunnelbau

Unsere Beteiligung am Crossrail-Projekt reicht bis in die frühen 1990er Jahre zurück, als wir die geotechnische Standortuntersuchung für die gesamte Strecke durchführten. Nach einer Pause im Projekt, von 2006 bis 2009, aktualisierten wir den Vorschlag für den Abschnitt zwischen Royal Oak und Farringdon, wo die bestehenden National Rail Services in die Tunnel auf dem westlichen Abschnitt der Strecke einfahren werden. In Zusammenarbeit mit Atkins konnten wir die Kosten erheblich senken, indem wir die unterirdischen Verbindungen vereinfachten und den Umfang der Bahnh?fe Paddington, Bond Street und Tottenham Court Road verfeinerten.

Crossrail tunnel between Royal Oak and Farringdon
Auf der Grundlage unserer Arbeit an HS1 halfen wir bei der Entwicklung der Tunnelbaustrategie, um die Anzahl der erforderlichen Tunnelbohrmaschinen zu verringern. Wir haben die Notwendigkeit einer unterirdischen Kreuzung bei Stepney Green vermieden, indem wir die Bohrrichtung entlang der Strecke geändert haben. Durch den Wegfall dieser Kreuzung konnten wir 20 Millionen Pfund einsparen und die Gesundheits- und Sicherheitsrisiken für die verschiedenen Bautrupps, die auf engem Raum arbeiten mussten, verringern.

Geotechnik

Der Bau von 42 km riesiger gebohrter Tunnel unter den belebten Stra?en Londons, die durch die überfüllte unterirdische Welt der Geb?udefundamente, der Londoner U-Bahn-Tunnel und vieler anderer Bauwerke und Versorgungseinrichtungen führen, war mit enormen Risiken verbunden. Als wir mit der Suche nach der besten Trasse für die Tunnel begannen, wurden uns die Fragen, die es zu beantworten galt, deutlich vor Augen geführt. Was werden wir im Untergrund vorfinden? Wie wird sich der Tunnelbau auf die oberirdischen Strukturen und Menschen auswirken?

Schon früh erkannten wir, dass wir eine umfassende digitale GIS-Plattform ben?tigten, um die riesige Menge an geotechnischen Daten, Grundstücksdaten und Standortdaten zu verwalten. Anhand dieser Daten navigierten wir durch die wichtigsten Infrastrukturen und Versorgungseinrichtungen unter der Erde und identifizierten m?gliche Hindernisse w?hrend des Tunnelbaus, w?hrend wir gleichzeitig Geb?ude markierten, die oberhalb des Tunnels einem gr??eren Risiko ausgesetzt waren, um die Tunnelausrichtung zu verfeinern.

Dieser damals neuartige Ansatz ist heute g?ngige Praxis und hat sich bei diesem immens komplexen Projekt bew?hrt. Crossrail baute auf diesen Grundlagen auf und entwickelte die Plattform zu einem BIM-Modell der gesamten Strecke weiter, so dass sie praktisch zu einer "digitalen Eisenbahn" wurde.

Alison Nourish von Arup spricht mit BBC Radio 5

Alison Norrish spricht über die Herausforderungen beim Bau der Tunnel der Elizabeth Line. Entdecken Sie dies und mehr über die BBC Sounds App

Abspielen

Tunnelbau, L?rm und Erschütterungen

Insgesamt haben wir die Auswirkungen auf mehr als 17.000 Geb?ude, Eisenbahnlinien, wichtige Versorgungseinrichtungen und andere Anlagen, einschlie?lich denkmalgeschützter Geb?ude, entlang der neuen Strecke untersucht. In den F?llen, in denen das Potenzial für Bewegungen festgestellt wurde, haben wir Mess- und überwachungssysteme entwickelt, die sicherstellen, dass die Bauarbeiten und die damit verbundenen Auswirkungen die erwarteten Werte nicht überschreiten, um kritische Infrastrukturen, Unternehmen, Wohnungen und Existenzen w?hrend der Bauarbeiten zu schützen.

In Whitechapel haben wir bewiesen, dass die 150 m langen Tunnelbohrmaschinen gro?e Bahnsteigtunnel unter einer Schule und einem Wohngeb?ude ausheben k?nnen, ohne dass Zerst?rungen und teure Schadensbegrenzungsma?nahmen erforderlich sind, die Schüler, Lehrer und Anwohner beeintr?chtigen k?nnten. Für andere Geb?ude auf der Strecke entwarfen wir Ma?nahmen wie Anpassungen der Tunnelbaumethoden und den Einsatz von Ausgleichsinjektionen und Unterfangungen, um die Bodenbewegungen zu minimieren.

Au?erdem entwarfen wir verschiedene Gleisformen in den Tunneln mit einem Durchmesser von 7,1 m. Die Auswirkungen von L?rm und Erschütterungen an einigen Stellen oberhalb der Trasse mussten zum Wohle der Anwohner gemildert werden. Wir entwarfen spezielle schwimmende Platten - eine spezielle Technik, bei der die gesamte Gleiskonstruktion auf Federn "schwimmt", um die übertragung von L?rm und Vibrationen auf den umliegenden Boden zu minimieren - eine Notwendigkeit für die Tunnel, die unter dem Barbican Estate und auf dem 3 km langen Abschnitt unter den zahlreichen Aufnahmestudios von Soho verlaufen.

Floating track preparations in a Crossrail tunnel
Vorbereitung der Festen Fahrbahn unter Soho © Crossrail Ltd
Floating track slab
Schwebende Gleisplatte unter Soho vor dem Einbau der Schienen © Crossrail Ltd

Die Stadt in Bewegung halten

An einigen Bahnh?fen bestand die einzige M?glichkeit darin, dass die Tunnel wichtige Infrastrukturen und Geb?ude fast berühren. In Tottenham Court Road führten wir die Tunnel über die Nordlinie und unter den Rolltreppen für die Londoner U-Bahn-Station hindurch. Dadurch entstand ein Abstand von nur 700 mm zwischen den Tunneln der Elizabeth Line und der Northern Line.

Wir entwickelten ein Konzept für die bestehenden Fundamente, so dass alle Hindernisse unter der Erde sicher und ohne Beeintr?chtigung der darüber liegenden Strukturen entfernt werden konnten.Als Ergebnis dieser Arbeit wurden 42 km Tunnel durch die dichte st?dtische Umgebung Londons ohne unbekannte Hindernisse oder Sch?den an Wasser-, Gas- und Stromleitungen fertiggestellt, wobei die Auswirkungen auf viele verschiedene Geb?ude entlang der Strecke gemanagt wurden.