Deutschlandpremiere mit Rotec

Um die Wasserversorgung der östlichen Stadtteile im fränkischen Erlangen dauerhaft zu sichern, verlegen die Erlanger Stadtwerke AG (ESTW) eine neue Wasserleitung zwischen den Stadtteilen Schallershof und Bruck durch den Regnitzgrund.

Im Rahmen der beiden zwischen August 2018 und Oktober 2019 durchgeführten Bauabschnitte wurden die Leitungen im Torpedopflug- sowie im Spülbohrverfahren eingebracht. Dabei wurde in Deutschland erstmalig eine Wasserleitung der Dimension DA 450 im Pflugverfahren verlegt.

Die Rotec Rohrtechnik GmbH, Erlangen, bereits seit 22 Jahren Mitglied des Rohrleitungsbauverbandes e. V. (rbv), zeichnete als Generalunternehmer der Baumaßnahme für den reibungslosen Ablauf dieser gelungenen Deutschlandpremiere verantwortlich.

Das Unternehmen verfügt über ein profundes Know-how im Leitungsbau, unter anderem belegt durch die Zertifizierungen DVGW GW 301: G1 ge, st, pe / W1 ge, st, pvc, pe / DVGW GW 302: R 4, RAL-GZ 962, AGFW FW 601 FW 1 st, ku, ISO 9001, ISO 45001. Die Erlanger Stadtwerke AG versorgt die 110.000 Einwohner der fränkischen Universitätsstadt mit Trinkwasser.

Durch die besondere geografische Lage der Metropole an der Flussaue der Regnitz teilt der rund 800 Meter breite Regnitzgrund mit Fluss und unberührten Wiesen die Stadt in einen Ost- und einen Westteil. „Die Wasserversorgung der ESTW stützt sich auf die beiden Säulen Eigengewinnung und Fremdbezug“, erläutert ESTWProjektleiter B. Eng. Rolf Bergmann genaue Details der Wasserversorgung in Erlangen.

„Dabei werden circa 2/3 des in Erlangen benötigten Trinkwassers in den Wasserwerken gefördert und circa 1/3 von einem überregionalen Fernwasserversorger bezogen“, so Bergmann weiter. Sowohl die Einspeisung dieser Fernwassermengen als auch die Förderung eines Großteils des eigenen Wassers erfolgen westlich des Regnitzgrundes.

Lediglich das Wasserwerk Ost speist östlich des Regnitzgrundes in das Wassernetz ein. Es werden jedoch nur etwa 25 Prozent der Gesamtwassermenge westlich der Regnitz, aber 75 Prozent östlich der Regnitz verbraucht. Somit muss die Hälfte des westlich eingespeisten Wassers in den Osten transportiert werden. Das sind circa 1,65 Millionen Kubikmeter Wasser pro Jahr.

Von West nach Ost

Derzeit existieren in Erlangen zwei Verbindungsleitungen von West nach Ost. Der Wasserbedarf in den östlich der Regnitz gelegenen Stadtteilen steigt jedoch weiter an. Hier befindet sich die Innenstadt und der gerade neu entstehende Stadtbezirk Siemens Campus.

Allein für dieses Quartier wird bis zum Jahr 2030 sukzessive eine Erhöhung des Wasserbedarfs von 1 Millionen Kubikmetern pro Jahr prognostiziert. Um die Versorgung der östlichen Stadtteile auch für die Zukunft zu sichern und um Redundanzen im Netz zu schaffen, verlegen die Erlanger Stadtwerke eine dritte Wasserleitung durch den Regnitzgrund.

Premiere in Deutschland

Im Rahmen der geplanten Baumaßnahme für die neue Wasserleitung in Erlangen galt es, die Regnitz auf einer Länge von rund 250 Meter mittels Spülbohrverfahren zu queren sowie einen weiteren ungefähr 700 Meter langen Teilabschnitt durch die Wiesen der Auen zu verlegen. Bei diesen sogenannten „Wässerwiesen“ handelt es sich um ein Landschaftsschutzgebiet mit einem hohen Grundwasserstand von teilweise bis zu 30 Zentimeter unter Geländeoberkante. Bei Regen steht die gesamte Fläche zudem komplett unter Wasser.

Für die Verlegung der Rohre aus PE 100-RC DA 450 (Zulassung nach PAS 1075) mit zusätzlichem Schutzmantel prüften die verantwortlichen Planer der ESTW sowohl einen Einbau in offener Bauweise als auch einen Einzug des Rohrstrangs mittels Spülbohrung. „Beide Verfahren wären mit sehr großen Eingriffen in die natürliche Wiesenlandschaft verbunden gewesen“, erläutert Bergmann die ökologisch anspruchsvollen Rahmenbedingungen.

„Vonseiten der Eigentümer sowie der zuständigen Umweltbehörden gab es aber die Auflage, den ertragreichen Boden sowie die Oberflächen der Wiesenlandschaft möglichst wenig zu beeinträchtigen“, so Bergmann weiter. Auch wirtschaftlich konnten beide Verfahren kaum überzeugen.

Auf der Suche nach einer geeigneten Alternative stießen die ESTW und die als Generalunternehmer tätige bauausführende Rotec Rohrtechnik GmbH, Erlangen, auf das für den Einbau von PE-Rohren bis DA 630 geeignete Torpedopflugverfahren der IFK – HandelsgesmbH, Salzburg.

„Nach Prüfung aller relevanten technischen Details haben wir uns gemeinsam mit den ESTW dazu entschieden, die PE-Leitung DA 450 (SDR 11) im Wiesenbereich mittels Torpedopflug zu verlegen“, erklärt Dipl.-Ing. (FH), Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Matthias Kraus, Geschäftsführer der Rotec Rohrtechnik GmbH.

„Die Vorteile waren vielfältig. Das Verfahren ist sehr umweltschonend, die Flurschäden sind äußerst gering und auch eine Grundwasserabsenkung ist nicht notwendig. Darüber hinaus haben wir erstmalig in Zusammenarbeit mit IFK eine Wasserleitung dieser Dimension in Deutschland im Pflugverfahren verlegt, eine Premiere also“, so Kraus.

Torpedopflug in großer Nennweite

Bei dem herkömmlichen Pflugverfahren handelt es sich um ein bewährtes Verfahren zur grabenlosen Verlegung von Kabeln und Rohrleitungen. Die Verlegeeinheit setzt sich zusammen aus einem Verlegepflug und einer auf einem Lkw oder Raupen- fahrzeug installierten Seilwinde. Für den Einbau der Leitung wird der Verlegepflug von der auf dem Zugfahrzeug befestigten Winde an dem Zugseil über die Trasse gezogen. Der Beginn der Verlegung erfolgt in einer auf die angestrebte Verlegetiefe ausgehobenen Startgrube.

Das Pflugschwert verdrängt das Erdreich im Bereich der Leitungszone und glättet die Rohrgrabensohle. Die Leitung wird über den Verlegeschacht des Pflugschwertes auf der Grabensohle in der gewünschten Tiefe spannungsfrei verlegt. Hinter dem Pflugschwert schließt sich das Erdreich durch sein Eigengewicht. Eine besondere Variante des Pflugverfahrens ist das Torpedo- oder Raketenpflugverfahren.

Während das klassische Pflugverfahren für die Verlegung von Rohren bis rund DN 250 ausgelegt ist, ermögliche eine Erweiterung des Pflugs um eine Torpedokonstruktion mit Verdrängerteil auch die Verlegung größer dimensionierter Rohre. Der bereits vormontierte Rohrstrang wird im Rahmen dieser Verfahrensvariante hinter der Startgrube ausgelegt, direkt an das Verdrängerteil (Torpedo) montiert und in den damit geschaffenen Hohlraum eingezogen.

Dabei wird der Rohrstrang zusammen mit dem Pflugschwert über die gesamte Verlegelänge gezogen. Die entstehenden Zugkräfte am Leitungsstrang – ein für einen erfolgreichen Einbau der Leitung entscheidender Parameter – werden mit Hilfe einer Messeinrichtung überwacht, um zu gewährleisten, dass die zulässigen Zugkräfte der Rohrleitung und der Verbindung nicht überschritten werden.

„Wir waren uns durchaus der Tatsache bewusst, dass die Verlegung der Leitung im Torpedopflugverfahren mit einem gewissen Risiko verbunden war“, erklärt Dipl. Ing. (TU) Zbigniew Izydorczyk, der bei Rotec für die Durchführung der Baumaßnahme verantwortliche Bauleiter.

„Wären die für die eingesetzten PE-Rohre zulässigen Zugkräfte überschritten worden, hätten wir den Einbau stoppen müssen und mittels offener Verlegung weiterbauen müssen“, so Izydorczyk weiter. Dennoch entschieden sich alle Verantwortlichen dafür, das bisher in Deutschland in dieser Dimension noch nicht durchgeführte Verfahren anzuwenden.

Die Vorteile der schnellen Bauzeit im sandigen Boden mit hochstehendem Grundwasser sowie eines nur geringen Eingriffs in die Natur überwogen deutlich. Hinzu kommt der ökonomisch relevante Aspekt eines im Vergleich zu einer klassischen offenen Bauweise um rund 40 Prozent günstigeren Einbaus.

Schnell und sicher durch die „Wässerwiesen“

Die Verlegung des 700 Meter langen Leitungsbereichs durch den sandigen Boden der „Wässerwiesen“ bis zur Regnitz im Torpedopflugverfahren erfolgte im Rahmen des ersten Bauabschnitts im August 2018. Für den Einzug des Leitungsstrangs galt es im Vorfeld drei rund acht Meter lange und 4,50 Meter breite Baugruben zu erstellen. Auf Grundlage eines Bodengutachtens war für die einzuziehenden Rohrstränge eine maximale Länge von 250 Metern ermittelt worden.

Somit wurden drei Rohrstränge ausgelegt und die einzelnen Rohre mittels Spiegelschweißung miteinander verbunden. „Beim ersten Strang riss bereits nach 50 Metern der Zugkopf ab“, schildert Bergmann erste Probleme bei der Bauausführung. „Nachdem wir alle Messergebnisse der Zugkraftmesseinrichtung genau ausgewertet hatten, gingen wir von einem Produktionsfehler aus. Glücklicherweise konnten wir kurzfristig in der ESTW-eigenen Schlosserei aus dem abgerissenen Zugkopf ein neues Bauteil improvisieren, so dass wir mit nur einem halben Tag Verzug die Baumaßnahme wieder starten konnten“, so Bergmann weiter.

Sodann konnten die drei Rohrstränge innerhalb von nur drei Tagen ohne weitere Komplikationen in rund 1,90 Meter Tiefe langsam eingezogen werden. „Dabei wurden die für die PE-Rohre zulässigen Zugkräfte zu keinem Zeitpunkt überschritten“, erläutert Izydorczyk den kontinuierlichen Einsatz einer leistungsfähigen Messtechnik, um den Erfolg der Baumaßnahme nicht zu gefährden.

Unter der Regnitz hindurch

Der zweite Bauabschnitt „Talquerung Herzogenauracher Damm“ erfolgte im August 2019 mittels HDD-Verfahren. Zur Einrichtung der Startgrube und zur Anbindung der Leitung in der Äußeren Brucker Straße an das Netz wurde es notwendig, die Verbindungsstraße über die Regnitz in Richtung Herzogenaurach – eine Hauptverkehrsachse Erlangens – in den Sommerferien zwischen dem 29. Juli und dem 9. September 2019 komplett zu sperren.

Um die geplante Bauzeit und damit die Verkehrsbeeinträchtigungen noch weiter zu reduzieren, entschied man sich kurzfristig dazu, die Spülbohrung unter dem Fluss noch bis zu einem anschließenden Kreuzungsbereich zu verlängern. Im Rahmen dieses Bauabschnitts wurden unter der Regnitz 120 Meter PE DA 225 als Doppelleitung eingebracht sowie bis zur Einbindestelle nochmals zweimal 75 Meter DA 250. Hinzu kamen noch Bohrungen für Kabelschutzrohre.

Unter Berücksichtigung der offenen Rohrgräben betrug die Länge der Baumaßnahme rund 250 Meter. Da man im Stadtgebiet bereits Erfahrungen mit Bohrungen unter dem Fluss gemacht hatte, entschieden sich die verantwortlichen Planer bei den ESTW dazu, auf der genannten Länge von 120 Metern zwei Bohrungen DA 225 durchzuführen.

„Wir gingen davon aus, auf einer so kurzen Strecke die aufgrund dieses Vorgehens auftretenden Druck- und Strömungsverluste sicher beherrschen zu können“, erläutert Bergmann. „Aufgrund der vorliegenden Geologie wäre das Risiko eines einstürzenden Bohrkanals bei der Wahl eines größeren Querschnitts ungleich höher gewesen“, so Bergmann weiter. Für die Flussquerung setzte Rotec eine 25-t-Felsbohranlage mit zwei Misch- und zwei Recyclinganlagen ein, um Verzögerungen während des Bohrvorgangs auf ein Minimum zu reduzieren.

Nach erfolgreichem Einbau, Spülung und Beprobung der Leitung konnte diese erfolgreich in das Erlanger Netz eingebunden werden und trägt dazu bei, die Trinkwasserversorgung der Stadt dauerhaft zu sichern.

Eine erfolgreiche Kooperation

Die gesamte Baumaßnahme war für alle Beteiligten alles andere als alltäglich. Die ökologisch wie geologisch anspruchsvollen Rahmenbedingungen sowie die Länge und Dimension besonders des durch die „Wässerwiesen“ verlaufenden Leitungsabschnitts stellte alle an der Baumaßnahme beteiligten Baupartner vor große Herausforderungen bei Planung und Bauausführung.

„Dadurch, dass die Planung bei uns im Hause durchgeführt wurde, hatten wir einen besonderen Spielraum und konnten unsere Erfahrungen genauso mit einfließen lassen, wie unsere Ideen in Bezug auf eine innovationorientierte Abwicklung der Baumaßnahme“, so Bergmanns zufriedenes Fazit.

„Auch die vertrauensvolle Zusammenarbeit mit der Rotec Rohrtechnik GmbH war hier sehr wertvoll, da kurzfristige Änderungen oder Anpassungen stets unkompliziert umgesetzt werden konnten“, so Bergmann weiter. „Die Anforderungen im Rohrleitungsbau werden zukünftig steigen. Mit neuen und innovativen Lösungsansätzen, gepaart mit einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer, können diese Herausforderungen aber bewältigt werden, wie die Baumaßnahme gezeigt hat.“

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