Microtunnelling im Grundwasser unter Mönchengladbach

Der Fortschritt beim grabenlosen Rohrleitungsbau ist unaufhaltsam und das kommt nicht von ungefähr: Besonders in den verkehrsreichen Stadtzentren gibt es für rationelle Vortriebsverfahren mit innovativen Rohrleitungs-Systemen meist keine Alternative.

Von Dipl.-Ing. Uwe Klein und
Dipl.-Ing. Jonathan Elischewski

Wasserdichte Ausführung der Startbaugrube mit Unterwasserbeton-Sohle.
Wasserdichte Ausführung der Startbaugrube mit Unterwasserbeton-Sohle.

Die Realisierung von Mischwassersammlern in Innenstadtlage ist für Planer und Bauausführende immer wieder eine besondere Herausforderung. Ein aktuelles Beispiel dafür ist der Neubau eines Mischwasser-Sammlers in der City von Mönchengladbach.
Der große Zuleitungssammler mit einer Länge von 550 m ersetzt Altanlagen, die außer Betrieb genommen wurden. Er schließt über ein Absturzbauwerk mit einem Höhenunterschied von rd. 5 m an einen Mischwasser-Entlastungssammler an, der direkt zur benachbarten Kläranlage Neuwerk des Niersverbandes führt.
Die Baumaßnahme verläuft unmittelbar auf der mit täglich rd. 18 000 Fahrzeugen belasteten und auch von sämtlichen Buslinien stark frequentierten Roermonder Straße. Der vorhandene Verkehrsraum sowie nur kleine Baustellen-Einrichtungsflächen machten neben der allgemeinen Zuwegung zur Baustelle den Transport der schwergewichtigen Vortriebsmaschine sowie der Stahlbeton-Vortriebsrohre zu einer besonderen logistischen Aufgabe.
Zu den üblichen Gefahren in abwassertechnischen Anlagen war bei dieser Kanalbaumaßnahme mit zusätzlichen betriebsspezifischen Gefahren zu rechnen:

  • Kanal-Anschlussarbeiten in einem Staubauwerk/Absturzbauwerk, das sich in Betrieb befindet.
  • Auf Grund der angeschlossenen Rückhaltebecken und der Kanäle im Einzugsgebiet ist während und nach einem Regenereignis mit erhöhter Wasserführung zu rechnen

Baugruben im anstehenden Grundwasser – eine nicht alltägliche Aufgabe

Im Oktober 2014 begann das bauausführende Unternehmen  Sonntag mit der Erstellung der 11 m tiefen Pressgrube sowie von fünf Durchfahrtsgruben. Sie befinden sich im anstehenden Grundwasser und wurden daher als Spundwandbaugruben mit Unterwasserbetonsohle sowie Ein- und Ausfahrdichtblöcken realisiert. Eine Besonderheit stellen hierbei die fünf Baugruben der späteren Zwischenschacht-Bauwerke dar, die bereits vor den Rohrvortriebsarbeiten hergestellt, von der Microtunnelling-Maschine durchfahren und nachfolgend ausgehoben wurden. Somit können die Zwischenschächte auch in Bereichen von hohen Grundwasserständen konventionell in einer wasserdichten Baugrube gefertigt werden.
Die kreisrunde Zielbaugrube mit einem Durchmesser von 9 m bindet wie zwei weitere Baugruben für Tangentialschächte nicht in Grundwasser führende Bodenschichten ein. Sie werden in Spritzbetonbauweise hergestellt. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere im innenstädtischen Bereich an, in dem eine hohe Dichte an Ver- und Entsorgungsleitungen vorliegt. Auf vorhandene Leitungen und Kanäle kann genauso flexibel reagiert werden, wie auf eine wechselhafte Geologie.

Blick durch ein Vortriebsohr mit integrierter PE-HD-Innenauskleidung.
Blick durch ein Vortriebsohr mit integrierter PE-HD-Innenauskleidung.

Komplexer Vortrieb eines chemisch resistenten Kanalsystems mit doppelter S-Kurve

Für die Herstellung des Rohrvortriebs DN 2000 wurde eine Microtunnelling-Maschine AVN 2000 von Herrenknecht mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust und Nassförderung eingesetzt. Hierbei hatte man die gesamte Maschinentechnik in der Vortriebswerkstatt von der Firma Sonntag vorkonfektioniert und just in time betriebsfertig auf die Baustelle transportiert. Eine Druckluftschleuse, die hinter der Maschine angeordnet war, ermöglichte auch im Grundwasser optional einen Werkzeugwechsel an der Ortsbrust.

Durchfahrtsgrube mit freigelegten Vortriebsrohren.
Durchfahrtsgrube mit freigelegten Vortriebsrohren.

Gepresst wurden Stahlbeton-Vortriebsrohre DN 2000, DA 2400, Wandstärke 200 mm mit einer Baulänge von 3,00 m. Der Bauherr, die NEW AG, Mönchengladbach, protokollierte alle systemrelevanten Anforderungen für das Rohr-/Schachtsystem in seiner ZTV-Tiefbau AW. Gemäß der Ausschreibung wurden die Rohre im DW-Werk Dormagen von Berding Beton mit einem monolithisch eingerüttelten PE-HD-Inliner, Materialstärke 5 mm, in der Farbgebung milchig-trüb und mechanischer Verankerung ausgeführt. Die korrosionsgeschützten Verbindungen der Vortriebsrohre bestehen aus Zweikomponenten-Epoxidharz-Polymerbeton. Die Kombination aus Polymerbeton und Inliner aus PE-HD bilden ein chemisch-resistentes CR-System, das zur Einhaltung der vorgegebenen erhöhten Anforderungen gemäß ZTV des Bauherren erforderlich ist: erhöhte chemische Widerstandsfähigkeit für das Kanalsystem XA3 (chemisch stark angreifend).

Die Bemessung und Statik der Vortriebsrohre  für den Bau- und Betriebszustand incl. der planmäßigen Vortriebstrasse mit einer doppelten S-Kurve wurden von Berding berechnet. Dazu gehörte auch die Ermittlung der zulässigen Vortriebskräfte für den geraden Vortrieb und die Vortriebskräfte in den abgewinkelten Rohrverbindungen der Kurvenbereiche mit ihren zulässigen Teilflächenbelastungen.

Herstellung einer Bohrpfahlwand zur Gebäudesicherung in unmittelbarer Nähe der Bebauung.
Herstellung einer Bohrpfahlwand zur Gebäudesicherung in unmittelbarer Nähe der Bebauung.
Einheben des 35 t schweren Bohrkopfes in die Baugrube.
Einheben des 35 t schweren Bohrkopfes in die Baugrube.
Die im Vortrieb benötigten Stahlbetonrohre wurden mit und ohne Bentonit-Stutzen zur vortriebsbegleitenden Bentonit-Schmierung hergestellt, ferner vier Dehnerstationen sowie Rohre mit statisch ermittelter Sonderbewehrung für den lagegenauen nachträglichen Anschluss von Tangentialschächten. Ein Druckübertragungsring aus OSB-3 mit äußerem Zellgummiring und radialer Doppelteilung ermöglicht den Teilausbau nach Beendigung des Vortriebs zur lagegerechten Platzierung der nachträglich einzubringenden Sekundärdichtungen im Fugenspalt. Der Schachtaufbau wurde konsequent und systemkonform ebenfalls im CR-System hergestellt: Sowohl Schachtringe und Abdeckplatten als auch Schachthälse bestehen aus ZTV-Ze­ment­beton, PE-HD-Inliner und Polymerbeton-Enden. In der Arbeitsvorbereitung und  späteren Ausführung hatte man während der Vortriebsarbeiten besonderen Wert auf den Schutz des PE-HD Inliners gelegt.

Aus nur einer Startgrube wurde der neue Kanal auf einer Länge von 550 m in einer Haltung aufgefahren. Hierbei waren insgesamt fünf Baugruben inkl. Dichtblöcken auf den Ein- und Ausfahrseiten zielgenau zu durchfahren. Die Vortriebachse wurde analog dem Straßenverlauf über Tage trassiert. Somit war von einem erfahrenen Baustellenteam eine doppelte S-Kurve mit einem minimalen Radius von R=400 m aufzufahren.

Eine besondere Herausforderung stellte das Unterfahren einer in Betrieb befindlichen Brücke der Deutschen Bahn AG, einer Hochdruckgasleitung sowie das Auffahren des Rohrvortriebs im Einflussbereich der bestehenden Bebauung dar. Bereichsweise waren zusätzliche Gebäude-Sicherungsmaßnahmen erforderlich, die von den Spezialtiefbauern in Eigenleistung fachgerecht ausgeführt wurden. Dies dokumentierten vortriebsbegleitende Setzungsmessungen, die entlang der gesamten Vortriebstrasse keine nennenswerten Setzungen ergaben.

Blick in den Sammler mit installierter Förderpumpe hinter der Vortriebsmaschine.
Blick in den Sammler mit installierter Förderpumpe hinter der Vortriebsmaschine.

Kanal-Neubau plus Inliner-Sanierung

Die Anbindung des bestehenden Entwässerungsnetzes erfolgt durch offene Kanalverlegung. Hierbei wird das vorhandene Kanalsystem über Zwischenschachtbauwerke im neu erstellten Mischwassersammler DN 2000 zusammengeführt. Sämtliche Schachtbauwerke und Anschlussleitungen sind herzustellen und im laufenden Betrieb umzubinden. Zulaufkanäle bis DN 1400 werden im Straßenbereich in Stollenbauweise aufgefahren, um die Beeinträchtigungen auf den Verkehr so gering wie möglich zu halten. Nach Umbindung aller Kanalhaltungen erfolgt die Kanalsanierung des bestehenden Kanalsystems im Inlinerverfahren.
Separieranlage in Nähe der Wohnbebauung mit Lärmschutz-Einhausung. Der abgebaute Boden wird von der Fördersuspension getrennt, anschließend  abgefahren und die Suspension dem Förderkreislauf wieder zugeführt.
Separieranlage in Nähe der Wohnbebauung mit Lärmschutz-Einhausung. Der abgebaute Boden wird von der Fördersuspension getrennt, anschließend  abgefahren und die Suspension dem Förderkreislauf wieder zugeführt.
Auswurf des separierten Bodens.
Auswurf des separierten Bodens.

Schwergewichtige Schachtbauwerke


Neben den Rohrvortriebs- und Kanalbauarbeiten erstellt Sonntag insgesamt neun Schachtbauwerke in Stahlbetonbauweise. Neben den äußerst beengten Platzverhältnissen entlang der Vortriebstrasse, welche sich unmittelbar in Innenstadt- Lage befindet, stellten insbesondere die hohen Gewichte der Fertigteilbauwerke eine Herausforderung dar. Hierbei werden z.T. 50 t schwere Stahlbetonfertigteile in bis zu 11m Tiefe herabgelassen und anschließend an den Rohrstrang in Ortbetonbauweise angebunden. Anschließend erhalten alle Schachtbauwerke eine Gerinne-Auskleidung aus Kanalklinkern. Alle Schachtbauwerke sind mit einer PE-HD Innenauskleidung  versehen, die auf der Baustelle an den PE-HD Inliner der Vortriebsrohre fachgerecht verschweißt wurde.