Innovative Technik im Einsatz auf der SFS 4080 - Spitzke und CFT Compact Filter Technic entwickeln Staubabsaugung für GMT-Einsatz in Tunneln ...
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Innovative Technik im Einsatz
auf der SFS 4080
Spitzke und CFT Compact Filter Technic entwickeln Staubabsaugung
für GMT-Einsatz in Tunneln.
THOMAS FUNKE | JÜRGEN BAUMANN nebst besagter 54 Weichen – wurden durch terliegen entsprechend strengen Maßstäben
die Unternehmensgruppe Spitzke ausgeführt. beim Gesundheitsschutz. Dies betrifft einer-
Entsprechend der Vorgabe, den Gleisumbau seits die Belastungen durch die Abgase der
Von April bis Oktober 2020 revitalisierte das vorrangig mit GMT zu realisieren, war Spitzke Dieselmaschinen, denen mittels Bewetterung
Bahninfrastrukturunternehmen Spitzke im zeitweise mit zwei Bettungsreinigungsma- und Partikelfiltern begegnet wird, andererseits
Auftrag der DB Netz AG die Schnellfahr schinen, einem Umbauzug, Schotterpflug und auch die durch die Arbeiten aufgewirbelten
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strecke Mannheim – Stuttgart (SFS 4080). Stopfmaschine sowie insgesamt 15 Zweiwe- Stäube. Diese entstehen mitunter in erhebli-
Um die rund 99 km lange, zweigleisige Stre gebaggern vor Ort im Einsatz. Dabei wurde zu- chem Maße durch die mechanische Räumung
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cke in diesem relativ kurzen Zeitrahmen erst die Bettungsreinigung maschinell durch- des Schotters aus dem Gleisbett, dem Siebvor-
erneuern zu können, war der durchgängi geführt, dann das Gleis ebenfalls maschinell gang, dem Neueinbringen sowie dem Trans-
ge Einsatz von Gleisbaumaschinentechnik umgebaut und anschließend durch Stopfma- port mittels Förderbändern. Daher besteht bei
(GMT) zwingend erforderlich und entspre schine und Schotterpflug in Endlage gebracht. Arbeiten innerhalb von Tunneln trotz Bewette-
chend Gegenstand der Ausschreibung. Der Die letzten GMT-Schichten fanden Ende Sep- rung das Risiko, dass die zulässigen Grenzwer-
Umstand, dass 31 Streckenkilometer durch tember 2020 statt. Anschließend folgten LST- te für alveolengängige Stäube (A-Stäube) und
Tunnel verlaufen und daher besondere An Arbeiten, die jedoch nicht durch Spitzke aus- einatembare Stäube (E-Stäube) überschritten
sprüche an den Gesundheitsschutz der vor geführt wurden. Am 31. Oktober 2020 wurde werden und daraus eine Gesundheitsgefahr
Ort arbeitenden Personen zu stellen sind, die SFS 4080 termingerecht wieder in Betrieb für die in dem Bereich arbeitenden Personen
machte eine effektive Staubabsaugung für genommen. entsteht. Maßgeblich für die Bewertung der
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die GMT unabdingbar. Ihrer Entwicklung Situation sind u. a. folgende technische Regeln
gingen mehrere Pilotversuche zur Grund Herausforderung Gesundheitsschutz für Gefahrenstoffe (TRGS): TRGS 554 „Abgase
lagenermittlung und Einiges an Pionier Ausschlaggebend für die Entwicklung der in- von Dieselmotoren“; TRGS 559 „Mineralischer
arbeit voraus. novativen Staubabsaugung war der Umstand, Staub“ und TRGS 900 „Arbeitsplatzkonzentra-
dass die Bettungsreinigung auch innerhalb tion“.
der Tunnel maschinell mit GMT zu erfolgen
Das Projekt SFS 4080 hatte. Bislang wurde in Tunneln vorwiegend Lösungsansatz und Pilotprojekte
Die Schnellfahrstrecke zwischen Mannheim konventionell, d. h. mit Zweiwegebaggern Da die separate Versorgung der Personen vor
und Stuttgart ist mit rund 24 Mio. Fahrgästen, gearbeitet. Diese werden seit kurzem vom Ort mit unbelasteter Atemluft – sprich der
die jedes Jahr die entsprechenden Zugverbin- Eisenbahn-Bundesamt (EBA) sowie der Berufs- Einsatz von Atemgeräten – grundsätzlich nur
dungen nutzen, eine der wichtigsten Verkehrs- genossenschaft der Bauwirtschaft (BG Bau) als letztes Mittel gesehen werden sollte und
verbindungen in der Region Rhein-Neckar. Ih- und den maßgeblichen Unfallversicherern mit darf, galt es, das Überschreiten der Grenz-
rer zeiteffizienten Sanierung nach inzwischen aufzufahrenden Tunneln gleichgesetzt und werte nicht nur technisch zu verhindern,
annähernd 30 Jahren Betrieb kam daher eine als „geschlossene Räume“ eingestuft und un- sondern die Staubbelastung auf das maximal
hohe Bedeutung zu. Entsprechend wurde in
der Planungsphase des Projektes einer Total-
sperrung der Gesamtstrecke in 205 Tagen am
Stück der Vorzug vor eingleisigen Sperrungen
bzw. mehreren Sperrintervallen, verteilt auf ei-
nige Jahre, gegeben, um die Hauptarbeiten zu
realisieren.
Insgesamt waren auf der zweigleisigen Strecke
im Wesentlichen 190 km Gleis sowie 54 große
Schnellfahrweichen zu erneuern sowie die Leit-
und Sicherungstechnik (LST) zu modernisieren.
Die SFS 4080 wartete dabei vor allem in ihrer
Streckenführung mit einigen Besonderheiten
auf. So überquert die Strecke 90 Brücken und
durchquert 15 Tunnel mit einer Gesamtlänge
von ca. 31 km. Der längste Tunnel auf der Stre-
cke, der Freudensteintunnel, erstreckt sich über
6824 m.
Die Oberbaumaßnahmen – in erster Linie
Reinigung der Bettung einschließlich Recyc-
ling bzw. Austausch des Schotters sowie die Abb. 1: Während des Pilotversuchs im Kalbachtunnel wurde die Entstaubungsanlage auf dem
Erneuerung von Schwellen und Schienen zweiten Gleis neben der Bettungsreinigungsmaschine RM 900 S entlanggeführt. Quelle: CFT GmbH
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erreichbare Minimum zu begrenzen. Hierfür ke-Bettungsreinigungsmaschine RM 900 S gen konnte eine deutliche Reduzierung der
wurden zwei unterschiedliche Herangehens- eingehaust und mit entsprechenden Absaug- A- und E-Stäube erreicht und deren Konzen
weisen diskutiert: das Absaugen der staub- vorrichtungen versehen. Die Entstaubungs- tration in einem akzeptablen Bereich gehalten
belasteten Luft sowie die Reduzierung der anlage von CFT konnte auf dem zweiten Gleis werden. Entsprechend positiv war die Aus-
Emissionen selbst mittels Bewässerung. Bei- neben der RM 900 S entlanggeführt werden gangslage, das Staubminderungskonzept in
de Ansätze sollten in Pilotprojekten auf ihre (Abb. 1). Für die Bettungsreinigung des Glei- die Praxistauglichkeit zu überführen.
Praxistauglichkeit getestet bzw. so Grundla- ses in der Gegenrichtung wurde auf die Ab-
gen für die Konzeption entsprechender Lö- saugung verzichtet und das Schotterbett Weiterentwicklung für den Einsatz
sungen geschaffen werden. Bis dato gab es stattdessen vor der Maschine bewässert. Die- auf der SFS 4080
kaum Erfahrungswerte für die maschinelle ser Pilotversuch diente vor allem der Erpro- Maßgebliches Hemmnis für den Einsatz un-
Bettungsreinigung in Tunneln und folglich bung der technischen Umsetzbarkeit beider ter den Realbedingungen während eines so
auch keine belastbare Datenbasis. Daher Ansätze. Mit einer signifikanten Reduzierung umfangreichen Bauvorhabens wie der Revita-
blieben für die Bewertung der Wirksamkeit der Feinstaubbelastung war noch nicht zu lisierung der SFS 4080 war die Belegung des
entsprechender Konzepte auch lediglich die rechnen, da nicht alle staubemittierenden Gleises der jeweiligen Gegenrichtung durch die
Grenzwerte als Maßstab. Beide Pilotprojekte Bereiche der RM 900 S einbezogen wurden. Aggregate für Staubabsaugung bzw. Filterung.
sowie die Ent- und Weiterentwicklung des Entsprechend waren auch die Resultate der Im Kontext einer Vollsperrung ist ein freies Gleis
Staubminderungskonzeptes wurden von vorgenommenen Messungen. Dennoch ließ neben dem jeweiligen Arbeitszug entschei-
Spitzke in enger Zusammenarbeit mit dem sich durch die Bewässerung eine Verminde- dend für eine effiziente Materiallogistik und da-
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Bewetterungsspezialisten CFT sowie mit Un- rung des sichtbaren Staubes innerhalb des her immanent für die optimale Ausnutzung der
terstützung, u. a. durch die BG Bau, das EBA Tunnels erreichen. Zudem zeigten sich beide Gleissperrung. Hinzu kam im Falle der SFS 4080,
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sowie die Unfallversicherung Bund und Bahn, Verfahren als technisch umsetzbar. dass einer der 15 Tunnel auf der Strecke – der
durchgeführt. Für den zweiten Versuch im März 2018 im Tunnel Langes Feld – abschnittsweise in zwei
Der erste Pilotversuch fand im August 2017 Kalbachtunnel zwischen Fulda und Mottgers baulich getrennten Röhren verläuft. Die Heraus-
zwischen Moosach und Feldmoching bei wurden beide Ansätze (Absaugung und Schot- forderung für Spitzke und CFT war es folglich,
München statt. Hier sollte über 247 m Tun- terbewässerung) kombiniert und neben dem die Anlagen zur Staubreduktion in die RM 900 S
nel, bei einer Gesamterprobungslänge von Aushubwagen der RM 900 S auch am Turas- selbst zu integrieren und so das Staubminde-
922 m, die Bettung gereinigt werden. Auf Getriebe, dem Siebwagen und den Förder- rungskonzept auch im eingleisigen Betrieb um-
einem Gleis der zweigleisigen Strecke wur- bändern der Maschine Absaugvorrichtungen setzen zu können. Dabei musste einerseits die
de das Absaugen der Stäube erprobt. Dafür installiert. Durch das Zusammenspiel beider Einhaltung des Lichtraumprofils sichergestellt
wurde der Bereich der Räumkette der Spitz- Verfahren und die Erweiterung der Einhausun- als auch andererseits eine Beeinträchtigung der
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Funktionsfähigkeit der Bettungsreinigungsma-
schine vermieden werden.
In einem ersten Schritt wurden im hinteren
Teil der RM 900 S, zwischen Aushubwagen
und Stopfeinheit, zwei Res-Flachwagen ge-
koppelt. Diese boten ausreichend Platz für die
CFT-Entstaubungsanlage sowie die zugehöri-
gen Steuerungs- und separaten Stromversor-
gungsaggregate (Abb. 2). Die Funktionsweise
der Entstaubungsanlage wird in einem späte-
ren Abschnitt genauer erläutert.
Im zweiten Schritt galt es, die Zuführung der
zu filternden Absaugluft zu den CFT-Aggre-
gaten innerhalb des Lichtraumprofiles zu rea-
lisieren. Dies geschah über vier KG 500-Rohre
(zwei je Filteranlage), die ausgehend von den
Abb. 2: Für den eingleisigen Einsatz wurden die CFT-Aggregate in die eingehausten Bereichen oberhalb bzw. ab-
Bettungsreinigungsmaschine integriert. Quelle: Spitzke SE schnittsweise seitlich an der RM 900 S zu den
Filteranlagen geführt wurden. Auf diese Wei-
se mussten unter Verwendung von ca. 300 m
KG 500-Rohr rund 70 m der Bettungsreini-
gungsmaschine überbrückt werden. Entspre-
chend umfangreich waren die Modifikationen,
die an der GMT zum Tragen kamen – einer-
seits, um die sichere Montage der Bauteile zu
gewährleisten, andererseits, um generell Platz
innerhalb des Lichtraumprofils zu schaffen
bspw. im Bereich der Abgasanlage. Die Ein-
hausungen umfassten in dem nun erweiterten
Staubabsaugungskonzept im Wesentlichen
den Kettenbereich, das Turas-Getriebe sowie
die Siebanlage mit den zugehörigen Förder-
bändern (Abb. 3). Auch die MFS-Wagen wur-
den abgedeckt.
Zusätzlich sah das weiterentwickelte Staub-
Abb. 3: Einhausung im Bereich des Siebwagens der RM 900 S Quelle: Spitzke SE minderungskonzept eine Bewässerung des
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Gleisbettes vor der Bettungsreinigung als
auch des Schotters während des Reinigungs-
prozesses vor. Das dafür notwendige Wasser-
reservoir wurde in Gestalt eines Tankwagens
ebenfalls an die RM 900 S gekoppelt. An der
Bettungsreinigungsmaschine selbst umfasste
die Bewässerung die Rückführung des gerei-
nigten Schotters, das Abraumband im Bereich
des Siebwagens sowie die Zange Zwei der Ein-
schotterung.
Funktionsweise der
eingesetzten Entstaubungsanlagen
Zur Entstaubung der Bettungsreinigungsma-
schine kamen zwei parallel aufgebaute CFT-
Trockenentstaubungsanlagen des Typs HTKK
1/500-2-11 zum Einsatz. Die kompakte Bau-
weise dieser Aggregate war wesentlich für die
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Integration in eine Bettungsreinigungsmaschi-
ne. Die eingesetzten Entstaubungsanlagen
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setzen sich im Wesentlichen aus folgenden
Einzelkomponenten zusammen: Filtergehäu-
se bestehend aus Vorabscheider, Luftkanälen
und Stahlkonstruktion sowie Kompaktfilter-
elementen, Bunkeraustrag mit Schrägförder-
schnecke und einem Stützkorb für flexible
Staubbehälter. Hinzu kommen Druckluftver- Abb. 4: Abreinigungsprinzip mit Kompaktfilterelementen Quelle: CFT GmbH
sorgungsanschluss, pneumatische Abreini-
gungssteuerung und ein Schaltschrank.
Herzstück der Filteranlage sind sogenannte Druckluftspeicher in festgelegten Zeitabstän- halt von 0,44 mg/m3 bei Steinstaub, der eine
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Starrkörperfilterelemente, die reinluftseitig den. Die Druckluftstöße werden durch das spezifische Stoffdichte von 2,5 kg/dm3 aufweist.
montiert sind. Die von der Bettungsreini- Abreinigungsventil ausgelöst. Die über die Für das Justieren und Einregeln des Absaug
gungsmaschine erzeugte Staubluft (Rohluft) Düslanzen bzw. Venturidüsen abgegebenen volumens an der jeweiligen Absaugstelle wurde
wird über ein Rohrleitungs- bzw. Luttensys- Druckluftstöße durchspülen die Kompakt- je Ventilator ein Frequenzumrichter verwendet.
tem angesaugt und dem Trockenentstauber filterelemente von innen nach außen. Dabei Zur Versorgung der Trockenentstaubungsanla-
zugeführt. Die staubhaltige Luft durchströmt wird über die abgegebene Spülluft ein Teil- gen kam ein mobiler Stromerzeuger mit Diesel
zuerst einen Vorabscheider mit vorgeschalte- strom ausströmender Reinluft wieder in das partikelfilter zum Einsatz, der eine permanente
tem Abscheidegitter. Danach wird die gesam- Kompaktfilterelement zurückgedrückt. Leistung von 400 kW zur Verfügung stellen und
te Staubluftmenge gleichmäßig auf die Kom- Um alle nötigen Arbeitsplatzgrenzwerte laut ebenfalls auf den in die RM 900 S integrierten
paktelemente verteilt, wobei der Luftstrom den TRGS einzuhalten, kam ein 1,4 mm starkes Res-Flachwagen montiert werden konnte.
die Filterelemente von außen nach innen gewebtes Polyestervlies als Filtermaterial zum
durchströmt. Der Staub wird an den Außen- Einsatz, das für die Filtration aller gängigen Resultate im Praxiseinsatz
wandungen der Starrkörperfilter zurückge- mineralischen Stäube geeignet ist. Das Materi- Die Erfahrungen aus dem Langzeiteinsatz
halten. Die gereinigte Luft (Reinluft) verlässt al hat einen garantierten Reststaubgehalt von dieses innovativen Staubminderungskonzep-
den Filter durch den Reinluftstutzen. 0,5 mg/m3 Luft bezogen auf eine Dichte von tes sind ausgesprochen positiv. Einerseits hat
Das Abreinigungsprinzip der Filteranlage stellt 2,7 kg/dm3. Daraus resultiert ein Reststaubge- sich seine Praxistauglichkeit auch unter den
sich wie folgt dar (Abb. 4): Die Staubluft strömt
durch den Rohluftkanal und wird durch die bei-
den Außenseiten der Kompaktfilterelemente
geblasen. Die Staubpartikel werden durch das
Filtermedium zurückgehalten und die gerei-
nigte Luft strömt durch die Luftaustrittsschlitze
in den Reinluftkanal. Bei diesem Vorgang lagert
sich der agglomerierte Staub auf dem Filter
medium ab. Der dort entstehende Filterkuchen
wird kontinuierlich durch Abblasen der Filter-
elemente abgereinigt. Hierbei bewegt sich der
Staub abwärts, wird in einem Bunkeraustrag
bzw. Kratzbandaustrag gesammelt und kann
anschließend den gesetzlichen Anforderun-
gen entsprechend fachgerecht entsorgt wer-
den. Im konkreten Anwendungsfall auf der
SFS 4080 wurden die Stäube in sogenannten
Big Bags gesammelt.
Die Abreinigung der Kompaktfilterelemente Abb. 5: Die mit der Staubabsaugung ausgerüstete RM 900 S beim Einsatz im Pulverdinger Tunnel
erfolgt durch kurze Druckluftstöße aus dem Quelle: Spitzke SE
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hohen Belastungen gezeigt, die die Staubab- des Bettungsreinigungsprozesses emittier- den Bauablaufplanungen und der Konzepti-
saugung über insgesamt 33 km zweigleisiger ten mineralischen Feinstäube dürfte zudem on der Sperrpausen auch seitens des Auftrag-
Tunnelstrecke mit sich bringt. Auch konnte etwas niedriger liegen, als mit der Messung gebers berücksichtig werden. Aufbauend auf
eine Einhaltung der Grenzwerte für A- und abzubilden war, da die Dieselaggregate der den während der Revitalisierung der SFS 4080
E-Stäube sichergestellt und entsprechend im Tunnel arbeitenden Maschinen auch mit gemachten Erfahrungen lässt sich das einge-
dokumentiert werden. Zur Beurteilung der Rußpartikelfilter einen Einfluss auf die Mes- setzte Staubminderungskonzept weiterent-
Staubbelastung wurden durch die BG Bau sung der Feinstaubkonzentration haben. wickeln, dessen Wirksamkeit sowie Praktika-
mehrmalig während der Tunneleinsätze der bilität optimieren und so das Einhalten der
RM 900 S jeweils an vier Punkten (Maschi- Fazit Grenzwerte dauerhaft sicherstellen. Auch
nenbereiche Schottereinbau, Räumkette und Unter diesen Gesichtspunkten lässt sich fest- mit Blick auf den Umwelt- und Gesundheits-
Siebwagen sowie MFS-Wagen) Messungen stellen, dass die maschinelle Bettungsreini- schutz während der maschinellen Bettungs-
vorgenommen. Während der Arbeiten im Pul- gung unter Wahrung des Arbeits- und Ge- reinigung auf freier Strecke ist das Konzept
verdinger Tunnel (Abb. 5) lag die Konzentra- sundheitsschutzes in Tunneln grundsätzlich zukunftsweisend. Entsprechende Probeläufe
tion der E-Stäube an allen vier Messpunkten möglich und auch praxisnah umsetzbar ist. fanden diesbezüglich bereits statt, und auch
mit 3,05 mg/m³ bis 9,69 mg/ m³ teils deutlich Allerdings ist die Montage der Anlagen zur hier konnten bei Messungen der Feinstaub-
unterhalb des Grenzwertes von 10 mg/m³ Staubvermeidung und -absaugung durchaus konzentrationen erhebliche Verbesserungen
(Messung am 6. Mai 2020). Im Bereich der A- zeitaufwendig und sollte entsprechend in dokumentiert werden.
Stäube wurde der Grenzwert von 1,25 mg/m³
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an zwei der vier Messpunkte leicht überschrit-
ten (Schottereinbau: 0,66 mg/ m³; Räumkette:
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2,07 mg/m³; Siebwagen: 0,8 mg/ m³; MFS-
Wagen: 2,23 mg/ m³). Diese Werte konnten
in der Folge weiter reduziert werden. So Thomas Funke Dipl.-Ing. Jürgen Baumann
wurden bei Messungen im Wilfenbergtunnel Bereichsleiter UB Gleisbaumaschinen Projektleiter Vertrieb, Prokurist
(Messung am 22. Mai 2020) mit 1,33 mg/m³ Spitzke SE, GVZ Berlin Süd, Temporäre Bewetterungsanlagen
die Grenzwerte für A-Stäube nur im Bereich Großbeeren für Bahnbaustellen
der MFS-Wagen noch minimal überschritten. thomas.funke@spitzke.com CFT GmbH, Gladbeck
Die tatsächliche Konzentration der während juergen.baumann@cft-gmbh.de
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