Der knapp 9,4 Kilometer lange Katzenbergtunnel ist das größte Einzelbauwerk der Ausbau- und Neubaustrecke Karlsruhe -- Basel und zugleich das derzeit größte Tunnelprojekt Deutschlands. Er führt in nord-südlicher Richtung durch den Randbereich des Markgräfler Hügellandes und begradigt die Linienführung der alten Rheintalbahn im Bereich der Gebirgsformation "Isteiner Klotz". So sind künftig höhere Geschwindigkeiten und kürzere Reisezeiten möglich. Sein Nordportal liegt südlich von Schliengen vor Bad Bellingen, im Süden endet der Tunnel bei Efringen-Kirchen.
Die Arbeiten am Katzenbergtunnel begannen im November 2003 mit der Baustelleneinrichtung und dem Aufbau der nötigen Infrastruktur. Im Juni 2005 startete die erste Tunnelvortriebsmaschine, im Oktober 2005 wurde die zweite Röhre angedreht. Der Tunneldurchschlag erfolgte Ende Oktober 2007; im Jahr 2009 soll der 250 Millionen Euro teure Tunnelrohbau fertig gestellt werden. Mit Blick auf die erste Realisierungsstufe der Neuen Eisenbahn-Alpentransversale (NEAT) ist auf deutscher Seite die Inbetriebnahme des Katzenbergtunnels mit Anbindung an die bestehende Rheintalbahn bis zum Fahrplanwechsel 2011/12 vorgesehen.

Die beiden Tunnelvortriebsmaschinen verfügten über ein Schneidrad mit einem Durchmesser von rund elf Metern, um den Gesamtquerschnitt einer Tunnelröhre in einem Arbeitsgang abzutragen. Direkt hinter dem rund zwölf Meter langen Bohrschild erfolgte der Einbau von Stahlbetonfertigteilelementen, die den Tunnel auskleiden und stützen. Der Tunnelaushub wurde per Förderband zum Portal und weiter in einen nahegelegenen Steinbruch transportiert, wo das Material für Renaturierungsmaßnahmen diente. Derzeit werden im Tunnelrohbau die seitlichen Bankette betoniert, bevor mit dem Einbau der eigentlichen Fahrbahn sowie der Oberleitung und der Signal- und Sicherungstechnik begonnen werden kann.

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