Ausgabe 04/16

Mit dem Ausbau des ÖPNV-Streckennetzes schafft Karlsruhe im Zusammenspiel mit einem Autotunnel mehr Mobilität und Lebensqualität. Er soll das hochfrequentierte Streckennetz der Verkehrsbetriebe entlasten und dabei Berufspendler und Besucher schneller und sicherer ans Ziel bringen. Dafür entsteht aktuell eine unterirdische Straßenbahntrasse zwischen Ettlinger Tor und Marktplatz. Der nur gut 300 Meter lange Tunnel mitten unter der City hindurch gestaltet sich vor allem wegen der besonderen geologischen Formation als anspruchsvoll. Damit kein Wasser in die Baustelle eindringen kann, setzt Pressluft Frankfurt auf Verdichtertechnik von AERZEN.

Anspruchsvolle Geologie

Wer bei einem Regenguss auf der Karl-Friedrich-Straße steht und einen Blick auf den Asphalt wirft, der erlebt eine feinperlige schäumende Fahrbahn. Der Grund: Der darunter liegende Tunnel mit seiner Sohle 15 Meter unter Straßenniveau verliert Luft. „Wir habe es hier mit viel Sand, Kies und Lockergestein zu tun – alles Materialien, die wir im Tunnelbau so gar nicht gebrauchen können“, beschreibt Bauleiter Robert Schweitzer die Herausforderungen in der Karlsruher City. Die Geologie sorgt einerseits dafür, dass die BeMo Tunnelling GmbH beim Vortrieb sofort die Wände mit Spritzbeton stabilisiet, damit der Boden nicht wie bei einer Sandburg gleich nachrutscht. Andererseits sind die Poren so groß, dass ebenfalls unmittelbar Grundwasser aus den Wänden laufen würde, wenn nicht der passende Gegendruck auf der Baustelle herrscht.
Die Arbeiten zwischen Ettlinger Tor und Marktplatz stehen buchstäblich unter Druck – und dieser liegt in der ersten Bauphase bei einem Delta zur Atmosphäre von 0,75 bis 0,85 Bar. Das Projekt fällt damit unter die deutsche Druckluftvorordnung, die die entsprechenden Regeln für die Arbeitsplatzsicherheit definiert. Vor diesem Hintergrund betritt niemand die Druckschleuse ohne besondere Einweisung und das entsprechende Gesundheitszeugnis – und verlässt sie auch nicht ohne Dekompression.

Mehr Verluste durch Kies und Sand

Die Druckschleuse gehört zu einer Leitwarte, in der der Schleusenwächter den Betriebszustand aller Kompressoren auf einem Display immer im Blick hat. Zwölf Aggregate sind installiert – vier davon unterirdisch und acht auf der Straße direkt darüber. „Wir haben die Verdichtereinheiten mit DeltaScrew-Aggregaten als Herzstück in Containerrahmen integriert. Die lassen sich leicht transportieren, auf der Baustelle zu platzsparenden Einheiten kombinieren – und dieses dank Cartridge-Bauweise auch mehrstöckig übereinander“, erklärt Peter Link als Verantwortlicher für das deutsche Vermietungsgeschäft. Der Hauptsitz von Aerzen Rental ist Duiven in den Niederlanden. In Karlsruhe sind die Verdichter vom Typ CVO4400 kombiniert mit Wasserkühlern, die die Luftaustrittstemperatur am Kompressor von 120 Grad herunterbringen auf rund 20 Grad. „Würden wir die heiße Luft direkt in den Tunnel blasen, könnte dort niemand mehr arbeiten“, merkt Schweitzer an.

Ausreichend Reserven sind gefordert

Im Tagesmittel sind es während der nicht so tief liegenden Arbeiten 100 bis 140 Kubikmeter Luft pro Minute, die die Aggregate von Aerzen Rental in den Tunnel pumpen – was letztlich auch die schäumende Straße bei Regen erklärt. Schweizer: „Die Luft blubbert halt langsam und stetig nach oben heraus. Der Spritzbeton hält zwar die Wände, ist aber längst nicht so dicht wie die spätere Innenschale im Endausbau.“ Um den Druck auf weiter Strecke für die Bauarbeiter zu begrenzen, wird der Tunnel schichtweise in den Boden getrieben – von oben nach unten bis zur Sohle. Je tiefer die Baustelle liegt, desto höher steigt dann der Druck durch das Grundwasser an. Schweitzer geht zum Schluss der Rohbauarbeiten von einem Druckdelta bis 1,3 Bar aus – was die Druckverluste exponentiell ansteigen lassen wird und auch einen höheren Volumenstrom erfordert. Aus diesem Grund – sowie den Vorgaben der Druckluftverordnung nach ausreichender Redundanz – verfügt das von Aerzen Rental gelieferte Equipment über ausreichend Reserven. „Wir müssen mit zwei Dritteln der installierten Maschinenleistung den kompletten Bedarf decken können. Von den zwölf Aggregaten bilden vier also quasi unsere Ersatzbank“, erklärt der Maschineningenieur des auf Tunnelbauten spezialisierten Unternehmens aus Österreich.
„Die spezifische Leistung der Aggregate ist konkurrenzlos“, betont Peter Engelke, Projektleiter von Pressluft Frankfurt, und spricht von einer Zusammenarbeit zwischen AERZEN und Pressluft Frankfurt, die über mindestens 30 Jahre reicht. „Mir ist noch nie eine Maschine kaputt gegangen – das spricht für lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit.“ Die Betriebssicherheit zählt vor allem in Tunnelprojekten, weil Ausfälle verheerende Folgen haben können. Während die Männer vor Ort ausreichend Zeit hätten, bei einem Ausfall der Verdichter durch die Schleuse sicher ins Freie zu gelangen, würde das eintretende Wasser zu einer Tunnelhavarie führen. „Das müssen wir unter allen Umständen verhindern“, fasst Schweitzer zusammen. „Die Geräte müssen einfach laufen.“ Würden alle in Betrieb sein, steht ein Volumenstrom von 700 Kubikmetern pro Minute zur Verfügung – abzüglich der genannten Reserve damit 420 Kubikmeter im Normalbetrieb.
Weil aber die geforderten Reserven immer gleichbedeutend sind mit ungewünschten Überdimensionierungen, stellt sich spätestens jetzt die Frage der Energieeffizienz. Immerhin haben die Verdichtereinheiten eine Anschlussleistung von jeweils 200 kW. „Der sparsame Umgang mit elektrischer Energie zählt – selbst bei zeitlich begrenzten Bauprojekten“, unterstreicht Link, und auch Engelke hat die Erfahrung gemacht, „dass Stromkosten immer ein Thema sind“. Bei zwölf Verdichtern mit je 200 kW spielt jede Stelle hinter dem Komma eine Rolle. Die einstufigen, ölfreien Schraubenverdichter der Delta Screw Generation 5 plus sind deshalb als Universalwerkzeuge auch energetisch optimiert und lassen sich mit Hilfe eines Frequenzumrichters bedarfsgerecht steuern
.In Karlsruhe wird die Drehzahl der Verdichter druckgesteuert so exakt angepasst, dass die Ist-Leistung exakt den Druckverlusten des 15.000 Kubikmeter im Volumen messenden Tunnels zwischen Marktplatz und Ettlinger Tor entspricht. Für BeMo Tunnelling und Pressluft Frankfurt rechnet es sich dabei auch noch, Verdichtereinheiten für solch spezielle Einsatzgebiete zu mieten, statt dauerhaft anzuschaffen – zumal der eigenständige Mietservice des Gebläse- und Verdichterherstellers aus Niedersachsen während der Betriebszeit die komplette Wartung übernimmt. Läuft alles nach Plan, dann gehen die Verdichtereinheiten in gut einem Jahr übrigens vor dem erneuten Vermieten zur Generalüberholung wieder zurück – dann nämlich soll der Tunnel in Karlsruhe so weit fertiggestellt sein, dass es frei von Grundwasser an den eigentlichen Stations- und Gleisausbau geht.