Gut gewickelt unter dem Leuzetunnel - Stadtentwässerung Stuttgart saniert in extremer Örtlichkeit

08.09.2011

Renovierung

Zwei hoch belastete Bundesstraßen, die sich einen Tunnel teilen, fast darüber ein viel besuchtes Freizeitbad und unter dem Ganzen einer der Hauptstränge des Stuttgarter Abwasser-Kanalisationsnetzes: Diese extreme Ballung von Infrastruktur war die Ausgangslage für ein spektakuläres Kanalsanierungsprojekt in Stuttgart, das vom Ingenieurbüro ISAS GmbH vorbereitet, geplant und überwacht wurde. Beim Sanierungsprojekt „Stuttgart Schwanenplatz“ wurden drei begehbare Großprofile mit einer selbstfahrenden Wickelmaschine für Sonderprofile über eine Länge von insgesamt 260 Metern grabenlos mit dem SPRTM-Wickelrohrverfahren renoviert. Einer der Bauabschnitte, ein Haubenprofil H/B 1900/2320 mm, ist die bislang größte Nennweite, die in Deutschland mit diesem Verfahren saniert wurde.

Mehrstöckige Infrastruktur – und zuunterst das Abwasser
 
Die Planer des Ingenieurbüros sind seit Jahren auf die Inspektion und Sanierung von Großprofil-Bauwerken der Abwasserentsorgung spezialisiert. Insoweit ist man bei ISAS mit komplexen Problemstellungen eigentlich nur noch schwer zu beeindrucken. Die Anforderungen jedoch, die das Projekt „Stuttgart Schwanenplatz“ stellte, werden in die inzwischen fast 25jährige Unternehmensgeschichte als Highlight eingehen. Ort des Geschehens war das Neckarufer in Höhe der König-Karls-Brücke. Hier konzentriert sich Infrastruktur in einer fast beispiellosen Dichte. Die Brücke überquert den Neckar und verbindet 6-spurig Stuttgart mit dem Ortsteil Bad Cannstatt. Unter der Brücke verlaufen im sogenannten Leuzetunnel auf 4 Fahrspuren die hochbelasteten Bundesstraßen B 10 und B 14. Nach dem Tunnel teilen sich die beiden Hauptverkehrsstraßen, die B 14 kreuzt die Gegenrichtung der B 10 und führt weiter in Richtung Innenstadt. Ein weiteres Tunnelbauwerk, der Bergertunnel, führt den Rechtsabbiegerverkehr der B14 aus Richtung Innenstadt kommend tangential auf die B 10, wo er sich wiederum unterirdisch einfädelt. Im Uferstreifen zwischen B 10 und König-Karls-Brücke liegt zudem das Leuzebad, ein viel besuchtes Mineral- und Freizeitbad in Stuttgart. Und tief unter Verkehrsbauwerken und Mineralbad liegt schließlich der Problemfall, mit dem sich die Planer auseinanderzusetzen hatten: Der Hauptsammler links des Neckars besteht aus zwei parallel verlaufenden Kanälen und ist mit Abflussspitzen von bis zu 4,4 m³/s ein wichtiger Abwasserstrang der Stuttgarter Kanalisation. Seine ältesten gemauerten Bauabschnitte stammen schon aus dem Jahre 1898, die jüngsten wurden Anfang der 1960er Jahre gebaut. Darunter ist auch das größte Profil des Sanierungsvorhabens, ein Haubenprofil H/B 2320/1900 mm.
 
Von A bis Z eine Herausforderung
 
Bei der nach der Baden-Württembergischen Eigenkontrollverordnung vorgeschriebenen Routineuntersuchung war dieser Bereich aufgrund diverser Schadensbilder zum prioritären Sanierungsfall geworden. Die umfassenden Bestandsaufnahmen waren von Inspekteuren der ISAS GmbH durchgeführt worden. Dieses in Füssen ansässige und mit einer Niederlassung in der Nähe von Stuttgart vertretene Ingenieurbüro hat die manuelle Begehung als Verfahren zur Inspektion begehbarer Sammler insofern perfektioniert, dass Workflow und Untersuchungsqualität bei der Begehung der Bauwerke nun einer Befahrung klein dimensionierter Kanäle per TV-Kamera entsprechen.
 
Hauptproblem der Bauwerke im Sanierungsbereich war neben dem teils sehr hohen Alter - zwei gemauerte Bauabschnitte sind bereits 100 Jahre und älter - vor allem die Zusammensetzung des hier eingeleiteten Mineralwassers. Durch die Lage innerhalb der Aufstiegszone der Mineralquellen ist dessen Kohlensäuregehalt erhöht. Für mineralische Bauwerke, insbesondere deren zementgebundene Komponenten, ist dies extrem schädlich. Das machte insbesondere dem größten Profil des Sammlers zu schaffen. Das Haubenprofil mit den Abmessungen 2320/1900 mm wurde 1961 in Ortbetonbauweise gebaut und hat unter dem ein halbes Jahrhundert andauernden Säureangriff schwer gelitten. Immerhin wurden den Kanälen im Sanierungsbereich durch ein Gutachten des TÜV Rheinland - LGA Nürnberg eine ausreichende Standsicherheit des Altrohr-Boden-Systems zugeschrieben. Voraussetzung hierfür war aber, dass eine grundlegende Ertüchtigung der Bauwerksinnenwand in puncto Druckaufnahme erfolge. Damit war auch hier die Grundvoraussetzung für eine grabenlose Sanierung des vorhandenen Bauwerksbestands gegeben.
 
Exotische Profile, 12 Meter tief
 
Erschwerend kam bei diesem Projekt hinzu, dass alle drei zu sanierenden Bauabschnitte unterschiedliche Profile aufweisen. Neben dem Haubenprofil galt es ein gedrücktes Kreisprofil 1650/1850mm und ein gemauertes Kreisprofil DN 1200mm zu sanieren, in Letzterem waren zudem deutliche Bögen als Einschränkung zu berücksichtigen. Die exakten Innenmaße und Geometrien wurden im Vorfeld der Sanierungsplanung per 3D-Laserscan ermittelt. Die wohl restriktivste Vorgabe überhaupt war die äußerst problematische Zugänglichkeit sämtlicher Bauabschnitte, deren Scheitel bis zu 10 Metern unter Geländeoberkante liegen. Die Sanierungsarbeiten zweier Bereiche sind maßgeblich nur über ein 12 Meter tiefes Zugangsbauwerk erreichbar, das unmittelbar neben dem Eingangsbereich des Leuzebades liegt.
 
SPRTM-Wickelrohr in diesem Falle alternativlos
 
Bei Sanierungsprojekten dieser Größenordnung bestimmt eine Vielzahl von Randbedingungen das Sanierungsverfahren. Nach eingehender Planung unter Berücksichtigung aller Parameter einschließlich einer erweiterten Zustandserfassung wurde nach einem Renovierungsverfahren gesucht, dass diese erfüllt:
 
  • Es musste über die vorhandenen Schachtbauwerke und ohne weitere Tiefbaumaßnahmen gearbeitet werden.
  • Es musste eine der Geometrie und der Größenordnung der drei unterschiedlichen Bauabschnitte anpassbare Sanierungslösung eingesetzt werden.
  • Die Materiallogistik unter Tage musste über Strecken von bis zu 100 Metern reibungslos funktionieren.
  • Es war eine Sanierungslösung gefragt, die auch ein Fluten des Sanierungsabschnittes im Hochwasserfall zulässt.
  • Die eingesetzte Sanierungstechnik musste Vorgaben dauerhaft erfüllen und das auch unter der Randbedingung des eingeleiteten Mineralwassers.
  • Schließlich war eine schnell realisierbare Sanierungslösung gefragt.
 
All diese Vorgaben zugleich konnte nach Einschätzung der Planer derzeit nur die SPRTM–Wickelrohrtechnik bedienen. Beim Wickelrohr-Lining wird aus einem Kunststoff-Profilstreifen mit Nut-Feder-Verbindung im vorhandenen Kanal ein Rohr mit Untermaß gegenüber dem Altkanal gewickelt. Die Wickelrohrtechnologie kann über einen minimalen Zugang eingesetzt werden. Ein Standard-Kontrollschacht ist ausreichend, um Verfahrenstechnik und Material zuzuführen. Vorteil des in Japan vom SEKISUI Konzern entwickelte SPRTM-Verfahrens: Mit einem stahlverstärkten Kunststoff-Endlosprofil und patentierten Wickelrahmen, die sich auf Größe und Geometrie des jeweiligen Kanals hin anfertigen lassen, können nicht nur Kreisprofile, sondern auch beliebige Sonderprofile gewickelt werden; wie z. B. Ei-, Kasten- oder eben auch Haubenprofile. Im Letztgenannten baute die beauftragte KMG Pipe Technologies GmbH ein Wickelrohr passender Geometrie mit den Maßen H/B 1982/1693mm ein.
 
Ein weiterer Vorteil von SPRTM ist, dass der Wickelrahmen dem Liner voraus durch den Kanal fährt, anstatt das Wickelrohr vom Schacht her in den Kanal hinein zu drehen. Der Liner folgt dem voraus wandernden Rahmen, wodurch Reibungskräfte beim Einbau keine Rolle spielen und praktisch unbegrenzte Längen gefahren werden können: In Stuttgart konnten so Andienstrecken unter Tage bis zu 100 Metern realisiert werden.
 
Großprofilsanierung ohne Wasserhaltung
 
Heikel ist bei der Sanierung derart zentraler Sammler natürlich vor allem die Abwasserhaltung während der Bauarbeiten. Nicht selten bei Projekten dieser Größenordnung ist die Abwasserhaltung letztlich teurer als die eigentliche Sanierungsmaßnahme. Abgesehen von purer technischer Undurchführbarkeit einer oberirdischen Bypass-Lösung am Schwanenplatz hätten die Kosten wohl auch hier den Rahmen gesprengt. Durch Überleitung des Trockenwetterabflusses in den Parallelkanal konnte jederzeit gesichert und abwasserfrei gearbeitet werden. Im Hochwasserfall bietet die im Rohr verspannte Wickelmaschine aber einen durchgängigen Restquerschnitt - so kann die Aufrechterhaltung der Vorflut ohne Ausbau der Maschine sichergestellt werden. Gleichwohl war natürlich ein reibungslos funktionierendes Hochwasser-Frühwarnsystem ein entscheidender Bestandteil des sehr umfangreichen Sicherheitskonzeptes, sodass die Mitarbeiter den Sanierungsbereich bei Starkregen rechtzeitig und sicher verlassen konnten.
 
Liner als Schalung
 
Beim SPRTM-Verfahren wird der Liner stets mit einem definierten Untermaß gegenüber dem Bauwerk eingebaut. Der entstandene Ringraum wird im weiteren Verlauf abschnittsweise mit einem Spezialmörtel verfüllt, dessen Fließfähigkeit und Härtungsverhalten speziell auf diesen Anwendungsfall optimiert wurden. Während der SPRTM-Liner also quasi „nur“ eine Schalung darstellt, entsteht die eigentliche Sanierungswirkung durch die in situ neu hergestellte „Betonwandung“. Im großen Haubenprofil am Schwanenplatz beträgt deren Stärke mindestens 7,5 cm im statisch relevanten Kämpferbereich. Ein System von Abstandselementen stellt vor der Verfüllung sicher, dass der Liner, nachdem ihn die Wickelmaschine in die richtige Geometrie gebracht hat, auch die berechneten Abstände zur Wand des Altrohrs hat.
 
„Nebenbei“: Dauerhafter Korrosionsschutz des Betonbauwerks
 
Langfristig bietet die Sanierung auch einen wichtigen betrieblichen Pluspunkt: Da das stahlverstärkte Kunststoffwickelrohr keine temporäre Einbauhilfe ist, sondern fester konstruktiver Bestandteil der Sanierungslösung bleibt, schützt es das Altrohr und den eingebrachten Ringraummörtel dauerhaft vor mechanischem Verschleiß und vor chemischen Angriffen aus der Abwasserzusammensetzung. Die Ringraumverfüllung wird abwasserseitig unangreifbar, die kohlensäurehaltigen Wässer können die Rohrsubstanz nun nicht weiter schädigen. Eine Konstellation, die für eine sehr lange weitere Lebensdauer dieser „Hauptschlagader“ des Stuttgarter Abwassernetzes spricht.
 
Zudem wurde mit dem SPRTM-System eine vergleichsweise schnell realisierbare Sanierungstechnik für diesen schwierigen Fall gefunden. Nachdem das Sanierungskonzept im Januar 2011 beschlossen worden ist, steht nur 8 Monate später, Ende August 2011, der erfolgreiche Abschluss eines höchst anspruchsvollen Kanalsanierungsprojektes auf dem Bauplan.
 
 

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