15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 31 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Dipl.-Ing. Alexander Schleith Ed. Züblin AG, Zentrale Technik, Direktion Ingenieur- und Verkehrswegebau, Technisches Büro Stuttgart Dipl.-Ing. (FH) Bernd Wiesiolek Ed. Züblin AG, Zentrale Technik, Direktion Ingenieur- und Verkehrswegebau, Technisches Büro Tunnelbau Dipl.-Ing. (FH) Jörg Bay Arbeitsgemeinschaft Neubaustrecke - Flughafentunnel (Ed. Züblin AG - Max Bögl Stiftung) Dipl.-Ing. Dirk Hammerschmidt Arbeitsgemeinschaft Neubaustrecke - Flughafentunnel (Ed. Züblin AG - Max Bögl Stiftung) Zusammenfassung Im Rahmen des Projekts Stuttgart 21 entsteht am Flughafen Stuttgart und der Landesmesse eine zentrale Verkehrsdrehscheibe, die alle Verkehrsträger verknüpft. Kernstück ist der neue unterirdische Fernbahnhof Stuttgart Flughafen, der den Flughafen direkt an das Fern- und Regionalbahnnetz der Deutschen Bahn anbindet. Die Fahrzeit von der Innenstadt zum Flughafen verkürzt sich künftig auf 6 - 8 Minuten. Der Fernbahnhof wird als erster bergmännisch in Tunnelröhren errichteter Fernbahnhof der Deutschen Bahn realisiert. Er liegt unter der Messepiazza und umfasst zwei 435 m lange Bahnsteige in einer Tunnelröhre mit einem Innendurchmesser von 11,5 m. Die größten Herausforderungen lagen in der komplexen Planung und Ausführung der Zugangsbauwerke, insbesondere des Zentralen Zugangs mit einem 30 m tiefen Rundschacht und sechs Panoramaaufzügen. Die Rohbauarbeiten wurden Ende 2024 abgeschlossen, die Übergabe an die Deutsche Bahn für den Einbau der technischen Ausrüstung ist erfolgt. Das Projekt setzt neue Maßstäbe im untertägigen Massivbau und zeigt die Leistungsfähigkeit moderner Ingenieurtechnik. 1. Einführung Im Rahmen des Großprojektes Stuttgart 21 entsteht am Stuttgarter Flughafen und der Landesmesse eine einzigartige Verkehrsdrehscheibe. Alle Verkehrsträger, vom Flugzeug übers Auto, Fernbus, S- und U-Bahn, bis hin zum Fern- und Regionalverkehr, werden hier künftig verknüpft sein. Von der Anbindung des Flughafens und der Landesmesse an das Schienennetz werden allein im unmittelbaren Einzugsgebiet auf den Fildern rund 250.000-Einwohner profitieren. Die Neubaustrecke Stuttgart-Ulm bindet den Stuttgarter Flughafen in das Fern- und Regionalbahnnetz der Deutschen Bahn ein. Dafür entsteht unter der Messepiazza ein neuer Bahnhof. Der moderne unterirdische Bahnhof Stuttgart Flughafen Fernbahnhof liegt direkt gegenüber dem Hauptgebäude des Flughafens und in unmittelbarer Nähe zur heute schon bestehenden S-Bahn-Station Stuttgart Flughafen/ Messe. Reisende benötigen von der Innenstadt zur neuen Station am Flughafen künftig nur noch sechs bis acht Minuten. Heute dauert die Fahrt rund eine halbe Stunde. Der Fernbahnhof Stuttgart Flughafen ist der bisher erste bergmännisch in Tunnelröhren erbaute Personenbahnhof für den Fernverkehr der Deutschen Bahn in Deutschland. Im Zuge der Planung und des Baus wurde die Grenzen des Machbaren erreicht und teilweise auch überschritten und neue Maßstäbe im untertätigen Massivbau gesetzt. 2. Stuttgart 21 - Fernbahnhof Stuttgart Flughafen 2.1 Übersicht über das Projekt Stuttgart 21 Das Großprojekt Stuttgart 21 ist ein umfassendes Verkehrs- und Städtebauprojekt, das den Eisenbahnknoten Stuttgart grundlegend modernisiert. Im Zentrum steht der Umbau des bisherigen Kopf bahnhofs im Zentrum des Stuttgarter Talkessels in einen-unterirdischen Durchgangsbahnhof, ergänzt durch neue Tunnelstrecken, Bahnhöfe und eine direkte Anbindung an die Neubaustrecke Wendlingen-Ulm und weiter nach München. 32 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 1: Animation des Empfangsgebäudes Der neue Stuttgarter Hauptbahnhof wird vollständig unterirdisch- errichtet. Charakteristisch ist seine lichtdurchflutete Architektur mit sogenannten- Kelchstützen, die Tageslicht in die Bahnsteighalle leiten. Auch der neue-Fernbahnhof Flughafen/ Messe-entsteht unterirdisch und wird den Flughafen Stuttgart direkt an das Fernverkehrsnetz anbinden. Ziel des Projekts ist es, die Leistungsfähigkeit des Bahnverkehrs-zu erhöhen. Die Digitalisierung des Bahnknotens Stuttgart ist ein zentraler Bestandteil des Projekts Stuttgart 21 und wird unter dem Namen „Digitaler Knoten Stuttgart“ (DKS)-umgesetzt. Der Bahnbetrieb in der Region Stuttgart soll durch moderne digitale Technik effizienter, leistungsfähiger und zuverlässiger gemacht werden. Der gesamte Konten Stuttgart soll Reisezeiten verkürzen und gleichzeitig Flächen in der Innenstadt für neue Wohn- und Gewerbeprojekte freigeben. Durch die Verlagerung der Gleisanlagen entstehen große städtebauliche Entwicklungsmöglichkeiten im Herzen Stuttgarts. Die Inbetriebnahme des neuen Bahnhofs ist für Dezember 2026 geplant, die vollständige Fertigstellung des Projekts für 2027. Die Kosten haben sich im Laufe der Jahre deutlich erhöht und liegen inzwischen bei über 11-Milliarden Euro. Trotz Kritik und Protesten in der Vergangenheit gilt Stuttgart 21 heute als ein zentrales Projekt für die Zukunft des Bahnverkehrs in Süddeutschland und darüber hinaus. 2.2 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart Der Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart wird komplett in bergmännischer Bauweise errichtet. Abb. 2: Überblick Anbindung Fernbahnhof Stuttgart Flughafen Die Zulaufstrecken zweigen von der Hochgeschwindigkeitsstrecke ab und unterfahren in je zwei eingleisigen Tunneln die dicht bebauten Flächen der Messe Stuttgart und des Flughafen Stuttgart. Im Zuge des Projektfortschritts wurde eine maßgebliche Veränderung am Entwurf vorgenommen, die zukunftsweisend für den Bahnverkehr in Süddeutschland ist: Ursprünglich war vorgehen, die S-Bahn über die in Abb. 3 in grün dargestellte „Flughafenkurve“ mit der Strecke nach Stuttgart zu verbinden. Abb. 3: Überblick Anbindung Fernbahnhof Stuttgart Flughafen, ursprünglicher Entwurf Es wurde jedoch, während die Planungen und die Arbeiten bereits im Gang waren, entschieden, den Pfaffensteigtunnel - dem künftig längsten Eisenbahntunnel in Deutschland mit ca. 11 km Länge (in blau in Abb. 2) - zu planen und im Projekt Fernbahnhof alle notwenigen Vorkehrungen zu treffen, um diesen Tunnel an später an die Station unter laufendem Verkehr anschließen zu können. Diese Umplanung erforderte von den Planern der Zentralen Technik und der ausführenden Einheiten ein hohes Maß an Flexibilität, Kreativität und Einsatz. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 33 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 4: Überblick Fernbahnhof- unterirdischer Teil Die Abb. 4 und Abb. 5 zeigen die Bebauung, die mit den beiden Tunneln und dem erweiterten Stationsröhrenquerschnitt unterquert werden. Die sind die setzungsempfindlichen Hallen der Messe Stuttgart, das Internationale Congress-Centrum, mehrere Hotels und ein auf Pfählen tief gegründetes Parkhaus. Abb. 5: Lage der Baustelle nahe der Messe und der Infrastruktur des Stuttgart Flughafen 3. Randbedingungen Die anstehende Geologie erlaubt, die Tunnel in NATM (New Austrian Tunneling Method) aufzufahren. Die Vortriebe erfolgten im Vollausbruch mit möglichst frühem Schließen der Sohle und mit Kalottenvortrieb mit nachlaufendem Ausbruch von Strosse und Sohle. Der Ausbruch erfolgte mit Baggern ohne Sprengungen. Abb. 6: Geologische Verhältnisse Abb. 7: Geologische Verhältnisse im Vortrieb Die Tunnel und die Station liegen in den ca. 30 m Tiefe in den Schichten des Lias α, die überwiegend aus Ton- Schluffsteinen bestehen. 34 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren 4. Planung und Bau der Bahnsteigröhren mit Zugangsbauwerken Der Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart erhält zwei 435-m lange Bahnsteige in einer Tunnelröhre mit einem lichten Innendurchmesser von 11,46 m. Abb. 8: Regelquerschnitt Bahnsteigröhre Bautechnisch waren die Planung und Herstellung der Zugangsbauwerke die größte Herausforderung bei der Realisierung des Fernbahnhofs. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 35 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 9: 3D Modell der Stationsröhren mit den beiden Zugangsbauwerken und dem Entrauchungsbauwerk Die Stationsröhre wird von der Geländeoberkante aus erschlossen. Der Hauptzugang erfolgt durch den Zentralen Zugang. Am westlichen Ende wird die Station durch eine weiteres Zugangsbauwerk erschlossen. Der Zugang Ost wird in einer Baugrube klassisch in bottom-up Methode erstellt. Der Zentrale Zugang hingegen wird im Wesentlichen unterirdische in bergmännischer Bauweise errichtet. Abb. 10: Querschnitt Zentraler Zugang Der Zentrale Zugang besteht aus 3 Bauteilen: dem Technikgebäude West und dem Technikgebäude Ost, die neben dem Fluchttreppenhaus die gesamte ME-Installation beinhalten und dem eigentlichen Zugangsbauwerk, einem ca. 30 m tiefen runden Schacht. In diesem Schacht sind 6 Panoramaaufzüge installiert, die die Passagiere befördern. Alle 3 Schächte wurden in Spritzbetonbauweise, zusätzlich mit Felsnägeln gesichert, vor dem Auffahren der beiden Stationsröhren abgeteuft. Die Berechnungen erfolgten mittels finiter Elemente an einem gekoppelten Baugrund-Bauwerksmodell. In diesem Modell wurden sämtliche Bauzustände und der Endzustand mit verschiedenen Lastfallkombinationen berechnet und ausgewertet. Die Modellierung umfasste das abschnittsweise Abteufen der beiden rechteckigen Schächte, die Aktivierung der Spritzbetonsicherung, das Abteufen des Rundschachts, das abschlagsweise Auffahren der beiden Tunnelröhren und die abschnittsweise Herstellung der Ortbetoninnenschale unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit der Außenschale. Im Endzustand wurde das Verrotten der Außenschale betrachtet und der komplette Lastabtrag über die Innenschale. Neben den Betrachtungen der Tragfähigkeit wurden ebenso die gesamten Nachweise der Gebrauchstauglichkeit geführt. Damit mussten weite über 100 Rechenschritte in dem FE-Modell ausgewertet werden und die jeweils maßgebenden Zustände für die Wahl der Bewehrung berücksichtigt werden. Abb. 11: FE Modell Zentraler Zugang Die Auswertung und Bemessung des Massivbaus erfolgten in dem FE-System. Betrachtet wird ein halbes System, das in der Mittelachse des Systems als Symmetrieachse Abb. 12: E Modell Massivbau Zentraler Zugang Die technischen Herausforderungen bestehen in den komplexen Bauabläufen, die sich aus den Verschneidungen der Tunnelröhren mit den Schachtbauwerken im Bauzustand und Endzustand ergeben. Aus diesen Bauzuständen ergeben sich maßgebende Belastungszustände, die in der Planung zu berücksichtigen sind. Hierfür war die Erstellung detaillierter Bauphasenpläne erforderlich, die sich nach den Bauterminplänen richten mussten. Infolge von mehrfachen Umstellungen im Bauablauf zur Beschleunigung, mussten diese Phasenpläne und in der Konsequenz auch die Statik mehrfach nachgezogen. 36 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 13: Bauphasen Zentraler Zugang Technikgebäude West 1 Abb. 14: Bauphasen Zentraler Zugang Technikgebäude West 2 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 37 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 15: Interaktion Tunnelbau-Ingenieurbau Die wesentliche Herausforderung besteht in der Vorbeifahrt der Tunnelröhren an den bereits hergestellten Massivbauteilen der Technikgebäuden, dem ausgehobenen Rundschacht, in dem bereits zuvor die Bodenplatten und Teile der Innenschale herzustellen waren. Im Zuge der Herstellung der Außenschale des Zentralen Zugangs sind alle notwendigen Bewehrungsanschlüsse in die später herzustellende Außenschale der Tunnelröhren vorzusehen unter Berücksichtigung der im Tunnelbau üblichen Toleranzen. Das gleiche muss bei der Herstellung der Innenschale berücksichtigt werden, um die Innenschalen der Tunnelröhren und Zugangsbauwerke monolithisch miteinander verbinden zu können. Die Verbindung der Außenschale konnte größtenteils mit zurückgebogenen Bewehrungseisen erfolgen, die entsprechend zu schützen und verwahren waren. Die Verbindung der Innenschale stellte aufgrund des hohen Bewehrungsgehaltes (meist doppellagige Bewehrung) und der meist großen Durchmesser von DU 25 mm große Anforderungen an die Planung und Ausführung. Sämtliche Bewehrungsverbindungen mussten mit Schraubanschlüssen ausgeführt werden. Hierbei war es zwingend erforderlich die angrenzenden Bauteile, die zum Teil deutlich später gebaut wurden, bereits mit zu planen, um die Schraubanschlüssen entsprechend planen zu können. Diese mussten dann aufwändig geschützt und in ihrer Lage so gesichert werden, dass nach Herstellung des Tunnels und der Außenschale die Muffen für den Einbau der Bewehrung aufgefunden, freigelegt und verwendet werden konnten. Dafür war es notwendig, Stahlkästen zu planen und zu bauen, die dann auf einer exakt eingemessenen Negativschalung ausgerichtet wurden. Abb. 16: Verwahrkästen für Schraubmuffen 38 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 17: Einbau der Verwahrkästen auf Negativschalung Nach dem Auffahren des Tunnels konnten die Negativschalungen zurückgebaut und die Muffenanschlüsse freigelegt werden. Abb. 18: Rückseite der Negativschalung nach dem Auffahren des Tunnels 5. Herausforderungen bei der Erstellung der Bewehrungspläne 5.1 Bau Grundlagen der Planerstellung Die Erstellung der Schal- und Bewehrungspläne für diese komplexen Bauwerke stellte eine große Herausforderung dar, da hier doppelt gekrümmt Flächen zu verschneiden waren. Im Ergebnis musste auf den Ausführungsplänen eine für die Umsetzung vor Ort verständliche und zum Einmessen verwendbare Geometrie mit allen Angaben dargestellt werden. Die reine Verwendung von 3D Modellen auf der Baustelle war nicht möglich, da hierfür die vertraglichen Regelungen im Bereich der Deutschen Bahn noch nicht gelegt sind. Zum Teil musste die Geometrie gegenüber der Entwurfsplanung der Architektur vereinfacht werden, um überhaupt eine baubare Geometrie zu erhalten. In ähnlicher Weise galt dies schon für die statischen Modelle und FEM Modelle. Abb. 19: Verschneidung des Rundschachtes mit den beiden Tunnelröhren 5.2 Bewehrungsplanerstellung Die Erstellung der Bewehrungspläne erfolgte mit dem Programm Allplan Nemetschek in 3D. Mit konventioneller 2D Planung wären die komplexen Verschneidungen, engen Platzverhältnisse, Übergreifungen in mehreren Lagen und die zahllosen Muffenanschlüssen nicht planbar gewesen. Abb. 20: 3D Bewehrungsmodell der Verschneidung von Sohle Tunnelgewölbe, Bodenplatte Schacht und Stützen der Innenschale mit Arbeitsfugen Sehr komplex war darüber hinaus die Bewehrungsführung im Bereich der Öffnungen zwischen Rundschacht und Tunnelröhre, da hier ein statisch wirksamer Unterzug in einem zweiten Betonierschritt herzustellen war. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 39 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Abb. 21: Übergang vor Herstellung des Unterzuges Mittels der 3D Planung konnte hier eine baubare Lösung entworfen und realisiert werden. Abb. 22: 3D Bewehrung, Modell des Unterzuges Abb. 23: 3D Bewehrung, Modell des Unterzuges im Überblick Die einzubauende Bewehrung mussten in mehreren Lagen eingebaut und positioniert werden: Abb. 24: 3D Bewehrung, Modell des Unterzuges im Überblick 6. Fazit Für die Erstellung des Zentralen Zugangsbauwerks, des Zugangs Ost und den beiden Stationsröhren wurden über 7.600 to Bewehrungsstahl verbaut. Der Bewehrungsgehalt lag im Mittel bei über 250 kg/ m³. Hinzu kamen 130.000 Schraubanschlüsse in Form von Standard- und Positionsmuffen vorwiegend in den Durchmesser DU 25 mm und DU28 mm. Die Bewehrung wurde auf über 600 Plänen dargestellt und für die Schalung waren 150 Pläne erforderlich. Die statischen Berechnungen füllen mehr als 100.000 Seiten. Sowohl die Schalplanerstellung als auch die Erstellung der Bewehrungspläne erfolgt vollständig in 3D Bearbeitung. Mit konventioneller 2D Bearbeitung wären die geometrischen und statischen Anforderungen nicht beherrschbar gewesen. Abb. 25: 3D Bewehrung, Modell des Unterzuges 40 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Fernbahnhof am Flughafen Stuttgart - untertägiger Massivbau im Grenzbereich des Machbaren Auch bautechnisch wurden die Grenzen des Machbaren erreicht: Es musste ein höchst anspruchsvoller Ingenieurbau mit kleinen Toleranzen aufgrund des hohen Bewehrungsgehaltes mit den deutlich größeren, tatsächlichen Toleranzen und Verformungen vereinbart werden. Die Rohbauarbeiten konnten Ende 2024 erfolgreich abgeschlossen werden und die Station der Deutschen Bahn für den Einbau der Ausrüstung und technischen Gebäudeausstattung übergeben werden. Es ist eine Eröffnung des Fernbahnhofs in 2028 geplant. Literatur/ Quellen [1] Deutsche Bahn AG, Projektgesellschaft Stuttgart- Ulm GmbH: Abb. 1, Abb. 2, Abb. 3, Abb. 5. [2] Wittke Beratende Ingenieure GmbH Weinheim: Abb. 6, Abb. 11, Abb. 12. [3] Ed. Züblin AG, Zentrale Technik, Technisches Büro Stuttgart: alle übrigen Abbildungen.