Clevere Lösung für Fürst Leopold

Ende 2018 wurde die Förderung der deutschen Steinkohle eingestellt. Doch der Strukturwandel ist damit lange noch nicht abgeschlossen. Nicht nur im aktiven Bergbau, sondern auch weit darüber hinaus bleibt das Heben des Grubenwassers erforderlich und gehört somit zu den Ewigkeitsaufgaben der RAG Aktiengesellschaft. Für die Bewältigung dieser Aufgabe enthält das RAG-Grubenwasserkonzept für das Ruhrgebiet drei wesentliche Bausteine: den Teilanstieg des Grubenwassers, die Reduktion der Pumpstandorte und den Umbau der untertägigen Grubenwasserhaltungen zu übertägigen Brunnenbetrieben. Um die Schächte zu Brunnen umzubauen, wird erstmalig eine am Tragseil hängende Betonierbühne mit aufgestelltem Kletterschalungssystem im Schacht verwendet.

Im Gegensatz zur konventionellen untertägigen Wasserhaltung mit Pumpenkammern bedarf es für die neue Technik keiner Aufrechterhaltung einer Infrastruktur unter Tage. Das Grubenwasser soll zukünftig über die untertägigen Verbindungswege der alten Bergwerke hin zu wenigen Standorten, den zentralen Wasserhaltungen (ZWH) durchgeleitet und dort gehoben werden. Für die Brunnenwasserhaltung erhalten die Schächte eine Ausstattung mit Hüllrohren, durch die Tauchpumpen dann von über Tage bis in das wasserführende Niveau gelangen.

Da bei einigen zur Brunnenwasserhaltung vorgesehenen Schächten der Einsatz von Hüllrohren technisch nicht möglich ist, beauftragte die RAG ein Ingenieurbüro mit einer Machbarkeitsstudie für alternative Bauverfahren zur Herstellung einer Brunnenröhre in Schächten. Die Studie ergab, dass die Kletterschalungstechnik ein geeigneter Weg zur Teilverfüllung von Schächten sei und sowohl bei laufender Wasserhaltung als auch bei Fortführung der Hauptbewetterung eingesetzt werden kann.
Die im Hochbau allgemein gängige Kletterschalungstechnik stellte in der Tiefe und aufgrund der Dimensionen jedoch eine ganz neue Herausforderung für die Ingenieure dar. Deshalb entwickelten die RAG und das Ingenieurbüro gemeinsam mit den Experten des auf Sonderschalungen spezialisierten Schalungsherstellers PASCHAL-Werk G. Maier GmbH, ein ganz neues, speziell für den Einsatz in Schächten konzipiertes Kletterschalungssystem. (Bild 1)

Bild 1: Zwölf Meter hohes Kletterschalungssystem für die Verfüllung von zur Wasserhaltung vorgesehenen Schächten.

Nach der erfolgreichen Probebetonierung über Tage auf dem Betriebsgelände der ZWH Haus Aden (Bild 2/3) absolvierte die Spezialkonstruktion ihre Premiere in dem zur Brunnenwasserhaltung vorgesehenen Schacht „Fürst Leopold". Dort wurde der rund 900 Meter tiefe Schacht 1 von 670 Metern Tiefe bis zur Geländeoberkante mit ca. 18000 m³ Spezialbeton verfüllt.

Bild 2: Probebetonierung über Tage auf dem Betriebsgelände der zukünftigen zentralen Wasserhaltung Haus Aden.

Bild 3: Das Kletterschalungssystem arbeitet invers, d.h. die Betonage erfolgt zwischen innen liegender Schalung und Schachtwand.

Das durch PASCHAL entwickelte Kletterschalungssystem besteht aus drei über Ausschalkeile beweglich miteinander verbundenen, stählernen Schalungselementen, die eine sieben Meter lange Röhre bilden. Die Schalung hat ein Gesamtgewicht von neun Tonnen und eine zulässige Betondruckaufnahme von 100 kN/m². Im Gegensatz zum klassischen Anwendungsgebiet arbeitet diese Schalung invers, d.h. die Betonage erfolgt zwischen innen liegender Schalung und Schachtwand. Den Ausgangspunkt für die Betonierarbeiten im Schacht bildet eine Schalungsbühne (Bild 4) aus massiven Stahlträgern, die unter Tage zusammengebaut und fest im umliegenden Gestein verankert wurde. Die Schalungsbühne bildet die Grundvoraussetzung dafür, dass der Beton zu einer dauerstandsicheren, sich selbst tragenden Säule aushärten kann. Auch die Montage der Schalungselemente zur fertigen Schachtschalung erfolgte auf der Schalungsbühne unter Tage.

Bild 4: Den Ausgangspunkt für die Betonierarbeiten im Schacht bildet die fest im umliegenden Gestein verankerte Kletterbühne aus massiven Stahlträgern.

Quelle: RAG

Die Lagesicherheit des Kletterschalungssystems wird über eine zwölf Meter hohe, innen liegende Betonierbühne (Bild 1) gewährleistet. Die Betonierbühne wird von den Arbeitern über einen Befahrungskorb erreicht, der die gesamte Bühne durchfahren kann und im Notfall als Rettungsmittel eingesetzt wird. Von der obersten Arbeitsebene der Betonierbühne wird der Ausschalmechanismus (Bild 5) der Schalung bedient. Dieser ist grundlegend für die Funktionsfähigkeit des Kletterschalungssystems und funktioniert über eine von PASCHAL konzipierte Mechanik zum Öffnen und Schließen der Schalung. Aufgrund der Explosionsgefahr im Schacht muss der Ausschalmechanismus manuell bedient werden. Dabei wird über ein spindelbares Zugstangensystem mit den Ausschalkeilen der Durchmesser der Schachtschalung von 2,70 m auf 2,66 m verringert. Der Ausschalvorgang über das mechanische Verstellsystem nimmt nur wenige Minuten in Anspruch, sodass die Schalung nach dem Umsetzen wieder für die Betonierung des nächsten Taktes bereit ist. Somit sind Betoniertakte von bis zu fünf Metern im 2‐Tagesrhythmus möglich. Aus dem ehemaligen Schacht mit einem Durchmesser von 6,50 Meter entsteht so eine Brunnenröhre mit einem Durchmesser von 2,70 Meter, die später zwei Tauchpumpen zur Brunnenwasserhaltung aufnehmen kann.

Bild 5: Über eine von PASCHAL konzipierte Spindelmechanik kann der manuelle Ausschalmechanismus der Kletterschalung betätigt werden.

Anfang 2019 wurde die Schachtverfüllung im Schacht Fürst Leopold nach ca. 160 Betoniertakten erfolgreich abgeschlossen und die Klettereinheit mit der Schachtschalung erblickte wieder „das Licht der Welt".

Nach erfolgreicher Betonage von „Fürst Leopold" in Dorsten kommen nun auch PASCHAL Schachtschalungen bei weiteren Wasserhaltungsstandorten zum Einsatz.