Neue Zwillingsschleuse Münster

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1 Wir machen Schifffahrt möglich. Neue Zwillingsschleuse Münster Moderne Verkehrstechnik für den Dortmund-Ems-Kanal

2 Die Ausgangslage 3 Die Ausgangslage Die Verkehrsentwicklung In einem Jahr passieren rd Schiffe die Kanalstufe Münster. Die jährliche Transportmenge im Mittel der letzten 10 Jahre lag bei durchschnittlichen 12,1 Mio Gütertonnen. Berücksichtigt man, dass ein modernes Güterschiff mit 110 m Länge und t Nutzlast das Transportvolumen von ca. 100 Lkw aufnehmen kann, bedeutet dies eine enorme Entlastung des übrigen Verkehrssystems. Zur Bewältigung des weiter steigenden Verkehrsaufkommens ist dies aber nicht ausreichend. Transportmenge eines Binnenschiffes im Vergleich zum Lkw Auch wenn das Binnenschiff als einziger Verkehrsträger noch über ausreichend freie Kapazitäten verfügt, findet die gewünschte Verkehrsverlagerung noch nicht im notwendigen Umfang statt. Die vorhandene Infrastruktur lässt in weiten Teilen noch nicht zu, dass die Transporte mit wirtschaftlichen Fahrzeugen auch konkurrenzfähig fahren können. Der Ausbau der DEK-Südstrecke Heute gelten das moderne Großmotorgüterschiff mit 110 m Länge, 11,45 m Breite und 2,80 m Abladetiefe und der Schubverband mit 185 m Länge, 11,45 m Breite und 2,80 m Abladetiefe als Standard auf den bundesdeutschen und europäischen Wasserstraßen. In einigen Teilbereichen sind die alten Kanalabmessungen für diese großen Schiffseinheiten aber nicht mehr ausreichend. Dies gilt auch für die Südstrecke des Dortmund-Ems- Kanals (DEK), einem 85 km langen Streckenabschnitt zwischen Datteln und Bergeshövede. Für große Schiffe, die vom Rhein kommend die Stromgebiete von Weser, Elbe und Oder erreichen wollen, bzw. in der Gegenrichtung fahren, bildet diese Strecke ein Nadelöhr. Sie können zwar problemlos die bereits in weiten Teilen ausgebauten Ruhrgebietskanäle und den Mittellandkanal befahren, aber das dazwischen liegende Bindeglied des DEK ist für sie nicht passierbar. Modernes Güterschiff mit 110 m Länge und Teilbeladung (ca t Nutzlast) auf Kanälen oder Nebenflüssen des Rheins (2,8 m Tiefgang) Um den Schifffahrtsweg auf dieser wichtigen West- Ost-Verbindung durchgängig befahrbar zu machen, baut die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung die DEK- Südstrecke seit einigen Jahren aus. Die Kanalstufe Münster Die neue Schleusenanlage an der Kanalstufe Münster stellt einen wichtigen Teil dieses Ausbauprogramms dar. An Stelle der beiden ältesten Schleusen von 1898 und 1912 ist eine moderne Zwillingsschleuse entstanden. Dieses komplexe und technologisch anspruchsvolle Bauwerk genügt in seinen Abmessungen und seiner Funktionalität den Anforderungen eines modernen, wirtschaftlichen Schiffsverkehrs.

3 4 Die Zwillingsschleuse Die Zwillingsschleuse 5 Die Zwillingsschleuse Das Zwillingsprinzip Der Zwillingsbetrieb Bei einer Zwillingsschleuse werden beide Kammern abhängig voneinander betrieben. Die Einsparung beim Wasserverbrauch wird dadurch erzielt, dass die Kammern mit unterschiedlichen Wasserständen gefahren werden und das Wasser untereinander austauschen. Im Zwillingsbetrieb wird somit ein Teil des Wassers der zu entleerenden Kammer in die zu füllende Kammer abgegeben. Das Wasser der Schleusenkammern wird über die Kammerwände, die über jeweils 236 Öffnungen verfügen, im Multi-Port-System ein- bzw. ausgeleitet. Von dort gelangt es in die außen und innen liegenden Längskanäle der jeweiligen Kammer. Die Längskanäle sind durch zwei Kanäle verbunden. Über diese Verbindungskanäle findet der Wasseraustausch zwischen den beiden Schleusenkammern statt. Die Restfüllung einer Kammer auf Oberwasserstand erfolgt anschließend direkt über das Einlaufbauwerk nach Öffnen der oberwasserseitigen Längskanalverschlüsse. Die Restentleerung der anderen Kammer auf Unterwasserstand erfolgt nach Öffnen der unterwasserseitigen Längskanalverschlüsse über das Auslaufbauwerk. Durch den Zwillingsbetrieb werden statt m³ nur ca m³ Wasser aus dem Oberwasser entnommen bzw. ins Unterwasser abgegeben. Blick in einen Längskanal (links) und in eine Schleusenkammer (rechts) mit den Öffnungen des Multi-Port-Systems Oberwasserstand Revisionsverschlüsse (Tafelschütz) Unterwasserstand Füll- und Entleerungsöffnungen Die Füll- und Entleerungszeiten Talfahrt Bergfahrt Die Schleusungszeit wird einerseits durch die Füll- und Entleerungszeiten, andererseits durch die Zeiten für Öffnen und Schließen des Unter- und Obertores bestimmt. Im Vergleich zwischen Einzel- und Zwillingsbetrieb ergeben sich bei den Füll- und Entleerungszeiten zeitliche Unterschiede. Zwillingsbetrieb Einzelbetrieb Füllung ca. 9 min ca. 6 min Entleerung ca. 9 min ca. 6,5 min Eine Kreuzungsschleusung einschließlich Öffnen und Schließen der Tore und Einfahren, Anlegen, Festmachen, Lösen sowie Ausfahren der Schiffe beträgt etwa 40 Minuten. Längskanal Unterwasserstand Verschluss Verbindungskanal (Rollkeilschutz)

4 6 Die Zwillingsschleuse Münster im Bau Die Zwillingsschleuse Münster im Bau 7 Die Zwillingsschleuse Münster im Bau Bautechnische Herausforderungen und Besonderheiten Verkehrliche Anforderungen Wegen des hohen Vekehrsaufkommens auf dem Dortmund-Ems-Kanal mussten während der gesamten Bauphase immer zwei Schleusen in Betrieb bleiben. Beim Bau der neuen Schleuse 1 waren die alten Schleusen II und III betriebsbereit. Beim Bau der neuen Schleuse 2 übernahmen die fertig gestellte Schleuse 1 und die alte Schleuse III diese Aufgabe. Bau und Betrieb in unmittelbarer Nachbarschaft Die Baugrube zum Bau des ersten Zwillings befand sich in unmittelbarer Nachbarschaft zur alten Schleuse II, die der Schifffahrt während der gesamten Bauzeit zur Verfügung stehen sollte. Bei der Herstellung der Baugrube verformte sich wie vorausberechnet die angrenzende Schwergewichtswand der alten Schleuse II. Die Verformungen haben sich durch Gleiten und Verkippung der alten Kammerwand ergeben. Hauptleistungen für den Bau der Schleusen 1 und 2 Bodenaushub m³ Bodeneinbau m³ Nassbaggerarbeiten m³ Betonabbruch m³ Spundwände Verpressanker t m Beim Herstellen der Baugrube Der Baugrund Der Baugrund besteht aus hoch anstehendem festem, teilweise felsartigem Mergel. Deshalb war das Einrammen sowohl der Baugrubenspundwände als auch der bleibenden Leitwerksspundwände ohne Einbringhilfe nicht möglich. Dafür wurden überschnittene Bohrungen mit einem Durchmesser von jeweils 1,20 m und entsprechender Bodenaustausch notwendig. Der Mergel wurde im Schutze einer Verrohrung ausgebohrt und durch Kies ersetzt. Damit entstand ein durchgängiger Kiesschlitz, in den die Spundwände ohne großen Widerstand eingerüttelt werden konnten. Standsicherheitsprobleme konnten zu jedem Zeitpunkt ausgeschlossen werden. Während der Aushubphasen wurden Verformungen mit verschiedenen Messverfahren kontrolliert: Es wurden Kammerweitenmessungen, Alignements, Nivellements und Neigungsmessungen an der alten Schleuse II sowie Inklinometermessungen, geodätische Messungen und Ankerkraftmessungen an der Baugrubenspundwand durchgeführt. Trotz der Verformungen, die im Maximum bei 7 cm lagen, konnte die alte Schleuse II bis zur Fertigstellung der neuen Schleuse 1 sicher betrieben werden. Stahlbeton m³ Betonstahl t Oberer Vorhafen NN + 56,50 m Schleuse I Unterer Vorhafen NN + 50,30 m Oberer Vorhafen NN + 56,50 m Zwillingsschleuse Münster Schleuse 1 Unterer Vorhafen NN + 50,30 m Schleuse II Schleuse 2 Schleuse III Schleuse III Lageplan, vorhandene Schleusen I bis III Lageplan, neue Zwillingsschleuse und alte Schleuse III

5 8 Oberhaupt mit Klapptor Unterhaupt mit Stemmtor 9 Drempel Klapptor: Höhe Breite Tiefe Gewicht 5,60 m 13,21 m 0,83 m 35 t Oberhaupt mit Klapptor Das Oberhaupt ist mit einem Klapptor als Verschlussorgan gegen das Oberwasser ausgestattet. Im Drempel befindet sich eine entsprechende Vertiefung (Tortasse), die das Obertor bei geöffnetem Zustand aufnimmt. Verbindungsbauwerk in Block 10 Das Obertor ist als Klapptor in offener Riegelkonstruktion ausgeführt. Die zur Schleusenkammer gerichtete Seite des Klapptores erhält eine Stauhaut. Bei geöffnetem Tor ergibt sich so ein glatter Abschluss mit der Drempeloberkante, sodass ein- und ausfahrende Schiffe nicht beschädigt werden. Unterhaupt Oberhaupt Unterhaupt mit Stemmtor und Stoßschutz Das Unterhaupt ist mit einem Stemmtor als Verschlussorgan zwischen Kammer- und Unterwasserstand ausgestattet. Eine Stoßschutzeinrichtung im Unterhaupt mit einem Arbeitsvermögen von 2 MNm (Mega Newton meter) verhindert bei möglichen Schiffsanfahrungen gegen das Untertor größere Beschädigungen. Das Untertor ist als Stemmtor in Faltwerkskonstruktion mit unterwasserseitig offen gestalteten Torsionskästen ausgeführt. Durch die Faltwerkskonstruktion wird konstruktiver Korrisionsschutz erreicht. Stemmtor: Höhe Flügelbreite Flügeltiefe Gewicht je Flügel 11,70 m 7,95 m 0,69 m 52 t

6 10 Technische Details Technische Details 11 Technische Details Stemmtorflügel beim Einbau Betonieren bei Hitze Das Betonieren beim Bau der Schleuse 1 war insbesondere bei heißer Witterung wegen der Einhaltung der maximal zulässigen Temperaturgrenzwerte problematisch. Um die maximal zulässige Frischbetontemperatur ( 25 C) und damit auch die für Sohlen und Wände unterschiedlich vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten, wurde bei Hitze eine Stickstoffkühlanlage eingesetzt. Dem angelieferten Beton wurde im Fahrmischer mit einer Kühllanze flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von -196 C zugeführt. Die Frischbetontemperatur konnte damit um etwa 2 C heruntergekühlt werden. Ein Faktor bei der Bestimmung der Temperaturgrenzwerte ist die im Beton enthaltene Zementmenge. Weniger Zement pro Kubikmeter Beton bedeutet in der Regel zwar eine geringere Druckfestigkeitsklasse, aber auch eine geringere Temperaturerhöhung beim Abbindeprozess. Aus den beim Bau der Schleuse 1 gewonnenen Erfahrungen wurden im Rahmen der Eignungsprüfung für Schleuse 2 die Betonsorten neu konzipiert. So wurde die Mindestdruckfestigkeit von C25/30 auf C20/25 herabgesetzt. Der Mindestzementgehalt betrug 270 kg/m³. Bei den Kammerwänden der Schleuse 2 konnte durch Zementreduzierung eine geringere Temperaturerhöhung des Betons beim Abbindeprozess erzielt und eine höhere Frischbetontemperatur 25 zugelassen werden. Damit war der Betoneinbau bei der Schleuse 2 an heißen Tagen weniger problematisch als bei Schleuse 1 und die Stickstoffkühlanlage wurde nur noch an wenigen extrem heißen Tagen eingesetzt. Für Sohlen und Wände der Schleuse 1 wurde Splittbeton verwendet. Für Schleuse 2 wurde nur für die Sohlen weiterhin Splittbeton verwendet, für die Wände wurde hingegen als Gesteinskörnung Kies 8-32 mm eingesetzt. Bei der Bauausführung zeigte sich, dass der Beton pumpfähiger war und besser verarbeitet werden konnte. Maschinen- und elektrotechnische Anlagen Für die maschinen- und elektrotechnischen Anlagen, mit denen die Schleusenanlage betrieben wird, wurden Räume unterhalb des Schleusenplanums geschaffen. Diese Antriebsräume befinden sich im Bereich von Ober-, Unterhaupt und Verbindungsbauwerk. Als Antrieb für die Schleusentore im Ober- und Unterhaupt, die Längskanal- und Verbindungskanalverschlüsse werden elektrohydraulische Antriebsaggregate eingesetzt. Die elektrische Energie wird über das 10 kv Netz des örtlichen Energieversorgers bezogen. Für die Niederspannungsversorgung sind in den Unterhäuptern jeder Schleuse 400 kva Transformatoren installiert. Schalt- und Steuerungseinrichtungen für die Verschlussorgane sind in den einzelnen Betriebsräumen maschinennah untergebracht. Die elektronische Steuerung ist als dezentrales System speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) aufgebaut. Kühlen von angeliefertem Beton bei hohen Temperaturen Die Schleusenanlage mit ihren funktionalen Baubestandteilen Die Schleusenanlage wurde als biegesteifer, offener Rahmen konventionell in fugenbehafteter Bauweise gebaut. Sie gliedert sich vom Oberwasser in Richtung Unterwasser in 18 durch Raumfugen getrennte Kammerblöcke. Die verschiedenen funktionalen Baubestandteile verteilen sich über diese Kammerblöcke. Ausgehend vom Oberwasser in Richtung Unterwasser sind das der Reihe nach: Das Einlaufbauwerk Das Oberhaupt mit dem Obertor (Klapptor) als Verschlusskörper gegen das Oberwasser und den oberwasserseitigen Revisionsverschlüssen Die Längskanalverschlüsse, die unterwasserseitigen Revisionsverschlüsse und die Antriebsräume, in denen die Antriebsaggregate für das Obertor und die Längskanalverschlüsse sowie die elektrotechnischen Anlagen untergebracht sind (Block 1) Das Verbindungsbauwerk mit den beiden Verbindungskanälen und den Revisionsverschlüssen, das im Zuge des Baus der zweiten Schleuse entstand. Über seine Verbindungskanäle verbindet es die jeweils innen und außen liegenden Längskanäle der beiden Schleusen miteinander. So wird der Zwillingsbetrieb erst möglich (Block 10) Der Antriebsraum, in dem die Antriebsaggregate für die Verbindungskanalverschlüsse und die elektrotechnischen Anlagen für die Schleuse 2 untergebracht sind (Block 11) Die oberwasserseitigen Revisionsverschlüsse (Block 12) Die Längskanalverschlüsse, die unterwasserseitigen Revisionsverschlüsse und die Antriebsräume, in denen die Antriebsaggregate für die Längskanalverschlüsse sowie die zugehörigen elektrotechnischen Anlagen untergebracht sind (Block 13) Das Unterhaupt mit dem Untertor (Stemmtor in Faltwerksbauweise) als Verschlusskörper gegen das Unterwasser. Hier befinden sich auch die Antriebsräume, in denen die Antriebsaggregate für das Untertor und die elektrotechnische Versorgung untergebracht sind Das Auslaufbauwerk

7 12 Die neue Zwillingsschleuse in Zahlen Die neue Zwillingsschleuse in Zahlen 13 Die neue Zwillingsschleuse in Zahlen Beim Bau der zweiten Schleuse Schleuse 1 Schleuse 2 Bauzeit 12/2004 2/2009 3/2009 2/2014 Baugrund Felsmergel Felsmergel Baustoffe Stahlbeton Stahlbeton Abmessungen nutzbare Kammerlänge 190 m 190 m nutzbare Kammerbreite 12,50 m 12,50 m Mindestwassertiefe 4 m unter Betriebswasserstand 4 m unter Betriebswasserstand Gefälle 6,20 m 6,20 m Verschlüsse Oberhaupt Klapptor Klapptor Unterhaupt Stemmtor Stemmtor hydraulische Füllung und Entleerung per Multi-Port System Wasserverbrauch ohne Zwillingsbetrieb m³ m³ in Zwillingsbetrieb m³ m³

8 14 Wir machen Schifffahrt möglich Wir machen Schifffahrt möglich. Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Der Bund ist Eigentümer der Bundeswasserstraßen. Er verwaltet sie durch eigene Behörden: die WSV. Ihre Aufgabe ist es, eine leistungsfähige Wasserstraßen-Infrastruktur bereit zu stellen und sie den verkehrswirtschaftlichen und technischen Anforderungen zunehmender Transportgüterströme durch Aus- und Neubau anzupassen. den Schiffsverkehr zu regeln und für die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs zu sorgen, z.b. mit modernen Verkehrssicherungssystemen, mit Qualitätssicherung der Verkehrsmittel, Qualifizierung der Verkehrsteilnehmer. das Verkehrssystem Schiff/Wasserstraße zu überwachen und zu schützen, z. B. mit Bauunterhaltung, mit dem Setzen und Betreiben von Schifffahrtszeichen, mit strompolizeilichen Maßnahmen zur Schadensabwehr. Die WSV ist dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) unterstellt und gliedert sich in eine Mittelinstanz, die Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) in Bonn und eine Unterinstanz mit derzeit 39 Wasser- und Schifffahrtssowie 7 Neubauämtern. Das Wasserstraßen-Neubauamt Datteln Träger des Bauvorhabens Seit fast 100 Jahren realisiert das Wasserstraßen-Neubauamt Datteln (WNA) wasserbauliche Großprojekte im Bereich des westdeutschen Kanalnetzes. Es verfügt über vielseitige fachliche Kompetenz beim Ausbau der Wasserstraßen und den zugehörigen technischen Anlagen. Ingenieure verschiedener Fachrichtungen planen Baumaßnahmen, steuern fachkompetente Ingenieurbüros und Gutachter, erstellen haushaltstechnische Unterlagen, führen Vergabeverfahren durch, vergeben Aufträge und betreuen die Arbeiten bis zur Verkehrsfreigabe für die Schifffahrt. Mit der Verkehrsfreigabe der Zwillingsschleuse Münster ist ein Bauprojekt beendet worden, das den kalkulierten Kostenrahmen von 140 Millionen Euro eingehalten hat. Es umfasste neben der Schleuse auch den Bau eines Pumpwerks, den Ausbau der Vorhäfen mit Liegestellen sowie den Bau einer zweigleisigen Eisenbahnbrücke, die über den Einfahrbereich der neuen Zwillingsschleuse führt. Der Bau der Zwillingsschleuse zählt zu den herausragenden Maßnahmen im Ausbauprogramm zur Südstrecke des Dortmund-Ems-Kanals, einer der meist befahrenen deutschen Wasserstraßen.

9 Wasserstraßen-Neubauamt Datteln Speeckstraße Datteln Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) Stand: April 2014 Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes kostenlos herausgegeben. Sie darf nicht zur Wahlwerbung verwendet werden.