General View of TBM Excavated Tunnel

von Tjark Metzner, Nürnberg im Mai 2011

g e r m a n

Marmaray, ein Kunstwort zusammengesetzt aus Marmara und Ray (Schiene), verkörpert das gigantische Projekt eines Eisenbahntunnels unter dem Bosporus. Ab 2013 respektive 2016 sollen dann Züge Asien und Europa verbinden. Man erhofft sich eine starke Entlastung der bisherigen Infrastruktur und somit die Lenkung der Pendler vom Auto hin zum ÖPNV. Dafür werden extra die S-Bahn Anschlussstrecken modernisiert und ausgebaut. Der Tunnel ist 2-gleisig und soll in Schwachzeiten zusätzlich Güterzügen und Hochgeschwindigkeitszügen genügend Trassen bieten.  Direkt im Anschluss an den Tunnel ist die Strecke 3-gleisig mit jeweiligem 4. Gleis an den Bahnhöfen.

Weiterhin wird noch eine weitere dritte Brücke inkl. Bahngleis geplant. Dieses Projekt ist aber aufgrund von ökologischen Bedenken derzeit in der Verhandlung. Als wir in Istanbul waren, gab es zu diesem Thema einige Protestgruppen bzw. Demonstrationen auf der Haupteinkaufsstraße Istiklal Cd.


Geschichte

Tunnel
Die Länge der Tunnel die herkömmlich gebohrt wurden beträgt 2 x 9766 Meter. Abgebaut wurden dabei ungefähr  1.000.000 cbm.

Erduntersuchungen
Die ersten Untersuchungen des Erdreichs wurden schon zwischen 1985-1987 realisiert. Weitere Untersuchungen der Erde fanden 2002-2004 statt. Diese Daten wurden ausgewertet und dienten dann als Vorlage zur Planung. Weiterhin wurde eine Analyse bezüglich einer möglichen Verflüssigung des Untergrunds angefertigt. Es wurde festgestellt, dass auf einer Länge von 460 die Möglichkeit besteht, das sich der Untergrund verflüssigt bzw. verformt. Somit wurde der Untergrund an dieser Stelle verstärkt und ausgebaut. Lag das betroffene Erdreich weniger als vier Meter unter dem geplanten Tunnel, so wurde der Untergrund abgetragen und mit einem passenden Material neu verfüllt. Sollte das Betroffene Erdreich mehr als 4 Meter unter dem zukünftigen Tunnel gelegen haben, so wurde das Erdreich durch einen speziellen Verguss verstärkt.


Projektabschnitte

Abschnitt 1, BC1: Bosporus Tunnel inkl. vier neuer Stationen Kazitcesme, Yenikai, Sirkeci, Üsküdar

Abschnitt 2, CR1: Gebze-Haydarpasa, Sirkeci-Halkali S-Bahn, Ausbau von Elektronik

Abschnitt 3, CR2: Bau von Zügen


Betrieb

Insgesamt wird es für die S-Bahn 40 Stationen geben. 7 Stationen sind dabei gleichzeitig Stationen für den Schnellverkehr (genannt InterCity)

Nach Fertigstellung soll der Anteil an der Nutzung von Zugsystemen von 3,6% auf 27,7% gesteigert werden. Der Anteil würde zukünftig knapp über Paris (25%) und unter London (31 %) liegen.


Projektausarbeitung zwischen Gebze-Halkali

Während der Rush hour (6-9 Uhr und 16-19 Uhr) wird der Tunnel zwischen Ayrilikcesme und Kazlicesme nur von S-Bahnen genutzt. InterCity Züge werden außerhalb der rush hour den Tunnel nutzen. Güterzüge bleibt nur noch das Zeitfenster in der Nacht zwischen 0-5 Uhr.

Auf der asiatischen Seite wird es 10 Ausweichstellen mittels eines dritten Gleises geben. Der Abstand beträgt im Mittel 4,5 km zwischen diesen Ausweichgleisen. Auf der europäischen Seite sind zwei Ausweichgleise geplant. Das Marmaray Projekt wird in Kadiköy Ibrahimaga, Üsküdar, Sirkeci und Yenikapi an den restlichen ÖPNV angebunden. Weiterhin werden die beiden Flughäfen Sabiha Gökcen und Atatürk eingebunden.


Bau


Der Tunnel auf dem Meeresgrund besteht aus 11 Tunnelelementen. Diese besitzen zwei Röhren für jeweils ein Gleis. Die Tunnelelemente sind 8,75 Meter hoch und 15,5 Meter breit. Acht von den elf Elementen sind 135 Meter lang. Zwei wiederum sind 98,5 Meter lang und schließlich gibt es noch ein Element mit 110 Metern länge. Bevor die Elemente an der richtigen Stelle auf dem Meeresgrund positioniert wurden, wurde ein trapezförmiger Kanal gegraben. Kontaminiertes Material wurde dabei nach Kurtköy zu einer Lagerstätte transportiert.


In Tuzla wurden in den Produktionsanlagen des Transport Ministeriums zwei Trockendocks zum Bau der Elemente hergestellt. Zuerst wurde das Stahlgerüst gefertigt, danach der Boden geformt, zuletzt wurde der obere Teil der Elemente vervollständigt. Nach der Fertigstellung wurden die Elemente nach Büyükada transportiert um sie dort für den Unterwassereinsatz zu präparieren. Nach dem Anbringen verschiedener Schichten, wurden die Elemente geflutet und zur Unterwasserbaustelle gebracht. Für jedes einzelne Element wurde Meeresboden in der Straße von Istanbul ausgegraben. Die Teilstücke wurden in einer Reihe platziert und anschließend wurde das Wasser aus den Zwischenkammern herausgepumpt. Zusätzlich wurden die Elemente verankert um horizontale Verschiebungen zu vermeiden. Nachdem das letzte Element platziert und verbunden wurde, brachte man zusätzlich einen Schutz gegen sinkende Schiffe und Anker in Form einer zusätzlichen Bodenschicht an. Später wurden die Tunnelenden mit dem gebohrten Tunnel verbunden. An den Enden des „tauchenden“ Tunnels wurden Gelenke/Scharniere angebracht um bei einem Erdbeben Sicherheit zu bieten.



Vorteile

  1. Entlastung der Bosporusbrücken

  2. Negativen Einflüsse auf die Altstadt von Istanbul durch den starken Individualverkehr werden reduziert

  3. Senkung der Luftverschmutzung

  4. Erhebliche Verkürzung der Reisezeit zwischen den beiden Endstationen

  5. Generell wird die Stadt durch ein umweltfreundliches Verkehrsmittel entlastet


e n g l i s h

Sections


Part 1: Railway Bosphorus Tube Crossing,

Tunnels and Stations Construction (Contract BC1)

Part 2: Gebze-Haydarpasa, Sirkeci-Halkali Commuter Rail, Upgrading: Civil & Electrical & Mechanical Systems (Contract CR1)

Part 3: Rolling Stock Production (Contract CR2)


Commencement - completion dates


The Consultancy Contract was signed in December 2001 and following preparation of the contract and the requirements, construction physically commenced in August 2004. The completion was planned for 2011.


Project alignment: between Gebze-Halkali


The tunnel crossing between Ayrilikcesme-Kazlicesme will only be frequented by commuter trains during peak hours (6 am - 9 am and 4 pm - 7 pm). Intercity trains will use the Bosphorus Crossing outside peak hours, and freight trains at night between 00:00 and 05:00. With the help of sidings, trains will operate on the third track in both directions. There will be 10 sidings (with approx. 4.5 km between 2 sidings) on the Asian side. Two sidings are planned at the European side. At Kadiköy Ibrahimaga, Üsküdar, Sirkeci and Yenikapi stations, the Marmaray project will be integrated with other railway transport systems. Furthermore, the project will also link Sabiha Gökcen Airport at the Asian side and Atatürk Airport at the European side.


The history of the project


The Marmaray Project is not the first project conceived for an underwater crossing of the Istanbul Strait. The idea was first produced in the Ottoman Empire in 1860 during the reign of Sultan Abdulmecid. A preliminary design was prepared for a submerged tube through the sea that rests on columns. Similar ideas were produced during the following years and in 1902, during the reign of Sultan II Abdulhamit, a design similar to the first one was produced for a tube tunnel that crosses the Istanbul Strait. It was referred to as Sea Tunnel. In this design a platform on 16 columns rested on the seabed and a large sized water pipe was placed on the platform. However, the means of the time did not permit the construction of this project.

The idea of connecting the two sides of Istanbul with an underwater crossing always remained on the agenda and in 1985 the first feasibility study for the tube tunnel project was carried out. The study was revised in 1997.


Ground investigation


The first borehole investigations in the tunnel alignment were carried out between 1985-1987. Later on, further ground investigations were carried out, in 2002-2003 by the Consultant and in 2004, after bid, by the Contractor, and the ground conditions in the alignment were established. Based on the data obtained from these borehole investigations the ground parameters were established and liquefaction analyses carried out for the Istanbul Strait Underwater Crossing. In the 460 meters section oft he tunnel alignment where according to the analyses results there was a risk of liquefaction, ground improvement work was undertaken. Where the risk of liquefaction extended to a layer deeper than 4 meters from the tunnel base elevation, ground improvement was achieved through compaction grouting. Where the layer under risk of liquefaction was less than 4 meters deep, the area was excavated and refilled with chosen materials.


Benefits of the project


The Marmaray Porject is an important project that will provide a railway connection between Europe and Asia, will offer a long-term solution to the transport problems of Istanbul, and by shortening the travel time of more than 1 million people per day, will bring savings in time and energy. With a capacity to carry 75.000 passengers per hour in each direction it will provide a high capacity, safe, high quality and cheap transport system. By reducing the motorized traffic on the historical peninsula it will reduce adverse effects on the historical environment. One oft he most important benefits of the Projects is, that it will reduce the traffic density on the existing bridges. When the environment friendly Marmaray project commences operations the noise and air pollution in Istanbul will be substantially reduced.


Challenges of the project


Due to the following factors, special precautions both in the design and construction stage are required in this project:

  1. the geographical location the Bosphorus Railway Tube Crossing project

  2. the currents – there are two-layered currents of up to 6 knot strength in the Istanbul Strait

  3. navigation – with its local and international marine traffic the Istanbul Strait is one of the busiest sea channels in the world.

  4. ground conditions – there are different ground layers ranging from very soft ground to very hard rock, and in some parts a the risk of liquefaction

  5. seismic conditions – the Project alignment is in average at a 16 km distance tot he North Anatolien Fault line. There is an expectation that with 65% probability there will be an earthquake of 7,5 scale in this region within the next 30 years.


Immersed tube tunnel


The length of the immersed tunnel on the seabed is 1387 meters. It consists of 11 immersed tube elements that have 2 compartments throught which 2 railway lines will cross. The tube elements are 8,75 meters high an 15,5 meters wide. Eight of the elements are 135 meters long each, two of them are 98,5 meters long each and one of the elements is 110 meters in length. Before the elements are placed onto the sea bed, a trapeze shaped channel is dug. Any contaminated material that is excavated, is taken to a Confined Disposal Facility (CDF) in Kurtköy and sealed off. The uncontaminated clean material is, with the permission of the Ministry of Environment and Forests, disposed into Cinarcik ditch in the Marmara Sea.


In the Transport Ministry’s facilities at Tuzla, in two drydocks built for the Project, first the steel structure and base part of the tube element is constructed and the element is moved up to a pier for the construction of the upper part. Once the production of the tube element at the pier is completed, it is taken to Büyükada where the preparations for the immersion take place. A trial immersion is carried out, and taking into consideration suitable weather and current conditions, the tube element is floated to its location in the alignment in the Istanbul Strait and placed into the channel which was previously dredged and lay out with foundation material. The immersed element is placed in line with the previous tube element, connected to it and the connection point sealed off against water. Then the foundation concrete is completed and lock filling applied to avoid any horizontal movement to either side. Once the last tube element is placed, cover concrete is applied to the connection point of the immersed tunnel with the bored tunnel and the tunnel protection against sinking ships and protective layers are formed along the whole of the tunnel as a protection against ships anchors. Later this tunnel is connected to the tunnels excavated by the Tunnel Boring Machines (TBM), with seismic joints at the connection points that provide earthquakes resistance.

Unsere Beiträge zum Thema Türkei:


  1. -Türkei Reisebericht (2006)

  2. -Istanbul-Tabriz Reisebericht (2009)

  3. -Istanbul Reisebericht (2011)

  4. -Marmaray Verkehrsprojekt (2011)

Zahlen und Fakten zum Projekt

Numbers and Facts on the project

Bauzeit: 2009-2013
(construction time)

Projektierte Streckenlänge: 76,3 km
(Length of project alignment)

Anteil der Strecken in Tunnel: 13,6 km
(Underground section of the alignment)

Bahnhöfe: 40 (37 oberirdisch, 3 unterirdisch)
(Number of stations)

Anzahl der Stationen die einen Umstieg ermöglichen: 4
(Stations suitable for transfer to other railway systems)

Umstiegsbahnhöfe zum InterCity: 8
(Transfer stations for InterCity trains)

Gleise zw. Gebze-Ayrilikcesme & Kazlicesme-Halkali: 3
(Tracks between Gebze-Ayrilikcesme & Kazlicesme-Halkali)

Gleise zw. Ayrilikcesme & Kazlicesme: 2
(Tracks between Ayrilikcesme-Kazlicesme)

Anzahl der Reisenden pro Richtung: 75.000
(
Number of passengers in one direction)

Länge des abgesenkten Tunnelteils: 1387 m
(Length of immersed tube tunnel)

Der tiefste Punkte des abgesenkten Tunnels: 60,46 m
(Deepest point of the immersed tube tunnel alignment)

Min. Kurvenradius: 300 m
(Minimum curve radius in the alignment)

Max. Steigung: 1,8%
(Maximum vertical track gradient)

Höchstgeschwindigkeit: 100 km/h
(Projected max speed)

Bahnsteiglänge: 225 m
(Platform length)

Durchschn. Abstand zwischen den Bahnhöfen: 1,9 km
(Average distance between stations)

Projektierte Zugfolge: 2 Minuten
(The headway between train operations in the alignment)

Kosten: 3 Mrd. USD
(Total Cost of project)

Alle Bahnhöfe haben einen Mittelbahnsteig, Ausnahme Sirkeci, welcher seitliche Bahnsteige hat.

All stations have a central platform except for Sirkeci station which has side platforms.

MARMARAY

PROJECT/PROJEKT

ISTANBUL

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