1.456 Meter langer Düker:

Hin und zurück unter der Kieler Förde

KIEL, 25.11.2015 – Für einen zukunftssicheren Transport des Abwassers zur Kläranlage investiert der Abwasserzweckverband Ostufer Kieler Förde rund 14 Millionen Euro. Der im Rohrvortrieb erstellte 1.486 Meter lange Abwasserdüker ist das Herzstück des Projektes und für den Netzbetreiber ein Jahrhundertbauwerk.

von Artur Graf zu Eulenburg

Vortriebsanlage am Startschacht
Im Oktober 2014 traf die Vortriebsanlage auf der Baustelle ein. | Foto: Ingenieurgemeinschaft Fördedüker
Der Abwasserzweckverband Ostufer Kieler Förde ist zuständig für die Abwasserentsorgung von acht Gemeinden auf dem Ostufer der Kieler Förde. Im Verbandsgebiet leben etwa 26.000 Einwohner. Das Schmutzwasser von sieben dieser Gemeinden wird im zentralen Klärwerk der Stadt Kiel in Bülk auf dem Westufer der Förde gereinigt.
„Der Transport des Schmutzwassers vom Ost- zum Westufer erfolgt derzeit in zwei etwa 1,5 Kilometer langen Abwasserdruckleitungen aus PE, die bereits 1966 als Düker in offener Bauweise im Einspülverfahren auf dem Grund der Förde verlegt wurden“, beschreibt AZV-Verbandsvorsteherin Heike Mews die aktuelle Situation. Diese beiden Druckleitungen haben ein für diese Bauwerke typisches Problem: Sie lassen sich aus betriebstechnischen Gründen nicht außer Betrieb nehmen. Deshalb ist eine Zustandserfassung und -bewertung nahezu unmöglich. Da ein schadensbedingter Ausfall jedoch einen unmittelbaren Entsorgungsnotstand im Verbandsgebiet zur Folge hätte, entschlossen sich die Verantwortlichen beim AZV, nach fast 50-jähriger Nutzung für eine neue und zukunftssichere Lösung zu sorgen.
Stahlbetonvortriebsrohre
Die drei Meter langen Stahlbetonvortriebsrohre DN 1800 mit einer Wandstärke von 250 Millimetern waren von Berding Beton projektspezifisch für die bei diesem Vortrieb zu erwartenden Belastungen hergestellt worden. | Foto: Ingenieurgemeinschaft Fördedüker

Rohrvortrieb von Ost nach West

Der neue Düker sollte aus vier Leitungen bestehen und die Möglichkeit bieten, einzelne Leitungsstränge zum Zweck der Reinigung und der Inspektion außer Betrieb nehmen zu können. Bei der Betrachtung möglicher Bauverfahren schied das Einspülen in offener Bauweise aus, da dies zu inakzeptablen Beeinträchtigungen des in den vergangenen Jahren immer dichter gewordenen Schiffsverkehrs auf der Förde geführt hätte. Das Horizontalspülbohrverfahren wurde angesichts der im Fördegrund zu erwartenden geologischen Risiken verworfen. Die Wahl fiel letztlich auf einen 1486 Meter langen Rohrvortrieb DN 1800. In den auf diese Weise erstellten Tunnel sollten dann die Druckleitungen aus PE eingezogen werden.
Mit der Ausführungsplanung und Bauüberwachung wurde die Ingenieurgemeinschaft Fördedüker, bestehend aus dem Ingenieurbüro IPP aus Kiel, dem Ingenieurbüro Levsen aus Heikendorf sowie dem Ingenieurbüro Consulaqua Hamburg Beratungsgesellschaft, einem Tochterunternehmen von Hamburg Wasser, beauftragt. Für die Planer bestand zum einen die Herausforderung, die erforderliche Baustellenlogistik und die begrenzten Platzverhältnisse auf der Start- und auf der Zielseite in Einklang zu bringen. „Zum anderen wollten wir eine möglichst saubere Ausschreibung erstellen, und so eventuelle Nachträge zu minimieren“, so Dirk Noack vom Büro IPP. Deshalb wurde den Baugrunduntersuchungen im Vorfeld besonderes Gewicht beigemessen. „Der AZV hat mit erheblichen Kosten das geologische Gutachten erstellen lassen und den Bietern zur Verfügung gestellt. Dadurch wurden sie in die Lage versetzt, entsprechend genau zu kalkulieren.

Rohrstrang auf Rollenböcken
In Abschnitten von 60 Metern Länge wurde der Rohrstrang für den Einzug vorbereitet. Insgesamt 489 Rollenböcke dienten als Hilfskonstruktion für den Rohreinzug. | Foto: bi/zu Eulenburg

Anspruchsvolle Geologie

Die Maßnahme wurde als europaweiter Teilnahmewettbewerb ausgeschrieben. Von den neun Bewerbern erhielt im Mai 2014 die Firma ICOP den Zuschlag auf das wirtschaftlichste Angebot. Das italienische Familienunternehmen verfügt über viel Vortriebserfahrung und ist insbesondere mit Langstreckenvortrieben international erfolgreich tätig. Die heterogenen Bodenverhältnisse – Mergelschichten mit eingelagerten Steinblocken wechselten mit sandigen und schluffigen Bereichen – sorgten bei diesem Vortrieb für eine sehr anspruchsvolle Geologie. Für Bauleiter Ralph Küsters bestand die wesentliche Herausforderung darin, die Abbauwerkzeuge und die Verfahrenstechnik optimal auf diese Baugrundverhältnisse abzustimmen. „Unser Hauptziel dabei war es, aus Gründen der Arbeitssicherheit eine Begehung der Ortsbrust zur Beseitigung von Hindernissen zu vermeiden.“
Die Trasse verläuft 12 Meter unter dem Grund der Förde. „Diese Tiefenlage wurde aus zwei Gründen gewählt: Zum einen können wir hier mit Sicherheit von Kampfmittelfreiheit ausgehen. Zum anderen unterfahren wir mit der gewählten Trasse die bestehenden Druckleitungen mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand“, erläutert Nobert Buchwald, der als Projektleiter des AZV dieses Bauvorhaben seit den ersten Planungsschritten im Jahr 2008 begleitet und mitgestaltet.

Rohrstrang im Tunnel
Der Rohrstrang verschwindet im Tunnel. Durch die oberen Leitungen wurde der Dämmer transportiert, mit dem die Hohlräume später verfüllt wurden. | Foto: bi/zu Eulenburg

Vortriebsrohre: Robust und dicht

Die Startbaugrube besteht aus 16 Meter langen überschnittenen Bohrpfählen, jeder zweite Pfahl ist bewährt. Sie gehörte nicht zum Auftragsvolumen der Firma ICOP, sondern war im Vorfeld von eine anderen Firma erstellt worden. Seitens der Vortriebsfirma wurde der Startschacht mit einem Laserscanning vermessen und erhielt eine maßgeschneiderte Konstruktion der Einfahrwand und des Widerlagers sowie eine vollintegrierte Innenschale. Durch diese Maßnahme wurde die Ausführungssicherheit in Bezug auf Dichtheit und Kraftverteilung erheblich gesteigert.
Die drei Meter langen Stahlbetonvortriebsrohre wurden von Berding Beton hergestellt und geliefert. Neben den statischen Anforderungen war bei diesen Rohren die Dichtheit ein besonderes Kriterium. Auch bei dem hohen Außendruck von 3,2 bar durfte kein Wasser in den Tunnel eindringen. Die Rohre mit einem Innendurchmesser von DN 1800 haben bei einer Wandstärke von 250 Millimetern einen Außendurchmesser von 2300 Millimetern. Für die Herstellung wurde ein Beton mit einer speziellen Rezeptur gewählt, die zu einer erhöhten Festigkeit und zu einer geringen Wassereindringtiefe führt. Besondere Aufmerksamkeit wurde der Rohrverbindung gewidmet. Hier wurde mit außergewöhnlich geringen Maßtoleranzen produziert und die Konstruktion der Dichtung auf den hohen Wasseraußendruck ausgelegt. Jede der eingesetzten Manschetten wurde einzeln vermessen. Insgesamt gesehen ist die Rohrkonstruktion ausgelegt worden, um hohe Reserven gegenüber mechanischen Belastungen aus dem Baugrund, beispielsweise Findlingen, und gegenüber den zu übertragenden Vortriebskräften zu gewährleisten. Die Druckübertragung erfolgte konventionell mit Übertragungsringen aus Holz. „Die Achse des Vortriebes wurde bewusst so eingemessen, dass die Verwendung einer hydraulischen Fuge vermieden werden konnte“, so Ralph Küsters. „Bei den projektspezifisch konstruierten und produzierten Rohren wurden auch von ICOP eingebrachte Wünsche und Erfahrungen mit berücksichtigt“, erläutert Volker Reiß von Berding Beton und Ralph Küsters stellt fest, dass sich Aufwand und Sorgfalt bei der Auswahl der eingesetzten Materialien ausgezahlt haben: „Alle auf die Baustelle gelieferten Teile hatten eine Fehlerquote von null Prozent, mehr ist einfach nicht zu erreichen!“

Rohrstrang kurz vorm Schacht
Der Rohrstrang nähert sich dem Schachtbauwerk. | Foto: bi/zu Eulenburg

Vortrieb „optimal gelaufen“

Was den Verlauf des Vortriebes angeht, hält sich der Bauleiter von ICOP sehr bedeckt. Mehr als „den Erwartungen entsprechend und ohne eine einzige Stillstandsstunde“ ist ihm nicht zu entlocken. Die Zufriedenheit mit dem Ergebnis seitens der Planer und des Auftraggebers lassen jedoch den Schluss zu, dass hier an und unter der Kieler Förde ausgezeichnete Arbeit geleistet wurde. „Aus unserer Sicht ist der Vortrieb – auch auf der Zeitschiene – optimal gelaufen,“ so das Urteil von Bernd Oltersdorf von der Consulaqua, der für Hamburg Wasser bereits viele Vortriebe erfolgreich planerisch begleitet hat und somit über den entsprechenden Erfahrungsschatz verfügt.
Schlüsselfaktoren für den so reibungslosen und erfolgreichen Verlauf des Vortriebes sehen die Beteiligten zum einen in der hervorragenden Baustellenlogistik des ausführenden Unternehmens und zum anderen in der außergewöhnlich intensiven und vertrauensvollen Zusammenarbeit aller an diesem Projekt Beteiligten. Dies betrifft den Auftraggeber, die Planer, die Baufirma und die Materiallieferanten. „Genau nach diesen Kriterien haben wir unsere Materiallieferanten ausgesucht, und ein wichtiger Teil der vertraglichen Vereinbarungen betrifft genau diese Art der Zusammenarbeit“, betont Küsters. „Dort sind Faktoren wie logistische Abläufe, die Erreichbarkeit und viele weitere Dinge fixiert, die das Miteinander im Verlauf des Projektes betreffen.“ Dies galt nicht nur für den Rohrhersteller sondern auch für Lieferanten beispielsweise von Ersatzteilen und Bentonit. ICOP selbst hielt Reservepersonal bereit, um Ausfälle schnell kompensieren zu können. „Für alle Beteiligten war von Anfang an das Ziel klar definiert: Kein Stillstand“, so Ralph Küsters. Diesem Ziel müssten sich auch die Feiertage unterordnen. So wurde selbst über Weihnachten und über den Jahreswechsel 2014/2015 ohne Unterbrechung durchgearbeitet. „Das Bemerkenswerte dabei war, dass sowohl Auftraggeber als auch Ingenieurgemeinschaft in dieser Zeit einsatzbereit waren und auch in der Weihnachtszeit alle Entscheider zum direkten Eingreifen zur Verfügung gestanden haben“, lobt Küsters.

Dem Thema Arbeitssicherheit wurde bei dem Projekt große Aufmerksamkeit gewidmet. Mit Erfolg, denn der Vortrieb und auch der anschließende Rohreinzug verliefen ohne einen nennenswerten Arbeitsunfall. Im Vorfeld waren Rettungsübungen mit der Freiwilligen Feuerwehr Heikendorf und mit der Berufsfeuerwehr Kiel durchgeführt worden. Dabei wurden zunächst – wiederum gemeinsam – Lösch- und Bergungskonzepte erarbeitet und die Umsetzung wurde anschließend mit den Beteiligten trainiert“, beschreibt Küsters.
Im Februar erreichte der Bohrkopf der Vortriebsmaschine die Zielbaugrube. Damit war der Tunnelvortrieb erfolgreich und voll im Bauzeitenplan liegend abgeschlossen. Die Qualität des Bauwerkes war ausgezeichnet. Der Tunnel war absolut trocken und es gab keinerlei Fugenversätze, was für den folgenden Rohreinzug von Bedeutung war.
Arne Levsen und Norbert Buchwald
Geschafft: Voll im Zeitplan und zentimetergenau ist der Einzug abgeschlossen. Arne Levsen von der Planungsgemeinschaft und Norbert Buchwald vom AZV sind zufrieden. | Foto: bi/zu Eulenburg

Rohreinzug von West nach Ost

Im nächsten Schritt galt es, die Medienleitungen in den Tunnel einzuziehen. Diese Aufgabe übernahm als Nachunternehmer der Firma ICOP die Firma Gerhard Rode Rohrleitungsbau aus Wischhafen. Der Rohrstrang besteht aus vier PE-Rohren, zwei DN 300 und zwei DN 200, für den Transport des Abwassers. Er wird ergänzt um zwei Lehrrohre DN 50, die als Reserve für eventuellen späteren Bedarf anderer Leitungsträger dienen.
Dieser Rohreinzug gestaltete sich ebenfalls als eine anspruchsvolle Aufgabe, bei der rund um die Uhr gearbeitet wurde. Jeweils morgens gegen 8.00 Uhr und abends gegen 20.00 Uhr wurden etwa 60 Meter des Rohrstranges in den Tunnel eingezogen. In den 12 Stunden dazwischen bereiteten die Mitarbeiter des Rohrleitungsbauunternehmens auf dem Baufeld am Westufer der Förde den nächsten Abschnitt für den Einzug vor. Das bedeutete: Verschweißen der Rohre und die Montage auf den für das Projekt hergestellten Rollenböcken. Um die Zugkraft zu übertragen wurden die Rollenböcke mit zwei Stahlrohren verbunden. Es wurden folglich keine Zugkräfte auf die Medienrohre übertragen. Vor dem abschnittsweisen Einzug wurden die Schweißnähte von innen geschält und auf Dichtheit geprüft.
Der Einzug erfolgte mit einer im Startschacht auf dem Ostufer montierten Winde mit einer Zugkraft von 100 Tonnen. Die Rollen der Böcke wurden von Leitschienen geführt, die über die gesamte Länge im Tunnel montiert sind.
Am Morgen des 13. Mai erreichte der Rohrstrang zeitgerecht und zentimetergenau unter Ausnutzen der letzten Kraftreserven der Winde den Schacht auf dem Ostufer. Nach erfolgreicher Dichtheitsprüfung des gesamten Rohrstranges wurde anschließend der Ringraum zwischen Tunnel und Medienleitungen verdämmert. Hierfür sprachen im Wesentlichen zwei Argumente. Zum einen erhalten auf diese Weise die Medienrohre aus PE eine optimale Bettung. Zum anderen tritt das Problem eventuell im Laufe der Zeit undicht werdender Rohrverbindungen mit dem Risiko eindringenden Wassers und folgender Korrosionsschäden gar nicht erst auf. „Wir schaffen auf diese Weise ein wartungsfreies und langlebiges System“, so Arne Levsen von der Planungsgesellschaft.
Der AZV beginnt im September mit dem Bau der neuen Pumpstation. Dabei wird der Startschacht genutzt, um den Tiefbauteil des Pumpwerkes aufzunehmen. Für 2016 ist die Fertigstellung und die Inbetriebnahme geplant.
Die Gesamtprojektkosten belaufen sich auf rund 14 Millionen Euro. Davon entfallen etwa 10 Millionen auf den Düker und 4 Millionen auf das neue Pumpwerk. Der alte Düker wird nach Inbetriebnahme des neuen gereinigt, mit Wasser gefüllt und mit Flanschen verschlossen. Die Leitungen verbleiben stillgelegt in der Förde.
Bis Abwasser durch das neue Bauwerk fließt, wird es also noch eine Weile dauern. Mit der Fertigstellung des Dükers ist das Kernstück dieses Mammutprojektes bereits geschafft. Sehr zur Freude des Auftraggebers. AZV-Projektleiter Norbert Buchwald ist jedenfalls voll des Lobes für alle Projektbeteiligten und über die ausgezeichnete und konstruktive Zusammenarbeit. „Dies war ein ganz entscheidender Faktor dafür, dass wir diese komplexe Baumaßnahme in diesem Zeithorizont und in dieser Qualität haben fertig stellen können.“



Dieser Artikel ist zuerst erschienen in der bi-UmweltBau 4/2015.