Fernwärme in Köln:

Infrastrukturkanal für umweltgerechten Medientransport

KÖLN, 22.01.2016 – Im Rohrvortrieb können Hindernisse umweltgerecht überwunden und die unterschiedlichsten Medien gebündelt, sicher und effizient transportiert werden. Das zeigt der neue Rheindüker in Köln.

Von Dipl.-Ing. Marsel Kropp und Dipl.-Ing. Jonathan Trosdorff

Längsschnitt des neuen Rheindükers
Längsschnitt sowie Tunnelquerschnitt des neuen, 645 m langen Rheindükers in Köln
Die RheinEnergie AG in Köln setzt nach bisher bemerkenswerten Erfolgen auch in Zukunft auf den Ausbau leistungsfähiger Fernwärmenetze. Man will dies in den einzelnen Wohnquartieren und Stadtvierteln aus eigener Kraft und auf eigenes Risiko bewerkstelligen. Mit den Fernwärmerohren sowie den Medienleitungen werden das linksrheinische und rechtsrheinische Versorgungsnetz der RheinEnergie weiter verbunden und besonders der Ausbau des Fernwärmenetzes im rechtsrheinischen Köln forciert.
Der neue mit 3,4 m groß dimensionierte und 645 m lange Betonkanal ist das Herzstück der gesamten Baumaßnahme. Er wurde als Mehrspartendüker konzipiert und soll nach seiner Fertigstellung vor allem Vor- und Rücklauf der Fernwärmeleitung der im neuen Heizkraftwerk Niehl 3 erzeugten Fernwärme, aber auch ein zweites 110 kV-System, weitere Medienleitungen sowie eine HD-Gasleitung aufnehmen.
Einhub der Vortriebsmaschine
Kein Leichtgewicht selbst für einen 500-t-Kran: die rund 100 t schwere Microtunneling-Vortriebsmaschine beim Einheben in die Startbaugrube
 
Die Vortriebsachse mit einer Länge von 645 m war als vertikale Raumkurve mit einem Radius von 3.770 m und einem maximalen Gefälle von 7,6% trassiert und verläuft vom linksrheinischen Ufer unter sensiblen Versorgungsleitungen und Straßenanlagen, unter dem Flussbett des Rheins bis auf die rechtsrheinische Seite in Köln-Mülheim, wo eine komplette Hochwasserschutzanlage setzungsarm unterfahren werden musste. Hierbei waren sowohl quartäre Kiese als auch sehr dicht gelagerte tertiäre Sande zu durchfahren. Insbesondere im Übergangshorizont vom Quartär zum Tertiär war gemäß Bodengutachten mit massiven Geschieben, Steinen und Blöcken zu rechnen.
Bereits parallel zu den Aushubarbeiten der Zielbaugrube wurde der Rohrvortrieb von der linksrheinischen Seite gestartet. Zum Einsatz kam hierbei eine Microtunnelling-Maschine Typ AVND2500AB von Herrenknecht, die auf einen Außendurchmesser von 3,40 m aufgedoppelt worden war. Mitte Mai 2015 wurde der ca. 100 t und 7 m lange Bohrkopf termingerecht von der Sonntag Baugesellschaft bereitgestellt, als Schwertransport auf die Baustelle gebracht und mit einem 500-t-Mobilkran in die Pressgrube eingehoben. Es folgte der Vortrieb, für den insgesamt 158 Stahlbetonrohre DN2800/DA3400 mit einer Länge von 4,00 m sowie fünf Zwischenpressstationen erforderlich waren. Sie wurden entsprechend den Anforderungen des Bauherrn im Werk Nievenheim von Berding Beton individuell im Rüttelverfahren in den Spezifikationen des Projekts angepassten massiven Stahlschalungen hergestellt und verblieben bis zur Betonerhärtung in der Schalung.
 

Besonderheiten bei der Rohrproduktion

 Das Dichtungssystem der Vortriebsrohre untereinander ist auf die besondere Lage der Vortriebshaltung als Düker unter dem Rhein spezifiziert. Bei Einhaltung des Sicherheitsbereichs von Rohrvortrieben unterhalb von Wasserstraßen mit größer gleich 5,00 m Abstand zwischen Rheinsohle und Vortriebsrohren gemäß den Anforderungen des Wasser- und Schifffahrtsamts entstehen infolge der Tiefenlage sehr hohe Umgebungsdrücke auf das Vortriebsrohr. Diese Ausgangsposition wurde durch ein spezielles, extrem passgenaues Rohrverbindungskonzept berücksichtigt: Auf den Rohrspitzenden ist werkseitig ein in einer Betonkammer lagegenau positionierter Elastomer-Dichtungsring eingepasst. Das für die Funktionalität der druckwasserdichten Rohrverbindung erforderliche Gegenstück bildet ein monolithisch einbetonierter Stahlführungsring aus dem Material S 235 JR. Zusätzlich wurde im Bereich der Rohrspiegelfläche eine Kompressionsdichtung werkseitig fixiert.
Die gemäß Rohrfolgeplan positionierten Vortriebsrohre mit Bentonitstutzen zur Injektion von Bentonitsuspension während des Vortriebs sowie der späteren Ringraumverpressung wurden auf Veranlassung der Firma Sonntag in besonderer Anzahl und Anordnung werkseitig eingemessen und einbetoniert.
Gefälle im Rheindüker
Eine interessante Perspektive mit Spiegelbild: Deutlich zu erkennen das Gefälle bis zu dem Düker-Tiefpunkt von 12 m unter der Gewässersohle des Rheins
 
Jedes Vortriebsrohr war im Berding Beton-Fertigteilwerk mit zwei umlaufenden, auf den Innendurchmesser gebogenen feuerverzinkten Ankerschienen versehen worden. Hierzu hatte man die Ankerschienen in der Rohrform unter Berücksichtigung der Bewehrungsführung genau nach Systemvorgabe positioniert und im Herstellungsprozess monolithisch einbetoniert.
Der Verwendung des Rohrvortriebs als Leitungsdüker entsprechend wurden an den Ankerschienen in variabler Höhe u.a. Leiterkonstruktionen für die auftriebssichere Montage von Starkstromleitungen und Kabelbahnen befestigt.
 

Variabler Stützdruck bei der Rohrverlegung



 Die gesamte Vortriebsstrecke wurde im Mixschildmodus mit Nassförderung aufgefahren, um Setzungen zu minimieren und eine permanente, kontrollierbare Stützung der Ortsbrust zu gewährleisten. Zur Reduzierung der Pressenkräfte wurde der gesamte Rohrstrang mit einer Bentonit-Suspension über spezielle Rohre geschmiert. Hierbei kam ein vollautomatisches Bentonit-Schmiersystem von Herrenknecht zum Einsatz, das nach Eingabe aller Randbedingungen, der Tunnelstation und der angetroffenen Geologie automatisch die Parameter für die Schmierung regelt.
Planmäßig waren zwei Drucklufteinstiege an der Ortsbrust bei bis zu 1,7 bar Überdruck vorgesehen, um die Diskenmeißel am Schneidrad zu kontrollieren und ggf. auszutauschen. Hierbei wurde die Stützsuspension im Brecherraum abgesenkt und die gesamte Vortriebsmaschine über die integrierten Luftschleusen mit Druckluft versorgt. Anschließend konnten die Spezialtaucher an der Ortsbrust einsteigen. Für den Zeitraum der Wartungsarbeiten erfolgte die Ortsbruststützung mit Druckluft.
Das Schneidrad war so konzipiert, dass sämtliche Abbauwerkzeuge von hinten gewechselt werden konnten. An den beiden Drucklufteinstiegen wurden die Abbauwerkzeuge ausschließlich begutachtet. Ein Werkzeugwechsel war auf der gesamten Vortriebsstrecke trotz großer Steine und Blöcke nicht erforderlich.
Betonpumpe an der Startbaugrube
Einbringen des Sohlbetons im Düker über die Zielgrube mit 36 m Betonpumpe sowie über die Startbaugrube mit  Pumplängen von bis zu 350 m
 

Gut im Plan durch kontinuierlichen Vortrieb 

Die Vortriebsarbeiten wurden rund um die Uhr an sieben Tagen der Woche ausgeführt. Nach nur 40 Vortriebstagen erfolgte im Juli 2015 punktgenau die Einfahrt der Vortriebsmaschine in die Zielbaugrube. Nach dem Baubeginn im Januar 2015 wurden die technisch sehr komplexe Start- und Zielbaugrube sowie der gesamte Rohrvortrieb in einer Bauzeit von nur 7,5 Monaten fertiggestellt. Anschließend begann das Einziehen von zwölf Leerrohren für Strom (110kV) und Kommunikation, die in einer 1 m hohen Sohle mit einer speziellen wärmeleitfähigen Mischung einbetoniert wurden.
Bedingt durch die hohen Pumplängen von bis zu 350 m sowie der beengten Verhältnisse im Tunnel war selbst für gestandene Profis die Sohlbetonage mit einer Länge von 645 m keine leichte Aufgabe. Bereits im Oktober 2015 konnte die Leerrohranlage termingerecht zum Kabeleinzug übergeben werden.
Nachfolgend werden das Fernwärmesystem, bestehend aus Vor- und Rücklauf, sowie eine Hochdruckgasleitung in den Tunnel eingezogen. Der Restquerschnitt des gesamten Leitungstunnel wird abschließend vollständig verdämmt, und die Baugruben werden verfüllt.
 
Den vollständigen Bericht lesen Sie in der aktuellen Ausgabe (6/15) der bi-UmweltBau.