Cliffhanger: 451-Millionen-Dollar-Upgrade für den tückischen Abschnitt des Highway 1 in British Columbia

Der Straßenabschnitt durch den Kicking Horse Canyon befördert Pendler, Touristen und den transkontinentalen Handel. Foto mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Ein Abschnitt des Highway 1 schlängelt sich entlang der Ränder steiler Hänge tief in den östlichen Wäldern von British Columbia und bietet Pendlern und Besuchern atemberaubende Ausblicke, wenn sie den Kicking Horse Canyon durchqueren. Doch die über 70 Jahre alte zweispurige Autobahn war auch anfällig für Steinschläge, Lawinen und Verkehrsunfälle, an denen sowohl Menschen als auch Wildtiere beteiligt waren.

Drei Arbeitsphasen haben seit Mitte der 2000er Jahre 21 Kilometer schmale, kurvenreiche zweispurige Canyon-Autobahn in eine moderne vierspurige, 100 km/h schnelle Straße verwandelt. Der Bau der vierten und letzten Phase zur Fertigstellung der schwierigsten verbleibenden 4,8 km erforderte jedoch aufgrund der komplizierten Geologie jahrelange Planung und umfangreiche Neukonstruktionen. Das Projektteam musste auch die lokalen Städte und den Rest Kanadas miteinander verbinden.

„Der Trans-Canada Highway ist eine Verkehrsader“, sagt Michael Gash, Bauleiter bei Kicking Horse Canyon Constructors (KHCC). „Wenn es geschlossen wird, hat das enorme wirtschaftliche Auswirkungen. Alles landet in Vancouver und wird über die Autobahn in den Rest des Landes verteilt.“ Etwa 30 % der täglich 12.000 Fahrzeuge seien Nutzfahrzeuge, fügt er hinzu.

Foto mit freundlicher Genehmigung von KHCC

KHCC, ein Design-Build-Joint-Venture von Aecon, Parsons und Emil Anderson, erhielt 2020 den Auftrag über 331 Millionen US-Dollar für die Neuausrichtung und den Ausbau des verbleibenden Abschnitts des Trans-Canada Highway 1 von zwei auf vier Fahrspuren, wodurch 13 Haarnadelkurven entfallen. Die Teams bauen vier Brücken, neun Viadukte und sieben mechanisch stabilisierte Erdwälle; Durchführung größerer Schnitte und Ausgrabungen; Verlagerung von Versorgungseinrichtungen; und Abmilderung von Steinschlägen und Lawinen. Selbst strenge Winter haben das Schnellprojekt nicht aufgehalten, dessen Fertigstellung in diesem Winter planmäßig ist.

Diese 4,8 km stellen nur einen Bruchteil des Gesamtplans von British Columbia dar, den Highway 1 zwischen Kamloops und der Grenze zu Alberta vierspurig zu machen. Seit 2001 wurden 68 km fertiggestellt, einschließlich der ersten drei Phasen des Kicking Horse Canyon.

Auf dem ursprünglichen Abschnitt des Highway 1 durch die Schlucht, mit scharfen Kurven und herabfallenden Trümmern, gab es laut der Website der Provinz traditionell doppelt so viele Zwischenfälle auf Autobahnen wie im Provinzdurchschnitt. Erst letztes Jahr kam eine Autofahrerin ums Leben, als ihr Auto von einem Felsbrocken getroffen wurde – eine Tragödie, die nichts mit den Bauarbeiten zu tun hatte, die genau dieses Risiko mindern sollen.

Phase 4, die das raueste Gelände der gesamten Trasse umfasst, musste warten, bis die Finanzierung ausreichend war. „Es war eindeutig der komplexeste Teil“ des Programms, sagt Gash. Die kanadische Regierung stellte 162 Millionen US-Dollar für das Projekt bereit, den Rest finanzierte British Columbia.

Karte mit freundlicher Genehmigung von BC Transportation Investment Co.

Nordamerika-Karte von Getty Images/Danica Jovanov

Das Gelände überquert eine Reihe instabiler Hänge, und das grobe Konzept, das dem Design-Build-Team vorgelegt wurde, sah eine herkömmliche Lösung aus Stabilisierungsrohrpfählen vor, die vor Stützmauern installiert wurden, um die Autobahn zu stützen. Doch nach umfangreichen geotechnischen Untersuchungen erkannten die Ingenieure, dass solche Pfähle einen großen Durchmesser haben und in sehr engen Abständen installiert werden mussten, oft mit Felsankern, die die Pfahlspitze festhielten. Die Installation wäre kostspielig und zeitaufwändig und würde einen umfangreichen, komplexen temporären Zugang und eine Stabilisierung der Ausrüstung erfordern.

„Als wir anfingen, hatten wir vier oder fünf Brücken im Vorentwurf“, sagt Gash. „Der Großteil des Projekts sollte aus vielen Mauern, einer geneigten Straße und Hangstützmauern bestehen. Mittlerweile entfällt die Hälfte des Projekts auf Brücken und Viadukte.“ Die vier Brücken haben unterschiedliche Spannweiten zwischen 30 und 70 m und führen typischerweise über tiefe Schluchten mit einer Tiefe von bis zu 65 m. Die Viadukte haben konsistente, sich wiederholende kurze Spannweiten von etwa 23 m und liegen im Allgemeinen weniger als 5 m über dem bestehenden Gelände.

Nach dem ursprünglichen Konzept befanden sich die Pfähle manchmal weniger als anderthalb Meter voneinander entfernt und fielen von der neuen Ausrichtung ab, bemerkt James Williams, Direktor bei BASIS Engineering Ltd., einem der beiden geotechnischen Unterlieferanten. Das Team arbeitete mit der Provinz zusammen, um das Gesamtdesign im wahrsten Sinne des Wortes zu verbessern. „Mit dem Viaduktkonzept könnten wir die Pfähle ein wenig den Hang hinauf verlegen – weg von tückischen Stellen und in leichter zugängliche Bereiche. Außerdem konnten wir die Pfähle in einem Abstand von 24 m platzieren, was den Pfahlaufwand erheblich reduzierte. Die Designphilosophie besteht darin, dass wir der Bodenbelastung nicht durch Elemente standhalten, sondern zulassen, dass sich der Boden um die Pfähle herum bewegt.“

Jason Jardine, Designleiter bei KHCC, sagt, dass die grundlegendste Änderung die Straßenführung betraf. „Es gab viel Hin und Her über einen schmalen Korridor, eine Eisenbahn unter uns und wirklich viele Kompromisse, die gemacht werden mussten, um die geplante Geschwindigkeit von 100 km zu erreichen“, sagt er. „Was letztendlich dabei herauskam, war eine allgemeine Verschiebung der Ausrichtung weg vom Berg und eine Absenkung des Profils.“

Konlee Dobbins, ebenfalls Designleiterin, fügt hinzu, dass sich dies auf die Brückenstandorte ausgewirkt habe. „Wir haben jede Brücke dort versetzt, wo sie aufsetzt, damit sich die Unterkonstruktionen und Widerlager in einem besseren Bodenzustand befinden. Der Zugang war bei diesem Projekt ein wichtiger Faktor. Wir haben versucht, [gute] Zugangspunkte zu finden, um Arbeitsplattformen zu haben und dann in der Lage zu sein, tiefe Täler zu überbrücken und diese provisorischen Böcke zu konstruieren, um Träger an ihren Platz zu schieben.“

Die neuen Bauwerke mussten entweder an Ort und Stelle vor Steinschlägen geschützt werden oder „in einigen Fällen mussten wir etwas mehr ausgraben als ursprünglich geplant, nur um sichere Wege für 300 Jahre alte Lawinenereignisse zu schaffen“, fügt Dobbins hinzu.

Aufgrund der unvorhersehbaren Geologie musste das Team die Standorte der Pfeiler und der Ausrüstung ständig neu anpassen. Foto mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Foto mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Aufgrund des Design-Build-Charakters der Arbeit musste mit dem Bau des Fundaments Anfang April 2021 begonnen werden, nur fünf Monate nach Beginn der Planung. Bei einer umfassenden geotechnischen Untersuchung im November und Dezember 2020 wurden unerwartete Bedingungen festgestellt, darunter instabile Hänge und unterschiedliche Tiefen des Grundgesteins. Das Ergebnis war ein detaillierter Entwurf, der sogar von dem bei der Ausschreibung eingereichten Plan von KHCC abwich.

„In unserer Gegend waren komplizierte glaziale Seeböden problematisch“, sagt Williams und bezieht sich auf das östliche Drittel der Trasse. „Der größte Teil des Geländes bestand aus Kolluviumablagerungen auf stabilem Fels. Der entscheidende Weg bestand darin, die Pfähle frühzeitig zu installieren. Während der Frühjahrsschmelze im Februar und März war die Unterstützung der provisorischen Arbeiten eine große Herausforderung. Alles war instabil und wir mussten ständig die Konstruktion von Arbeitsplattformen und Kranauflagen überprüfen und täglich die Sicherheit der Standorte bewerten, wenn sich die Bedingungen änderten.“

Die Tiefen des Grundgesteins waren so unterschiedlich, dass die Teams oft erst dann absolut sicher waren, wie tief sie die Pfähle rammen sollten, wenn sie es tatsächlich taten. „Man kann nicht an jeder Pfahlstelle ein Loch bohren“, sagt Paul Wilson, Partner bei Thurber Engineering Ltd., dem anderen geotechnischen Unternehmen. „Wir mussten grundsätzlich mit Eventualitäten rechnen. [Wir mussten] die Gesteinstiefe bei jedem Pfahl erraten.“ Mit Beton gefüllte Stahlpfähle hatten Durchmesser von bis zu 1,22 m.

Die Platzierung von allem, von provisorischen Bauwerken über Kranplattformen bis hin zu dauerhaften Bauwerken, musste an die sich ändernden Bodenbedingungen angepasst werden. Fotos mit freundlicher Genehmigung von KHCC

„Die über 600 Pfähle haben eine Länge von 7 bis 65 m“, fügt Nikki Turner, Fundamentmanagerin bei KHCC, hinzu. Zu Spitzenzeiten arbeiteten die Besatzungen auf fünf Bohrinseln in bis zu acht Schichten Tag und Nacht. An besonders schwer zugänglichen Stellen der Brückenpfeiler installierten die Teams insgesamt 144 Mikropfähle. Mit Windenseilen unterstützte Spinnenbagger „kommen an Orte, die kein herkömmlicher Bagger erreichen kann oder an die wir keine Zufahrtsstraße bauen konnten.“

In einem gemeinsam von den Geotechnikfirmen verfassten Papier stellten die Autoren fest: „In der geotechnischen Praxis gibt es keine etablierten Entwurfsmethoden für die Bemessung von Pfählen, die in eine bewegliche Böschung eingebettet sind, außer für die seismische Bemessung für schwach verflüssigte Böden.“ Die von den beiden Firmen gemeinsam entwickelten Methoden durchliefen eine unabhängige Prüfung durch Tetratech und erhielten die Genehmigung durch die Geotechnikingenieure des Ministeriums für Verkehr und Infrastruktur von British Columbia und den Ingenieur ihres Eigentümers WSP/Wood.

Laut Turner sind derzeit temporäre Strom- und Kommunikationsleitungen an der Hangseite von Bauwerken befestigt. „Als das Team startete, lief es über die abschüssige Seite der alten Autobahn. In der ersten Phase [Bau der Fahrspuren in Richtung Osten] wurden sie vorübergehend außerhalb der Arbeitsbereiche vergraben. In der zweiten Phase [Bau der nach Westen führenden Fahrspuren] haben wir die Versorgungsleitungen auf Klammern auf der Hangseite der nach Osten führenden Fahrspuren umgedreht.“

Jetzt gibt es permanente Kanalbänke für Versorgungsleitungen, die über den Bauwerken verlaufen. Um die Anforderungen von BC Hydro zu erfüllen, waren provisorische Anschlusskästen und Zugänge sowie die Koordinierung der eigentlichen Stromumschaltung erforderlich, fügt Turner hinzu. „Der Abschluss jeder Versorgungsphase war ein entscheidender Meilenstein, der lange im Voraus koordiniert werden musste, damit BC Hydro und Telus ihre eigenen Kabelzüge fertigstellen konnten.“

Da das Team ständig vor Steinschlägen und Lawinen warnte, installierte es Steinschlagdämpfer über drei der vier Felseinschnitte entlang der Trasse. Ein Radar mit synthetischer Apertur scannt das Projekt alle 20 Minuten von einer Seite der Schlucht aus, um Verschiebungen zu erkennen, sagt Jason Adam, ziviler Manager des KHCC. „Warnungen werden in Echtzeit per SMS und Satellitenkommunikation empfangen, sodass unser externes Geotech-Team Zugriff auf die von der Radarstation gesammelten Daten hat. Es hat uns erfolgreich vor vielen Spannungsrissen gewarnt, bevor sie sich öffneten.“

Die großen Stahlträgerkonstruktionen wurden in besonders instabilen und steilen Bereichen seitlich an ihren Platz geschoben. Fotos mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Viaduktpfeiler wurden mit vorgefertigten „Unterkappen“ und integrierten vor Ort eingegossenen Membranen entworfen, um Lager zu vermeiden und größere Toleranzen für die Platzierung von vorgefertigten Kappen und Stringern zu ermöglichen. Aber die Größe, die die Pfahlkappen benötigen, um der thermischen Kontraktionsbelastung und einer möglichen Lawinen- und Bodenbelastung standzuhalten, würde den Transport und das Heben der Komponenten unmöglich machen, bemerkt Wilson. Daher installierten die Teams oben auf jedem mit Beton gefüllten Rohrpfahl ein kurzes Rohrstück mit einem Durchmesser von 610 mm. Dadurch wurde das System flexibler, wodurch die thermischen Belastungen reduziert und größere Längen zwischen den Dehnungsfugen ermöglicht wurden. Diese kurzen Rohrelemente, sogenannte „Treibverbindungen“, ermöglichten kleinere Hohlräume in den Fertigteilkappen für Rohrverbindungen und letztendlich eine kompaktere Fertigteilpfahlkappe.

„Am Ende hatten wir so lange Strukturen“, sagt Kyle Rhoda, KHCC-Strukturmanager. „Wir mussten einen Weg finden, sie alle innerhalb des [engen] Zeitrahmens zu bauen.“ Für neun Viadukte mit einer Gesamtlänge von mehr als 1,8 km wurden 1.000 Betonfertigteile aus einer Entfernung von bis zu 700 km transportiert. Im Allgemeinen tragen Pfähle vorgefertigte Pfahlköpfe, vorgefertigte Kastenträger und Ortbetondecks, sagt Rhoda.

Abgesehen von den neun Viadukten bauten die Teams vier Brücken: die 108 m lange Betonträger-Sheep-Brücke, die 160 m lange Stahlträger-Bighorn-Brücke, die 134 m lange Stahlträger-Frenchman's-Brücke und die 110 m lange Stahlträger-Blackwall-Brücke.

Die neue vierspurige, geteilte Autobahn gleicht die Haarnadelkurven und die unebene Steigung der ursprünglichen Trasse aus. Fotos mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Das ursprüngliche Konzept des Ministeriums sah vor, die Stahlbrückenträger in Längsrichtung zu verschieben. Das Projektteam beschloss, die Träger seitlich entlang des steilen Geländes zu verlegen. Aufgrund der instabilen und wechselnden Bodenbedingungen waren provisorische Träger und Plattformen erforderlich, die in die Bergwände gehauen wurden.

Einzelne Träger wurden zu einem gepaarten und gespleißten 4er-Pack zusammengefügt. Jeder 4er-Pack wird angehoben und mit zuvor errichteten Pfeilerträgern verbunden, um eine Spannweite von 70 m zu erhalten. Diese Picks nutzten versetzte Takelagen, um die Kranpickpunkte innerhalb des Paares zu verschieben und an der Geometrie der gebogenen Träger auszurichten. Die Tandempickel hatten jeweils ein Gesamtgewicht von 230.000 Pfund. Sobald die Träger angebracht waren, schleuderten die Mannschaften sie mit Hydraulikzylindern quer weiter in die Schlucht, entweder bergauf oder bergab.

Der bestehende Verkehr, eine aktive Eisenbahnstrecke, Wildtiere und herabstürzende Trümmer mussten mit Zäunen, Gräben, Netzen und Überwachungsmaßnahmen bewältigt werden. Fotos mit freundlicher Genehmigung von KHCC

Die Arbeiten umfassten außerdem vier Felsschnitte in einer Höhe von bis zu 60 m über der bestehenden Autobahn und fast 300 kleine Felssprengungen, wobei fast 100.000 m² Abraum und 320.000 m² Gestein entfernt wurden. Insgesamt 1,2 km Pfosten- und Maschendrahtzäune mit Steinschutz und einer Nennleistung von 6.000 kJ schützen das Gelände. „Die Felseinschnitte waren ziemlich anspruchsvoll – große, steile Einschnitte in schwieriges Gestein, stark verwerft und gefaltet“, sagt Wilson.

Trümmer fallen kontrolliert in Gräben mit einer Tiefe von 6 bis 20 m, sagt Rhoda. Zwei der Einschnitte befanden sich in Sperrgebieten, wobei die CP-Eisenbahn etwa 1.000 m tiefer lag. Die Besatzungen arbeiteten ständig mit den Bahnwächtern zusammen, um sicherzustellen, dass es bei 30 täglichen Zügen zu keinen Störungen kam. Säurebildendes Gestein wurde zu einer nahegelegenen Deponie transportiert. „Es wird eingekapselt und für immer dort belassen“, sagt Khoda. Außerdem bauten die Teams 1.203 laufende Meter mechanisch stabilisierte Erdwälle, eine 95 m lange Ortbetonmauer und zwei Wildtierpassagen unter der Autobahn.

Zwei neue Fahrspuren in Richtung Osten befördern jetzt Fahrzeuge, während die Teams an der Fertigstellung der Fahrspuren in Richtung Westen arbeiten, sagt Chris Koop, KHCC-Bauprojektmanager. Die Fertigstellung des Projekts sei für Anfang 2024 geplant, obwohl der erste Winter eine der höchsten Lawinenzahlen in der Geschichte der Region mit sich brachte, fügt er hinzu.

Aufgrund von Naturereignissen oder baubedingten Ereignissen mussten Autofahrer, die die Autobahn während der Bauarbeiten nutzten, Saison- oder Tageskarten beantragen und eine Website verfolgen, auf der Sperrungen, Unterbrechungen und einspurige Wechselverkehrssituationen aufgeführt sind. Während längerer Schließungen sind täglich halbstündige Fahrtfenster mit einer eigenen Nummer für Ersthelfer gestattet.

Die Provinz stellt in den nächsten drei Jahren 548 Millionen US-Dollar für den weiteren vierspurigen Ausbau des Highway 1 zwischen Kamloops und der Grenze zu Alberta bereit, wobei von fünf Projekten fast 20 km ausgebaut werden sollen. Aber keiner wird so knifflig sein wie der Abschnitt „Kicking Horse“ – nicht viele Benutzer werden ihn kennen. „Menschen, die mit 100 Stundenkilometern vorbeifahren, werden nie merken, dass sie eine Brücke oder ein Viadukt überqueren“, sagt Adam.

Aileen Cho, leitende Transportredakteurin bei ENR, stammt aus Los Angeles und lebt in New York. Sie studierte Englisch und Theater am Occidental College, wo ein Reporter, der den einen bestehenden Journalismuskurs unterrichtete, sie ermutigte, sich für das Minority Editing Training Program der LA Times zu bewerben. Ihre journalistische Ausbildung führte zu ihren ersten Geschichten über Transportwesen, als sie als junge Reporterin für die Greenwich Time arbeitete. Ihre Arbeiten wurden in der Los Angeles Times und der New York Times veröffentlicht. Viele ihrer Erfahrungen mit Ingenieuren und Bauunternehmern haben ihr Material für alternative Theaterproduktionen fernab des Broadways inspiriert. Für ENR ist Aileen um die Welt gereist, ist in China über Brücken geklettert, hat einen Flughafen in Abu Dhabi besichtigt und ist in dunkle U-Bahn-Tunnel in New York City hinabgestiegen. Sie nimmt regelmäßig an Transportkonferenzen teil und stellt fest, dass Flughafen- und Nahverkehrsingenieure wirklich wissen, wie man Spaß hat. Aileen ist immer begierig darauf, in einen anderen Flug zu steigen, weil es so viele interessante Projekte und Menschen gibt, und sie hat es satt, in ihrem Heimbüro in Long Beach, Kalifornien, ständig die Nerven vor dem Computer zu verlieren. Sie ist ein sehr konfliktreicher Mets/Dodgers-Fan.