Premiere: S-Kurve in Honolulu aufgefahren
Mit Polycrete-Vortriebsrohren wurde in Honolulu ein äußerst schwieriger Mikrotunnnelbau mit S-Kurve realisiert. Das Projekt war eine große Herausforderung, weil die Leitung unterirdisch um zwei Brückenpfeiler herum und unter dem Ala Wai Kanal im belebten Stadtteil Waikiki hindurch geleitet werden musste.
In Downtown Honolulu, Hawaii, war im März 2006 eine 42-inch-Hauptdruckleitung (ID 1067 mm) in einem dicht besiedelten Innenstadtbezirk gebrochen. Es bestand die Gefahr, dass Abwasser in etliche Hotels, Wohnhäuser und Geschäfte im beliebten Urlaubsort Waikiki eindrang.
Die Stadt reagierte auf den Bruch der Hauptabwasserleitung so schnell wie möglich und installierte ein temporäres Umleitungssystem, das teilweise oberirdisch und teilweise unterirdisch verlief. Dieses Umleitungsprojekt wurde innerhalb von drei Monaten fertig gestellt. In der Zwischenzeit begannen das Planungsbüro und das Umweltschutzamt in Honolulu mit den Planungen für eine langfristige Lösung des Problems.
Schwierige Rahmenbedingungen
„Die beschädigte Hauptleitung wurde mit Hilfe einer karbonfaserverstärkten Ummantelung repariert und die reparierte Stelle wurde innerhalb des Leitungssystems in nur dreieinhalb Tagen mit Stahlbeton verkleidet. Hinzu kam eine temporäre Umleitung, die in ca. 90 Tagen eingerichtet wurde; aber es war uns auch klar, dass wir eine zweite ständige Hauptdruckleitung zur Entlastung brauchten,“ erklärte Eldon Franklin, Leiter der Abwasserabteilung des Planungs- und Baubüros der Stadt und des Bezirks Honolulu.
In diesem Bereich eine neue Hauptdruckleitung mit ca. 6.000 lf (1.828,8 m) einzurichten stellte aus mehreren Gründen eine große Herausforderung dar. Das ursprüngliche Abwassersystem lag in einem der belebtesten Teile von Waikiki entlang dem Ala Wai Boulevard in der Nähe des Honolulu Convention Centers. Die Ingenieure wollten in der direkten Umgebung der bereits bestehenden Leitungen aus Sorge vor weiteren Schäden keine Installationsarbeiten durchführen. Außerdem gab es entlang des geplanten Leitungswegs zwei Brücken sowie unter Naturschutz stehende Bäume. Diese und andere Hindernisse machten es erforderlich, dass die neue Leitung zwei Mal unter und quer durch den Ala Wai Kanal geführt werden musste, um an eine bereits bestehende 69-inch-Sammelleitung (ID 1753 mm) angeschlossen zu werden.
Microtunneling als einziger Weg
Verkehrsstaus und Hindernisse entlang der Trasse führten dazu, dass die Ingenieure eine oberirdische Lösung verwarfen. Stattdessen entschieden sie sich für eine Mikrotunnellösung. Der Plan machte insgesamt fünf Vortriebe erforderlich. Für die geplante Trasse des fünften Vortriebs – unter und um zwei Brücken herum und unter dem Ala Wai Kanal hindurch — wurden in einer S-Kurve Polymerbeton-Vortriebsrohre von meyer-Polycrete verwendet. Eine Konstruktion, die noch nie vorher in einem Vortriebsverfahren in den Vereinigten Staaten verwendet wurde.
„Während der Planungsphase konnten wir keine weiteren Beispiele (mit gebogenem Mikrotunnelvortrieb) auf Hawaii oder in den Vereinigten Staaten finden“, erklärte James Kwong, P.E. von Yogi Kwong Engineers in Honolulu, Projektberater für Geotechnik und grabenlose Rohrverlegung, ein Berater des Projekts. „Mit der Unterstützung von VMT in Deutschland und Jack Control in der Schweiz besichtigten und untersuchten wir Microtunneling-Projekte mit Kurven in Europa, von denen einige bereits fertig gestellt waren und andere sich noch im Bau befanden. Wir sprachen mit den Planern und Bauunternehmen über diese Systeme und bekamen eine gute Vorstellung von der Planung und Konstruktion, bevor wir unseren eigenen gebogenen Tunnel aufs Reißbrett brachten.“
Für die neue Hauptdruckleitung des Beachwalks waren insgesamt vier leichte Biegungen einschließlich eines langen Bogens, der sich unter dem Ala Wai Kanal hindurch erstreckte, erforderlich. „Ohne die geplante S-Kurve hätten wir mindestens zwei weitere Schächte benötigt, von denen einer zwischen einigen geschützten Bäumen hätte errichtet werden müssen und der andere im Kanal, was die Erstellung einer langwierigen Studie über die Umwelteinflüsse vorausgesetzt hätte. Das hätte das Projekt langfristig erheblich verzögert“, sagte Kwong.
Die Vortriebsrohre
Derjenige Teil der Leitung, der eine S-Kurve beinhaltete und der ca. 1.250 Fuss (381 m) lang ist, wurde mit Hilfe 72-inch-Polymerbeton-Vortriebsrohren (ID 1829 mm) der Firma meyer-Polycrete realisiert, die von US. Composite Pipe South geliefert wurden. Es handelt sich dabei um Rohre, die vom Hersteller sowohl für die Erfordernisse des Rohrvortriebs als auch der Abwasserleitungen konzipiert wurden. „Die Anforderungen an Rohre für den Rohrvortrieb sind komplett anders als die für eine offene Rohrverlegung“, erklärte Kwong. „Wir verlegten eine S-kurvige Abwasserleitung unter einem Kanal; wir konnte es uns nicht leisten, dass ein Rohrabschnitt versagte.“
Laut Kwong musste das Rohr, das für den Bereich der S-Kurve verwendet wurde, eine axiale Druckfestigkeit von mindestens 13.000 psi (896 bar) aufweisen - und einen Druckübertragungsring oder „Packer“ zur Verteilung der Vortriebslast. Das Rohr musste auch eine glatte, nicht absorbierende Außenfläche für minimale Reibung während des Vortriebs haben. Genau parallele Rohrenden und identische Rohrmaße waren für eine gleichmäßige Druckübertragung erforderlich und mit Hilfe der Konstruktion der Verbindungsstücke und der Qualität des Materials mussten Infiltration und Exfiltration verhindert werden, was insbesondere in der Biegung außerordentlich wichtig war. Die enorme Druckfestigkeit des Rohrs verringerte außerdem das Risiko einer länger andauernden und unvorhergesehenen Störung während des Vortriebsprozesses und ermöglichte zudem einen problemlosen Rohrvortrieb. „Die Qualität und Uniformität der Polymerbeton-Vortriebsrohre von meyer-Polycrete waren für den Erfolg dieses Projekts entscheidend“, sagte Kwong.
Um die Projektingenieure davon zu überzeugen, dass ihr Rohr das Richtige für diesen Job war, unterzog meyer-Polycrete seine Polymerbeton-Vortriebsrohre einem 30-tägigen Hydrotest, um die Dichtheit der Verbindungen bis zum vom Hersteller erlaubten Beugewinkel nachzuweisen. Das Rohr, das eine vom Hersteller vorausgesagte Lebensdauer von über 100 Jahren hat und bis 35 psi (2,4 bar) Betriebsdruck wasserdicht sein muss, erfüllte sämtliche geforderte Testbedingungen.
Vortrieb der Kurven
Die Planung der S-Kurve bestand aus zwei einfachen Kurven zur Verringerung der exzentrischen Belastung der Rohre während des Vortriebsprozesses. Hierbei ist die Arbeit des Maschinenführers beim Microtunneling, Rene Inosanto von Frank Coluccio Construction Co., für die Steuerung der Maschine unterhalb des Kanals von außerordentlicher Bedeutung, so Kwong.
„Rene Inosanto, der Maschinenführer, war ein extrem fähiger Techniker. Als wir Richtungskorrekturen vornehmen mussten, führte er diese extrem vorsichtig und langsam durch, damit wir sehr glatte Kurven bekamen,“ so Kwong.
„Dieses Projekt war für die Rohre und die Bohrmaschine ein guter Test“, sagte Kwong. „Die Maschine, die wir benutzten, eine Rasa, wurde vom Bauunternehmer ausgewählt. An einer Stelle während der geraden Vortriebe stieß sie auf Basaltstein und durchdrang diesen mit sehr geringem Produktionsverlust. Und das automatische Führungs-Trackingsystem (Gyrokompass und Hydrolevel) funktionierte mit den im Tunnel vorgenommenen Kalibrierungen sehr gut. Es war sehr wichtig, alle diese drei Voraussetzungen zu haben: umsichtige Planung (Ausrichtung und Bodenbedingungen), gute Vortriebsarbeit (Vortriebsmaschine, Bediener, Schmierung und Nachlauf) sowie die Wahl des richtigen Rohres, um übermäßige exzentrische Belastung der Rohre beim Durchgang durch die Kurven zu vermeiden.“
Das neue Kanalsystem wurde mit Voraussicht geplant; die Leitung ist geneigt, sodass sie eines Tages in ein Freispiegelsystem umgewandelt werden kann. „Die Rohrleitung ist ziemlich groß und für die Zukunft haben wir geplant, diese in eine Freispiegelleitung von der Hauptdruckleitung aus umzuwandeln und insgesamt die Pumpstationen im dicht besiedelten Waikiki Bezirk abzuschaffen,“ erklärte Leighton Lum, Ph.D. von R.M. Towill Corp., der wichtigste technische Berater des Beachwalk Hauptleitungsprojekts. Wenn die neue Abwasserleitung voll in Betrieb genommen ist, wird die Umleitung entfernt. Die ursprüngliche 42-inch-Hauptdruckleitung, die nun repariert ist, wird als Ersatz-Abwasserleitung für den Bezirk von Waikiki beibehalten.
„Dieses Projekt hat sich als sehr erfolgreich herausgestellt“, so Kwong abschließend. „Es gab eine Menge Probleme zu lösen, mit denen wir in einem normalen Mikrotunnel-Vortriebsprojekt nicht zu tun haben. Echte Teamarbeit war nötig und ebenso eine exzellente Ausrüstung.“
Meyer Polycrete GmbH
