Die Infrastruktur in den Vereinigten Staaten ist in einem kritischen Zustand. Ohne angemessene Instandhaltung und proaktive Finanzplanung besteht die Gefahr, dass ein Großteil unserer Wasser- und Abwasserinfrastruktur über ihre Nutzungsdauer hinaus betrieben wird.

Die Planer von Infrastrukturen müssen sich heute mit mehreren Prioritäten befassen: Ersatz veralteter Infrastrukturen, Anpassung an strengere Vorschriften, Erhöhung der Systemzuverlässigkeit und Reaktion auf Risiken im Zusammenhang mit dem Klimawandel, um sicherzustellen, dass die Systeme gegen natürliche und vom Menschen verursachte Gefahren gewappnet sind.

Silicon Valley Clean Water (SVCW), eine gemeinsame Behörde, die die angeschlossenen Abwassersysteme und Kläranlagen für Redwood City, San Carlos, Belmont und den West Bay Sanitary District in Kalifornien betreibt, arbeitet mit Arup zusammen, um diese Prioritäten zu erfüllen. SVCW hat das RESCU-Programm (Regional Environmental Sewer Conveyance Upgrade) ins Leben gerufen, um sein System zu modernisieren und eine widerstandsfähige und dauerhafte Wasseraufbereitungsinfrastruktur für seine Gemeinden zu schaffen. Im Mittelpunkt des Programms steht die 253 Millionen Dollar teure Schwerkraftleitung, ein Schlüsselprojekt, das in progressiver Bauweise realisiert wird - ein Novum in der Tunnelbranche.

Das RESCU-Programm von SVCW besteht aus mehreren Projekten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Abwassertransport- und -aufbereitungssystems von SVCW. In Zusammenarbeit mit den in Montana ansässigen Tiefbauexperten von Barnard Construction und den französischen Tunnelbohrspezialisten von Bessac hat Arup gemeinsam mit SVCW den Ersatz der veralteten Abwasserdruckleitung durch eine 3,3 Meilen lange Freispiegelleitung geplant. Für die Realisierung dieses Projekts erbringen wir multidisziplinäre Leistungen wie Geotechnik, Tunnelbau, Hydraulik, Bauingenieurwesen, Elektrotechnik, Maschinenbau, Statik und Erdbebenschutz sowie Materialanalysen.

Eine Freispiegelleitung mit einer Lebensdauer von 100 Jahren

Die neue Freispiegelleitung erfüllt mehrere Zwecke: Sie ersetzt eine bestehende Hauptleitung mit Korrosions- und Leckageproblemen durch eine neue tunnelförmige und mikrobiologisch korrosionsbeständige Leitung, die für eine Lebensdauer von 100 Jahren ausgelegt ist.

Die Pipeline wurde so konzipiert, dass sie Schwankungen im Durchfluss aufgrund von Nutzungsschwankungen und Auswirkungen des Klimawandels ausgleichen kann. Sie bietet außerdem eine beträchtliche Speicherkapazität bei Sturmereignissen, wobei das gespeicherte Regenwasser anschließend kontrolliert und gleichmäßig zur Kläranlage gepumpt wird, um die Lebensdauer der Pumpen zu verlängern und durch das Pumpen in den Nebenzeiten Energiekosten zu sparen. Die Pipeline wurde so konzipiert, dass sie auch bei größeren seismischen Ereignissen funktioniert, was angesichts der nur 4 Meilen entfernten San-Andreas-Verwerfung ein wichtiger Aspekt ist. Der Zufluss wird in der bestehenden Anlage von SVCW behandelt, um sicherzustellen, dass die Ökologie der Bucht von San Francisco durch die Ableitung nicht beeinträchtigt wird.

Durchmesser der Rohrleitung

Die bestehende Hauptleitung wird durch einen 3,3 Meilen langen Tunnel mit einem Innendurchmesser von 13,5 Fuß ersetzt, der mit Betonfertigteilen ausgekleidet ist und eine glasfaserverstärkte Polymermörtel-Rohrleitung mit einem Durchmesser von 11 Fuß und 10 Fuß enthält. Der Tunnel mit einem Außendurchmesser von 15,5 Fuß wurde mit einer Tunnelbohrmaschine (TBM) mit Erddruckausgleich gebaut. Im Juli 2019 veranstalteten SVCW und Redwood City einen Wettbewerb, um der TBM einen Namen zu geben. Der Gewinner war "Salus", benannt nach der römischen Göttin der Gesundheit und des Wohlbefindens.

Der Tunnel wurde in zwei Tunnelvortrieben von einem 60 Fuß breiten und 60 Fuß tiefen Schlitzwandstartschacht aus aufgefahren. Für den Start der TBM wurden zwei Tunnel mit einer Länge von 40 Fuß und einer Spannweite von 20 Fuß in sequenzieller Vortriebsmethode gegraben. Der erste Tunnelvortrieb wurde etwa eine Meile südlich aufgefahren, wobei der größte Teil des Tunnels neben einem aktiven Regionalflughafen gegraben wurde. Der Tunnel führte dann unter einer Gezeitenmündung hindurch, bevor er in einen 25 Fuß mal 60 Fuß großen TBM-Rückholschacht mündete. Ein permanenter Wirbelfallschacht wird als Verbindung zwischen der bestehenden Menlo-Park-Zwangsleitung des SVCW und der neuen Freispiegelleitung dienen. Ein Rohrvortriebsstollen auf halber Strecke des ersten Tunnelvortriebs stellt die permanente Verbindung zu den bestehenden Systemen von Belmont und San Carlos her, die in einem neuen hydraulischen Umlenkungsbauwerk zusammengeführt werden.

Der zweite Tunnelvortrieb endet mit einem 36 Fuß breiten Bergungsschacht vor der SVCW-Kläranlage. Der Schacht wird als Schwall- und Durchflussverteiler für das neue Klärwerk genutzt.

Die 815 Tonnen schwere TBM wurde nach der römischen Göttin der Gesundheit und des Wohlbefindens "Salus" genannt
Die große Baugrube für den TBM-Startschacht hatte einen Durchmesser von 18,3 m und eine Tiefe von
Es wurde ein robustes glasfaserverstärktes Kunststoffmörtelrohr (FRPM) gewählt, um die Anforderungen an die Langlebigkeit zu erfüllen.

Ein progressiver Beschaffungsansatz

SVCW beschaffte die Schwerkraftpipeline nach der progressiven Design-Build-Methode, die Innovation und Entwurfseffizienz maximiert und gleichzeitig die Bauzeitplanung und die Gesamtkosten minimiert. Dies ist ein neuer Beschaffungsansatz in der nordamerikanischen Tunnelbranche, der eine engere Zusammenarbeit zwischen Bauherrn, Planer und Bauunternehmer ermöglicht, um mögliche Entwürfe zu prüfen und eine bevorzugte Lösung zu finden.

Arup arbeitete zweieinhalb Jahre lang mit SVCW, dem Barnard-Bessac Joint Venture und dem Design-Build-Team zusammen, um die wichtigsten technischen Herausforderungen zu bewältigen, kosteneffiziente Lösungen zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Erfolgsfaktoren des RESCU-Programms von SVCW in den Entwurf eingebettet wurden. Der Prozess beinhaltete:

  • Partnering-Workshops zur Verbesserung der Projekttransparenz und der Kommunikation im Team
  • Big-Room-Workshops zur Erleichterung kritischer Entscheidungen, z. B. über die Vorgehensweise bei korrosionsbeständigen Tunnelauskleidungen, Energiedissipationsstrukturen und die Startkonfiguration der TBM
  • Frühzeitige Planung mit allen Beteiligten, um festzustellen, wo der Projektzeitplan beschleunigt werden könnte. Der Prozess beschleunigte die für das Erreichen der Projektmeilensteine entscheidenden Entwurfselemente, ermöglichte die frühzeitige Beschaffung der TBM und der Tübbingschalungen und führte zu einer Verkürzung des Projektzeitplans um etwa 6 Monate.

Arup präsentierte ein überzeugendes Team von Tunnelbauexperten, die einen starken kooperativen Ansatz für die Projektdurchführung mitbrachten. In der Planungsphase dieses Projekts waren viele Entscheidungen zu treffen, und Arup versorgte den Bauherrn in dieser Phase mit den notwendigen Informationen, damit das Projekt innerhalb des von SVCW vorgegebenen Zeitplans und des verfügbaren Budgets durchgeführt werden konnte. Ich empfehle das Projektteam von Arup für den Tunnelbau gerne und von ganzem Herzen; sie haben SVCW während der gesamten Planungs- und Bauphase unseres Schwerkraft-Pipeline-Projekts gute Dienste geleistet.

Teresa Herrera

Manager, Silicon Valley Clean Water

Materialauswahl und Auslegung auf Widerstandsfähigkeit

Die Planung von Abwasserleitungen ist eine Herausforderung, insbesondere wenn es um die Haltbarkeit geht. Bei der neuen SVCW-Rohrleitung berücksichtigten wir die Bedingungen, denen der Boden und das Grundwasser an der Außenseite des Tunnels ausgesetzt sind, sowie die einzigartigen warmen und korrosiven Bedingungen im Inneren der Rohrleitung. Es ist unüblich, Abwassersysteme für eine Lebensdauer von 100 Jahren auszulegen, da Rohrleitungsmaterialien in der Regel nicht lange halten, wenn sie Abwässern ausgesetzt sind. Es wurden mehrere korrosionsbeständige Auskleidungsalternativen in Betracht gezogen, aber letztendlich wurde ein glasfaserverstärktes Kunststoffmörtelrohr (FRPM) gewählt, um die Anforderungen an die Haltbarkeit zu erfüllen. Nach der Fertigstellung wird dies die größte Installation von FRPM-Rohren in Nordamerika sein.

Zusammenarbeit bei der Planung

Als das Projekt vergeben wurde, waren die Lösungen für die Fallbauwerke, die Verbindungsleitungen und die temporären Umleitungen noch nicht geklärt. Die Wasserbau- und Bauingenieure von Arup leiteten gemeinsame Workshops mit dem Betriebs- und Wartungsteam von SVCW und dem Barnard-Bessac Joint Venture, um wirtschaftliche Lösungen zu finden, die mit den Entwurfskriterien des Projekts vereinbar waren. Arup arbeitete auch eng mit den bevorzugten Lieferanten von SVCW und dem Joint Venture zusammen, um Werkstattzeichnungen für die einzigartigen Fallschächte zu entwickeln, die die Entwurfsabsicht genau wiedergeben.