Effizientes Kühlwasser-Leitungssystem

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1 26 Rohrvortrieb Steinkohlekraftwerk Wilhelmshaven Parallel-Vortrieb mit zwei Vortriebmaschinen mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust Fotos: Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Berding Beton GmbH Effizientes Kühlwasser-Leitungssystem GDF SUEZ baut derzeit in Wilhelmshaven ein Steinkohlekraftwerk der 800 MW-Klasse. Es wird, so sagen die Betreiber, als eine der weltweit modernsten Anlagen effizient und umweltfreundlich Strom produzieren. Von Dipl.-Ing. Erwin Mattrisch und Dipl.-Ing. Volker Reiß Das Kraftwerk wird den höchsten am Markt verfügbaren Wirkungsgrad von über 46 Prozent erreichen. Zudem hat sich GDF SUEZ freiwillig dazu verpflichtet bei den Emissionen für Staub, Stick- und Schwefeloxid 50 Prozent und mehr unter den gesetzlichen Vorgaben zu bleiben. Der Standort in Küstennähe ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Kohleanlieferung sowie eine Durchflusskühlung im Kraftwerk. Durch die Durchflusskühlung kann auf einen Kühlturm verzichtet werden und so der Wirkungsgrad der Anlage um etwa einen Prozentpunkt erhöht werden. Das war nicht nur für Bauherrn und Planer eine besondere Herausforderung, sondern auch für die ausführenden Unternehmen und Leitungsbauer keine alltägliche Aufgabe. Das für den Betrieb erforderliche Kühlsystem besteht aus einem Kühlwasserkreislauf zur Jade. Das Kühlwasser wird der Jade entnommen, durchläuft das Kraftwerk und wird anschließend wieder zurückgeführt. Jeweils zwei Kühlwasserrohre für den Ein- und Auslauf werden mit Längen von jeweils 800 m bzw m und einem Innendurchmesser von 3,40 m ins offene Meer geführt. Eine nachhaltige Alternative: PE-HD-Inliner im Beton Ursprünglich war ein Stahlbeton-Vortriebsrohr lediglich als Schutzrohr vorgesehen, um dann Rohrlager im Werk

2 Roh r vor trieb 27 Blick auf die Baustelle vom Kraftwerksgebäude anschließend ein GFK-Rohr einzuziehen. Es sollte den zu erwartenden Muschelbefall minimieren sowie den eventuell doch auftretenden späteren Reinigungsaufwand vereinfachen. Man ging davon aus, dass durch die glattere Oberfläche von GFK eine geringere Anhaftung der Muscheln erfolgen würde. Ein erfahrener Meeresbiologe gelangte jedoch zu einer genau gegenteiligen Ansicht: Je glatter die Oberfläche und je geringer die sogenannte Offenporigkeit, desto höher die auf Adhäsion basierende Anhaftung der Meeresmuscheln. Aus technischen und vor allem aus Kostengründen entschied sich der Bauherr für den Einsatz eines werksseitig eingebauten PE-HD-Inliners. Erstmalig wurde bei Vortriebsrohren ein Inli- Neuartige PE-HD-Inliner vor dem Einbau in die Schalung ner mit einer Stärke von 7 mm verwendet. Um mit dieser Innovation ganz sicher zu gehen, waren umfangreiche Vorversuche gefordert. So musste z.b. ein Verankerungstest mit einer Dauer von Stunden durchgeführt werden, um die Dauerhaftigkeit der Verankerung des Inliners nachzuweisen. Die Versuche unterlagen einer strengen gutachterlichen Begleitung. Die wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens: - Verwendung eines direkt eingegossenen PE- HD-Inliners mit definierter rückwärtiger Verankerung in den Beton - Absicherung einer Umläufigkeit oder Drainagefähigkeit des Inliners bei Auftreten von Kondenswasser bzw. Diffusionsvorgängen (tritt ggf. durch die Rohrwandung des SB-VT-Rohres ein) - Verwendung des seit Jahrzehnten bewährten hochwertigen Verbundsystems PE-HD mit Stahlbeton - Nicht unerheblich für den Bauherrn waren die deutlich niedrigeren Gesamtkosten sowie die Verringerung der Bauzeit gegenüber diversen Alternativangeboten. Die Steifigkeit des 7mm-Materials, das bisher nur in Plattenform und ebenflächigen Bauwerken zum Einsatz gekommen war, bedingte

3 28 Rohrvortrieb Die 40 t schweren Stahlbeton-Rohre mit einer Länge von 3,20 m wurden auf speziellen Tiefladern stehend transportiert Schneidrad einer TBM 638 vor dem Absenken in den Startschacht neues Know-how. So mussten z.b. die unterschiedlichen temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Beton und PE-HD gelöst werden. Zum effizienten Transport wurden die vorgeschweißten Inlinerrohre fachgerecht zusammengefaltet, diese dann im Rohrwerk entfaltet und durch eine neuentwickelte mechanische Vorspanneinrichtung in die benötigte Rundform gebracht. Die Spanneinrichtung ermöglichte eine stufenweise Verstellung bis zu dem Sollmaß des Innendurchmessers des Inliners. Entsprechend den Außentemperaturen wurden drei Grundtypen gefertigt, die es ermöglichten, jeweils den optimalen Innendurchmesser des Inliners sicherzustellen, um das Aufziehen auf den Formenkern ohne Beschädigung des Inliners zu ermöglichen. Weiterhin konnte während und nach dem Betonieren die sichere Einbindung bzw. hohlraumfreie Anlage an das Stahlbeton-Innenrohr sichergestellt werden. Optimierte Vortriebsverfahren für zügigen Baufortschritt Die Verlegung der Kühlwasserleitungen vom Anschluss an das Kraftwerk bis zur Küstenlinie erfolgt im Rohrvortriebsverfahren. Dabei wurden sowohl der Hochwasserschutzdeich sowie mehrere Infrastrukturleitungen (Industriegleis, Förderbandanlage, diverse Flüssigstoff- bzw. Gasleitungen) unterfahren. Die zu unterfahrenden Leitungen, insbesondere eine Chlorgasleitung eines benachbarten Chemieunternehmens, durften keinen großen Verformungen infolge von Setzungen durch den Rohrvortrieb unterliegen. Die Größe der zulässigen Setzungen war daher auf 2 cm beschränkt. Ab der Küstenlinie bis zum Einlauf- bzw. Auslaufbauwerk wurden die Leitungen mittels Schwimmbagger im offenen Unterwassergraben verlegt und anschließend überschüttet. Der Rohrvortrieb für die vier Kühlwasserleitungen erfolgte parallel mit zwei Vortriebsmaschinen. Aufgrund der anstehenden Untergrundverhältnisse (Feinsand mit Schluffbänderungen sowie Kleieinlagen) kamen zwei Vortriebsmaschinen mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust zum Einsatz. Die einzelnen Vortriebsstrecken haben eine Länge von 300 m. Folgende Maschinen aus dem Bestand der W&F-Ing.Bau wurden für den Vortrieb entsprechend umgebaut: - eine AVN 2000 von Herrenknecht, welche eine Aufdoppelung mit DA 4,10 m sowie ein entsprechendes Schneidrad erhielt - Die 2. TBM war ein Hydro-Schild, dessen ursprünglicher Außendurchmesser von 3,60 m auf ebenfalls 4,10 m aufgedoppelt wurde. Für die notwendigen Arbeiten unter Druckluft (Werkzeugkontrolle, Werkzeugwechsel, eventuelle Hindernisbeseitigung, Kontrolle der Einfahrt in den Zielschacht) waren beide Maschinen jeweils mit einer Druckluft-Schleuse ausgerüstet. Eine Krankenschleuse gemäß deutscher Druckluft-Verordnung wurde ebenfalls vorgehalten. Zwei Separieranlagen mit einer Kapazität von insgesamt 900 m3/h standen zur Entsorgung zur Verfügung. Die Installation dieser beiden Anlagen erfolgte so, dass mehrere Betriebsmöglichkeiten eingestellt werden konnten: - Betrieb TBM 1 über beide Separieranlagen, um einen möglichst großen Volumenstrom zu erzielen. - Betrieb TBM 2 über beide Separieranlagen - Betrieb TBM 1 über Separieranlage 1 oder 2, um bei Störungen von TBM- oder Separieranlagen-Komponenten flexibel zu sein. - desgleichen Betrieb TBM 2 über Separieranlage 1 oder 2. Nachgeschaltet war ein Absetzbecken mit ca m³ Inhalt zur Konditionierung der Feinstanteile. Vorgetrieben wurden Hochleistungs-Stahlbetonrohre DN 3400 mit einer Wandstärke von 350 mm (Außendurchmesser 4,10m). Als Beton hatte man einen C 50/60 mit den Expositionsklassen XC2, XA2 und XF4 gewählt. Die Bemessung der Rohre erfolgte gemäß DWA A 161. Die Länge der Stahlmanschette wurde mit 320 mm für Kurvenfahrten und 300 mm für gerade Strecken festgelegt. Als Druckübertragungsringe kamen OSB-Platten t=30 mm zum Einsatz. Die Länge der Rohre war aus Transportgründen auf 3,20 m beschränkt. Das Gewicht eines Einzelrohres betrug immerhin rd. 40 t. Die Anlieferung der Rohre über eine Strecke von 250 km erfolgte stehend. Sie wurden auf der Baustelle gedreht und in eine liegende Einbauposition gebracht. Für das Handling auf der Baustelle stand ein 50-t-Portalkran mit einer Spurweite von 25 m bereit.

4 Roh r vor trieb 29 Rohrvortrieb rund um die Uhr. Für das Handling auf der Baustelle wurde ein 50 t-portalkran mit einer Spurweite von 25 m eingesetzt Blick aus dem Startschacht auf die vier fertig gestellten Röhren. Logistik bis ins Detail abgestimmt Insgesamt mussten 367 VT-Rohre hergestellt werden, wobei aus technischen Gründen 20 unterschiedliche Rohrtypen Verwendung fanden. Hinzu kamen noch acht Dehnerstationen. Gleichzeitig bestand nur eine begrenzte Lagerfläche von max. 60 VT-Rohren an der Baustelle sowie von max. 150 VT-Rohren im Werk Schermbeck von Berding Beton. Die Produktionskapazität belief sich auf max. 22 Rohre pro Woche. Die maximale Einbauleistung an der Baustelle betrug 56 VT-Rohre pro Woche. Zwischen Werk, Spedition und Bauausführung wurde ein bis ins Detail abgestimmter Logistikplan erarbeitet inkl. einem Ablaufplan, der besondere Korrekturmaßnahmen bei Planabweichungen schon im Projektvorfeld vorsah. Es wurde jeweils ein Verantwortlicher aus den genannten Bereichen bestimmt, die alle Logistikaktivitäten absolut zeitnah abwickelten und für die notwendige Transparenz sorgten. Im Ergebnis konnte trotz häufiger auch größerer Planabweichungen die Baustelle kontinuierlich bedient werden, sodass die am Ende beachtlich hohen Durchschnitts-Vortriebsleistungen erbracht wurden. Da die Baustelle an den Wochenenden nicht bedient werden konnte, jedoch die Vortriebsarbeiten sieben Tage 2-schichtig durchliefen. waren täglich bis zu zwölf Transporte als Nachtfahrten durchzuführen. Nur perfekte Vorplanungen, hohe Flexibilität aller Beteiligten, Kreativität und Professionalität konnten diese außergewöhnlichen Leistungen ermöglichen. Sonderrohre im Bereich der Schachteinbindungen Neben den klassischen Start- und Zielschächten war im Bereich der Deichkrone auch ein Deichkreuzungs-Bauwerk zu durchfahren. Nach Fertigstellung der Kühlwasserleitung wurden darin die benötigten Abschieberanlagen eingebaut, um bei Flutereignissen die Flutung des Kraftwerks zu unterbinden. Das Schachtbauwerk wurde mit bewehrten, überschnittenen Bohrpfahlwänden erstellt, das mit der Vortriebsmaschine zu durchörtern war. Der Bauherr legte erheblichen Wert auf eine hochleistungsfähige Abdichtung zwischen der Schachtwand und dem eigentlichen VT-Rohrstrang. Hierdurch sollte die Begehbarkeit der Schächte ohne Eintritt von Grundwasser sichergestellt werden. Bauunternehmen und Rohrhersteller entwickelten gemeinsam spezielle Injektionsrohre. Um die teilweise komplizierten Durchdringungsflächen sicher durch Injektionen absichern zu können, waren pro Rohr bis zu 72 Injektionsstutzen erforderlich. Auch musste deren Position genau eingemessen werden, wozu moderne Vermessungsinstrumente zum Einsatz kamen. Alle diese Spezialrohre erhielten eine geeignete Sicherung, um eine Verrollung zu verhindern. Wegen der hohen Anzahl der einzubauenden Stutzen in Verbindung mit der relativ komplizierten Anordnung konnten diese nur nach Abguss der Rohre eingebaut werden. Die Einbindung der Stutzen wurde durch eine Formschlüssigkeit in Verbindung mit einer leistungsfähigen Abdichtung vorgenommen. Die Formschlüssigkeit verhindert auch bei hohen Außendrücken sicher ein Verschieben des Stutzens. Insgesamt wurden 26 Sonderrohre mit fast Stutzen hergestellt. Nach Abschluss der Vortriebsarbeiten und Durchführung der Injektionen wurde die vom Bauherrn gewünschte sichere Abdichtung direkt nach der ersten Injektion erreicht, nach Beendigung des Vortriebs sowie dem Räumen der Tunnel und dem Verdämmen des Ringspaltes die Inlinerfugen und die Öffnungen für die Schmier- und Verpressstutzen fachmännisch verschweißt. Zum Projekt gehört auch der Vortrieb eines ebenfalls 300 m langen Mantelrohres DN 1200 für das anschließende Einziehen einer Fischrückführleitung DN 800 aus GfK. Die Vortriebe erfolgten aus einer ca. 25 x 30 m großen Startbaugrube. Sie bestand aus Schlitzwänden mit einer Dicke von 1,20 m. Im Bereich der Durchfahrt der Vortriebsmaschinen bestand die Bewehrung aus GfK-Stäben, die während der Durchfahrt sicher und problemlos geschnitten werden konnten. Die Baugrubensohle bestand aus einer verankerten Unterwasser-Betonsohle mit einer Dicke von 2,00 m. Als Verankerungselemente wurden insgesamt 90 Stahlträger HEB 800 mit einer

5 30 Rohrvortrieb Länge bis 24 m gerammt. Die Aufnahme der Vortriebskräfte erfolgte über eine Widerlagerkonstruktion aus Stahl, welche die Kräfte in die Betonsohle leitete. Für die Ableitung dieser Kräfte in den Untergrund wurden wegen zu erwartender großer Wandverformungen quergestellte Schlitzwandelemente, sog. Barette, außerhalb der Baugrube erstellt. Diese Barette waren schubfest mit der Schlitzwand verbunden. Die Anfahrt der einzelnen Vortriebe wurde mit geringst möglichem Achsabstand (6,50 m) durchgeführt. Dies bedingte eine zwingende Abfolge der Vortriebe. Für den Zielschacht wurde eine Konstruktion aus einer kombinierten gerammten Stahlträgerwand gewählt, der Verbau entsprechend den statischen Belastungen dreilagig ausgesteift. Die Oberkante der Verbauwand lag bei 5,29 m ünn und war somit für die Bauzeit als absolut hochwassergeschützt anzusehen. Die Baugrubensohle bestand, wie beim Startschacht, aus einer verankerten Unterwasser- Betonsohle, allerdings wurden als Verankerungselemente Gewi-Anker eingesetzt. Vor den Zielschacht wurde ein Dichtblock aus Einbau der Sonderinjektionsstutzen Magerbeton gesetzt. Hierfür hatte man mittels gerammter Spundwände eine Hilfsbaugrube errichtet, welche unter Wasser ausgehoben wurde. Der Magerbeton konnte dann als Unterwasserbeton im Kontraktorverfahren eingebracht werden. Nach dem Erhärten wurden die Spundwände für die Hilfsbaugrube gezogen. Dieser vorgelagerte Dichtblock ermöglichte das Ausbrennen der Ausfahröffnung in der Verbauwand für die Zielbaugrube. Der Zeitraum, der für die Baustelleneinrichtung, die Vortriebe sowie das nachträgliche Verschweißen der PE-HD-Rohrfugen zur Verfügung stand, betrug fünf Monate und konnte pünktlich eingehalten werden. Am Bau Beteiligte Bauherr: GDF SUEZ Energie Deutschland AG Planung: Tractebel Engineering, Ingenieurbüro Fichtner Bauausführung: Die Ausführung der Arbeiten für das Kühlsystem incl. der Herstellung des Start- und das Zielschachtes erfolgte durch die Arge WHV C 121 onshore, bestehend aus Josef Möbius Bau AG, Hamburg Züblin Spezialtiefbau GmbH, Berlin Johann Bunte Bauunternehmung, Papenburg Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Frankfurt/M. Die Ausführung der Vortriebsarbeiten erfolgte innerhalb dieser Arbeitsgemeinschaft durch die Wayss & Freytag Ingenieurbau AG (Fachplaner Ing.-Büro rbz, Nürnberg). Die Vortriebsrohre lieferte das Werk Schermbeck der Berding Beton GmbH. Blick in eine Kühlwasserleitung während des Vortriebs