Spezialreinigung

Kanalreinigung bis an die Grenzen der Physik: HD-Reinigung des "Zuckerbergstollens II" in Stuttgart

14.11.2008

Der "Zuckerbergstollen II" in Stuttgart, der zwischen dem Stadtteil Bad Cannstatt und dem Hauptklärwerk im Stadtteil Mühlhausen entlang des Neckars verläuft, ist der mutmaßlich längste Abwasserkanal Europas ohne Zwischenschächte. Vor fünf Jahren im Auftrage des Tiefbauamts/Stadtentwässerung Stuttgart in einer Nennweite von DN 2600 gebaut, stand das einzigartige Bauwerk 2oo8 zur Gewährleistungsabnahme an. Zuvor musste das 2.750 Meter lange, mit PE HD-Profilen ausgekleidete Bauwerk jedoch per Hochdruckspülung grundgereinigt werden – ein Vorhaben, mit dem man sich dicht an den Grenzen des physikalisch Machbaren bewegt. Die Kanal-Türpe Gochsheim GmbH & Co. KG, Niederlassung NRW, wagte nach umfangreichen vorangegangenen Versuchen dieses Vorhaben – und hatte Erfolg. Ende September 2008 konnte der Zuckerbergstollen optisch inspiziert und die Gewährleistungsabnahme erfolgen.

Ein Bauwerk mit Geschichte und Bedeutung

Der Zuckerberg ist ein malerischer Weinberg, in einer Neckarschleife nördlich von Stuttgart-Bad Cannstatt. Für die Stuttgarter Stadtentwässerung ist er von je her ein topografisches Hindernis für eine optimierte Trassenführung des öffentlichen Kanalisationsnetzes. Um die Hauptsammelkanalisation auf ihrem Weg zur Kläranlage Mühlhausen um mehrere Kilometer zu verkürzen, trieb man schon 1917 einen Stollen durchs Gebirge: Den "Zuckerbergstollen I". Nach 90 Jahren ständiger Volllast war aber in diesem Bauwerk berechtigterweise mit Verschleißerscheinungen zu rechnen; von den Ablagerungen eines Betriebsjahrhunderts ganz zu schweigen. Eine Inspektion oder gar Sanierung war jedoch unmöglich, solange keine Alternative für die Ableitung der Abwassermassen zur Verfügung stand. Deshalb entschloss sich der Eigenbetrieb Stadtentwässerung Stuttgart Anfang des Jahrzehnts zum Bau eines neuen, parallel verlaufenden Stollenbauwerks, der auch als Regenüberlaufkanal mit obenliegender Entlastung dient.
Der neue, am nördlichen Ende von Bad Cannstatt beginnende Zuckerbergstollen ist 2.750 Meter lang und hat einen Nenndurchmesser von DN 2600. Sein Trockenwetterabfluss liegt bei 1300 Liter pro Sekunde, die Maximalkapazität beträgt 2500 Liter pro Sekunde. Außerdem bietet der Zuckerbergstollen II 7250 Kubikmeter Stauvolumen. Das ist insoweit von Interesse, als der Zuckerbergstollen II mit einem Minimalgefälle von nur 0,04 % als Staukanal konzipiert ist und der Regenwasserbehandlung der vereinigten Abwasserströme von Stuttgart- Bad Cannstatt und Esslingen dient. Außerdem reguliert er den Zufluss im unmittelbar jenseits des Neckars gelegenen Klärwerk Mühlhausen. Beide Zuckerbergstollen enden unmittelbar vor dem Fluss im Sandfang Hofen. Der Stollen von 1917 fördert künftig das mechanisch vorgereinigte Abwasser aus dem RÜB Voltastraße in die Kläranlage, der neue die gesammelten Trockenwetterabflüsse der vorgenannten Gemeinden. Bei Regen wird über einen Regelschieber im Sandfang Hofen der Zufluss aus dem Zuckerbergstollen II reguliert und dessen Staukapazität je nach Bedarf genutzt. Bei Einstau kommt es zur Sedimentation der Schmutzfracht des zurück gehaltenen Mischwassers und zum Abschlag des so vorbehandelten Wassers in den Neckar. Nach Ende der Niederschläge entleert sich der Stollen im Freigefälle ins Hauptklärwerk.

Das Problem: 1200 Kubikmeter Ablagerungen über 2,7 Kilometer

Aus diesem Betriebsmodus ergeben sich spezielle Reinigungsprobleme, zumal das Bauwerk aus Gründen der sichereren Begehbarkeit in der Sohle auf 1,20 Meter Breite bewusst flach und ohne echtes Gerinne ausgebaut ist. Eine Begehung des Stollens im Vorfeld der Reinigung ergab folgerichtig, dass der Bauwerksquerschnitt durch Sedimente um ca. 15% reduziert war – diese im Mittel 30 bis 40 Zentimeter Sedimente summieren sich rein mathematisch auf 2,75 Kilometer Länge zu einem Volumen von 1200 Kubikmeter und weit über 2000 Tonnen Masse.
Die Reinigungsexperten der Kanal-Türpe Gochsheim GmbH & Co. KG (Niederlassung NRW), die aufgrund ihrer breiten Referenzen bei der Reinigung von extrem dimensionierten Abwasserbauwerken durch das von der Stadtentwässerung Stuttgart beauftragte Ingenieurbüro Klinger und Partner, Stuttgart, zur Abgabe eines Angebots aufgefordert worden waren, prüften den Sachverhalt sehr kritisch. Denn eine Reinigungsstrecke von fast drei Kilometern bewegt sich im Grenzbereich dessen, was nach der physikalischen Theorie überhaupt machbar ist. Rein rechnerisch darf bei solcher Distanz von dem am Spülfahrzeug abgegeben Wasserdruck an der Düse fast nichts mehr ankommen. Die Reibungswiderstände des Schlauchinneren müssten den Druck restlos absorbiert haben.
Niederlassungsleiter Hermann Sigges und seine Mitarbeiter, allesamt altgediente Kanal-Routiniers, ließen sich aber von der Theorie nicht beeindrucken und wollten es genauer wissen. Sie stockten den hauseigenen Bestand an Ultraleicht-Spülschläuchen auf und fuhren mit diesem Equipment und dem stärksten hauseigenen Großprofil-Reinigungsfahrzeug in die freie Natur. Dort bewiesen sie in Versuchsreihen mit Flusswasser, dass trotz anders lautender Theorie noch Druck am Ende des Schlauches besteht.
Mit dieser Erkenntnis gestärkt, unterbreitete man der Stadtentwässerung Stuttgart über Ausschreibung ein Angebot zur Reinigung des Zuckerbergstollens. Ein kritischer Aspekt in den nachfolgenden Diskussionen war der kalkulierte Arbeitsaufwand, um das Spülgut über die vorhandene Länge aus dem Stollen zu schaffen. Da man sich im Regelfall mit der Spüldüse gegen Fließrichtung hinauf arbeiten muss, war absehbar, dass jeder Kubikmeter Ablagerungen aus dem oberen Reinigungspunkt bis zu seiner Bergung gleich mehrmals mobilisiert werden musste. Dies spielte sich dann auch genau so ab: die tiefer liegenden Stollenabschnitte musste man wiederholt reinigen, weil sie durch rücksedimentiertes Spülgut immer wieder neu verschmutzten. Dazu trug das erstaunlich hohe spezifische Gewicht des Spülgutes (1,6 bis 1,8 t/m³) entscheidend bei. Während der Reinigung gegen die Fließrichtung im unteren Stollenabschnitt ließ man einen kontrollierten Abwasserzufluss zu. Dessen Schleppkraft sollte das Spülgut so weit wie möglich transportieren und seine Sedimentationsneigung verringern.

Sicherheitsmaßnahmen

Herausgehobene Bedeutung kam im Projekt Zuckerbergstollen der Erstellung eines Sicherheitskonzeptes zu. Um im Stollen arbeitendem Personal in jeder Situation Signale übermitteln zu können, musste eine Verständigungsmöglichkeit gefunden werden, die auch unter dem betriebsbedingten Lärmpegel funktioniert. Die Lösung lag in einer Pressluftsirene und einem einfach anzuwendenden Code akustischer Warnsignale.
Ein Kernproblem der Sicherheit im Abwasserkanal und erst recht in einem 2,7 Kilometer langen Rohr ohne Zwischenzugänge ist natürlich die Sauerstoffversorgung bzw. die Unterdrückung gefährlicher Gaskonzentrationen. Vollatemschutz für die Mitarbeiter schied als Option wegen der extremen Wege praktisch aus. Wie Versuche ergaben, ist im Zuckerbergstollen-Sediment prinzipiell eine Marsch- bzw. Fluchtgeschwindigkeit von 1 km/h realisierbar - nur eben nicht in Vollatemschutzausrüstung. Die schließlich praktizierte Alternative war die Belüftung des Bauwerks. Ein starkes Gebläse drückte während der Arbeiten vom Kopfende des Stollens her stündlich 50.000 Kubikmeter Luft in die Riesenröhre – eine ca. 2,5-fache Sicherheit bei der geforderten Luftmenge.

Dennoch wurde, um jedes Risiko zu auszuschließen, von vornherein eine personalautarke Arbeitsweise gewählt. Da sich Schwefelwasserstoff (H2S) in der Sedimentschlammschicht bildet, ist mit seiner konzentrierten Freisetzung speziell während des Spülvorgangs zu rechnen; aus diesem Grunde wollte man trotz Belüftung kein Personal „an der Düse“ einsetzen, um sie zu führen.

Das technische Equipment

Im Zuckerbergstollen kam über den gesamten Zeitraums das "Flaggschiff" des Türpe-Fahrzeugparks zum Einsatz: Der Saug-Spül-Kombi Assmann 19,0 / 229 P-WRG IV ist ein vierachsiges Reinigungsfahrzeug höchster Leistungsklasse speziell zur Säuberung verschmutzter Großprofile. Aus dem Fassvolumen sowie seitlich angeordneten 4000-Liter-Wassertanks werden zwei parallel betriebene 250 bar-Pumpen mit jeweils bis zu 291 Liter pro Minute beschickt. Die Einsatzzeit des Fahrzeuges vor Ort wird durch ein dreistufiges Wasserrückgewinnungssystem deutlich verlängert. Das Werkzeug im Kanal ist eine 50 Kilogramm schwere Flach-Spüldüse, ein sogenannter "Scraper". Die spezielle Geometrie der Austrittsdüsen des Scrapers sorgte dafür, dass der 1,20 Meter breite Sohlbereich des Zuckerbergstollens in voller Breite mit Wasserdruck beaufschlagt und das Sediment dadurch gleichmäßig mobilisiert wurde. Dass diese 50 Kilogramm schwere Düse in den Kanal vorarbeiten konnte, wäre allerdings kaum möglich gewesen ohne Einsatz ultraleichter Hochdruck-Spülschläuche mit geringstem Metergewicht. Das im jeweiligen Stollenausgang heran geförderte Räumgut wurde dann von zwei riesigen Vakuumpumpen aufgenommen.

Der Arbeitsablauf

Vor Beginn der Reinigungsarbeiten wurde der Stollen außer Betrieb genommen, leer gepumpt und unter den oben genannten Sicherheitsbedingungen begangen. Um den Spagat zwischen extremen Reinigungsstrecken und der Rücksedimentation des Spülgutes und einer wirtschaftlichen Optimierung des Arbeitsaufwandes zu bewältigen, verfielen die Großprofil-Profis auf einen unkonventionellen Kunstgriff, der durch das ungewöhnlich geringe Gefälle im Stollen möglich wurde. Im ersten Projektabschnitt reinigten sie den Kanal gegen die Fließrichtung und zogen das Spülgut am Kopfende des Stollens ab. Nachdem der obere Teilbereich sauber war, wechselte das Team zum Bauwerk Sandfang Hofen, um vom unteren Stollenausgang her in Fließrichtung zu reinigen. Der angesichts des geringen Gefälles und des schweren Sediments befürchtete Effekt der mehrfachen Rücksedimentation trat wie erwartet ein. Und so musste nach der Reinigung des unteren Abschnitts die Reinigung im oberen noch einmal wiederholt werden, um dort zurück geströmtes Spülgut zu entfernen. Das spezifische Gewicht des Spülgutes hatte eine weitere logistische Konsequenz: Die zum Abtransport bereitgestellten Mulden konnten jeweils nur halb gefüllt werden, um die zulässigen Transportgewichte einzuhalten, wodurch sich die Zahl der notwendigen Transportvorgänge wesentlich erhöhte.

Die Inspektion

Letztlich konnte der Zuckerbergstollen II aber dennoch innerhalb der zur Verfügung gestellten Zeit grundgereinigt werden. Am 18.09.2008 fand die Begehung mit anschließender Videoaufzeichnung statt. Für Licht sorgte eine speziell für diese Rohrdimension aufgebaute Beleuchtungseinheit. Die Aufzeichnung selbst erfolgte mit einer Handycam hoher Auflösung. Allen Beteiligten fiel der buchstäbliche „Stein“ vom Herzen: Eines der längsten Abwasserbauwerke der Welt war erstmals erfolgreich gereinigt worden. Für die Reinigungsexperten von Kanal-Türpe Gochsheim GmbH & Co. KG ist das Projekt Zuckerbergstollen eines der technischen Highlights in der Unternehmensgeschichte.

Quelle: http://www.unitracc.de/aktuelles/artikel/kanalreinigung-bis-an-die-grenzen-der-physik-hd-reinigung-des-34zuckerbergstollens-ii34-in-stuttgart

Mit einer kleinen Feier auf dem Hauptpumpwerk in Borkum haben Mitarbeiter der Firma Kanal-Türpe und der Stadt Borkum den Abschluss einer 3-jährigen erfolgreichen Zusammenarbeit gewürdigt.

Im Zuge einer öffentlichen Ausschreibung erhielt die Kanal-Türpe GmbH & Co. KG NL Blomberg im Jahr 2009 den Zuschlag, das gesamte Kanalnetz auf der Insel Borkum zu reinigen und den Zustand mittels Kanalinspektion zu erfassen. Mehr als 50 km Schmutz-, Misch- und Regenwasserkanäle in den Dimensionen 100 bis 1200 mm sollten hierzu in mehreren Abschnitten bearbeitet werden. Entsprechende Planunterlagen wurden hierzu vom projektbegleitenden Ing.-Büro Dr. Schlichting Dr. Ermel GmbH – Aurich zur Verfügung gestellt. Diese waren auf den aktuellen Stand zu bringen bzw. auf Richtigkeit zu prüfen.

Nach diversen Vorbesprechungen setzten am 09.03.2009 die ersten Fahrzeuge von Emden aus auf die Insel Borkum über. Projektleiter Tobias Wrede und Vorarbeiter Andreas Hohmann sammelten in den darauffolgenden Tage erste Eindrücke über das Kanalnetz. Aufgrund der nicht regelmäßig durchgeführten Kanalreinigung stellte sich recht schnell heraus, dass der normalerweise übliche Arbeitsablauf an die besonderen Verhältnisse der „Inselkanäle“ angepasst werden musste. Erhöhte Ablagerungen durch Sand- und Geröllablagerungen, nicht zuletzt auch verursacht durch Überflutungen wie es auf den ostfriesischen Insel nun mal vorkommen kann, machten eine Abarbeitung vom „Kleinen“ ins „Große“ häufig nicht möglich. Hier musste häufig erst einmal Vorflut vom Tiefpunkt aus geschaffen werden.

Ein besonderer Knackpunkt stellte dabei die sogen. „Franzosenschanze“ mit einem Doppel-Ei-Profil in den Dimensionen 600/900 mm bzw. 700/1.500 mm dar. Dieser Kanalabschnitt zum Hauptpumpwerk mit einer Länge von 1.500 Meter enthielt zum einen Ablagerungen von weit über 40% des Querschnittes – zum anderen war dieser Bereich auch nur von einem Punkt aus anfahrbar. Hier konnte nur ein Kanalreinigungsfahrzeug der Sonderklasse zum Einsatz kommen. Mit seinem 19 cbm Hochdruckspül- und Saugwagen auf einem 4-Achs-Fahrgestell konnte Vorarbeiter Jörg Schneider mit seinem Arbeitskollegen Peter Derksen einmal mehr zeigen, wozu die Firma Kanal-Türpe in der Lage ist. Unter Einsatz einer speziell für diese Zwecke ausgelegten Umpumpanlage zur Aufrechterhaltung des Abwasserabflusses konnte dieser Kanal erfolgreich gereinigt und anschließend mit der Inspektionskamera befahren werden. In diesem Zusammenhang wurde durch die Vermittlung der Firma Kanal-Türpe eine Sandwaschanlage aus England von der Stadt Borkum geordert, um den verwertbaren Sandanteil aus dem Kanalräumgut herauszulösen. Somit konnten die Deponierungskosten auf ein Minimum reduziert werden.

Alle sonstigen Kanalreinigungsarbeiten wurden von Andreas Hohmann und seinen Mitarbeitern unter Einsatz eines spezialkombinierten HD-Spül- und Saugwagen mit Wasserrückgewinnungstechnik erledigt und anschließend mit Kameratechnik auf den baulichen Zustand hin untersucht.

Die erfolgreiche Erledigung des Auftrages und der Zufriedenheit auf beiden Seiten beruhte auch auf das sich langsam aufgebaute Vertrauensverhältnis zwischen Auftragnehmer und allen zuständigen Mitarbeiter auf der Auftraggeberseite. Gegenseitiger Respekt und die bereitwillige Unterstützung in besonderen Situationen waren das Erfolgsrezept.

Wie mitunter an anderen Stelle auch, ist am 26.05.2011 ein Kanalreiniger von der Insel gefahren, der das Kanalnetz nun besser kennt als manch Mitarbeiter auf Borkum selbst.