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Anwenderbericht: Weltrekord-Bauprojekt im Himalaya- Chenab-Brücke

Anwenderbericht: Weltrekord-Bauprojekt im Himalaya- Chenab-Brücke

8. Oktober 2018

Weltrekord-Bauprojekt im Himalaya: Chenab-Brücke

Spaltausgleich an der höchsten Eisenbahnbrücke

 

Die höchste Eisenbahnbrücke der Welt mit dem längsten jemals verbauten Stahlbogen für den Eisenbahnverkehr entsteht derzeit über dem Fluss Chenab im Nordwesten Indiens. Grundvoraussetzung für die Stabilität des Jahrtausend-Bauwerks ist die hundertprozentig kraftschlüssige, spaltfreie Verbindung der Stahlbogenfußpunkte mit den Betonfundamenten auf beiden Seiten. Tragendes Element dafür ist ein spezielles Metall-Polymer aus Deutschland.

 

Mit 359 Metern Höhe hätte selbst der Eiffelturm noch problemlos Platz unter der Chenab-Brücke, die mit 1.315 Metern Länge und einer Hauptspannweite von 469 Metern das weltweit größte Bauwerk dieser Art für den Eisenbahnverkehr sein wird. Sie übertrifft damit bei weitem die bisherige mit 275 Metern weltweit höchste Eisenbahnbrücke über den Fluss Beipanjiang in der chinesischen Provinz Guizhou.

 

Ein beeindruckendes Rekordprojekt auf ganzer Linie: Bereits die Baustelle der Chenab-Brücke zeugt von ihrer künftigen Größe: Es wurden allein 25 000 Tonnen Stahl – zu Beginn per Hubschrauber und später mithilfe von Tiefladern über sehr enge und kurvenreiche Gebirgsstraßen – zur Baustelle transportiert. Die besondere Krananlage stellt gleich einen weiteren Rekord im Brückenbau auf. So wird der Hauptbogen über den Fluss mithilfe der größten, jemals gebauten Kabelkrananlage der Welt errichtet. Sie verbindet die Ufer durch über 100 Meter hohe Pylone mit einer Spannweite der Hauptseile von 915 Metern. Jeweils zwei 40 Meter lange Traversen pro Seite ermöglichen eine Tragkraft von je 20 Tonnen am Haken und decken so einen Arbeitsbereich von über 80 Metern Breite ab. Ein gemeinsamer Betrieb im Tandem ermöglicht sogar eine maximale Nutzlast von 36 Tonnen. Für den Rekordbrückenbau ausstattungstechnisch die beste Voraussetzung. Doch die geografischen und geopolitischen Voraussetzungen stellen selbst die erfahrensten Brückenbauer vor große Herausforderungen.

 

 

 

Jammu und Kashmir: eine heikle Lage

 

Die Lage in der Gebirgsregion Jammu und Kashmir im Nordwesten Indiens war schon immer eine besonders heikle. Nicht zuletzt wegen der Unruhen durch den Kashmir-Konflikt. Zwar sind politische Verwerfungen mit tragischen Folgen seltener geworden, doch die naturgegebenen Unruhen in der Region halten an. Denn am Ausläufer des Himalaya kommt es immer wieder zu mehr oder minder starken Erdbeben.

 

Ein Erdbeben im Oktober 2005 in Kashmir mit der Stärke 7,8 war etwa so stark, wie das Erdbeben von San Francisco 1906, das als eine der schlimmsten Naturkatastrophen in der Geschichte von Amerika gilt. Das Erdbeben in der Himalaya-Region forderte damals über 85.000 Menschenleben. Trotzdem soll genau hier als schnelle Verbindung eine 345 Kilometer lange Eisenbahnstrecke von Jammu nach Baramulla entstehen. Deren zentrale Verbindung wird dann die Chenab-Brücke über den gleichnamigen Fluss sein. Eine extreme Herausforderung für Statiker, Architekten, Baufirmen und vor allem das Material.

 

Erdbebensicherheit: nur durch hundertprozentigen Kraftschluss

 

Die fertig geschweißten Brückenbogenfußpunkte sollen auf acht jeweils acht Quadratmeter großen Auflagepunkten – bestehend aus einer in ein Betonfundament eingegossene Stahlplatte – befestigt werden. Unbedingte Voraussetzung dabei, um die Erdbebensicherheit der Brücke zu garantieren: die hundertprozentig kraftschlüssige, spaltfreie Verbindung zwischen Stahlbogenfußpunkt und einbetonierter Stahlplatte. Allerdings ergaben sich durch die Einrichtung der Stahlplatte im Beton sowie durch die Schweißarbeiten am Bogenfußpunkt prozessbedingte Fertigungstoleranzen. Das unbefriedigende Ergebnis: bis zu 19 Millimeter breite Spalte und somit keine kraft- und formschlüssige Verbindung des Rekordbrückenbogens mit den am Flusshang einbetonierten Stahlplatten.

 

Ein gängiges Verfahren für den Spaltausgleich ist das Arbeiten mit Keilplatten oder Futterblechen. Allerdings hat man dabei vor allem mit Blick auf die Erdbebensicherheit mit zahlreichen Nachteilen zu kämpfen. So gelingt trotz hohen Zeit- und Maschinenaufwands sowie aufwändiger Anpassung praktisch nie eine vollständig form- und kraftschlüssige Auflage. Im Ergebnis wäre der hundertprozentige Kraftschluss der Bauteile nicht gesichert – mit möglicherweise fatalen Folgen bei einem Beben wie im Jahr 2005.

 

Zudem bergen nicht komplett formschlüssig verschlossene Spalte die Gefahr fortschreitender Korrosion. Ein Risiko, das sich beim Einsatz von Keilplatten nochmals verschärft, da ihr Einbringen bereits vorhandenen Korrosionsschutz beschädigen kann. Zudem besteht die nicht unerhebliche Gefahr einer Kontaktkorrosion, falls unterschiedliche Metallarten für Keil- und Kopfplatten verwendet werden.

 

Anforderungen für gängige Spaltausgleichsmethoden zu hoch

 

Die extrem hohen Anforderungen durch den unverzichtbaren hundertprozentig kraftschlüssigen Spaltausgleich stellten die indischen Bauplaner nach sechs Monaten versuchter Lösungsfindung vor ein schier unlösbares Problem. „Eine erste Idee war das Planschleifen der beiden zu verbindenden Stahlplatten“, erinnert sich Chefingenieur und gleichzeitig Bauleiter Frank Bauchspiess von Afcons Instructure Limited – Indiens drittgrößter Baufirma. Doch der deutsche Diplom-Ingenieur wusste auch: „Das Planschleifen von Bauteilen dieser Größe ist vor Ort praktisch unmöglich. Weil es keine einzige Maschine auf der Welt gibt, die das könnte. Gleichzeitig kann man einen so riesigen Stahlfußbogen nicht einfach in eine Maschine einspannen und dort planschleifen.“

 

Daher kam die Idee auf, die Bogenfußpunkte einzufärben, sie kurz aufzusetzen, um sie anschließend wieder abzuheben und die eingefärbten Überhöhungen per Hand abzuschleifen. „Auf dem Papier am Konferenztisch klingt das logisch und einfach, nur in der Realität ist es alles andere als das. Denn ist ein Bogenfußpunkt an den bis zu 50 Grad steilen Hängen erst einmal aufgesetzt, ist man froh, wenn dieser an Ort und Stelle sitzt. Und ihn einfach umdrehen und per Hand abschleifen – absolut unmöglich“, berichtet Frank Bauchspiess, der seit über 30 Jahren weltweit seine Erfahrungen in der (Brücken-)Baubranche gesammelt hat.

 

Die rettende Lösung für hundert Prozent Kraftschluss

 

Aus seiner Zeit als Brückenbauingenieur in Deutschland wusste er, dass sich der deutsche Hersteller von Metall-Polymeren, die Diamant Metallplastic GmbH, mit der speziellen Thematik des Spaltausgleichs im Stahl- und Brückenbau beschäftigt. Sein im Brückenbau bewährtes Metall-Polymer MM1018 leistet in einem Arbeitsschritt den hundertprozentig form- und kraftschlüssigen Spaltausgleich ohne mechanische Bearbeitung und ganz ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Keilplatten oder Futterbleche.

 

Dementsprechend war es für den Bauleiter der perfekte Werkstoff für die erdbebensichere Verbindung zwischen Fußbogenpunkt und Auflageplatte: „MM1018 ist das weltweit einzige Produkt, das wir mit Zuverlässigkeit einsetzen können, um solche Spalte – insbesondere bei Stahl-Stahl-Verbindungen – anforderungsgemäß zu schließen“, so Bauchspiess. Hinzu kommt, dass es bislang der weltweit einzige Werkstoff seiner Art mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) ist. Zusammen mit dem Joint Venture Partner Diamant Triumph Metallplastic Pvt. Limited aus Bangalore wurde ein Konzept vorgestellt, das binnen kürzester Zeit umgesetzt wurde.

 

Persönlich angelernt vom Erfinder

 

So fiel nach sechsmonatigem „Stillstand“ auf der Baustelle endlich der Startschuss für den Rekordbrückenbogen. Der Geschäftsführer der Diamant Metallplastic GmbH, Carsten Kunde, reiste persönlich mit einem weiteren Spezialisten in den Himalaya. Um die hundertprozentig kraftschlüssige Verbindung des ersten Fußbogenpunktes mit der Stahlplatte durch MM1018 anzuleiten und fertigzustellen. Und das innerhalb von nur zwei Einsatztagen im Chenab-Tal.

 

„Auf diese Weise konnten wir die ordnungsgemäße, sichere Anwendung von MM1018 garantieren und einen schnellen Erfolg erzielen“, versichert Carsten Kunde.  Die übrigen sieben Anschlusspunkte des Brückenbogens wurden anschließend eigenständig und erfolgreich durch die Techniker des Joint-Venture-Partners Diamant Triumph Metallplastic formschlüssig verbunden.

 

Korrosionsbeständig für 120 Jahre

 

„Technisch ist die Chenab-Brücke ein absolutes Weltklasse-Projekt, denn normalerweise ist die Lebensdauer für ein solches Bauwerk nicht für 120 Jahre ausgelegt“, erklärt Carsten Kunde. Und auch Erkan Polat, Techniker bei Diamant Metallplastic und ebenfalls Mitarbeiter an der Chenab-Brücke, weiß, wie wichtig zuverlässiges Material für ein derartiges Rekordprojekt ist: „Für den Brückenbau wurde ausschließlich hochwertiger Stahl genutzt, der sogar vor Ort noch mit Korrosionsschutztechniken, wie Thermischem Beschichten, verstärkt wurde.“

 

Auch das Metall-Polymer des deutschen Spezialisten konnte bei den hohen Qualitätsanforderungen der Chenab-Brücke punkten. Als sehr witterungs- sowie korrosionsbeständiger Werkstoff eignet sich MM1018 optimal für die 120-jährige Beständigkeit der Chenab-Brücke. Es hält selbst unter Extrembedingungen, wie starken Vibrationen oder Temperaturschwankungen von

-20 ° bis +50 °C, seine hohe Druckfestigkeit sicher bei.

 

Applikationsvarianten

 

Der Werkstoff kann pastös sowie flüssig gespachtelt oder injiziert werden. Beide Varianten bieten den vollständigen Spaltverschluss ohne jede mechanische Vorarbeit an den Stahlkomponenten, unterscheiden sich allerdings grundlegend in der Anwendung. Das eröffnet die Möglichkeit, flexibel auf bauseitige Bedingungen einzugehen.

 

Im Fall der Chenab-Brücke wurde für den Anschluss der Fußbogenpunkte an die im Hang einbetonierten Stahlplatten die flüssige Variante von MM1018 gewählt. Durch die honigartige Konsistenz konnte das Material reaktiv – also nach dem Aufsetzen des Fußbogenbauteils – über Injektionsöffnungen problemlos in die Zwischenräume gepresst werden und diese lückenlos und zu 100 Prozent kraftschlüssig verschließen. Die dabei aus dem Spalt verdrängte Luft konnte über Entlüftungsöffnungen entweichen.

 

Sowohl das flüssige Metall-Polymer als auch die pastöse Variante von MM1018 sind in der Regel innerhalb von 24 Stunden ausgehärtet und voll belastbar.

Plug and Play: MM1018 aus der Doppelkartusche

 

Für den sicheren druckdichten Verschluss der Fugen rund um den Fußbogenpunkt kam eine Sonderform des Zweikomponenten-Reaktionsharzsystems zum Einsatz: MM1018 SEAL (Solid Epoxy Adhesive Link).

Es wird mit einer gebrauchsfertigen 300-Gramm-Doppelkartusche angewendet, die einfachstes Handling garantiert. Diamant Metallplastic hat diesen Werkstoff speziell für die perfekte Vorbereitung der flüssigen Applikationsvariante von MM1018 entwickelt. Mit ihm werden die zu injizierenden Hohlräume sicher, korrosions- und witterungsbeständig abgedichtet – innerhalb kürzester Zeit bei maximaler Prozesssicherheit. Nach nur drei Stunden ist das Material in der Regel ausgehärtet, um mit der Injektion von MM1018 für den hundertprozentig kraftschlüssigen Spaltausgleich zu beginnen.

Der zukünftige Rekordbrückenbogen ragt mittlerweile schon 40 Meter in das Chenab-Tal und schreitet auch dank des Werkstoffs MM1018 zügig voran, um Stütze für die weltweit höchste Eisenbahnbrücke zu werden.

 

Die Diamant Metallplastic GmbH mit Sitz im rheinischen Mönchengladbach entwickelt, formuliert und produziert Metall-Polymere und Beschichtungen für die Metall verarbeitende Industrie, die Gusstechnik, den Stahl- und Brückenbau sowie den Schiffsbau. Die 1886 gegründete und bis heute als Familienunternehmen geführte Diamant Metallplastic GmbH verfügt über ein globales Vertriebsnetz mit über 40 Auslandsvertretungen in den großen Industriezentren der Welt.
 
Das Metallpolymer MM1018 war bereits für viele namhafte Projekte – auch auf internationalem Parkett – die Lösung für den hundertprozentig kraftschlüssigen Spaltausgleich. Unter anderem kam es bei der viertgrößten Hängebrücke – der Osman-Gazi-Brücke – für die Verbindung der Lager mit den weiteren Brückenbauteilen zum Einsatz. Und auch bei an Deutschlands höchster Eisenbahnbrücke – der Müngstener Brücke – sicherte MM1018 zuverlässig den Anschluss der Brückenlager an die Knotenbleche.

 

Veröffentlichung in der Stahlbau, Heft 10. Oktober 2018

 


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Beide Seiten des Chenab-Tals, verbunden mit der höchsten Eisenbahnbrücke der Welt. (Foto: Diamant Metallpalstic)

Injizieren von MM1018 am Stahlbogenfußpunkt mit gebrauchsfertig einsetzbaren Kartuschen. (Foto: Diamant Metallplastic)

Einer der Bogenfußpunkte, abgedichtet mit MM1018 SEAL für den sicheren druckdichten Verschluss der Fugen. (Foto: Diamant Metallplastic)

 


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