Finnische Hammerbohrmethode sorgt für Durchbruch beim Kraftwerk Utschbach

Autor: Andreas Pointinger , 01.02.2021

Konzipiert wurde das KW Utschbach nach dem klassischen Aus­leitungsprinzip, bei der das Triebwasser über ein Tirolerwehr eingezogen und über eine Druckleitung zur Turbinierung ins Krafthaus geleitet wird.

Zur Umsetzung der kritischen Passagen der insgesamt 980 m langen Druckrohrleitung setzte Betreiber Renatus Derler auf das innovative horizontale Hammerbohrverfahren. Die von den finnischen Spezialisten Geonex erstmals in Österreich angewandte Hammerbohrtechnik ermöglichte die Unterquerung des Utschbachs und der entlang der Rohrtrasse situierten Privatgrundstücke bei anspruchsvollen geologischen Bedingungen ohne die ansonsten obligaten Baggerarbeiten. Nach der Inbetriebnahme wird die mit einer 2-düsigen Pelton-Turbine ausgestatte Anlage unter Volllast eine Engpassleistung von 122 kW erreichen.

Die ersten Ideen zur Errichtung eines Wasserkraftwerks im Ortsteil Utschgraben in der obersteirischen Gemeinde Bruck an der Mur schmiedete Betreiber Renatus Derler bereits im Jahr 2013. Mit rund 25 Jahren Erfahrung bei der Umsetzung internationaler Infrastrukturprojekte in Russland, China oder Bulgarien wollte der gebürtige Oststeirer ein eigenes Kraftwerk in seiner Heimat realisieren. „Als Besitzer eines Grundstücks am Utschbach hat sich das Vorhaben schon alleine aus geografischen Gründen angeboten. Darüber hinaus bin ich mit der Thematik Wasserkraft durch meine berufliche Tätigkeit sehr gut vertraut“, sagt Derler im Gespräch mit zek HYDRO. Nach den ersten Konzeptionen nahm das geplante Projekt rasch konkrete Formen an, die behördliche Genehmigung zum Bau der Anlage wurde schließlich im Jahr 2016 erteilt. Für den rechtlichen Rahmen wurde die Utschtal Kraftwerke AG gegründet, an der Derler als Vorstand mit 25  Prozent beteiligt ist, die restlichen Anteile hält die Firma Akademie der Führungskräfte Graz GmbH.

Anspruchsvolle Bodenbedingungen
Die wesentlichen Herausforderungen bei der Projektumsetzung lagen in der Herstellung der Druckrohrleitung. Dies hatte eine ganze Reihe von Ursachen, erklärt Derler: „Dort wo heute der Ortsteil Utschtal liegt, befand sich in früheren Zeiten ein Hochmoor, das erst nach Ende des 2. Weltkriegs trockengelegt und besiedelt wurde. In ökomorphologischer Hinsicht handelt es sich dabei um ein ehemaliges Sumpfgebiet, das sich durch eine komplexe Bodenbeschaffenheit sowie eine starke Wasserführung auszeichnet. Eine durchgängige Rohrverlegung in offener Grabungsweise hätte bei diesen Voraussetzungen aufwändige Wasserhaltungsmaßnahmen, vor allem bei den Bachunterquerungen, notwendig gemacht. Eine weitere Hürde lag in der bestehenden örtlichen Infrastruktur in Form von erdverlegten Strom-, Gas-, Wasser-, Kanal- und Telefonleitungen.“ Derler fährt fort, dass die Dokumentation der im Laufe der Jahrzehnte verlegten Leitungen teilweise nur rudimentär vorhanden war, weswegen diese zur Vermeidung von Beschädigungen abschnittsweise freigelegt werden mussten. Außerdem musste auf das beschränkte Platzangebot im Siedlungsgebiet Bedacht genommen werden. Weil die einspurige Straße gleichzeitig die zentrale Zufahrt in den Utschgraben darstellt, konnte diese für Grabungsarbeiten zur Verlegung der Druckleitung nicht dauerhaft gesperrt werden. Darüber hinaus verläuft die Rohrtrasse über die Gärten mehrerer Anrainer, die nicht einfach aufgegraben werden konnten.

Geonex-Hammerbohrmethode
Aufgrund dieser anspruchsvollen Ausgangssituation konnte die insgesamt 980 m lange Druckleitung nicht durchgängig in der ansonsten üblichen offenen Grabungsweise verlegt werden. Auf der Suche nach einer alternativen Lösung sollte sich für den Betreiber der Besuch der Salzburger Wasserkraftmesse Renexpo Interhydro im November 2016 als goldrichtig erweisen. Derler traf dort auf Jouni Jokela, seines Zeichens Projektleiter des finnischen Unternehmens Geonex, das sich auf das horizontale Hammerbohrverfahren spezialisiert hat. Die in Österreich noch weitgehend unbekannte Methode wird in Skandinavien seit über 20 Jahren bei einer Vielzahl von Anwendungsbereichen erfolgreich eingesetzt. „Anders als bei der Pressbohrmethode, bei der die Rohre ins Erdreich gedrückt werden, kommt beim Hammerbohrverfahren ein Bohrkopf wie bei einer Tunnelbohrmaschine zum Einsatz. Felsen und Erdreich werden dabei von einem pneumatisch betriebenen Hammer mit Bohrkopf und Ringkrone abgetragen. Über eine Förderschnecke in einem Stahlschutzrohr wird das zerkleinerte Bohrgut in die Startgrube abtransportiert. Das Stahlschutzrohr ist gleichzeitig die fertige Druckrohrleitung, die mittels Verbindung zum Bohrkopf mitgezogen wird, wodurch das Einbrechen von Hohlräumen verhindert wird. Das Zusammenfügen der konstant eingeführten Rohre erfolgt mittels präziser Schweißverbindung“, erklärt Jokela. Als universell anwend­bare Methode ist das Hammer­bohrverfahren für den Einsatz bei wechselhaften geologischen Bedingungen wie Lehm, Sand, Kies, Steine oder hartem Felsen bis hin zu Stahlbeton bestens geeignet. Im Gegensatz zur Pressbohrmethode müssen beim Hammerbohren keine aufwändigen geologischen Voruntersuchungen angestellt werden, was sich wiederum günstig auf die Projektkosten auswirkt. Darüber hinaus sorgt die Kombination aus Geonex-Bohrmaschine, Bohrwerkzeug und dem Startrohr für eine sehr hohe Bohrgenauigkeit. Im Hinblick auf den Rohrdurchmesser sind Dimensionen von 140 bis 1.220 mm möglich, die maximale Bohrlänge beträgt 150 m.

Finnen zeigen ihr Können
Mit der Errichtung der als Tirolerwehr konzipierten Wasserfassung und dem Krafthaus begann im Spätsommer 2017 die Umsetzungsphase des Projekts. Im Juli 2018 startete schließlich das Geonex-Team beim Krafthaus seinen Premiereneinsatz in Österreich. Dabei wurden für die Rückleitung des abgearbeiteten Triebwassers durch das Nachbargrundstück zwei jeweils 47 m lange parallele Hammerbohrungen im Abstand von 15 cm durchgeführt. Bei einer Vortriebsleistung von bis zu 18 m pro Tag konnten die jeweils in DN406 mm ausgeführten Leitungen innerhalb kurzer Zeit verlegt werden. Von der Wasserfassung verläuft der erste Abschnitt der Druckleitung bis zu einer nahegelegenen Brücke in Gussrohren DN406. Weil die Brückenfundamente auf keinen Fall beschädigt werden durften, wurde die erste Bachunterquerung wieder mit der Hammerbohrmethode durchgeführt. Unmittelbar nach der Bachquerung verläuft die Rohrtrasse über ein Wasserschutzgebiet. Weil dort keine Grabungen oder Bohrungen tiefer als einen halben Meter durchgeführt werden dürfen, teilt sich die Druckleitung in diesem Bereich auf mehrere kleiner dimensionierte Rohrstränge auf. Auf dem rund 120 m langen Teilstück wurden insgesamt vier nebeneinander liegende PVC-Leitungen in der Größe DN250 verlegt und am Ende des Abschnitts für den Übergang auf das weiterführende Gussrohr in einem Sammelschacht zusammengeführt. Deutlich anspruchsvoller stellten sich die Bedingungen bei der zweiten, insgesamt 66 m langen Bachquerung dar. Die wieder in der Dimension DN406 ausgeführte Leitung musste gemäß behördlicher Vorgaben 1,5 m unterhalb der Bachsohle durchgeführt werden. Um die ebenfalls in diesem Bereich verlaufenden örtlichen Infrastrukturleitungen nicht zu beschädigen, musste für das Hammerbohrgerät eine tiefe Startgrube ausgehoben werden. Weil die von unten nach oben durchgeführte Bohrung in einem Winkel von 3 Grad erfolgte, hatten die Bediener der Bohrmaschine einen permanenten Wasserdurchfluss zu bewältigen. Zum Verschweißen der einzelnen Rohre wurde deswegen auf Unterwasserelektroden zurückgegriffen. Für das Auffinden der Bohrkrone wurde auf der gegenüberliegenden Bachseite ein Rohr mit einem Durchmesser von 1,3 m in vertikaler Richtung in den Boden gerammt. Dabei stieß man in einer Tiefe von rund 6 m auf eine glaziale Steinschicht, die mit einem baggergeführten Schremmhammer entfernt werden musste. Wie geplant traf die exakt durchgeführte Hammerbohrung den Scheitelpunkt des vertikalen Sondierungsrohrs. In weiterer Folge wurde ein Übergang auf Gussrohre hergestellt, mit welchem die Druckleitung bis ins Krafthaus geführt wird.

Coronavirus verzögert Inbetriebnahme
Derler zieht kurz vor der Inbetriebnahme des Kraftwerks ein durchwegs positives Fazit über den ersten Hammerbohreinsatz in Österreich: „Bei Geonex sind wunderbare Leute am Werk, die von Beginn an höchst professionell gearbeitet haben. Das Hammerbohrverfahren ist ein tolles System, das im Gegensatz zur Pressbohrmethode auch bei anspruchsvollen Bodenbedingungen universell anwendbar ist.“ Der Ausbruch der weltweiten Corona-Pandemie verzögert auch die endgültige Fertigstellung des Kraftwerks Utschbach. Wegen der damit ein­hergehenden wirtschaftlichen Turbulenzen konnte der chinesische Hersteller der 2-düsigen horizontalen Pelton-Turbine die elektromechanische Ausrüstung nicht wie avisiert an ihren Bestimmungsort liefern. Ob der Wunschtermin der Inbetriebnahme im heurigen Mai stattfinden kann, war zum Redaktionsschluss der aktuellen Ausgabe noch ungewiss. Nach seiner Fertigstellung wird das Kraftwerk Utschbach unter Volllast eine Engpassleistung von 122 kW schaffen. Der erzeugte Strom wird über eine nahe gelegene Trafostation direkt ins öffentliche Netz eingespeist. Bei einem Regelarbeitsvermögen von ca. 490.000 kWh/a kann die Anlage künftig den Jahresstrombedarf von rund 70 Haushalten abdecken.

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KW Utschbach Wehranlage mit Betreiber web2

 

Betreiber Renatus Derler an der noch ohne Stahlwasserbau ausgestatteten Wasserfassung im Juni 2019.

Foto: zek

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Computergestütztes Rendering des Kraftwerks Utschbach in Bruck an der Mur. Wegen des weltweiten Ausbruchs des Coronavirus verzögerte sich die Inbetriebnahme der neu gebauten Anlage mit einer Engpassleistung von 122 kW.

Rendering: Derler

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Die im Stahlschutzrohr befindliche Förderschnecke sorgt während der Hammerbohrung für die Abfuhr des zerkleinerten Bohrmaterials.

Foto: Derler

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Anlieferung des Geonex-Antriebsaggregats. Das im skandinavischen Raum seit über 20 Jahren bewährte Hammerbohrverfahren eignet sich speziell für anspruchsvolle Bodenbedingungen, aufwändige geologische Untersuchungen des Erdreichs sind nicht notwendig.

Foto: Derler

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Die von Geonex bei den Bach- und Grundstücksunterquerungen verlegten Stahlrohre DN406 werden beim Hammerbohrverfahren kontinuierlich in das horizontale Bohrloch eingeführt und durch Schweißung miteinander verbunden.

Foto: zek