Erhalten statt ersetzen: Instandsetzung des Tunnels Schweizerhalle

Der Tunnel Schweizerhalle liegt in einem anspruchsvollen Umfeld. Die A2 verläuft hier zwischen dem Rhein, den Gemeinden Muttenz und Pratteln sowie dem Industriegebiet Schweizerhalle. Über dem Tunnel befinden sich der Rangierbahnhof Muttenz und wichtige Durchgangsgleise für den Güterverkehr. Am Portal auf der Seite Basel grenzt zudem die Grundwasserschutzzone Hardwald an.

Auch konstruktiv ist der Tunnel Schweizerhalle kein klassischer Strassentunnel. Er wurde 1960 als offene Galerie Schweizerhalle erstellt. Die Überbaukonstruktion besteht aus vorgespannten Querträgern, die mit zwei Stützenreihen verbunden sind und auf der rückwärtigen Stützmauer aufliegen. Aufgrund der örtlichen Verhältnisse variiert die Höhe der Träger erheblich und reicht von 1,06 Meter bis 6,11 Meter. Zwischen 1998 und 2000 wurde die Galerie zum heutigen Tunnel umgebaut. Die bestehenden Stützen wurden verstärkt, zwischen den Fahrbahnen entstand eine Trennwand und entlang der Aussenseite wurde eine Lärmschutzwand eingebaut. Das Ergebnis ist eine Konstruktion, die sich kaum mit einem konventionellen, bergmännisch erstellten Tunnel vergleichen lässt.

Bei mehr als 83 der 153 Querträger der ursprünglichen Galerie wurden sichtbare Schäden dokumentiert. Ursache ist vor allem die durch Chloride ausgelöste Korrosion der Bewehrung. Die Salze gelangen mit Spritzwasser und Feuchtigkeit aus dem Winterdienst in den Beton. Erreichen sie den Bewehrungsstahl in ausreichender Konzentration, können sie dessen schützende Passivschicht lokal zerstören.

Die Korrosion führt zu einer Volumenvergrösserung am Stahl. Dadurch entstehen Spannungen im Beton, die Risse und Abplatzungen verursachen können. Seit 2015 treten vermehrt solche Abplatzungen auf. Seither kontrollieren Fachleute die Träger regelmässig, entfernen lose Betonteile und setzen freiliegende Bewehrungsbereiche lokal instand.

Das Schadensbild reicht von kleineren Betonabplatzungen bis zu mehreren Metern langen Bereichen. Bei einzelnen Trägern waren auch Hüllrohre der Vorspannung und in zwei Fällen Spanndrähte von Korrosion betroffen. Die Untersuchungen zeigten zudem, dass die Chloride auf der dem Verkehr zugewandten Seite teilweise bis hinter die Tiefe der Bewehrung vorgedrungen sind. Damit war klar, dass punktuelle Reparaturen allein keine langfristige Lösung sind.

Grundlage der Instandsetzung war eine umfassende Zustandsdiagnose. Frühere Zustandserfassungen, Hauptinspektionen und materialtechnologische Untersuchungen wurden deshalb systematisch ausgewertet. Ergänzend wurden sämtliche Querträger visuell erfasst. Mit einer statischen Überprüfung wurde die Tragsicherheit des Bauwerks beurteilt.

Nach der Vergabe der Arbeiten folgten weiterführende Untersuchungen. Dazu gehörten Potentialfeldmessungen zur Lokalisierung korrosionsaktiver Bereiche, Messungen der Betondeckung und der Karbonatisierungstiefe sowie die Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands des Betons. Zusätzlich wurde geprüft, ob die Bewehrung elektrisch ausreichend vermascht ist. Diese Verbindung ist eine Voraussetzung für den Betrieb des späteren Korrosionsschutzsystems. Die Ergebnisse ermöglichten eine differenzierte Planung. Die Querträger wurden nicht nach einem einheitlichen Schema behandelt, sondern verschiedenen Instandsetzungsklassen zugeordnet. Die Kategorien Mini, Midi, Maxi und Dilatationsfuge definieren, in welchem Umfang der kathodische Korrosionsschutz auf den jeweiligen Trägerflächen ausgeführt wird.

Damit folgt die Instandsetzung dem tatsächlichen Zustand des Bauwerks. Bearbeitet werden nur jene Flächen, für die die Untersuchungen einen entsprechenden Bedarf ergeben haben. Die detaillierte Analyse der Träger ermöglicht es, den Korrosionsschutz gezielt auf den Zustand des jeweiligen Bauteils abzustimmen.

Für die Querträger wurden verschiedene Instandsetzungsvarianten untersucht. Dazu gehörten lokale und umfassende Betoninstandsetzungen, Oberflächenschutzsysteme sowie unterschiedliche Ausführungen des kathodischen Korrosionsschutzes.

Eine konventionelle Lösung hätte bedeutet, den chloridhaltigen Beton grossflächig bis hinter die Bewehrung abzutragen und anschliessend neu aufzubauen. Bei den vorgespannten, statisch stark beanspruchten Querträgern wäre ein solcher Eingriff jedoch mit erheblichen Risiken verbunden.

Ein weitreichender Betonabtrag schwächt den wirksamen Querschnitt während der Bauphase. Dadurch könnte die Tragsicherheit im Bauzustand beeinträchtigt werden. Ein so grosser Eingriff in die Tragkonstruktion hätte wohl auch nicht ohne massgebende Einschränkungen des Betriebs der Nationalstrasse, namentlich Spurabbauten tagsüber, ausgeführt werden können. Hinzu kommt die Gefahr, Bewehrung, Hüllrohre oder Vorspannung beim Abtrag zu beschädigen. Nach dem Vergleich der technischen Risiken, der Verfügbarkeit der Anlage, der Überwachbarkeit und der Kosten fiel die Wahl deshalb auf einen kathodischen Korrosionsschutz mit Titanbandanoden.

Der entscheidende Vorteil des kathodischen Korrosionsschutzes, kurz KKS: Der im Beton vorhandene Chloridgehalt muss nicht durch einen grossflächigen Betonabtrag vollständig entfernt werden. Die tragende Konstruktion kann damit weitgehend erhalten bleiben. Der kathodische Korrosionsschutz ist ein elektrochemisches Verfahren. Dabei werden Anoden auf dem vorbereiteten Beton angebracht und in ein elektrisch leitfähiges Medium (Elektrolyt, z.B. Mörtelschicht) eingebettet. Die Bewehrung und das Anodensystem werden mit einer steuerbaren Gleichstromquelle verbunden. Durch den angelegten Schutzstrom wird der Bewehrungsstahl polarisiert (Potentialabsenkung). Die anodische Eisenauflösung und damit der Korrosionsprozess werden unterdrückt. Die im Beton vorhandenen Chloride müssen dafür nicht vollständig entfernt werden. Durch den Stromfluss wird der Beton wieder passiviert und der Schutz der Bewehrung erneuert.

Gerade darin liegt ein wesentlicher Vorteil für den Tunnel Schweizerhalle. Die tragende Konstruktion kann weitgehend erhalten bleiben. Entfernt wird nur lokal loser bzw. geschädigter Beton. Ein flächendeckender Abtrag bis hinter die Bewehrung ist dagegen nicht notwendig. Das System lässt sich zudem dauerhaft überwachen. Messstellen und Referenzelektroden liefern Informationen über die Wirksamkeit des Schutzes. Der Betrieb kann kontrolliert und bei Bedarf angepasst werden. Solange das System betrieben, überwacht und bei Bedarf nachgeregelt wird, bleibt seine Schutzwirkung auch nach Abschluss der Bauarbeiten überprüfbar. Die Schutzwirkung endet dabei nicht mit dem Abschluss der Bauarbeiten. Das KKS-System wird dauerhaft betrieben und überwacht. Strom, Spannung und die Potentiale der Bewehrung gegenüber eingebauten Bezugselektroden werden kontinuierlich erfasst. Zusätzlich wird die Wirksamkeit des Systems periodisch gemäss SN EN ISO 12696 überprüft. Zeigen die Messdaten Abweichungen, kann der Schutzstrom gezielt nachgeregelt werden.

Die technische Lösung ist nur ein Teil der Herausforderung. Der Abschnitt Hagnau bis Augst gehört zu den am stärksten befahrenen Nationalstrassenabschnitten der Schweiz. Spurabbauten sind tagsüber nicht möglich. Entscheidend ist dabei die Baulogistik.
Ein grosser Teil der Arbeiten wird deshalb zwischen 22.30 Uhr und 4.30 Uhr ausgeführt. Für die Bauarbeiten wird jeweils eine Fahrtrichtung gesperrt und der Verkehr in der anderen Tunnelröhre im Gegenverkehr geführt. Um 5 Uhr müssen beide Röhren wieder mit je drei Fahrstreifen zur Verfügung stehen. 
Eine verspätete Öffnung würde sich unmittelbar auf den morgendlichen Berufsverkehr auswirken. Wegen der hohen Auslastung könnte sich ein Rückstau über Stunden fortsetzen und weite Teile des regionalen Strassennetzes belasten.

Die Bauabläufe müssen deshalb minutengenau vorbereitet werden. Material, Maschinen und Hebebühnen werden am Abend in den Tunnel gebracht und am Morgen wieder entfernt. Für die Arbeiten an den Trägeruntersichten sind in einzelnen Nächten bis zu 30 Hebebühnen gleichzeitig im Einsatz.
Gerade unter diesen Bedingungen ist die Abstimmung der Beteiligten entscheidend. Auf Basis der bisherigen Ausführung konnten Bauherr, Planer und Unternehmer Abläufe und Logistik gemeinsam optimieren. Die Arbeiten erfolgen trotz anspruchsvoller Randbedingungen und unter laufendem Verkehr planmässig.

Plattformen schaffen Arbeitsraum
Im Tunnel werden insgesamt 283 Querträger bearbeitet. Davon befinden sich 153 über der Fahrbahn Richtung Chiasso und 130 über der Fahrbahn Richtung Basel. Gleichzeitig ist der verfügbare Arbeitsraum sehr begrenzt. Teilweise liegt die Unterkante der Träger lediglich rund 4,5 Meter über der Fahrbahn. Um dennoch kontinuierlich arbeiten zu können, wurde ein System mit verschiebbaren Stahlplattformen entwickelt. Diese werden zwischen den Querträgern montiert und gegenüber dem darunterliegenden Verkehrsraum abgedichtet. Durch reduzierte Fahrstreifenbreiten entsteht daneben ein Installationsgang.

Von den Plattformen aus können die seitlichen Flächen der Querträger auch ausserhalb der nächtlichen Vollsperrung bearbeitet werden. Hier werden die Untergründe vorbereitet, die Anoden montiert und anschliessend mit Mörtel überdeckt. Die Arbeiten an den Untersichten erfolgen dagegen während der nächtlichen Sperrungen von der Fahrbahn aus. Die Baustelle bewegt sich in Etappen durch den Tunnel. Nach Abschluss eines Abschnitts werden die Plattformen versetzt und die nächsten Querträger bearbeitet. So entsteht eine Wanderbaustelle, welche die Eingriffe räumlich begrenzt und einen kontrollierten Arbeitsrhythmus erlaubt. Die mobilen Plattformen ermöglichen es dabei, einen Teil der Arbeiten auch während des Tages auszuführen.
 

Eine weitere Herausforderung ist die Betriebs- und Sicherheitsausrüstung. Kabelkanäle, Beleuchtung, Brandmeldeanlagen und weitere Installationen verlaufen unmittelbar entlang der zu bearbeitenden Bauteile. Während des Tages müssen diese Systeme vollständig funktionsfähig sein.
Vor den eigentlichen Baumeisterarbeiten werden deshalb Provisorien eingerichtet. Kabelkanäle werden demontiert und die Leitungen mit Abstand zu den Querträgern temporär aufgehängt. Besonders sorgfältig muss mit dem durchgehenden Brandmeldekabel umgegangen werden, das empfindlich auf Wärme und mechanische Belastungen reagiert. Die Abstimmung zwischen Bauarbeiten und technischer Ausrüstung erfolgt abschnittsweise. Nach der Vorbereitung werden jeweils rund 30 Querträger instandgesetzt. Im Anschluss an die baulichen Massnahmen folgt die vollständige Neuausrüstung des Tunnelabschnitts mit der normgemässen Sicherheitsausrüstung.

Bauen in der Grundwasserschutzzone
Neben der Verkehrsführung und der Betriebssicherheit spielt auch der Gewässerschutz eine wichtige Rolle. Am Basler Portal grenzt der Tunnel an die Grundwasserschutzzone Hardwald. Deshalb muss verhindert werden, dass belastetes Wasser aus den Bauarbeiten ins Grundwasser gelangt. 
Beim Betonabtrag mit Hochdruckwasser entsteht Schmutzwasser mit einem hohen pH-Wert zwischen 12 und 13 sowie einer Trübung durch feinste Betonbestandteile. Es muss deshalb separat aus dem Tunnel abgeführt, in ein Absetzbecken geleitet und dort neutralisiert werden. Die Ableitung wird überwacht und die Einhaltung der Grenzwerte durch die Umweltbaubegleitung kontrolliert. Auch diese Lösung ist nur für die Dauer der Bauarbeiten vorgesehen.

Sicher arbeiten unter Tage
Für die Realisierung gilt der Tunnel als Untertagebaustelle. Ein Personenkontrollsystem erfasst zu jeder Zeit, wer sich im Tunnel befindet. Der Arbeitsraum auf den Plattformen ist vom Fahrraum getrennt und wird als eigener Sicherheitsbereich behandelt. Die Plattformen verfügen neben dem regulären Zugang über einen zweiten, alarmgesicherten Fluchtweg. Akustische und visuelle Alarmanlagen, Notfalltaster sowie eine externe Belüftung ergänzen das Sicherheitskonzept. Auch die Sicherheit des Verkehrs muss während jeder Bauphase gewährleistet sein. Im Ereignisfall müssen die Blaulichtorganisationen eine Unfallstelle innerhalb kurzer Zeit erreichen können. Fluchtwege, Verkehrsführung und Baustelleninstallation werden deshalb gemeinsam geplant.

Verkehrsdaten bestimmen den Bauablauf
Bereits vor Beginn der Bauarbeiten wurde das Verkehrsaufkommen detailliert untersucht. Daten aus Verkehrsleitsystemen und digitalen Verkehrsdiensten dienten dazu, geeignete Sperrzeiten festzulegen und mögliche Rückstaus abzuschätzen. Das Monitoring wird während der Bauzeit fortgeführt. Vor Veranstaltungen oder anderen Ereignissen, die zusätzlichen Verkehr verursachen könnten, werden die Prognosen überprüft. Bei Bedarf können Zeitfenster angepasst, Arbeitsabläufe verändert oder einzelne Nachteinsätze ausgesetzt werden. Die Planung reagiert damit laufend auf die tatsächliche Verkehrssituation. Bauqualität und Arbeitssicherheit werden nicht gegen den Verkehrsfluss ausgespielt, sondern durch abgestimmte Prozesse mit ihm in Einklang gebracht. 

Etappe für Etappe bis 2028
Die ersten rund 30 Querträger sind bereits fertiggestellt. Für die Fahrtrichtung Basel laufen die Untersuchungen als Vorbereitung für die Arbeiten im Jahr 2027. Nach aktuellem Stand soll das Projekt Ende 2027 beziehungsweise Anfang 2028 abgeschlossen werden. Im Nachgang folgen die Restarbeiten, Tests und Inbetriebnahme der neuen Betriebs- und Sicherheitsausrüstung des Tunnels. Damit zeigt sich auch im Bauablauf der Grundgedanke des Projekts. Die bestehende Infrastruktur wird nicht für eine umfassende Erneuerung ausser Betrieb genommen. Die Eingriffe erfolgen abschnittsweise und werden laufend an Betrieb, Verkehr und Zustand des Bauwerks angepasst.

80 bis 100 Jahre nutzen
Mit der Instandsetzung soll der Tunnel Schweizerhalle bis zum Ende seiner vorgesehenen Nutzungsdauer von insgesamt rund 80 bis 100 Jahren betrieben werden können. Gleichzeitig wird erwartet, dass in den kommenden 15 bis 20 Jahren keine vergleichbaren grösseren Eingriffe an der Tragstruktur notwendig werden. Ohne Massnahmen würde die Korrosion weiter fortschreiten. Nach Einschätzung des ASTRA könnte dann bereits zwischen 2040 und 2050 ein Abbruch mit Ersatzneubau erforderlich werden. Ein Ersatz wäre zudem kaum vermeidbar. Auf dem Tunnel liegen der Rangierbahnhof Muttenz und wichtige Güterverkehrsgleise. Die Funktion der bestehenden Konstruktion könnte nicht ersatzlos entfallen.

Dauerhaftigkeit heisst rechtzeitig handeln
Die Instandsetzung des Tunnels Schweizerhalle zeigt, dass Dauerhaftigkeit nicht bedeutet, ein Bauwerk über Jahrzehnte unangetastet zu lassen. Dauerhaftigkeit entsteht durch Überwachung, Zustandsdiagnostik, Unterhalt und gezielte Erhaltungsmassnahmen. Aus ökologischer Sicht ist dies von grosser Bedeutung. Die Emissionen aus der Herstellung des verbauten Betons und des Stahls sind bereits entstanden. Wird die Tragstruktur weiter genutzt, werden die eingesetzten Baustoffe, die graue Energie und der bereits geleistete Bauaufwand weiter genutzt. Ein vorzeitiger Rückbau und ein materialintensiver Ersatzneubau können vermieden oder deutlich hinausgeschoben werden. Der Tunnel Schweizerhalle macht damit den Wert des Bestands sichtbar. Nicht jeder chloridbelastete Beton muss vollständig entfernt werden. Entscheidend sind der Zustand des Bauteils, seine statische Funktion und ein darauf abgestimmtes Schutzkonzept. Mit Bauwerksdiagnostik, kathodischem Korrosionsschutz und einer präzise organisierten Baustelle wird die mehr als 60 Jahre alte Tragstruktur für weitere Jahrzehnte gesichert. Die Instandsetzung ermöglicht damit, die vorgesehene Lebensdauer des Bauwerks möglichst vollständig auszuschöpfen, statt die bestehende Konstruktion Jahrzehnte zu früh zu ersetzen. Dauerhaftigkeit bedeutet hier: rechtzeitig eingreifen, damit Bestehendes möglichst lange weitergenutzt werden kann.