Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes


Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Brunsbüttel

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Inhalt: Ersatzbau Mitteldüker im Bereich der Großen Schleuse Brunsbüttel

Vorgeschichte und Veranlassung

Im Bereich der Schleusen in Brunsbüttel wurden mit dem Bau der Schleusen 1911 bis 1914 für die Unterquerung mit Medienleitungen, z.B. Stromleitungen, Wasserleitungen, Steuerkabel usw., sogenannte Düker in die Häuptersohlen eingelassen. Kammerseitig am Binnenhaupt und beidseitig des Mittelhauptes der Großen Schleuse wurden insgesamt drei Versorgungsdüker aus Stahlrohren mit einem Durchmesser von 1,80 m gebaut, durch die Kabel und Rohrleitungen der WSV, aber auch externer Betreibern hindurchführen.
Ein umfangreicher Instandsetzungsbereich der Großen Schleuse Brunsbüttel ist die Erneuerung der Energieversorgung und Sicherstellung einer modernen, redundanten und den Erfordernissen der Wartung gerecht werdenden Infrastruktur. Die vorhandenen Düker sind nur bedingt begehbar und überbelegt. Auch aus arbeitsschutztechnischen Aspekten ist eine Sanierung der vorhandenen Düker unter Weiterführung des Betriebes der Schleuse nicht möglich, die Umlegung der vorhandenen Energieversorgungskabel in einen anderen Düker aber dringend erforderlich.

Im geplanten Baufeld der 5. Schleusenkammer befindet sich die Energieversorgung der gesamten Schleusenanlagen, die vor Beginn des Neubaus der 5. Schleusenkammer verlegt werden muss. Um eine Entflechtung aller Leitungen auf dem Schleusengelände und in den vorhandenen Dükern zu erreichen und um die Zeitziele für den Neubau der 5. Schleusenkammer einhalten zu können, ist die gesamte Versorgung für die Große und Kleine Schleuse neu zu strukturieren und zu verlegen. Für die Aufnahme der notwendigen Leitungen und Medien wurde entschieden, einen „Ersatzbau Mitteldüker“ zu veranlassen. Mit einem neuen Mitteldüker ist es möglich die Neustrukturierung der Schleuseninsel vorzunehmen und im Rahmen der Grundinstandsetzung der Großen Schleuse die vorhandenen Düker zu räumen und anschließend zu sanieren.

 

Planungsleistung durch ein Ingenieurbüro

Nach Durchführung eines aufwendigen Vergabeverfahrens wurde die Planungsgemeinschaft Brunsbütteler Schleuse Knabe/WTM am 12.07.2007 mit der Aufstellung des Entwurf-AU (Ausführungsunterlage) und Erstellung der Ausschreibungsunterlagen beauftragt. Neben den Planungsgrundsätzen wie Hochwassersicherheit, Begehbarkeit des Dükers und ausreichende Querschnittsgestaltung ist auch die Anbindung der Mittelmauer zu gewährleisten. Die Anbindung der Mittelmauer (Abb. 1) muss im Bereich des Mittelhauptes erfolgen, weil zum einen dort der Leitstand anzubinden ist und zum anderen die Häupter flach gegründet sind und dadurch die über 90 Jahre alte Pfahlgründung nicht gestört wird. Diese Anbindung stellt somit den ersten Zwangspunkt für die Trasse dar.

Im Rahmen einer Voruntersuchung wurde eine umfangreiche Variantenuntersuchung für die Trassierung des Mitteldükers erarbeitet. Dabei handelte es sich um Trassen die,

unterqueren.
Die Varianten wurden in einer Bewertungsmatrix nach der Nutzwertanalyse gegenübergestellt und in einem Entscheidungspapier dokumentiert. Die in Abbildung 1 dargestellte Trasse erhielt in der Bewertungsmatrix die meisten Punkte und belegt somit Rang 1.

Schematische Darstellung der Trassenführung

Abb. 1: Schematische Darstellung der Trassenführung

Die Linienführung der Vorzugsvariante berücksichtigt die Dükerverlängerung unter der "Kleinen Schleuse" bis zum Südufer. Durch die Lage des Startschachtes (Abb. 1) ergibt sich ein zweiter Zwangspunkt, da hierfür aus bautechnischer Sicht ein Mindestabstand zum Betriebsweg bzw. zur Kaikante eingehalten werden muss. Die Trasse verläuft somit um ca. 65° zur Schleusenlängsachse ("Große Schleuse") gedreht. Auf der Schleuseninsel wird nördlich und südlich der 5. Schleusenkammer je ein Zwischenschacht vorgesehen. Der Zielschacht am Nordufer reduziert den Baustellenverkehr während der Baumaßnahme durch das Wohngebiet von Brunsbüttel auf ein Minimum.

Die Variante bietet volle Flexibilität für den Bauablauf der 5. Schleusenkammer. Die erforderliche Dükerlänge beträgt ca. 478 m und die erforderliche Dükertiefe ca. NN-31,50 m.

 

Die Baumaßnahme

Die Schächte werden auf Grundlage der geotechnischen Gegebenheiten und statischen Anforderungen nach derzeitigem Planungstand mittels Bohrpfahl- und Schlitzwand hergestellt und anschließend als dauerhaftes und wasserdichtes Bauwerk ausgebaut. Bei der Herstellung der Schächte fallen insgesamt ca. 15.500 m³ Aushub an und es werden ca. 4500 m³ Beton eingebaut. Die Abbildung 2 zeigt einen Schnitt durch den gesamten Düker und die Schächte mit allen Schleusen die unterquert werden.

Längsschnitt des Dükers und der Schächte

Abb.2: Längsschnitt des Dükers und der Schächte

Der Startschacht erfordert zur Aufnahme der Vortriebspressen, des Pressenwiderlagers und der Vortriebmaschine (bzw. der Rohrsegmente) einen lichten Mindestdurchmesser von ca. 10 m. Um einen reibungslosen Arbeitsablauf zu gewährleisten ist die gute Erreichbarkeit des Startschachtes auf der Südseite von Vorteil. Der Schacht wird mit einer Wandstärke von ca. 1,2 m als Senkkasten ausgebildet. Die Sohle des Startschachtes liegt bei ca. NN -29,2 m und die Oberkante bei ca. NN +1,0 m.
Der Zielschacht erfordert zum Bergen des Bohrgerätes einen lichten Mindestdurchmesser von ca. 8 m. Dieser Schacht erhält eine Wandstärke von ca. 1,0 m, die Sohle des Zielschachtes liegt bei ca. NN -31,6 m und die Oberkante bei ca. NN +4,3 m.
Die Zwischenschächte dienen zum Einstieg in den Düker und zum Herausführen der Leitungen und haben daher einen Durchmesser von ca. 6,0 m. Die Schächte werden abgeteuft und müssen anschließend wieder teilverfüllt werden, um mit dem Bohrgerät durchfahren werden zu können. Nach Abschluss des Rohrvortriebs werden die Schächte wieder frei gelegt und der Düker im Schacht aufgeschnitten. Der Anschlussspalt zwischen Schachtwand und Düker wird wasserdicht verpresst. Die Medienleitungen und Kabel werden mit geeigneten Befestigungssystemen an der Schachtwand fixiert.
Die Anbindung an die Mittelmauer der Großen Schleuse erfolgt durch das flach gegründete Mittelhaupt. Zwischen Unterkante Mittelhaupt und Düker wird vor dem Vortrieb ein HDI (Hochdruckinjektions-Verfahren zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Baugrundes) Körper erstellt, in dessen Abschirmung der Anschluss des Schachtes an den Düker erfolgt. Zur Installation der erforderlichen Leitungen ist ein minimaler Innendurchmesser des Schachtes von ca. 1,4 m erforderlich. Aufgrund der eingeschränkten Platzverhältnisse wird dieser Schacht nicht als regulärer Einstieg ausgebaut. Zu Wartungs- und Rettungszwecken wird der Schacht, entsprechend den Anforderungen der geltenden Arbeitssicherheitsbestimmungen, mit einem geeigneten Steigesystem ausgerüstet.

Der Düker wird als Kreisquerschnitt mit einem Innendurchmesser von 2,20 m ausgeführt. Unter Berücksichtigung der erforderlichen Einbauten steht im Wartungsgang eine lichte Höhe von ca. 2,0 m zur Verfügung. Die Leitungen sind rechts und links in Konsolen angeordnet. Die erforderlichen Verankerungselemente im Düker sollen schon bei der Herstellung der Rohre vorgesehen werden.

Der Vortrieb erfolgt mit Hilfe hydraulischer Pressen, die fest im Startschacht installiert sind. Aufgrund der erforderlichen Tiefe des Dükers und des anstehenden Wasserdrucks muss der Bodenabbau an der Ortsbrust (Abbaumaterial vor dem Vortriebsschild) mit einem flüssigkeitsgestützten Vollschild erfolgen. Der anfallende Abraum wird mit der Bentonitsuspension (Stütz-/ Schmierflüssigkeit) zurück in den Startschacht und von dort an die Oberfläche gefördert und dort separiert. Der gesamte Düker wird zunächst in einem Stück gefertigt, wobei die Zwischenschächte mit dem Bohrgerät und dem nachfolgenden Rohrstrang durchfahren werden. Nach Erreichen des Zielschachtes erfolgt die Bergung des Bohrgeräts und der Vortrieb ist abgeschlossen.

 

Gesamtkonzept Düker im Bereich der Schleusenanlagen

Bei der Kleinen (Alten) Schleuse steht ab 2020 voraussichtlich die nächste Grundinstandsetzung an. Dieses wurde in die Überlegungen der Trassenplanung für den Ersatzbau Mitteldüker mit einbezogen. Gemeinsam mit der WSD Nord fiel Mitte September die Entscheidung, dass der Ersatzbau Mitteldüker von der Nord- bis zur Südseite geplant wird. Mit der Unterquerung der Kleinen Schleuse kann die Sanierung von mindestens einem Düker (evtl. des Binnendükers) entfallen, so dass nach Beendigung der Instandsetzungsarbeiten der Kleinen Schleuse wieder zwei komplette Düker zur Verfügung stehen. In der Abbildung 3 sind die vorhandenen Düker und der geplante Ersatzbau Mitteldüker dargestellt. Rot dargestellt sind die instand zu setzenden Düker und der geplante Ersatzbau Mitteldüker die nach Beendigung der Maßnahmen für alle notwendigen Medienleitungen zur Verfügung stehen. Blau dargestellt sind die Düker die im Rahmen der Grundinstandsetzung zurückgebaut werden können.

Darstellung der Düker nach Beendigung aller Maßnahmen
Abb.3 : Darstellung der Düker nach Beendigung aller Maßnahmen

Mit dem Ersatzbau Mitteldüker und den geplanten Instandsetzungen wird der Gesamtquerschnitt über alle Düker insgesamt erhöht. Jede Schleuse wird von mindestens zwei baulich getrennten Dükern gekreuzt, so dass die Forderungen hinsichtlich Redundanz und Ersatztrasse erfüllt sind. Im April 2009 begann der Bau der Schächte. Ende 2009 ging es weiter mit der Herstellung des Dükers. Nach rund 3 Jahren (April 2012) konnten die Bauarbeiten abgeschlossen und das Bauwerk abgenommen werden.

Die Abläufe und Besonderheiten dieser Baumaßnahme erfahren Sie aus den folgenden Infobriefen: