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Auswirkungen eines Basis-Straßentunnels auf die Luftreinhaltung im Stadtgebiet

Jüllig, Marvin (2017):
Auswirkungen eines Basis-Straßentunnels auf die Luftreinhaltung im Stadtgebiet.
TU Darmstadt, [Master Thesis]

Abstract

In den vergangenen Jahren wuchs das Verständnis für die schädliche Wirkung von unterschiedlichen Stoffen immer weiter an. Seitdem versucht auch die Politik, den Ausstoß oder Kontakt mit derartigen Schadstoffen auf ein Minimum zu reduzieren. Mitte der 1990er Jahre trat daher die erste europäische „Luftqualitätrahmenrichtlinie“ (1996/62/EG) in Kraft. Mit dieser ergaben sich für die Mitgliedstaaten der Europäischen Union einheitliche Vorgaben für die zulässigen Schadstoffkonzentrationen in der Luft. Trotz der langen Übergangsfrist können diese Vorgaben aber immer noch nicht in allen Mitgliedstaaten eingehalten werden. Vor allem in Ballungsräume, wie dem Rhein-Main-Gebiet, kommt es regelmäßig zur Überschreitung der Immissionsgrenzwerte. Dabei ist insbesondere die straßennahe Bebauung von zu hohen Belastungen betroffen. Die Mobilität des Straßenverkehrs resultiert zwangsläufig in überhöhten Lärm- und Schadstoffbelastungen, die sich im Ballungsraum nur schwer auflösen lassen. Diese Problemlage ist auch in der Wissenschaftsstadt Darmstadt zu beobachten. In der Vergangenheit wurden bereits zahlreiche Maßnahmen, u.a. eine Umgehungsstraße, diskutiert, um die innerstädtischen Belastungen zu minimieren. Jedoch waren die bisherigen Maßnahmen entweder noch nicht ausreichend oder sie scheiterten vorzeitig. Vor diesem Hintergrund entstand am Fachgebiet Verkehrsplanung und Verkehrstechnik der Technischen Universität Darmstadt die Idee, den unerwünschten Verkehr mit einem „Basistunnel“ aus dem Stadtgebiet herauszuholen. Infolge der verkehrlichen Entlastung ließe sich der verkehrsbedingten Ausstoß von Lärm und Schadstoffen reduzieren. Mit der Untersuchung zu den „Auswirkungen eines Basis-Straßentunnels auf die Luftreinhaltung im Stadtgebiet“ soll demnach ermittelt werden, wie sich ein Basistunnel auf die Schadstoffbelastungen in Darmstadt auswirkt und ob dieser einen geeigneten Lösungsansatz darstellt. Zu diesem Zweck wurde zunächst eine Literaturrecherche durchgeführt, anhand derer die bekannten und erhofften Wirkungen von Straßentunneln aufgezeigt werden sollten. Bei der Recherche zeigte sich, dass der Einsatz eines Tunnels aus diversen Gründen erfolgt. Entweder versuchte man eine vorwiegend verkehrliche Entlastung zu erzielen oder man wollte die Schadstoffemissionen auf einem bestimmten Streckenabschnitt verringern. In wenigen Fällen wurde der Bau des Tunnels auch zur Realisierung von städtebaulichen Maßnahmen herangezogen. Einen weiteren, wichtigen Aspekt bildete die Ableitung und Behandlung der Tunnelabluft. Obwohl die notwendigen Filtertechnologien bereits zur Verfügung stehen und mancherorts auch eingesetzt werden, können diese nur sehr wenig zur Luftqualität außerhalb des Tunnels beitragen. Der Einsatz beschränkt sich zumeist auf die Luftreinhaltung innerhalb des Tunnels. Dagegen war der Bau eines Abluftkamins oftmals kostengünstiger und bereits ausreichend wirksam. Bei den Beispielen zeichnete sich aber ebenso ab, dass ein Tunnel auch unerwünschte Entwicklungen, wie eine Induktion oder eine räumliche Verlagerung von Verkehr, auslösen kann. Unter Anwendung der hinzugewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend die Tunnelvarianten aus der vorangegangenen Masterthesis von Herrn M. Reubold nochmals betrachtet, um eine möglichst gute Vorzugsvariante für die vertiefende Umweltuntersuchung zu finden. Dabei zeigte sich aber, dass diese Varianten nochmals leicht überarbeitet werden mussten, da die angenommene Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h für die gewählten Tunnelquerschnitte nicht zulässig war. Trotz der Herabsetzung der Geschwindigkeit (80 km/h) ergab sich nur eine geringe Minderung der bisherigen Entlastungswirkung. Den wesentlich größeren Einfluss auf die Wahl der Vorzugsvariante besaß stattdessen die Erweiterung des Messnetzes. Mit dieser sollten vor allem die Auswirkungen im Bereich der Innenstadt (City-Ring) sowie im Umfeld der innerstädtischen Anschlüsse besser erfasst werden. Dort ließen sich oft deutliche Unterschiede zwischen den Varianten feststellen, welche für die Bewertung der Umweltwirkung von großer Bedeutung sind. Besonders aus einem Anstieg der Belastung kann sich dabei ein entscheidender Mangel für die jeweilige Tunnelvariante ergeben. Anhand der ermittelten Mängel und Chancen ließen sich daraufhin weitere Anpassungen an den Varianten umsetzen und bewerten. Unter Einbezug aller Tunnelvarianten erfolgte letztlich die Wahl der Vorzugsvariante für die Umweltuntersuchung. Bei der Vorzugsvariante handelt es sich um Variante T05, welche zwischen dem Osten (B26) und dem Westen Darmstadts (Rheinstraße/Europaviertel) verläuft und über einen zusätzlichen innerstädtischen Anschluss auf der westlichen Bleichstraße (Steubenplatz) verfügt. Mit dieser Tunnelvariante ergab sich die insgesamt beste, verkehrliche Entlastung in Darmstadt. Zwar war im Umfeld des innerstädtischen Portals auch ein Anstieg der Belastung zu beobachten, doch trat dieser bei jeder Variante auf. Zur Abbildung der Langzeitwirkung wurden darüber hinaus verschiedene Zukunftsszenarien festgelegt, mit denen die möglichen Entwicklungen in die Auswertung einfließen sollten. Anhand verschiedener Prognosen wurde jeweils ein Szenario für die Zu- und Abnahme des Verkehrsaufkommens ausgewählt. Diese fanden anschließend eine Ergänzung durch drei Umweltszenarien. Hierfür wurden u.a. aus dem HBEFA 3.3 die Emissionsfaktoren für die Fälle einer „unbeeinflussten Entwicklung der Fahrzeugflotte bis 2030“ (frühste Eröffnung des Tunnels), „nur Euro6-Kfz im Jahr 2030“ (schnellere Flottenerneuerung aufgrund von Fahrverboten und Umweltzonen) sowie für die „vollständige E-Mobilität“ (Entfall aller motorbedingten Emissionen) entnommen. Zusammen mit dem Eintrittszeitpunkt und den berechneten Emissionen im jeweiligen Prognosefall lässt sich anschließend feststellen, wie wirksam der Tunnel als Lösungsmaßnahme ist und wie lange dieser zur Entlastung beitragen kann. Bei der Auswertung der Ergebnisse waren sehr unterschiedliche Auswirkungen zu beobachten. In weiten Teilen Darmstadts konnte man aber eine Reduktion der Schadstoffemissionen erzielen. Vor allem im östlichen Stadtgebiet und der östlichen Innenstadt fielen die Emissionen gegenüber dem Ohnefall um bis zu 80 % niedriger aus. Hier zeigt sich in der Regel eine überproportionale Entlastung infolge eines Wegfalls von Schwerverkehr und einer merklichen Verbesserung des Verkehrsablaufs. Je weiter nördlich bzw. südlich man von dieser zentralen Hauptachse lag, umso schwächer wurde auch die Entlastungswirkung. In den Randgebieten entsprachen die Umweltwirkungen weitestgehend der verkehrlichen Entlastung. Die Schadstoffemissionen nahmen an diesen Stellen gegenüber dem Ohnefall nur noch um bis zu 30 % ab, tw. stellten sich auch keine relevanten Unterschiede mehr ein. In den westlichen Stadtteilen waren dagegen keine relevante Entlastung mehr zu beobachten, da der Großteil des Verkehrs am innerstädtischen Portal ausfuhr und hier wieder überirdisch unterwegs war. Dagegen stellte sich am innerstädtischen Anschluss infolge der Verkehrszunahme durch die ein- und ausfahrenden Fahrzeuge ein überproportionaler Anstieg der lokalen Emissionen ein. Im Vergleich zum Ohnefall fielen die Schadstoffemissionen fast doppelt so hoch aus. Einzig am südlichen Steubenplatz kam es trotz der Verkehrszunahme zu einer Reduktion der Emissionen. Selbst beim Feinstaub, welcher maßgeblich durch Abrieb/Aufwirbelung entsteht und daher stark vom Verkehrsaufkommen abhängt, stellte sich ein Rückgang der lokalen Freisetzungen ein. Dennoch muss man die Entwicklung insgesamt äußerst kritisch betrachten und auch so bewerten. Die Situation am innerstädtischen Anschluss lässt sich hierbei mit den Verhältnissen am bekannten Belastungsschwerpunkt „Hügelstraße“ (östliche Ausfahrt des City-Tunnels) gleichsetzen. Die geschlossene, hohe Bebauung verhindert ebenso den freien Abzug der Schadstoffe, weshalb man auch bei den Immissionen mit einem Anstieg zu rechnen hat. Dementsprechend waren begleitende Maßnahmen zu erörtern, mit denen sich die zusätzliche Belastung mindern und ggf. sogar verhindern lässt. Letztlich bot aber keine der untersuchten Begleitmaßnahmen ein ausreichend hohes Potential, um die Überlastung am innerstädtischen Portal aufzuheben und die Schadstoffemissionen merklich zu reduzieren. Sowohl die beengten Verhältnisse als auch das Fehlen von alternativen Ausweichrouten erschwerte eine bauliche Lösung oder das Umleiten von Verkehr. Aus diesem Grund wurden nochmals ein Vergleich zur konkurrierenden Lösung aus der anfänglichen Wahl der Vorzugsvariante durchgeführt. Mit der Tunnelvariante „T03b“ konnte auf denselben Strecken eine vergleichbare Entlastung erzielt werden, obwohl der innerstädtische Anschluss weiter im Süden lag. Der zusätzliche Verkehr am innerstädtischen Anschluss traf zudem auf eine Strecke, welche genügend Kapazitäten vorhielt und eine wesentlich bessere Belüftung aufweist. Infolgedessen fallen sowohl die Emissionen als auch die Immissionen im Planfall immer noch geringer aus, als dies an den bekannten Belastungsschwerpunkten nach deren erfolgreicher Entlastung der Fall ist. Auf Basis dieser Erkenntnisse stellte T03b letzten Endes die bessere Tunnelvariante dar. Insgesamt zeigte sich, dass der Basistunnel zur langfristigen Entlastung des Stadtgebietes und somit zur Luftreinhaltung beitragen konnte. Insbesondere in den schützenswerten Wohngebieten stellte sich der erhoffte Rückgang der Belastungen ein. Die höheren Schadstoffemissionen am innerstädtischen Portal stellen bei Variante T03b dagegen keine nennenswerte Verschlechterung dar, auch wenn die zusätzliche Belastung von den Anwohnern zunächst kritisch aufgenommen werden dürfte. Letztlich überwiegen aber die bewirkten Entlastungen auf den besonders stark belasteten Streckenabschnitten, wie etwa der Hügelstraße oder der Heinrichstraße. Darüber hinaus bietet der Bau des Basistunnels die Möglichkeit, einen städtebaulichen Prozess einzuleiten. Auf diese Weise ließen sich andere Verkehrsmittel (bspw. Fahrräder) nachhaltig stärken oder der Straßenraum aufwerten und zu einem wesentlich attraktiveren Aufenthaltsbereich umgestalten. Der Nutzen des Basistunnels kann daher nicht ausschließlich anhand der Entlastungswirkung beurteilt werden, vielmehr muss man auch jene Verbesserungen einbeziehen, welche sich erst durch den Bau des Tunnels ergeben.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2017
Creators: Jüllig, Marvin
Title: Auswirkungen eines Basis-Straßentunnels auf die Luftreinhaltung im Stadtgebiet
Language: German
Abstract:

In den vergangenen Jahren wuchs das Verständnis für die schädliche Wirkung von unterschiedlichen Stoffen immer weiter an. Seitdem versucht auch die Politik, den Ausstoß oder Kontakt mit derartigen Schadstoffen auf ein Minimum zu reduzieren. Mitte der 1990er Jahre trat daher die erste europäische „Luftqualitätrahmenrichtlinie“ (1996/62/EG) in Kraft. Mit dieser ergaben sich für die Mitgliedstaaten der Europäischen Union einheitliche Vorgaben für die zulässigen Schadstoffkonzentrationen in der Luft. Trotz der langen Übergangsfrist können diese Vorgaben aber immer noch nicht in allen Mitgliedstaaten eingehalten werden. Vor allem in Ballungsräume, wie dem Rhein-Main-Gebiet, kommt es regelmäßig zur Überschreitung der Immissionsgrenzwerte. Dabei ist insbesondere die straßennahe Bebauung von zu hohen Belastungen betroffen. Die Mobilität des Straßenverkehrs resultiert zwangsläufig in überhöhten Lärm- und Schadstoffbelastungen, die sich im Ballungsraum nur schwer auflösen lassen. Diese Problemlage ist auch in der Wissenschaftsstadt Darmstadt zu beobachten. In der Vergangenheit wurden bereits zahlreiche Maßnahmen, u.a. eine Umgehungsstraße, diskutiert, um die innerstädtischen Belastungen zu minimieren. Jedoch waren die bisherigen Maßnahmen entweder noch nicht ausreichend oder sie scheiterten vorzeitig. Vor diesem Hintergrund entstand am Fachgebiet Verkehrsplanung und Verkehrstechnik der Technischen Universität Darmstadt die Idee, den unerwünschten Verkehr mit einem „Basistunnel“ aus dem Stadtgebiet herauszuholen. Infolge der verkehrlichen Entlastung ließe sich der verkehrsbedingten Ausstoß von Lärm und Schadstoffen reduzieren. Mit der Untersuchung zu den „Auswirkungen eines Basis-Straßentunnels auf die Luftreinhaltung im Stadtgebiet“ soll demnach ermittelt werden, wie sich ein Basistunnel auf die Schadstoffbelastungen in Darmstadt auswirkt und ob dieser einen geeigneten Lösungsansatz darstellt. Zu diesem Zweck wurde zunächst eine Literaturrecherche durchgeführt, anhand derer die bekannten und erhofften Wirkungen von Straßentunneln aufgezeigt werden sollten. Bei der Recherche zeigte sich, dass der Einsatz eines Tunnels aus diversen Gründen erfolgt. Entweder versuchte man eine vorwiegend verkehrliche Entlastung zu erzielen oder man wollte die Schadstoffemissionen auf einem bestimmten Streckenabschnitt verringern. In wenigen Fällen wurde der Bau des Tunnels auch zur Realisierung von städtebaulichen Maßnahmen herangezogen. Einen weiteren, wichtigen Aspekt bildete die Ableitung und Behandlung der Tunnelabluft. Obwohl die notwendigen Filtertechnologien bereits zur Verfügung stehen und mancherorts auch eingesetzt werden, können diese nur sehr wenig zur Luftqualität außerhalb des Tunnels beitragen. Der Einsatz beschränkt sich zumeist auf die Luftreinhaltung innerhalb des Tunnels. Dagegen war der Bau eines Abluftkamins oftmals kostengünstiger und bereits ausreichend wirksam. Bei den Beispielen zeichnete sich aber ebenso ab, dass ein Tunnel auch unerwünschte Entwicklungen, wie eine Induktion oder eine räumliche Verlagerung von Verkehr, auslösen kann. Unter Anwendung der hinzugewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend die Tunnelvarianten aus der vorangegangenen Masterthesis von Herrn M. Reubold nochmals betrachtet, um eine möglichst gute Vorzugsvariante für die vertiefende Umweltuntersuchung zu finden. Dabei zeigte sich aber, dass diese Varianten nochmals leicht überarbeitet werden mussten, da die angenommene Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h für die gewählten Tunnelquerschnitte nicht zulässig war. Trotz der Herabsetzung der Geschwindigkeit (80 km/h) ergab sich nur eine geringe Minderung der bisherigen Entlastungswirkung. Den wesentlich größeren Einfluss auf die Wahl der Vorzugsvariante besaß stattdessen die Erweiterung des Messnetzes. Mit dieser sollten vor allem die Auswirkungen im Bereich der Innenstadt (City-Ring) sowie im Umfeld der innerstädtischen Anschlüsse besser erfasst werden. Dort ließen sich oft deutliche Unterschiede zwischen den Varianten feststellen, welche für die Bewertung der Umweltwirkung von großer Bedeutung sind. Besonders aus einem Anstieg der Belastung kann sich dabei ein entscheidender Mangel für die jeweilige Tunnelvariante ergeben. Anhand der ermittelten Mängel und Chancen ließen sich daraufhin weitere Anpassungen an den Varianten umsetzen und bewerten. Unter Einbezug aller Tunnelvarianten erfolgte letztlich die Wahl der Vorzugsvariante für die Umweltuntersuchung. Bei der Vorzugsvariante handelt es sich um Variante T05, welche zwischen dem Osten (B26) und dem Westen Darmstadts (Rheinstraße/Europaviertel) verläuft und über einen zusätzlichen innerstädtischen Anschluss auf der westlichen Bleichstraße (Steubenplatz) verfügt. Mit dieser Tunnelvariante ergab sich die insgesamt beste, verkehrliche Entlastung in Darmstadt. Zwar war im Umfeld des innerstädtischen Portals auch ein Anstieg der Belastung zu beobachten, doch trat dieser bei jeder Variante auf. Zur Abbildung der Langzeitwirkung wurden darüber hinaus verschiedene Zukunftsszenarien festgelegt, mit denen die möglichen Entwicklungen in die Auswertung einfließen sollten. Anhand verschiedener Prognosen wurde jeweils ein Szenario für die Zu- und Abnahme des Verkehrsaufkommens ausgewählt. Diese fanden anschließend eine Ergänzung durch drei Umweltszenarien. Hierfür wurden u.a. aus dem HBEFA 3.3 die Emissionsfaktoren für die Fälle einer „unbeeinflussten Entwicklung der Fahrzeugflotte bis 2030“ (frühste Eröffnung des Tunnels), „nur Euro6-Kfz im Jahr 2030“ (schnellere Flottenerneuerung aufgrund von Fahrverboten und Umweltzonen) sowie für die „vollständige E-Mobilität“ (Entfall aller motorbedingten Emissionen) entnommen. Zusammen mit dem Eintrittszeitpunkt und den berechneten Emissionen im jeweiligen Prognosefall lässt sich anschließend feststellen, wie wirksam der Tunnel als Lösungsmaßnahme ist und wie lange dieser zur Entlastung beitragen kann. Bei der Auswertung der Ergebnisse waren sehr unterschiedliche Auswirkungen zu beobachten. In weiten Teilen Darmstadts konnte man aber eine Reduktion der Schadstoffemissionen erzielen. Vor allem im östlichen Stadtgebiet und der östlichen Innenstadt fielen die Emissionen gegenüber dem Ohnefall um bis zu 80 % niedriger aus. Hier zeigt sich in der Regel eine überproportionale Entlastung infolge eines Wegfalls von Schwerverkehr und einer merklichen Verbesserung des Verkehrsablaufs. Je weiter nördlich bzw. südlich man von dieser zentralen Hauptachse lag, umso schwächer wurde auch die Entlastungswirkung. In den Randgebieten entsprachen die Umweltwirkungen weitestgehend der verkehrlichen Entlastung. Die Schadstoffemissionen nahmen an diesen Stellen gegenüber dem Ohnefall nur noch um bis zu 30 % ab, tw. stellten sich auch keine relevanten Unterschiede mehr ein. In den westlichen Stadtteilen waren dagegen keine relevante Entlastung mehr zu beobachten, da der Großteil des Verkehrs am innerstädtischen Portal ausfuhr und hier wieder überirdisch unterwegs war. Dagegen stellte sich am innerstädtischen Anschluss infolge der Verkehrszunahme durch die ein- und ausfahrenden Fahrzeuge ein überproportionaler Anstieg der lokalen Emissionen ein. Im Vergleich zum Ohnefall fielen die Schadstoffemissionen fast doppelt so hoch aus. Einzig am südlichen Steubenplatz kam es trotz der Verkehrszunahme zu einer Reduktion der Emissionen. Selbst beim Feinstaub, welcher maßgeblich durch Abrieb/Aufwirbelung entsteht und daher stark vom Verkehrsaufkommen abhängt, stellte sich ein Rückgang der lokalen Freisetzungen ein. Dennoch muss man die Entwicklung insgesamt äußerst kritisch betrachten und auch so bewerten. Die Situation am innerstädtischen Anschluss lässt sich hierbei mit den Verhältnissen am bekannten Belastungsschwerpunkt „Hügelstraße“ (östliche Ausfahrt des City-Tunnels) gleichsetzen. Die geschlossene, hohe Bebauung verhindert ebenso den freien Abzug der Schadstoffe, weshalb man auch bei den Immissionen mit einem Anstieg zu rechnen hat. Dementsprechend waren begleitende Maßnahmen zu erörtern, mit denen sich die zusätzliche Belastung mindern und ggf. sogar verhindern lässt. Letztlich bot aber keine der untersuchten Begleitmaßnahmen ein ausreichend hohes Potential, um die Überlastung am innerstädtischen Portal aufzuheben und die Schadstoffemissionen merklich zu reduzieren. Sowohl die beengten Verhältnisse als auch das Fehlen von alternativen Ausweichrouten erschwerte eine bauliche Lösung oder das Umleiten von Verkehr. Aus diesem Grund wurden nochmals ein Vergleich zur konkurrierenden Lösung aus der anfänglichen Wahl der Vorzugsvariante durchgeführt. Mit der Tunnelvariante „T03b“ konnte auf denselben Strecken eine vergleichbare Entlastung erzielt werden, obwohl der innerstädtische Anschluss weiter im Süden lag. Der zusätzliche Verkehr am innerstädtischen Anschluss traf zudem auf eine Strecke, welche genügend Kapazitäten vorhielt und eine wesentlich bessere Belüftung aufweist. Infolgedessen fallen sowohl die Emissionen als auch die Immissionen im Planfall immer noch geringer aus, als dies an den bekannten Belastungsschwerpunkten nach deren erfolgreicher Entlastung der Fall ist. Auf Basis dieser Erkenntnisse stellte T03b letzten Endes die bessere Tunnelvariante dar. Insgesamt zeigte sich, dass der Basistunnel zur langfristigen Entlastung des Stadtgebietes und somit zur Luftreinhaltung beitragen konnte. Insbesondere in den schützenswerten Wohngebieten stellte sich der erhoffte Rückgang der Belastungen ein. Die höheren Schadstoffemissionen am innerstädtischen Portal stellen bei Variante T03b dagegen keine nennenswerte Verschlechterung dar, auch wenn die zusätzliche Belastung von den Anwohnern zunächst kritisch aufgenommen werden dürfte. Letztlich überwiegen aber die bewirkten Entlastungen auf den besonders stark belasteten Streckenabschnitten, wie etwa der Hügelstraße oder der Heinrichstraße. Darüber hinaus bietet der Bau des Basistunnels die Möglichkeit, einen städtebaulichen Prozess einzuleiten. Auf diese Weise ließen sich andere Verkehrsmittel (bspw. Fahrräder) nachhaltig stärken oder der Straßenraum aufwerten und zu einem wesentlich attraktiveren Aufenthaltsbereich umgestalten. Der Nutzen des Basistunnels kann daher nicht ausschließlich anhand der Entlastungswirkung beurteilt werden, vielmehr muss man auch jene Verbesserungen einbeziehen, welche sich erst durch den Bau des Tunnels ergeben.

Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation > Institute for Transport Planning and Traffic Engineering
Date Deposited: 25 Jan 2018 15:26
Official URL: https://www.verkehr.tu-darmstadt.de/media/verkehr/fgvv/beruf...
Referees: Boltze, Prof. Dr. Manfred and Jiang, M. Sc. Wei
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 2017
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
In recent years, the understanding of the harmful effects of different substances has continued to grow. Since then, the politics have sought to minimize the emissions or the exposure to harmful substances. As a result, the first European Council Directive on ambient air quality assessment and management (1996/62/EC) came into force in the mid-1990s. This meant that uniform specifications for permissible pollutant concentrations in ambient air were to be applied to the member states of the European Union. However, despite the long transitional period, these requirements still cannot be met in all member states. Especially in metropolitan areas, such as the Rhine-Main area, the permissible immission limit values are regularly exceeded. A too high load is particularly measured in buildings close to roads. The mobility of road transport inevitably results in increased noise and pollutant levels, which are difficult to resolve within the urban agglomeration. This problem can also be observed in the city of Darmstadt. In the past, numerous measures have been discussed, including a bypass, in order to minimize the inner-city pollution. However, the previous measures were either not sufficient or failed ahead of time. Against this background, the Institute for Transport Planning and Traffic Engineering at the Technische Universität Darmstadt (TU Darmstadt) came up with the idea of getting the undesirable traffic out of the urban area by building a "base road tunnel" from the west to the east. As a result of the traffic relief, it could reduce both the transportrelated emissions of noise and pollutants. The study on the "impacts of a base road tunnel on air pollution control in urban area" should therefore determine how a base tunnel affects the air pollution in Darmstadt and whether it represents a suitable solution to the reduction of inner-city air pollution. For this purpose, a literature research was carried out to illustrate the known and intended effects of road tunnels. The research showed that the use of a tunnel was done for various reasons. Either one tried to achieve a traffic relief or one wanted to reduce the pollutant emissions on certain sections. In a few cases it was also used to implement urban planning measures. Another important aspect was the derivation and treatment of the tunnel exhaust air. Although appropriate filter technologies are available and used in some places, they can only contribute very little to the air quality outside the tunnel. The use of air filters is mostly limited to air pollution control within the road tunnel. In contrast, the construction of an exhaust stack was often cheaper and already sufficient. However, the case studies also showed that a tunnel can also trigger undesirable developments, such as induction of traffic or a regional dislocation of traffic. Using the gained knowledge, the tunnel variants from the previous master thesis by Mr. M. Reubold were re-examined in order to find the best tunnel solution for the more detailed environmental analysis. It turned out, however, that these variants had to be slightly revised, as the assumed maximum speed of 100 km/h was not permissible for the selected tunnel cross sections. Despite the reduction of the maximum speed (80 km/h), there was only a small reduction in the previous relief effect. The much larger influence on the choice of the preferential variant had instead the extension of the monitoring network by adding new points of comparison. This was intended to better capture the impact in the city-centre area (e.g. City-Ring) as well as in the vicinity of the inner-city tunnel portals. There were often noticeable differences between the variants, which are of great importance for the assessment of the environmental impact. In particular, an increase in load can result in a decisive shortcoming for the respective tunnel variant. On the basis of the identified strengths and weaknesses, further adjustments to the variants could then be implemented and evaluated. Including all tunnel variants, the choice of the preferred variant for the environmental investigation was finally made. The preferred variant is variant T05, which runs between the east (B26/Hanauer Straße) and the west of Darmstadt (Rheinstraße / Europaviertel) and has an additional inner-city connection on the western Bleichstraße (Steubenplatz). This tunnel variant resulted in the best overall traffic relief in Darmstadt. Although an increased load was observed in the vicinity of the inner-city portal, this occurred in every variant and therefore does not represent a relevant weakness of the chosen variant. To illustrate the long-term effects, various future scenarios were also defined in order to incorporate the possible developments in the evaluation. Based on different forecasts, a scenario for increasing and decreasing traffic volumes was selected. These were then supplemented by three possible environmental scenarios. For these, the emission factors (according to HBEFA 3.3) for the cases of an “unaffected fleet development until 2030” (earliest possible opening of the tunnel), for “only Euro6 emission standard vehicles in the year 2030” (faster fleet renewal due to driving bans and environmental zones) and for a “complete e-mobility” (cancellation of all engine-related emissions) were determined. With the time of occurrence and the calculated emissions in the respective forecast case, it can then be evaluated how effective the tunnel is as a solution and how long it can contribute to the relief. Very different effects were observed in the evaluation of the results. However, it was possible to achieve a reduction in pollutant emissions in most parts of Darmstadt. Especially in the eastern city and the eastern city center, emissions were up to 80% lower than in the case of no measurements. In many places there was a disproportionate reduction due to a decrease in heavy traffic load and a noticeable improvement in the traffic flow quality (level of service). The farther north and south of this main axis, the weaker the relief got. In the peripheral areas, the environmental effects were largely in line with the traffic discharge. Pollutant emissions only decreased by up to 30%; in some cases, there were no more relevant differences between the forecast scenarois. By contrast, no significant relief was observed in the western parts of the city, as most of the traffic left the tunnel at the inner-city portal and was again traveling on the overground roads. At some points, however, a slight increase in emissions could be observed, as the relocation of traffics flows within the city shifted some emissions from one to another section. On the other hand, a disproportionate increase in local emissions was observed at the inner-city portal as a result of the increase in traffic by the entering and exiting vehicles. Compared to the case of no measurements, pollutant emissions were almost twice as high. Only at the southern Steubenplatz emissions were reduced despite the increase in traffic. Even with particulate matter, which is mainly caused by attrition/agitation and therefore strongly depends on the volume of traffic, there was a decline in local releases. Nevertheless, it is important to consider the changes as a whole and to critically evaluate these. The situation at the inner city connection can be equated with the conditions at the well-known hot spot “Hügelstraße” (eastern exit of the city tunnel). The closed and high development prevents the free deduction of pollutants, which is why the immissions are also expected to rise. Accordingly, accompanying measures were to be discussed which could reduce the additional burden and, if possible, even prevent it. Ultimately, none of the accompanying measures examined offered sufficiently high potential to reduce the high load at the inner-city portal; a significant reduction of the pollutant emissions was not achievable. Both the cramped conditions and the lack of alternative routes made it difficult to adapt a structural solution or a redirection of traffic flows. For this reason, a comparison to the competing solution from the initial selection of the preferred tunnel variant was carried out again. The tunnel variant "T03b" was able to achieve comparable relief on the same routes, although the inner-city connection was placed further south. The additional traffic at the inner-city portal also hit a track that had sufficient capacity and much better ventilation. As a result, both emissions and immissions are still lower than the pollution at comparable hot-spots, which show higher pollutant concentrations even with a successful reduction of emissions. Based on these findings, the tunnel variant T03b ultimately represented the better solution. Overall, the base tunnel was able to contribute to the long-term relief of the urban area and thus to air pollution control. Especially in the residential areas worthy of protection, the anticipated decline of emissions occurred. The higher pollutant emissions at the inner-city tunnel portal, on the other hand, do not represent any appreciable deterioration in variant T03b, although the additional burden should be critically viewed by the residents. In the end, the reliefs on the particularly heavily loaded sections of the route, such as the Hill Road or the Heinrichstraße, outweigh the rather small additional burdens in the vicinity of the inner-city tunnel portal. In addition, the construction of the base tunnel offers the possibility to initiate an urban development process. This way, other means of transport (e.g. bicycles) could be sustainably strengthened or the street space could be redesigned and turned into a much more attractive area to stay for residents and other people. Therefore, the benefits of the base tunnel can not be judged solely on its relief effect; rather, it is necessary to include those improvements that arise only through the construction of the tunnel as well.English
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