China baut mit 113 Metern unter dem Meeresboden den weltweit tiefsten Unterwasser-Eisenbahntunnel

Ein Rekord unter dem Meer

Im April 2026 erreichte eine riesige chinesische Tunnelbohrmaschine, die unter einer der meistbefahrenen Wasserstraßen Südchinas im Einsatz ist, einen Meilenstein, den kein vergleichbares Projekt zuvor geschafft hatte. Die Shenjiang-1, eine im Inland entwickelte Vortriebsmaschine, trieb den Tunnel unter der Mündung des Perlflusses bis auf 113 Meter unter den Meeresboden vor und stellte damit einen neuen Weltrekord für den tiefsten jemals gebauten Unterwasser-Hochgeschwindigkeitsbahntunnel auf. Der Erfolg ist ein entscheidender Fortschritt beim Bau der 116 Kilometer langen Hochgeschwindigkeitsstrecke Shenzhen–Jiangmen. Sie soll die östlichen und westlichen Ufer der wirtschaftlich bedeutenden Guangdong-Hongkong-Macao Greater Bay Area miteinander verbinden. Nach der Fertigstellung wird sich die Fahrzeit zwischen Shenzhen und Jiangmen auf weniger als eine Stunde verkürzen; für die Strecke zwischen Qianhai in Shenzhen und Nansha in Guangzhou werden rund 30 Minuten veranschlagt.

Der Tunnel selbst verläuft über 13,69 Kilometer unter der Mündung zwischen Dongguan und Guangzhou; rund 11,05 Kilometer davon führen direkt unter dem Wasser hindurch. Ingenieure gehen davon aus, dass der Vortrieb eine noch größere maximale Tiefe von 116 Metern erreichen wird, bevor der Tunnel zum gegenüberliegenden Ufer hin wieder ansteigt. In diesen Tiefen ist das Projekt einem hydrostatischen Druck von annähernd 11 bar ausgesetzt, vergleichbar mit den enormen Kräften, denen Taucher in extremen Meerestiefen ausgesetzt sind. Unter solchen Bedingungen können Menschen den Vortriebsbereich nicht gefahrlos betreten. Daher muss der gesamte Schneidvorgang per Fernsteuerung und mit automatisierten Systemen erfolgen. Die Bedingungen lassen keinen Spielraum für Fehler: Ein Druckabfall könnte plötzlich eindringendes Wasser, Bodeninstabilität und katastrophale Schäden an der Konstruktion auslösen.

Der Stahldrache bei der Arbeit

Im Zentrum dieser Ingenieurleistung steht die Shenjiang-1, eine von der 14. Baueinheit der China Railway Group hergestellte Tunnelbohrmaschine mit Flüssigkeitsschild. Die Maschine ist rund 130 Meter lang, wiegt 3.800 Tonnen und verfügt über einen Schneidkopf mit einem Durchmesser von etwa 13,42 Metern. Damit gehört sie zu den Tunnelbohrmaschinen mit dem größten Durchmesser, die derzeit weltweit bei Unterwasser-Eisenbahnprojekten eingesetzt werden. Ihr Schneidkopf trägt ein dekoratives Motiv eines tanzenden Löwen, das auf das kulturelle Erbe der Provinz Guangdong verweist, auch wenn es rein industriellen Zwecken dient. Die Maschine wurde vollständig in China entwickelt und gebaut; sämtliche geistigen Eigentumsrechte liegen im Inland. Ihr Auslegungsdruck von bis zu 12 bar ermöglicht den Einsatz gegen den extremen hydrostatischen Druck, der mit jedem Meter Tiefe zunimmt.

Seit ihrem Start im Dezember 2021 ist die Shenjiang-1 mehr als vier Jahre ununterbrochen im Einsatz und hat sich über vier Kilometer durch einige der schwierigsten geologischen Bedingungen vorgearbeitet, denen eine Tunnelbohrmaschine je begegnet ist. Ein durchschnittlicher Vortrieb von nur zwei Metern pro Tag mag Außenstehenden langsam erscheinen. Dieses Tempo spiegelt jedoch die außergewöhnliche Schwierigkeit des Geländes wider und nicht mangelnde Maschinenleistung. Die Maschine muss Drehzahl, Stützdruck der Bentonitsuspension und Vortriebsgeschwindigkeit ständig anpassen, während sie sich durch Materialien von weichem Meereston bis hin zu massivem Granit mit einer Druckfestigkeit von mehr als 124 Megapascal arbeitet. Jeder Meter erfordert eine sorgfältige Kalibrierung, denn die geologischen Schichten wechseln ohne Vorwarnung von weichem Sediment zu hartem kristallinem Gestein.

Warum die Tiefe alles verändert

Die Mündung des Perlflusses weist eines der komplexesten geologischen Profile Südchinas auf. Die Tunneltrasse durchquert 13 unterschiedliche geologische Schichten, fünf zusammengesetzte Gesteinsarten und sechs über Millionen Jahre entstandene Verwerfungszonen. Jede Schicht reagiert anders auf eine 3.800 Tonnen schwere Maschine. Weicher Meereston kann beim Durchgang des Schneidkopfs fließen und sich verschieben, während bei feinem Sand unter anhaltenden Vibrationen die Gefahr einer Verflüssigung besteht. Brüchiges Gestein kann ohne Vorwarnung in großen Blöcken einstürzen, und harter Granit nutzt die Schneidwerkzeuge schnell ab, die sich durch Gestein mit einer Druckfestigkeit von mehr als 124 Megapascal arbeiten müssen. Ein 490 Meter langer Abschnitt mit Verwerfungszonen, ungleichmäßigen Gesteinsschichten und besonders hohem Wasserdruck stellte in früheren Bauphasen ein außerordentlich großes Risiko dar. Um die Vortriebsfläche stabil zu halten und Bodensenkungen über der Tunneltrasse zu verhindern, waren ständige Anpassungen erforderlich.

Der hydrostatische Druck steigt pro zehn Meter Tiefe um etwa ein bar. In der aktuellen Rekordtiefe von 113 Metern üben das umgebende Wasser und der Boden einen Druck von annähernd 11 bar auf die Tunnelkonstruktion aus. In der maximalen Tiefe von 116 Metern wird der Druck 1,06 Megapascal erreichen. Zur Einordnung: Diese Kraft entspricht einer Last von mehr als zehn Kilogramm auf einer Fläche von Fingernagelgröße. Derartige Drücke verlangen, dass jedes Bauteil Kräften standhält, die weit über die Belastungen gewöhnlicher Eisenbahntunnel hinausgehen. Als das Projekt begann, gab es im Inland weder vergleichbare Ingenieurserfahrungen noch entsprechende Normen. Die Teams mussten daher während des Vortriebs eigene Verfahren entwickeln. Die Kombination aus hohem Druck und unberechenbarer Geologie erklärt, warum die Shenjiang-1 an manchen Tagen trotz ununterbrochenen Betriebs nur zwei Meter vorankommt: Die Bediener überprüfen die Stabilität in jeder Phase, bevor sie den Vortrieb fortsetzen.

Bentonitsuspension, Beton und millimetergenaue Präzision

Um die Stabilität unter diesen Bedingungen zu gewährleisten, setzen die Bautrupps auf das Flüssigkeitsschildverfahren, das bei tief liegenden Unterwassertunneln in wassergesättigten Böden unverzichtbar ist. Dabei wird Bentonit, eine saugfähige Tonart, zu einer zähflüssigen Suspension angerührt. Sie stützt die Vortriebsfläche ab und verhindert, dass Wasser und Boden in den Tunnel eindringen. Die Shenjiang-1 arbeitet mit zwei miteinander verbundenen Suspensionskreisläufen, die das Kreislaufsystem der Maschine bilden. Der erste leitet frische Bentonitsuspension direkt in die Druckkammer hinter dem Schneidkopf und schafft so eine Schutzbarriere, deren Druck genau auf den äußeren Wasser- und Erddruck abgestimmt ist. Fällt der Druck zu stark ab, wird die Vorderseite instabil und drohen ein plötzlicher Einsturz oder eine Überflutung. Ist der Druck zu hoch, kann er den umgebenden Boden verformen und die Sicherheit des gesamten Betriebs gefährden.

Der zweite Kreislauf transportiert die mit Abraum beladene Suspension durch ein Rohrleitungsnetz zurück an die Oberfläche. In der Separieranlage filtern Beschäftigte das ausgebrochene Gestein und den Ton heraus, anschließend wird das Bentonit aufbereitet und im Tunnel wiederverwendet. Während einer Betriebsstunde fällt so viel Material an, dass damit ungefähr ein Tanklastwagen gefüllt werden könnte. Hinter der Vortriebskammer setzt währenddessen ein robotischer Tübbingerektor vorgefertigte Betonauskleidungssegmente millimetergenau ein. Jeder Tunnelring besteht aus neun gebogenen Segmenten, die jeweils etwa zwei Meter breit sind. Sie müssen perfekt zusammenpassen, damit eine wasserdichte Konstruktion mit einer geplanten Nutzungsdauer von 100 Jahren entsteht, die zugleich Gleise für Hochgeschwindigkeitszüge mit einer Geschwindigkeit von 250 Kilometern pro Stunde trägt. Selbst geringfügige Abweichungen, die sich über die gesamten 13,69 Kilometer summieren, könnten die Gleisgeometrie verändern, Vibrationen verursachen und sowohl den Fahrgastkomfort als auch die langfristige Betriebssicherheit gefährden.

Werkzeuge, die sich selbst reparieren

Die einzigartige Kombination aus Tiefe, Druck und geologischer Komplexität zwang chinesische Ingenieure, Lösungen zu entwickeln, die weit über herkömmliche Tunnelbautechnik hinausgehen. Die erste wichtige Neuerung ermöglicht es der Shenjiang-1, abgenutzte Schneidwerkzeuge unter extrem hohem Druck zu wechseln, ohne Menschen in die Kammer zu schicken. Bei herkömmlichen Maschinen sind für solche Wartungsarbeiten normalerweise spezialisierte Taucher und langwierige Dekompressionsverfahren nötig, wodurch der Vortrieb für mehrere Tage zum Stillstand kommt. Der zweite Durchbruch ist ein System zur Demontage vor Ort. Damit können die Bautrupps die Maschine in beengten Räumen unter dem Meeresboden zerlegen, denn nicht überall entlang der Flussmündung gibt es geeignete Ausstiegsschächte, um die Maschine auf herkömmliche Weise auszubauen. Diese Fähigkeit ist wichtig, weil die geologischen Bedingungen entlang der Strecke stark schwanken. Die Maschine könnte daher an Stellen ausgebaut oder umgerüstet werden müssen, an denen herkömmliche Schächte nicht gebaut werden können oder unverhältnismäßig teuer wären.

Zu den weiteren Neuerungen zählen die unmittelbare Kontrolle von Bodensenkungen in instabilen Böden, die kontinuierliche Überwachung der Vortriebsparameter durch eingebettete Sensoren, Wärmemanagementsysteme für die Druckkammer, redundante Kommunikationsnetze für extreme Tiefen und Notfallverfahren für plötzliche geologische Ereignisse wie unerwarteten Wassereinbruch oder Druckspitzen. Die China Railway Construction Corporation hat diese Technologien als übertragbare Systeme für künftige Unterwasserprojekte dokumentiert. Chinesische Planer betrachten den Tunnel unter dem Perlfluss nicht als einzelne, isolierte Leistung, sondern als industrielles Versuchsfeld für eine neue Generation von Unterwasserquerungen, die künftig Eisenbahn-, Straßen- und Logistikkorridore in anderen komplexen Flussmündungen weltweit erschließen könnten. Die Erkenntnisse aus der Aufrechterhaltung des Druckgleichgewichts in 113 Metern Tiefe sollen dazu beitragen, wie künftige Maschinen noch tiefere oder längere Unterwasserstrecken bewältigen.

Wenn künstliche Intelligenz auf Grundgestein trifft

Während die Shenjiang-1 für die Kraft sorgt, liefern mehrere digitale Systeme die Steuerung. Die China Railway Tunnel Group setzte für den Bau von Chinas tiefstem Eisenbahntunnel mit dem höchsten Wasserdruck nach eigenen Angaben acht intelligente Systeme ein. Sie decken intelligenten Tunnelvortrieb, Tübbingmontage, Koordination, Diagnose, Überwachung, Bauteilproduktion, Materialmanagement und Belüftung ab. Eine intelligente Managementplattform bündelt Echtzeitüberwachung, koordinierte Verwaltung, Unterstützung beim Tunnelvortrieb und Big-Data-Analysen zu einem Gesamtbild des Betriebs. Beim World Tunnel Congress 2024 in Shenzhen besuchten internationale Fachleute die Baustelle, um zu beobachten, wie die Systeme unter realen Extrembedingungen funktionieren.

Das intelligente Vortriebssystem nutzt neuronale Netze, maschinelles Lernen und Vorhersagealgorithmen, um geologische Bedingungen vorauszusagen, bevor der Schneidkopf auf sie trifft. Eine Edge-Steuerung mit Rückkopplung passt die Maschinenparameter innerhalb von Sekundenbruchteilen automatisch an. Eine Notabschaltung kann den Betrieb sofort stoppen, wenn Sensoren ungewöhnliche Druck- oder Temperaturspitzen erkennen. Hong Kairong, Chefingenieur der China Railway Tunnel Group, erklärte, das übergeordnete Ziel gehe über dieses einzelne Projekt hinaus.

Während wir die Forschung und Entwicklung im Bereich des intelligenten Tunnelbaus vorantreiben, wollen wir die Datenlücke zwischen Bau und Betrieb schließen und damit neue Maßstäbe in diesem Bereich setzen.

In jüngerer Zeit diente das Projekt zudem als Testfeld für Chinas erstes vertikales großes KI-Modell, das speziell für den Tunnelbau und den unterirdischen Raum entwickelt wurde. Das vom Nationalen Schlüssellabor für Tunnelbohrmaschinen vorgestellte System stützt sich auf Daten aus 773 Ingenieurprojekten und 120 Milliarden Bauaufzeichnungen, um den Tunnelbau sicherer und effizienter zu machen. Das Modell wurde bereits beim Tunnel unter der Mündung des Perlflusses eingesetzt und ist ein Schritt hin zu vollständig digitalen Tunnelbauprozessen.

Die Greater Bay Area rückt zusammen

Die Eisenbahnstrecke Shenzhen–Jiangmen ist mehr als ein Ingenieurprojekt. Sie ist ein vorrangiges Vorhaben im Rahmen der nationalen Strategie Chinas zur Integration der Greater Bay Area, in der rund 86 Millionen Menschen leben und deren Bruttoinlandsprodukt sich auf fast zwei Billionen US-Dollar beläuft. Die Mündung des Perlflusses bildet derzeit eine zentrale geografische Barriere: Reisende zwischen dem Ostufer mit Shenzhen und Hongkong und dem Westufer mit Guangzhou, Jiangmen und Zhongshan müssen eine Fährverbindung nutzen oder mehr als zwei Stunden lange Straßenfahrten in Kauf nehmen. Die neue Eisenbahn wird die Fahrt zwischen Shenzhen und Jiangmen auf weniger als eine Stunde verkürzen. Für die Strecke zwischen Shenzhen Airport East und Nansha werden rund 30 Minuten veranschlagt.

Die Strecke verbindet sieben Bahnhöfe: Xili, Shenzhen Airport East, Binhai Bay, Nansha, Zhongshan North, Henglan und Jiangmen. Xili und Shenzhen Airport East werden unterirdisch angelegt. Letzterer umfasst eine Baufläche von 487.500 Quadratmetern und ermöglicht es den Fahrgästen, innerhalb von fünf Minuten zwischen Hochgeschwindigkeitsbahn, U-Bahn und Flugverkehr umzusteigen. Vier Bahnhöfe werden aufgeständert gebaut, Jiangmen wird ein Bahnhof auf Bodenniveau sein. Die Strecke schließt eine entscheidende Lücke im östlichen Küstenabschnitt des chinesischen nationalen Hochgeschwindigkeitsbahnnetzes „Acht Vertikale und Acht Horizontale“, das die großen Bevölkerungszentren des bevölkerungsreichsten Landes der Welt miteinander verbinden soll.

Die kürzeren Fahrzeiten dürften die Wirtschaftsgeografie der Region verändern. Beschäftigte, die in Jiangmen oder Zhongshan leben, erhalten leichteren Zugang zu Arbeitsplätzen in Shenzhen. Hersteller können Produktionsketten und Freihandelszonen auf beiden Seiten der Flussmündung einfacher miteinander verknüpfen. Jede eingesparte Minute im Verkehr einer so dicht besiedelten Region führt unmittelbar zu Produktivitätssteigerungen und größeren Arbeitsmärkten. Der Tunnel wird Entscheidungen darüber beeinflussen, wo Unternehmen Fabriken bauen, wo Familien Wohnungen kaufen und wie eine der produktivsten Regionen Chinas ihr Wachstum in den kommenden Jahrzehnten auf ihre Städte verteilt.

Der Endspurt bis 2028

Der Bau der Eisenbahnstrecke Shenzhen–Jiangmen begann 2024 mit Hochdruck; die Fertigstellung ist für 2028 geplant. Der Tunnel unter der Mündung des Perlflusses ist das technisch anspruchsvollste Einzelelement des gesamten Korridors. Sein Baufortschritt bestimmt maßgeblich den Zeitplan für die gesamte Strecke. Die Shenjiang-1 hat die Marke von 113 Metern bereits überschritten, doch der tiefste Punkt von 116 Metern liegt noch vor ihr, bevor die Maschine in einer aufsteigenden Kurve zum Westufer vordringt. Nach mehr als vier Jahren ununterbrochenen Betriebs hat die Tunnelbohrmaschine bewiesen, dass in China entwickelte Ausrüstung unter Bedingungen zuverlässig arbeiten kann, denen sich zuvor noch kein Eisenbahntunnel gestellt hat.

Das Projekt hat bereits über den Tunnel hinaus umfangreiche geistige Eigentumsrechte hervorgebracht. Das Projektteam hat fünf Patente für Erfindungen und sieben Gebrauchsmuster angemeldet sowie 17 Fachaufsätze veröffentlicht, die als Orientierung für künftige Projekte unter vergleichbaren geologischen Bedingungen dienen. Die Beiträge reichen von mechanischen Neuerungen bis hin zu intelligenten Bautechnologien, darunter fortschrittliche Werkzeuge zur geologischen Vorhersage und automatische Schweißroboter, die auch unter schwierigen Bedingungen im Untergrund die Qualität sichern. Die Dokumentation und die Daten, die 113 Meter unter dem Meeresboden gesammelt wurden, sollen Planern als Referenz für Unterwasserquerungen in anderen komplexen Flussmündungen dienen, sowohl in China als möglicherweise auch im Ausland.

Bei ihrer Eröffnung wird die Eisenbahn Teil eines Hochgeschwindigkeitsnetzes von mehr als 45.000 Kilometern sein, das bereits in China in Betrieb ist und das größte seiner Art weltweit darstellt. Doch auch in diesem gewaltigen Netz ist der Tunnel unter der Mündung des Perlflusses einzigartig. Er verschiebt die technischen Grenzen des Tunnelbaus unter hohem Druck und bestätigt die Leistungsfähigkeit einer neuen Generation im Inland entwickelter Maschinen, Werkzeuge der künstlichen Intelligenz und Bauverfahren. Für die Millionen Menschen in der Greater Bay Area bedeutet der Tunnel kürzere Pendelzeiten und engere wirtschaftliche Verbindungen. Für die internationale Ingenieursgemeinschaft setzt er einen neuen Maßstab dafür, was beim Bau von Unterwasser-Eisenbahntunneln möglich ist.

Das Wichtigste auf einen Blick

• Der Tunnel unter der Mündung des Perlflusses erreichte im April 2026 eine Rekordtiefe von 113 Metern unter dem Meeresboden und ist damit der tiefste jemals gebaute Unterwasser-Hochgeschwindigkeitsbahntunnel.
• Die im Inland entwickelte Tunnelbohrmaschine Shenjiang-1 trieb sich in vier Jahren über vier Kilometer weit durch 13 geologische Schichten, fünf Gesteinsarten und sechs Verwerfungszonen.
• In der maximalen Tiefe wird der hydrostatische Druck 1,06 Megapascal erreichen. Erfordert werden deshalb ferngesteuerte Flüssigkeitsschildtechnik und eine vorgefertigte Betonauskleidung, die auf eine Nutzungsdauer von 100 Jahren ausgelegt ist.
• Acht intelligente Systeme nutzen maschinelles Lernen und neuronale Netze, um den Vortrieb zu steuern. Hinzu kommt Chinas erstes vertikales großes KI-Modell für den Tunnelbau.
• Die 116 Kilometer lange Eisenbahnstrecke Shenzhen–Jiangmen wird die Fahrzeit zwischen den beiden Städten nach ihrer für 2028 geplanten Eröffnung auf weniger als eine Stunde verkürzen und die Wirtschaft der Guangdong-Hongkong-Macao Greater Bay Area stärken.