Auf Sonderprofil gut vorbereitet

STEINFELD, 27.11.2018 – In Stuttgart wurde ein Kanalabschnitt im Rohrvortrieb mit gekrümmtem Trassenverlauf hergestellt und nachträglich mit einer Stahlbeton-Trockenwetterrinne aus Fertigteil-Drachenprofilen ausgekleidet. Letzteres erforderte eine genaue Vorbereitung mit Versuchsstand.

Von Wilfried Gaugele und Tobias Neumann

Versuchsaufbau in nachempfundener Vortriebskurve: Fertigteil-Drachenprofile in der Original-Kurvensituation
Versuchsaufbau in nachempfundener Vortriebskurve: Fertigteil-Drachenprofile in der Original-Kurvensituation

Die Stadtentwässerung Stuttgart baut derzeit systematisch die Regenwasserbehandlung gemäß der EU-Wasserrahmenrichtlinie aus. Sukzessive werden dabei vorhandene Regenüberläufe zurückgebaut, Mischwassersammler erneuert und das Abwasser leistungsstarken Mischwasserbehandlungsanlagen zugeführt. Vor diesem Hintergrund wurde in Stuttgart-Möhringen von der Meßstetter Straße bis zur Gammertinger Straße ein Mischwassersammler aus Stahlbetonrohren DN 400 bis DN 1400 neu verlegt.
Zur Stilllegung der Regenüberläufe in der Meßstetter Straße drehten die Planer die Entwässerungsrichtung innerhalb des Einzugsgebietes um. Zukünftig wird das gesammelte Mischwasser in den weiterführenden Hauptsammler in der Gammertinger Straße abgeleitet, der zur neuen Regenwasserbehandlungsanlage in der Straße „Im Schießgärtle“ führt. Von zentraler Bedeutung war ein ca. 200 m langer Kanalabschnitt, der mittels Rohrvortrieb mit gekrümmtem Trassenverlauf hergestellt und nachträglich mit einer Trockenwetterrinne ausgekleidet wurde. Bei der Herstellung der Trockenwetterrinne wurden neue Wege beschritten.

Wenig Platz

Das Baufeld der Kanalbaumaßnahme ist gekennzeichnet durch die dichte Wohnbebauung im Stadtteil Möhringen. Die Kanaltrasse verläuft in schmalen Anliegerstraßen sowie Fußwegen mit sehr beengten Platzverhältnissen. Aufgrund der Straßenverläufe und der Grundstückssituation war in Teilabschnitten eine gekrümmte Trasse erforderlich. Zur Unterfahrung von bestehenden Sparten und des aus dem Jahr 1954 stammenden Kanals kam abschnittsweise eine geschlossene Bauweise im Kurvenvortrieb (Microtunnelling) zum Einsatz. Der Innendurchmesser der in der Schalung erhärteten Stahlbeton-Vortriebsrohre aus dem Hause Berding Beton beträgt DN 1400. Der Vortrieb ist in einem Radius von 240 m aufgefahren worden. Die Länge des Vortriebs beträgt ca. 200 m und liegt in einer Tiefe von ca. 7 m.

Einzug der Stahlbeton-Drachenprofile in das Vortriebsrohr in der 7 m tiefen Baugrube
Einzug der Stahlbeton-Drachenprofile in das Vortriebsrohr in der 7 m tiefen Baugrube.

Trockenwetterrinne nachträglich eingebaut

Für die Objektplanung und die örtliche Bauüberwachung zeichnete das Ingenieurbüro Obermeyer Planen + Beraten GmbH (Neu-Ulm) verantwortlich. Der Kanal besitzt ein Gefälle von 0,3 %. Um geringen Abflussmengen bzw. zu geringen Fließgeschwindigkeiten bei Trockenwetter mit der damit verbundenen Gefahr der Bildung von biogener Schwefelsäure-Korrosion infolge herabgesetzter Schleppspannung entgegenzuwirken, wird die Querschnitts-Geometrie optimiert. Trockenwetterrinnen ermöglichen höhere Fließgeschwindigkeit bei geringen Abflussmengen. Aufgrund bautechnischer Randbedingungen entschied sich die Stadtentwässerung Stuttgart daher zum Einbau einer nachträglich in die Vortriebsrohre eingeschobenen Stahlbeton-Trockenwetterrinne innerhalb des Sammlers.

Problem: Gekrümmte Vortriebsstrecke

Bei offener Bauweise werden in diesem Fall standardmäßig Stahlbetonrohre mit Sondergeometrien, wie mit monolithisch eingebauter Trockenwetterrinne oder Rohre mit monolithischem Drachenprofil, welches sich bereits in diversen projekten bewähren konnte, verwendet. Beim Rohrvortrieb dagegen ist die Realisierung einer Sondergeometrie sorgfältig abzuwägen. Vortriebsrohre mit bereits eingebauter Sondergeometrie kommen überwiegend bei einer geraden Vortriebsstrecke zum Einsatz. Auch ein nachträgliches Einziehen einer Sondergeometrie aus Stahlbeton-Fertigteilen ist bei einem geraden Rohrstrang problemlos möglich.
Ist die Vortriebsstrecke jedoch gekrümmt, stellt sich die Situation differenzierter dar. Auch in diesem Fall ist es möglich, den Vortrieb mittels vorgefertigten Drachenprofils aufzufahren. Die mögliche Verrollung der Vortriebsrohre ist dabei zu beachten. Die Sondergeometrie könnte auch nachträglich aus Ortbeton hergestellt werden. Diese Bauweise ist aber sehr zeit- und kostenintensiv sowie unter arbeitsschutztechnischen und qualitativen Gesichtspunkten problematisch.
Der nachträgliche Einbau einer Sondergeometrie aus Stahlbeton-Fertigteilen in einem gekrümmten Rohrstrang ist mit kalkulierbaren Herausforderungen verbunden. Im Rahmen der Objektplanungen wurden die verschiedenen Herstellungsverfahren der Sondergeometrien untersucht. Die Verantwortlichen der Stadtentwässerung Stuttgart entschieden sich letztlich für den nachträglichen Einbau eines Drachenprofils aus Stahlbeton-Fertigteilen.

Einzug der Drachenprofile über eine Schienenhilfskonstruktion
Einzug der Drachenprofile über eine Schienenhilfskonstruktion

In der Schalung erhärtete Fertigteile aus Stahlbeton

Die Fertigteil-Drachenprofile wurde von Berding Beton im Werk DW Nievenheim produziert. Die Fertigteile besitzen folgende Geometrie: Sohlrinne ¼ x DN 400 mit Bermenneigung 1:1. Die Herstellung erfolgt in Stahlschalungen mit Beton der geforderten Güte C 45/55 im individuellen Rüttelverfahren. Die Fertigteile erhärten in der Schalung. Mit diesem Produktionsverfahren werden eine hohe Beton-Gefügedichte und hierdurch eine sehr geringe Wassereindringtiefe erzielt. Mit einem Zwei-Komponenten Epoxidharz wird die abwasserseitigen Fertigteil-Oberflächen werkseitig imprägniert.

Ein Versuch bringt Sicherheit

Die Herstellung eines Drachenprofils aus Stahlbeton-Fertigteilen ist bei einer gradlinigen Kanaltrasse eine bekannte und bewährte Bauweise. Bei einem Einbau in eine gekrümmte Kanaltrasse ist das Einbauverfahren bzw. das Einziehen der Fertigteile im Vorfeld detailliert zu planen.
Die Einbaubedingungen wurden in einem Versuchsstand simuliert. Der Auftraggeber konnte sich unter den projektspezifischen, realitätsnahen Randbedingungen ein Bild von dem geplanten Einbauverfahren machen.
Der aufwändige Nachbau der Vortriebsrohr-Kurvensituation wurde im Werk Nievenheim eigens für die Machbarkeitsprüfung der in Frage kommenden maximalen Fertigteil-Baulänge konstruiert. Die Versuchsanordnung bildet den in Teilen der Haltung vorhandenen Radius von planmäßig 240 m nach. Auf einem Schienensystem sind die Stahlbetonrinnen mit einer Baulänge von 3 m sicher durch die Kurve gezogen worden. Die Abstände der Fertigteilprofile zum Innendurchmesser des Vortriebsrohres und Fugenspaltmaße zwischen den Fertigteilen stellen sich planmäßig ein.

Verdämmte und verfugte Fertigteilrinne nach Abschluss der Maßnahme | Fotos: Berding Beton
Verdämmte und verfugte Fertigteilrinne nach Abschluss der Maßnahme | Fotos: Berding Beton

Einbau im Kurvenvortrieb

Zur Erlangung der Konstruktionsmaße des höhengerechten Montagesystems, welches den Einzug der Fertigteil-Profile ermöglicht, wurde nach Beendigung des Vortriebs eine Vermessung der Vortriebsstrecke durchgeführt. Passend auf die Ist-Vortriebsrohrsohle wird ein Schienensystem als Bauhilfsmaßnahme zum bauseitigen Einziehen und Auflagern der Fertigteile positionsgenau gefertigt. Während des Einbaus wurde das Stahlgestell höhen- und lagegerecht justiert. Vortriebsbedingte Abweichungen in der Soll-Sohllage der Rohre konnten somit nachträglich ausgeglichen werden. Die Fertigteile sind auf dem Stahlgestell abgesetzt und mithilfe einer Seilwinde in den Rohrstrang DN 1400 eingezogen worden.
Zwischen den einzelnen Fertigteilen der geraden Haltungsabschnitte sind Elastomerdichtungen montiert, die die im Kurvenradius positionierten Trockenprofile dauerelastisch verfugten. Um die Fertigteile vollflächig einzubetten, ist der verbleibende Ringraum zwischen Vortriebsrohr und Trockenwetterrinne abschnittsweise verdämmt. Um das Ablagerungspotenzial zusätzlich zu verringern, wurden abschließend die Längsfugen zwischen den Vortriebsrohren und den Fertigteilprofilen mit schräg verlaufenden Fugen aus abwasserbeständigem und dauerelastischem Material versiegelt.

Hochqualitative und wirtschaftliche Bauweise

Die Fertigteil-Drachenprofile für die Strecke des Kurvenvortriebs von ca. 200 m wurde in einem Zeitraum von insgesamt neun Tagen hergestellt. Durch die detaillierte Vorbereitung des Einbaus und Prüfung des Einbauverfahrens auf einem Versuchsstand konnten unvorhergesehene Schwierigkeiten während des Einbaus vermieden werden. Die Fertigstellung des Gerinnes erfolgte termingerecht ohne nennenswerte Störungen. Bei der Abnahme wurde vor allem auf die zugesagte Genauigkeit der Fugenstöße im Sohlbereich geachtet, um das Ablagerungspotenzial bei dem geringen Gefälle zu minimieren.
Im gesamten Rohrstrang wurden trotz der schwierigen Rahmenbedingungen keine hydraulisch relevanten Sprünge in der Sohle der Fertigteilgerinne festgestellt. Der Einsatz von hochqualitativen, in der Schalung erhärteten Fertigteilen aus Stahlbeton mit glattem Deckenschluss und hoher Gefügedichte sichert den hydraulisch bestimmten Durchfluss und bietet die Gewähr für eine lange Nutzungsdauer. Im Vergleich zu konventioneller Herstellung vor Ort führen die maßgenauen Fertigteile zu einem erheblichen Gütegewinn und einer nicht unerheblicheren Reduzierung der Bauzeit und somit zu einer zeitlich deutlich geringeren Beeinträchtigung der Anwohner. Die Gesamtbaumaßnahme wurde zur Zufriedenheit des Bauherrn termingerecht fertiggestellt.