EIN KRAFTWERKSPROJEKT ALS NAGELPROBE FÜR SEINE ERBAUER

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1 In Fügenberg im Tiroler Zillertal urde das neue Krafterk Finsing als Ersatz-Neubau für zei Altanlagen realisiert. Das Maschinenhaus fügt sich harmonisch in die Umgebung ein. EIN KRAFTWERKSPROJEKT ALS NAGELPROBE FÜR SEINE ERBAUER Nach rund 18-monatiger Bauzeit ar es soeit: Am 19. April letzten Jahres urde das neue Krafterk Finsing im Zillertal (siehe zek HYDRO ) im Rahmen einer feierlichen Eröffnung seiner Bestimmung übergeben. Das neue TIWAG-Krafterk, das als Ersatzbau für zei betagte Krafterksstufen aus den 1920er-Jahren konzipiert urde, entpuppte sich als eine der schierigsten Krafterksbaustellen Österreichs und urde zu einer großen technischen Herausforderung für die Ingenieure und Bauleute. Mittlereile befindet sich die Anlage im einjährigen Probebetrieb und läuft dabei ohne relevante Störungen. Mit einem Regelarbeitsvermögen von 21,4 GWh ist den Erbauern eine Verdoppelung der Stromausbeute der Altanlagen gelungen. Autoren: Ing. Ernst Andergassen, Ing. Mag. Dr. (ETH) Bernd Imre, DI Hermann Lusser / BERNARD Ingenieure Dipl.-HTL-Ing. Walter Hechenleitner, Ing. Andreas Mederer / TIWAG Beim KW Finsing handelt es sich um eine Hochdruckanlage, die eine Fallhöhe von 245 m und eine Ausbauassermenge von 2,2 m³/s aufeist. Das Triebasser ird von zei 2-düsigen Pelton-Turbinen vom Fabrikat Geppert abgearbeitet. Die Wasserfassung besteht aus einem Tirolerehr und einem 2-kammerigen Entsander. Der Triebassereg setzt sich aus einem 60 m langen Rohrstollen mit einer GFK Leitung DN1200, einem 1050 m langen Triebasserstollen (großteils unausgekleidet), einem Schachtasserschloss, einem 210 m langen Schrägschacht mit Panzerung DN1000, einem 645 m langen Rohrstollen mit Gussrohren DN1000 und einer 90 m langen erdverlegte Gussrohrleitung DN1000 zusammen. Im Krafthaus sind die Turbinen, Steuerungsanlage und die 25 kv Schaltanlage der TINETZ untergebracht. DIE LÖSUNG VON HANGSTABILITÄTS- PROBLEMEN AN DER WASSERFASSUNG Für den Bau der neuen Wasserfassung ar die Herstellung eines Hangeinschnittes orographisch links des Finsingbaches erforderlich. In diesem Bereich gibt es einen bekannten Talzuschub, dessen Beegungen regelmäßig durch den AG geodätisch überacht urden. Der Talzuschub führte bereits zur einer Beschädigung der alten Wasserfassung und auch der bestehende Triebassereg quert diesen Kriechhang. Mit den am Triebassereg beobachteten Deformationen urde eine horizontale Mächtigkeit des Talzuschubs von eta 40 m nachgeiesen. In enger Abstimmung mit dem AG und auf Basis dessen 80-jähriger Betriebserfahrung am Fassungsstandort urde ein Hangsicherungskonzept erarbeitet. Entsprechend der nach fachlicher Voraussicht möglichen Versagens- mechanismen der geplanten Felsböschung urden folgende drei Beurteilungsmaßstäbe angelegt und dafür die entsprechenden Sicherungsmaßnahmen erarbeitet: Großmaßstäblich: tiefgreifender Talzuschub Mittlerer Maßstab: Abgleitung eines Felskeils von mehreren Kubikmetern Volumen Kleinmaßstäblich: Steinschlag Entsprechend diesem Konzept ird der großmaßstäbliche, kriechende Talzuschub nicht stabilisiert, eil dieser mit vertretbarem Aufand nicht stabilisiert erden kann. Stattdessen ird zischen der geplanten Wasserfassung und der Felsböschung, nach dem bekannten Konzept einer Knopflochgründung, ein Beegungsraum bz. eine Pufferzone geschaffen. Dadurch können eitere Kriechbeegungen der Flanke in dieser Pufferzone zugelassen erden, ohne dass das eigentliche Bauerk dadurch beschädigt ird. Februar

2 Die Wasserfassung urde als klassisches Tirolerehr ausgeführt. Höchst aufändige Sicherung der Felsböschung Aufgrund der bekannten Beegungsraten kann davon ausgegangen erden, dass dieser Raum für die nächsten drei Jahrzehnte ausreicht. Danach kann eine statische Neubeurteilung und eventuell ein Reprofilieren ( Re-Shapen ) der Böschung notendig erden. Das bereits bestehende geodätische Überachungsprogramm ird mit einer erhöhten Anzahl von Messpunkten fortgeführt. Gegen das Abgleiten eines Felskeils von mehreren Kubikmetern Volumen (mittlerer Maßstab) aren im ursprünglichen Konzept nach Bedarf ausgeführte lokale Vernagelungen und eine Verankerung an der untersten Berme vorgesehen. Dem kleinen Maßstab Steinschlag urde im ursprünglichen Konzept mit einer vollflächigen Vernetzung der Felsböschung Rechnung getragen. Im Zuge der Rodung des Hanges urde ein bis dahin unbekannter Anriss ersichtlich. Die Abteilungen für Ingenieurgeologie und Geotechnik der BERNARD Ingenieure arbeiteten daher gemeinsam mit dem AG und der ausführenden Hangsicherungsfirma ein angepasstes Felsabtragskonzept mit zugehörigen statischen Nacheisen aus. Die Oberkante des Felsabtrags mit einer ursprünglichen Höhe von 15 m urde auf die Höhe des erkannten Anrisses auf eta 35 m erhöht, um diesen Anriss nicht zu unterschneiden, sondern den Hang von oben herab abzutragen. Andernfalls hätte dieser Anriss nicht stabilisiert erden können. Das angetroffene Gebirge entsprach fast ausschließlich einem baggerbaren Lockergestein. Dadurch ar es auch nicht mehr möglich den mittleren Gefährdungsmaßstab, das Abgleiten eines Keiles von 10 bis 100 m 3, durch lokale Vernagelungen zu beherrschen. Auf Basis der Möglichkeiten des bestehenden Bauvertrages urden von BERNARD Ingenieure neue Böschungssicherungsmaßnahmen ausgearbeitet, elche im Wesentlichen aus einer flexiblen, zeilagig beehrten Spritzbetonschale und einer Vernagelung des Untergrundes mit bis zu 18 m langen Bodennägeln besteht. Dieses Hangabtrags- und Sicherungskonzept konnte ohne Zischenfälle erfolgreich umgesetzt erden. Die Maßnahmen sichern den mittleren und kleinen Gefährdungsmaßstab ab. Der großmaßstäbliche Talzuschub ird durch diese Maßnahme ie erartet nicht stabilisiert. So traten bereits ährend des Baus im Spritzbeton des neu aufgeeiteten Zulaufstollens Zerrrisse auf. Diesen künftigen Beegungen ird, ie bereits erähnt, mit einer Pufferzone zischen Hangflanke und Wasserfassung begegnet. Als eitere Maßnahme urde die Rohrleitung innerhalb des Zulaufstollens auf verstellbaren Rohrsätteln gelagert geplant, damit Deformationen im Rohrstollen ausgeglichen erden können. Die Pufferzone selbst verläuft entlang der gesamten Wasserfassung, d.h. vom Wehr bis zum Spülkanal. Eta auf Höhe des Wehrs musste die Pufferzone befahrbar ausgebildet erden. Dazu urden mehrere Lösungs möglichkeiten, von der Ausbildung einer im Dezimeter- bis Meter-Bereich verschieblichen Brückenkonstruktion bis hin zu Hinter - füllungen mit Blähton, Glasschaum und GeoEPS, d.h. expandiertes Polystyrol, das in ähnlicher Konzeption auch bei der Wärmedämmung im Hausbau eingesetzt ird, untersucht. Bei der Detailplanung stellte Mittels einer Pufferzone urde den zu erartenden Kriechbeegungen des Felshangs Rechnung getragen. BERNARD Ingenieure als Gesamtplaner Die BERNARD INGENIEURE ZT-GmbH hat für das KW Finsing folgende Ingenieurleistungen durchgeführt: - Machbarkeitsstudie und Vorplanung mit Kostenschätzung - Maschinelle und elektrotechnische Vorplanung - Wasserrechtliches und naturschutzrechtliches Einreichprojekt - Begleitung ährend der Behördenverfahren - Ausschreibungen für Untertagebau, Rohrleitungsbau und Tiefbau - Ausschreibungen für Elektrotechnik und Maschinenbau (ohne Stahlasserbau) - Geotechnische Planung und Bauüberachung - Ausführungsplanung aller bautechnischen Anlagenteile - Statisch konstruktive Bearbeitung inkl. Beehrungspläne - Freigabe der elektro-, maschinentechnischen Ausführungsplanungen und Durchführung von Werks- und Baustellenabnahmen - Erstellung der Kollaudierungsunterlagen 40 Februar 2014

3 Über 645 m erstreckt sich die Rohrleitung aus Sphärogussrohren DN1000 (TRM) Im 60 m langen Rohrstollen urden GFK- Rohre (HOBAS) DN1200 auf Rohrsätteln verlegt. sich heraus, dass EPS Blöcke, offen geschlichtet und mit ca. 1 m Kies - überdeckung, eine artungsarme Lösung darstellen, elche auch die Akzeptanz beim AG geann. Bei der ausgeführten Konstruktion urde davon ausgegangen, dass die EPS-Hinterfüllung bis zu einen Meter in horizontaler Richtung gestaucht erden kann, ehe unzulässige Seiten - drücke infolge des Hangschubs auf die Wasserfassung übertragen erden. IN TIROL IST KEIN FIXPUNKT FIX Ein Vermesser hat vor Jahren das bekannte Wort formuliert onach in Tirol kein Fixpunkt fix ist. Vor ihm stellte schon Josef Stiny in seiner auch noch heute beachteten Publikation von 1941 fest: Unserer Täler achsen zu. Weiter forderte er in diesem Aufsatz, durchaus im Ton der Zeit: Es ist ichtig für den Baufachmann und die Menschheit, mit Nachdruck auf solche scher erkennbaren Lebensäußerungen unserer Täler hinzueisen dem Fachgeologen sind sie ja nicht unbekannt. Er schließt ab: So sehen ir den Talzuschub im Felsgelände überall mehr oder minder lebhaft tätig und eifrig an der Arbeit, seine Spuren zu verischen. Stiny ar bestrebt, die Aufmerksamkeit des Schöpfers von Wasserkraftanlagen und des Planers von Straßen- und Tunnelbauten achzurütteln und ganz allgemein dem Ingenieur zu zeigen, ie er auch dort den seine Arbeiten störenden Naturvorgang richtig und rechtzeitig erfassen kann, o er seine Folgen heimtückisch unter Pflanzenuchs und hinter dem Schleier der Bodenbildung zu verbergen trachtet. Der Ingenieur ird es dann immer seltener erleben, daß seine mühsamen und geistreichen Planungen gleich Kartenhäusern zusammenstürzen, oder seine Bauten Schaden leiden; in seinem Bestreben, die Natur zu erkennen und sie zu meistern, ird ihn der Baugeologe stets und mit sachlichem Eifer unterstützen. DIE LÖSUNG FÜR DAS WASSERSCHLOSS Die von BERNARD Ingenieure vorgeschlagene Verschiebung des Wasserschlosses auf den nunmehrigen Standort stellte einen Schlüssel zur Lösung zahlreicher Probleme im Umfeld des Gesamtprojektes dar. Das neue eta 45 m tiefe Schachtasserschloss urde mittels eines kurzen Verbindungsstollens an den bestehenden Oberasserstollen angeschlossen. Der 50 geneigte Druckabstieg urde mittels Raise - boring-verfahrens aus dem zuvor ausgebrochenen Wasserschloss - schacht ausgeführt. Anschließend urden die Stahldruckrohrleitung und die Kabelziehrohre eingezogen. Der neu errichtete unterirdische Druckabstieg ersetzt auch die bestehende oberirdische Druckrohrleitung, elche durch kriechende Hangdeformationen bereits deutliche Deformationen erfuhr. Wie bei allen Bauerken an den steilen Einhängen des Finsingbachtales, die aus mehr oder eniger kompaktem, graphitischem Phyllit bestehen, konnte auch beim neu errichteten Wasserschloss eine Beeinflussung durch Hangkriechdrücke nicht ausgeschlossen erden. Basierend auf den Erfahrung des AG beim Betrieb der Bestandsanlage soie den Erkundungen im Vorfeld des Einreichprojekts (Kartierungen, Inklinometer, Pegel, Geophysik), elche durch das Geologiebüro Winklehner betreut, zusammengeführt und beurteilt urden, entickelte BI auch für das neue Wasserschloss eine Strategie des flexible response. Diesbezüglich urde in der Ausführung beusst auf direkte Maßnahmen gegen einen Hangkriechdruck verzichtet, eil dieser ie häufig nicht seriös, und somit irtschaftlich vertretbar, quantifiziert erden konnte. Stattdessen urde im Schachtbauerk und am Schachtkopfgebäude ein Lichtraum konstruktiv freigehalten. ENERGIE BERNARD Ingenieure INDUSTRIE.bernard-ing.com INFRASTRUKTUR VERKEHR steht für interdisziplinäre Ingenieurleistungen, bietet umfassende technische und irtschaftliche Beratung, verirklicht komplette Planungen, steuert Projektenticklungen und kontrolliert Projektabläufe in der Ausführung. BESTE LÖSUNGEN BEGEISTERN Februar

4 GESTALTERISCHE FRAGESTELLUNGEN Die architektonische Gestaltung des Maschinenhauses die Einbindung des Gebäudes und der neuen Brücke in das Ortsbild ar ebenfalls Aufgabe von BERNARD Ingenieure. Der diesbezügliche Ansatz ar, einen funktionalen Zeckbau zu errichten. Damit urden die Formen, ganz klassisch im Sinne des Konstruktivismus, den Funktionen untergeordnet. Es urde nicht versucht, die Funktion des Gebäudes zu kaschieren, also dem Gebäude einen Wohnhauscharakter zu geben. Stattdessen ar es das Ziel, die Proportionen der umgebenden Verbauung in dem engen Tal aufzunehmen und damit ein Die beiden 2-düsigen Peltonturbinen aus dem Hause Geppert sind auf eine Nennleistung von je 2,6 MW ausgelegt, sie treiben Synchrongeneratoren von ELIN Motoren an. Gleichgeicht mit der Umgebung durch ein Gleichgeicht der Proportionen zu erreichen. Die schlichten geometrischen Grundelemente der Traufenausbildung und der offenen Holzverschalung ermöglichen hierbei jedoch ein Auflösen der ansonsten geschlossenen Fassadenformen. Die Verblendung der Ufermauern erfolgte mit Wasserbausteinen aus dem Zillertal. Sie ähneln in ihrer Optik den Flusssteinen elche der Finsingbach aus seinem Einzugs - gebiet mit sich führt. Damit ird eine Ein - bettung des neuen Bachbetts in den Bestand unterstützt. DIE ELEKTRO- UND MASCHINEN- TECHNISCHE AUSRÜSTUNG Die Steuerungsanlage umfasst die Wasserfassung, das Wasserschloss und das Maschinenhaus. Die zentrale Steuerung ist im Maschinenhaus angeordnet. Hier erfolgt auch die Einbindung in das TIWAG-Fernirksystem mit Verbindung zur Krafterksbetriebsführungs - zentrale in Silz. In der Wasserfassung und im Wasserschlossschacht sind abgesetzte SPS angeordnet, die über eine LWL Verbindung miteinander und mit der Zentrale) im Maschi - nenhaus kommunizieren. Zur sicheren Span - nungs versorgung der Steuerung dienen eine 110 V Batterieanlage im Maschinenhaus und 24 V Batterieanlagen in der Wasserfassung und im Wasserschloss. Das Krafthaus ist mit einer Brandmeldeanlage ausgerüstet. Die Raumheizung erfolgt im Regelfall über die Auskopplung der Generatorabärme aus dem Kühlkreislauf. Bei Betriebsstillstand ird bei Bedarf automatisch eine elektrische Ausfallsheizung aktiviert. Die Stromversorgung und Datenübertragung zur Wasserfassung und zum Wasserschloss ird über Kabelverbindungen, die im Triebasserstollen, Wasserschlossschacht, Schrägschacht und Rohrstollen verlegt urden, sichergestellt. Der erzeugte Strom ird mit der im Maschinenhaus integrierten Mittelspannungsschaltstation in das Netz der TINETZ eingespeist. Im Maschinenhaus urden zei 2-düsige Pelton-Turbinen der Firma Geppert mit je 1,1 m³/s und 2,6 MW Leistung angeordnet. Die zugehörigen Generatoren von ELIN Motoren mit je 3 kv Spannung und 2,9 MVA Scheinleistung sind gekapselt, die Abärme ird über einen Luft Wasserärmetauscher Technische Daten Ausbauassermenge total : 2,2 m 3 /s Bruttofallhöhe: 245 m Turbinen: Pelton 2-düsig ( 2x ) Fabrikat: Geppert Nennleistung: je 2,6 MW Generatoren: Synchrongeneratoren (2 x ) Fabrikat: ELIN Motoren Spannungsebene: 3 kv Nennscheinleistung: je 2,9 MVA Jahresarbeit im Regeljahr: 21,4 GWh Triebassereg: 60 m Rohrstollen GFK DN1200 (Hobas) Meter Naturstollen (Bestand) 40 m Verbindungsstollen 220 m Schrägschacht DRL Stahl DN1000 (BIS VAM) 630 m Rohrstollen: DRL Guss DN1000 (TRM) 42 Februar 2014

5 zum Unterasserkühler (Rohrbünde lkühler) abgeführt. Die Schaltung der Generatoren erfolgt als Blockschaltung. Die zugehörigen Transformtoren 3/25 kv, 3 MVA sind in zei getrennten Trafoboxen angeordnet. Die hydraulischen Schutzeinrichtungen bestehen aus den notschlusstauglichen Entnahmeschützen in der Wasserfassung, der Rohrbruchklappe am Beginn des Schrägschachtes, den Kugelhähnen (Turbinenabsperrorgane) und den Düsennadeln mit Federpaket. Der Durchfluss im Triebassersystem ird bei der Wasserfassung und am Beginn des Rohrstollens gemessen. Mit der Steuerungsanlage erfolgt laufend ein Vergleich auch mit dem Turbinendurchsatz, bei unzulässiger Ab - eichung erfolgt eine Anlagenabstellung (Differentialschutz). Die elektrischen Schutzeinrichtungen bestehen aus der redundanten Drehzahlerfassung mit redundanten Auslösekreisen, Lagerschingungs-, Übertemperaturüberachung der Generatoren, Frequenz-, Spannungs-, Strom-, Schieflast-, Vektorsprung-, und Erdschlussüberachung. Der ca. 45 m tiefe Wasserschlossschacht ist mit eine Belüftungsanlage und einem Kran ausgerüstet. Der Zugang in den Schacht erfolgt über einen Treppenturm. MIT DEM UNTERLIEGERKRAFTWERK ABGESTIMMTE PLANUNG BERNARD Ingenieure ar auch Generalplaner für die Erneuerung des Unterliegerkrafterks, odurch eine gut aufeinander abgestimmte Planung erfolgen konnte. Das Triebasser ird vom KW Finsing direkt zur Wasserfassung des Unterliegers zugeleitet. Rohrbruchklappe im Wasserschlossschacht Das Projekt KW Finsing erforderte höchste Aufmerksamkeit - von allen Beteiligten. Die BERNARD Ingenieure als Gesamtplaner mit den Abteilungen Wasserkraft Wasserbau, Tunnelbau, Ingenieurgeologie und Geotechnik, Statik und Konstruktiver Ingenieurbau, Raum und Umelt soie Verkehr vermochte diese Herausforderung anzunehmen und gemeinsam mit dem Auftraggeber konstruktive Lösung zu erarbeiten. Vielen Dank und ein herzliches Glück Auf! Von Ing. Ernst Andergassen, Ing. Mag. Dr. (ETH) Bernd Imre, DI Hermann Lusser / BERNARD Ingenieure Dipl.-HTL-Ing. Walter Hechenleitner, Ing. Andreas Mederer / TIWAG Februar