Ersatzneubau Staustufe Obernau
Ausgangslage
Die Staustufe Obernau, bestehend aus einem 3-feldrigen Wehr, einer Schleuse und einem Kraftwerk mit Fischtreppe, wurde von 1927 bis 1930 errichtet. Die Anlage ist in einem schlechten baulichen Zustand, weshalb sie instand gesetzt werden sollte. Bei einer Instandsetzung wären erhebliche Einschränkungen für die Schifffahrt entstanden, weshalb nach einer wirtschaftlicheren Alternative gesucht wurde.
Zur Betrachtung und Bewertung verschiedener Baumaßnahmen wurde eine Variantenstudie durchgeführt. Die letztendliche Entscheidung fiel auf einen wasserseitigen Neubau der Schleuse und damit einhergehend einen Neubau der Wehranlage als Schlauchwehr mit Fischauf- und -abstiegsanlage. Bei einem Schlauchwehr wird eine mehrlagige Membran mit Klemmschienen und Schrauben an einem Wehrtisch befestigt. Der entstandene Innenraum wird mit Luft oder Wasser gefüllt.
Aufgabenstellung
Zwischen der bestehenden Schleuse und dem bestehenden Wehrfeld 3 wird eine neue fernbedienbare Schleuse (Kammerlänge: 300 m, Kammerbreite: 12,5 m) mit einem Stemmtor am Unterhaupt und einem Drehsegmenttor am Oberhaupt gebaut. Daran anschließend, zwischen neuer Schleuse und neuem Wehr, entsteht eine Sportbootschleuse mit einer Kammergröße von 20 m Länge und 4 m Breite. Beide Schleusen bekommen sowohl im Ober- als auch im Unterwasser neue Vorhäfen, damit ausreichend Warteplätze zur Verfügung stehen. Aufgrund des wasserseitigen Neubaus der Schleuse, neben der bestehenden Schleuse, müssen im Unterwasser eine neue fernbedienbare Wehranlage, ein Kraftwerkskanal sowie eine Fischauf- und -abstiegsanlage inkl. Bachlauf mit Raugerinne realisiert werden. Über den Kraftwerkskanal, die Wehrfelder und die beiden Schleusen hinweg wird ein barrierefreier Wehrsteg gespannt, sodass Fußgänger und Radfahrer den Main überqueren können. Nach Inbetriebnahme der neuen Bauwerke soll die alte Schleuse noch 5 Jahre lang betriebsbereit gehalten werden. Anschließend wird sie schrittweise verfüllt.
Leistungen
Gegenstand des Auftrags sind die Planungsleistungen für die Technische Ausrüstung eines wassergefüllten Schlauchwehrs mit zentraler Anlagentechnik im Schleusenbetriebsgebäude, einer Schleuse und einer Sportbootschleuse. Die Bestandsschleuse sowie zwei der drei vorhandenen Wehrfelder müssen während des Baus funktionsfähig sein, weshalb sie provisorisch mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Wie dies möglich ist und welche Kabelwege hierfür genutzt werden sollen, wurde durch die Planung von Provisorien erarbeitet.
Für die Energieversorgung der neuen Schleuse und der neuen Wehranlage wird es in der Kraftwerksverteilung je einen eigenen Niederspannungsabgang geben, die beide ins Schleusenbetriebsgebäude geführt werden. Dort entstehen die Niederspannungshauptverteilungen für die Schleuse und die Wehranlage. Die NSHV für das Wehr wird mit ca. 100 kVA ausgelegt, die NSHV für die Schleuse mit ca. 380 kVA. Da auch die Steuerungen für das Wehr und die Schleuse unabhängig voneinander ausgeführt werden, sind am Ende zwei energetisch und steuerungstechnisch komplett voneinander getrennte Anlagen vorhanden.
Neben der Energieversorgung haben wir auch die Energieverteilung und jeweils eine Energiebilanz für das Wehr und die Schleuse zur Ermittlung der Leistungen, der an der jeweiligen Unterverteilung angeschlossenen Verbraucher, erstellt. Hierbei wurden mehrere Szenarien berücksichtigt, um Leistungsspitzen zu erkennen und die Systeme entsprechend auszulegen. Für Notfälle ist die Schleuse mit einer USV-Anlage mit 20 kVA und einer Überbrückungszeit von 240 Minuten ausgestattet. Die Wehranlage wird über eine USV mit 9 kVA abgesichert. Die Notstromversorgung der Wehranlage erfolgt über die Notstromversorgung des Kraftwerks. Zudem wurde eine Einspeisemöglichkeit für ein mobiles Notstromaggregat bei der Planung berücksichtigt.
Teil der beauftragen Leistungen waren auch die Netzberechnungen für das Wehr und die Schleuse sowie die Dimensionierung der Kabel, die Erstellung von Kabellageplänen, die Kabeltrassenplanung und die damit einhergehende Leitungslängenermittlung. Dabei wurde auf eine strikte Trennung zwischen Energie- und Steuerkabeln geachtet. Die Pumpen, Armaturen, Rohrleitungen und Regulierungsschächte für die Wehranlage waren ebenso Teil des Auftrags. Weitere Aufgabenteile waren die Planung der Steuerung der Wehranlage, der Schleuse und der Bootsschleuse sowie die Berücksichtigung der hierfür notwendigen Energie- und Steuerkabel. Zu beachten war hier, dass sowohl die Schleuse als auch die Wehranlage fernbedienbar sein müssen.
Für alle Schaltschränke wurden je nach Einsatzort und -zweck eine Schaltschrankbeleuchtung mit Steckdosen, eine Schaltschrankheizung, Lüfter, Thermostate und Hygrostate vorgesehen. Außerdem wurden eine Pegelanlage sowie eine Höhenerfassung der Schlauchwehrverschlüsse als 3-fach-redundantes System durch Drucksonden geplant. Auch die Technische Ausrüstung für die Füll- und Entleerungsanlage der Wehrschläuche wurde von uns entwickelt.
Weiterhin haben wir die Erdung für das Wehr, die Schleusen inkl. oberer und unterer Vorhäfen sowie für die Licht-, Signal- und Kameramasten geplant. Von unserer Blitzschutzfachkraft wurde zudem eine Blitzschutzanlage entwickelt sowie der Überspannungsschutz und Potentialausgleich dimensioniert. Darüber hinaus wurde eine Beleuchtungsberechnung erstellt und eine Risikobeurteilung für die Bootsschleuse, die Schleuse und die Wehranlage ausgearbeitet.
Herausforderungen und Besonderheiten
An den Bundeswasserstraßen sind Schlauchwehre momentan noch eine Seltenheit. Seit 2006 wurden fünf Anlagen mit Verschlusshöhen bis 2,5 m gebaut. Daher läuten die Ersatzneubauprojekte der Wehranlagen Obernau am Main, Neckarsulm und Beihingen am Neckar mit jeweils über 4,5 m Stauhöhe eine neue Ära ein. Mit dem neuen Verschlusssystem gehen weitere Änderungen einher, da Schlauchwehre keine mechanischen Antriebe benötigen, sondern über den Wasserdruck und die Füllmenge im Schlauch geregelt werden.
