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Partner für den temporären Einsatz Tunnelbau im Grundwasser

06.07.2017

Geht es unter die Erde und liegen Tunnelbauprojekte dabei mitten in der Grundwasserschicht, muss Pressluft her, damit die Baustelle beim Vortrieb nicht vollläuft. Weil Bauarbeiten tempo­rärer Art sind, lohnt es sich, die für den Druck erforderliche Technik zu mieten, statt zu kaufen.

Auf direktem Weg rein in die City und nach dem Einkauf wieder raus in die Region: Mit dem Ausbau des ÖPNV-Streckennetzes schafft Karlsruhe im Zusammenspiel mit einem Autotunnel mehr Mobilität und Lebensqualität. Die sogenannte Kombilösung soll das hochfrequentierte Streckennetz der Verkehrsbetriebe entlasten und dabei alle Passagiere schneller und sicherer ans Ziel bringen. Dafür entsteht eine unterirdische Straßenbahntrasse zwischen Ettlinger Tor und Marktplatz. Der gut 300 Meter lange Tunnel mitten unter der City hindurch gestaltet sich vor allem wegen der besonderen geologischen Formation als anspruchsvoll. Damit kein Wasser in die Baustelle eindringen kann, setzt Pressluft Frankfurt auf Verdichtertechnik von Aerzen.

Besonderheiten durch anspruchsvolle Geologie

Wer bei einem Regenguss auf der Karl-Friedrich-Straße steht und einen Blick auf den Asphalt wirft, der erlebt eine feinperlige schäumende Fahrbahn. Der Grund: Der darunter liegende Tunnel mit seiner Sohle 15 Meter unter Straßenniveau verliert Luft. „Wir habe es hier mit viel Sand, Kies und Lockergestein zu tun – alles Materialien, die wir im Tunnelbau so gar nicht gebrauchen können“, beschreibt Bauleiter Robert Schweitzer die Herausforderungen. Die Geologie sorgt einerseits dafür, dass die Firma BeMo Tunnelling beim Vortrieb sofort die Wände mit Spritzbeton stabilisieren muss, damit der Boden nicht gleich nachrutscht. Andererseits sind die Poren so groß, dass ebenfalls unmittelbar Grundwasser aus den Wänden laufen würde, wenn nicht der passende Gegendruck auf der Baustelle herrscht.

Daraus folgt der Rückschluss, dass die Arbeiten zwischen Ettlinger Tor und Marktplatz buchstäblich unter Druck stehen – und dieser liegt in der ersten Bauphase bei einem Delta zur Atmosphäre von 0,75 bis 0,85 Bar. Das Projekt fällt so unter die deutsche Druckluftvorordnung, die die entsprechenden Regeln für die Arbeitsplatzsicherheit definiert. Vor diesem Hintergrund betritt niemand die Druckschleuse ohne besondere Einweisung und Gesundheitszeugnis – und verlässt sie auch nicht ohne Dekompression. Die Druckschleuse gehört zu einer Leitwarte, in der der Schleusenwächter den Betriebszustand aller Kompressoren auf einem Display immer im Blick hat. Zwölf Aggregate sind installiert – vier davon unterirdisch und acht auf der Straße direkt darüber. Die räumliche Zweiteilung ist der Tatsache geschuldet, dass Bodenanalysen zu Beginn des Tunnelprojektes eine höhere Dichtigkeit vermuten ließ. Diese Einschätzung traf jedoch nicht zu – und die anfangs errechnete Förderleistung der Verdichter ebenfalls nicht. „Prognosen in alten Flussbetten sind kaum machbar“, bringt es Peter Engelke, Projektleiter von Pressluft Frankfurt auf den Punkt. Das Unternehmen erhielt von BeMo den Auftrag, die Druckluft entsprechend der anfänglichen Bodenanalyse in der Rhein-Ebene auszulegen. Weil schnell feststand, dass die anfänglich errechnete Leistung nicht ausreichen wird, kümmerte sich Pressluft Frankfurt gemeinsam mit der Aerzen Rental Division um eine Lösung. „Die Zusammenarbeit mit allen drei Unternehmen gestaltet sich überaus flexibel und sachkundig“, sagt Engelke.

„Wir haben die Verdichtereinheiten mit Delta-Screw-Aggregaten als Herzstück in Containerrahmen integriert. Die lassen sich leicht transportieren, auf der Baustelle zu platzsparenden Einheiten kombinieren und diese dank Cartridge-Bauweise auch mehrstöckig übereinander bauen“, erklärt Peter Link als Verantwortlicher für das deutsche Vermietungsgeschäft. Der Hauptsitz der Aerzen Rental Division ist Duiven in den Niederlanden. In Karlsruhe sind die Verdichter vom Typ CVO4400 kombiniert mit Wasserkühlern, die die Luftaustrittstemperatur am Kompressor von 120 Grad herunterbringen auf rund 20 Grad. „Würden wir die heiße Luft direkt in den Tunnel blasen, könnte dort niemand mehr arbeiten“, sagt Bauleiter Schweitzer.

Equipment mit Reserven

Im Tagesmittel sind es während der nicht so tief liegenden Arbeiten 100 bis 140 Kubikmeter Luft pro Minute, die die Aggregate in den Tunnel pumpen – was letztlich auch die schäumende Straße bei Regen erklärt. Schweizer sagt: „Die Luft blubbert halt langsam und stetig nach oben heraus. Der Spritzbeton hält zwar die Wände, ist aber längst nicht so dicht, wie die spätere Innenschale im Endausbau.“ Um den Druck auf weiter Strecke für die Bauarbeiter zu begrenzen, wird der Tunnel schichtweise in den Boden getrieben – von oben nach unten bis zur Sohle. Je tiefer die Baustelle liegt, desto höher steigt dann der Druck durch das Grundwasser an. Schweitzer geht zum Schluss der Rohbauarbeiten von einem Druckdelta bis 1,3 Bar aus – was die Druckverluste exponentiell ansteigen lassen wird und auch einen höheren Volumenstrom erfordert. Aus diesem Grund – sowie den Vorgaben der Druckluftverordnung nach ausreichender Redundanz – verfügt das von Aerzen Rental Division gelieferte Equipment über ausreichend Reserven. „Mir müssen mit zwei Dritteln der installierten Maschinenleistung den kompletten Bedarf decken können. Von den zwölf Aggregaten bilden vier also quasi unsere Ersatzbank“, erklärt der Maschineningenieur des auf Tunnelbauten spezialisierten Unternehmens aus Österreich.

„Mir ist noch nie eine Maschine kaputt gegangen – das spricht für lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit.“ , betont Engelke. Die Betriebssicherheit zählt vor allem in Tunnelprojekten, weil Ausfälle verheerende Folgen haben können. Während die Männer vor Ort ausreichend Zeit hätten, bei einem Ausfall der Verdichter durch die Schleuse sicher ins Freie zu gelangen, würde das eintretende Wasser zu einer Tunnelhavarie führen. „Das müssen wir unter allen Umständen verhindern“, fasst Schweitzer zusammen. „Die Geräte müssen einfach laufen.“ Würden alle in Betrieb sein, steht ein Volumenstrom von 700 Kubikmetern pro Minute zur Verfügung – abzüglich der genannten Reserve damit 420 Kubikmeter im Normalbetrieb.

Weil aber die geforderten Reserven immer gleichbedeutend sind mit ungewünschten Überdimensionierungen, stellt sich spätestens jetzt die Frage der Energieeffizienz. Immerhin haben die Verdichtereinheiten eine Anschlussleistung von jeweils 200 Kilowatt. „Der sparsame Umgang mit elektrischer Energie zählt – selbst bei zeitlich begrenzten Bauprojekten“, unterstreicht Link von der Aerzen Rental Division und auch Engelke hat die Erfahrung gemacht, „dass Stromkosten immer ein Thema sind“. Bei zwölf Verdichtern mit je 200 Kilowatt spielt jede Stelle hinter dem Komma eine Rolle.“ Die einstufigen, ölfreien Schraubenverdichter der Delta Screw Generation 5 plus sind deshalb als Universalwerkzeuge auch energetisch optimiert und lassen sich mit Hilfe eines Frequenzumrichters bedarfsgerecht steuern.

Mietservice übernimmt auch Wartung

In Karlsruhe wird die Drehzahl der Verdichter druckgesteuert so exakt angepasst, dass die Ist-Leistung exakt den Druckverlusten des 15 000 Kubikmeter im Volumen messenden Tunnels zwischen Marktplatz und Ettlinger Tor entspricht. Für BeMo Tunnelling und Pressluft Frankfurt rechnet es sich dabei auch noch, Verdichtereinheiten für solche Einsatzgebiete zu mieten, statt dauerhaft anzuschaffen – zumal der eigenständige Mietservice des Gebläse- und Verdichterherstellers aus Niedersachsen während der Betriebszeit die Wartung übernimmt. Läuft alles nach Plan, dann gehen die Verdichtereinheiten in gut einem Jahr zur Generalüberholung zurück. Dann nämlich soll der Tunnel in Karlsruhe so weit fertiggestellt sein, dass es frei von Grundwasser an den eigentlichen Stations- und Gleisausbau geht.

Bildergalerie

  • Blubbernde Straße: Prozessluft tritt an der Oberfläche aus.

    Bild: Aerzen

  • Die acht CVO4400 Einheiten der Aerzen Rental Division sind in Karlsruhe platzsparend zu einer zweistöckigen Einheiten kombiniert.

    Bild: Aerzen

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