Innovatives Grundwas-sermanagement
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26 Metro Cityringen Kopenhagen Dänemark Tunnel 7/2012
Metro Cityringen Metro Cityringen
Kopenhagen: Copenhagen:
Innovatives Grundwas- Innovative Groundwa-
sermanagement ter Management
Um die Infrastruktur in der dänischen Hauptstadt Copenhagen is increasing the size of its existing
zu verbessern, vergrößert Kopenhagen sein Metro system by two-thirds through the con-
bestehendes Metro-System durch den Bau des struction of the new “Cityringen” Metro ring in
neuen Metro-Ringes „Cityringen“ um zwei Drittel. order to improve the infrastructure of the Danish
Im folgenden Beitrag wird bei der Betrachtung capital. The following report deals with the pro-
des Projektes im Besonderen auf das innovative ject in general and concentrates especially on the
Grundwassermanagement eingegangen. innovative groundwater management system.
Projektvorstellung Dipl.-Geol. Helena Demel, B.Eng. Henrik Koers, Dipl.-Ing. Tim Röder; Geology
Der Cityringen besteht aus Hölscher Wasserbau GmbH, Haren/D, info@hoelscher-wasserbau.de Copenhagen Limestone forms
einem 15,5 km langen dop- the predominant ground layer
pelröhrigen Tunnelsystem sowie TBM-Startschächte und Project Presentation through which tunnels are to be
sowie 17 U-Bahn-Stationen sonstige Sonderbauwerke nö- The Cityringen comprises a 15.5 driven. This layer is to be found
und einem oberirdischen War- tig (Bild 1). km long twin-bore tunnel sys- at a depth of approx. 10 to 15 m
tungsbahnhof. Die führerlosen tem as well as 17 Underground beneath the surface. It is divided
U-Bahn-Züge werden ab 2018 Geologie stations and a surface mainte- into a 2 to 5 m thick layer of highly
rund um die Uhr täglich bis zu Die für den Tunnelvortrieb rele- nance depot. As from 2018, the weathered Upper Copenhagen
240.000 Menschen transportie- vante Boden- bzw. Felsschicht driverless Metro trains will trans- Limestone with Middle Copenha-
ren. Das gesamte Projektbud- bildet der Kopenhagener Kalk- port up to 240,000 passengers gen Limestone – affected by tun-
get des Bauherrn Metroselska- stein (Copenhagen Limestone). 24/7. The total project budget nelling – underneath followed by
bet I/S beträgt 2,87 Mrd. Euro. Dieser steht ab einer Tiefe von for the client, Metroselskabet I/S Lower Copenhagen Limestone.
Die Hölscher Wasserbau ungefähr 10 bis 15 m unter Ge- amounts to 2.87 billion euros. This limestone formation forms
GmbH wurde vom General- lände an. Er gliedert sich im Auf- Hölscher Wasserbau GmbH a groundwater horizon in con-
unternehmer CMT I/S mit der bau in eine 2 bis 5 m mächtige was commissioned to execute junction with roughly 2 m thick
Ausführung des Grundwasser- Schicht fortgeschrittener Ver- the groundwater management superordinated quaternary gravel
managements für das Projekt witterung „Upper Copenhagen by the general contractor CMT sands of glacial origin. This aqui-
beauftragt. Limestone“ sowie der unterlie- I/S. fer is critical to the water control
Der Tunnel besteht aus gend bautechnisch berührten The tunnel consists of 2 bores operations at the construction
2 Röhren mit jeweils 5,78 m Schicht „Middle Copenhagen each 5.78 m in diameter and is shafts for the Metro stations and
Durchmesser und wird von Limestone“ und der Schicht being produced by 4 EPB TBMs the starting shafts for the TBMs
insgesamt 4 gleichzeitig einge- des „Lower Copenhagen Lime- driving simultaneously. The and the special structures. The hy-
setzten EPB-TBM aufgefahren. stone“. Im Verbund mit überla- bores run through Copenhagen draulic capability of the limestone
Die Tunnelröhren verlaufen im gernden quartären Kiessanden Limestone down to a depth of 25 greatly depends on the separati-
Kopenhagener Kalkstein in ei- aus eiszeitlicher Ablagerung m below the surface. In addition on plane and fissure formation
ner Tiefe von bis zu 25 m unter mit einer Schichtdicke von rund to the TBM drives, a total of 21 as well as its orientation. The
der Erde. Neben den TBM-Vor- 2 m bildet die Kalksteinformati- shafts averaging 65 x 20 m with average horizontal permeability
trieben werden insgesamt 21 on einen Grundwasserhorizont. depths of up to 30 m are to be is 3 to 10 times greater than the
Schächte mit mittleren Abmes- Dieser Aquifer ist für die Was- created. These are required for vertical one. The lower aquifer is
sungen von 65 x 20 m und Tie- serhaltungsarbeiten an den the 17 stations as well as TBM separated by a quaternary over-
fen von bis zu 30 m hergestellt. Bauschächten der Metrostati- starting shafts and other special consolidated marl layer from the
Diese sind für die 17 Stationen onen sowie den Startschächten structures (Fig. 1). aquifer close to the surface, which
Tunnel 7/2012 Innovatives Grundwassermanagement 27
1
Layout Metro Cityringen (Foto: Metroselskabet I/S)
Layout of Metro Cityringen (Photo: Metroselskabet I/S)
der TBM und den Sonderbau- Bohrpfählen mit einer Tiefe von comprises younger quaternary It is intended to reinfiltrate trea-
werken entscheidend. Die hy- bis zu 46 m, die damit weit in thin gravel sands, marl layers ted groundwater into the aquifer
draulische Leistungsfähigkeit den Kopenhagener Kalkstein and fills. to ensure that the groundwater
des Kalksteins ist stark von der einbinden. Zum Abteufen der level does not change outside
örtlichen Trennflächen- und Schächte und insbesondere zur The System the shafts. The existing ground-
Kluftausbildung sowie deren Entspannung der Schachtsohle The tunnel shafts are designed water is observed at a number
Orientierung abhängig. Die ist eine innen liegende Grund- as diaphragm walls with overcut of defined measuring points and
mittlere horizontale Permea- wasserabsenkung erforderlich. drilled piles down to a depth of the required amount of water
bilität ist im Vergleich zur ver- Da keine Wasser stauende 46 m providing substantial pe- infiltrated by means of infiltra-
tikalen um den Faktor 3 bis 10 Schicht ansteht, hätte dies na- netration into the Copenhagen tion wells. For this purpose the
größer. Hydraulisch mäßig ge- türlicherweise zur Folge, dass Limestone. Internal groundwa- Hölscher Wasserbau GmbH de-
trennt wird der untere Aquifer sich der Grundwasserspiegel ter lowering is needed to allow veloped an innovative concept,
durch eine quartäre überkon- auch außerhalb der Schächte shaft sinking and particularly to which possesses both technical
solidierte Mergelschicht vom absenkt. Eine Absenkung des relieve the shaft floor. As there is and economic advantages. The
oberflächennahen Aquifer, der normalen Grundwasserstandes no impermeable layer this would system contains water treat-
aus jüngeren quartären gering- ist im Kopenhagener Stadtzent- of course mean that the ground- ment plants, which enable the
mächtigen Kiessandlagen, Mer- rum jedoch nicht zugelassen, water level would also drop out- groundwater to be reinfiltrated
gelschichten und Auffüllungen da es auf alten Holzpfählen side the shaft. However it is not once treated so that expensive
besteht. gegründet ist welche auf kei- permitted to lower the normal drinking water is saved. In addi-
nen Fall trocken gelegt werden groundwater level in the centre tion, the system can control the
Das System dürfen (Bild 2). of Copenhagen as it is set up on groundwater level in the city by
Die Konstruktion der Tun- Durch Re-Infiltration von old wooden piles, which must fully automatic, computer-re-
nelschächte besteht aus Schlitz- aufbereitetem Grundwasser in on no account be allowed to dry gulated means thus enhancing
wänden und überschnittenen den Aquifer soll gewährleistest out (Fig. 2). safety.
28 Metro Cityringen Copenhagen Denmark Tunnel 7/2012
werden, dass sich der Grund- arten abgeteuft. Die Brunnen-
wasserstand außerhalb der tiefen liegen je nach Erfordernis 2
Schächte nicht ändert. An meh- zwischen 15 und 45 m unter
reren definierten Messpegeln Gelände.
wird der vorhandene Grund- Gebohrt wird durchgängig
wasserstand beobachtet und mit der DTH-Methode (Hammer-
mittels Infiltrationsbrunnen die bohrungen mit Doppelkopfver-
erforderliche Menge an Wasser fahren). In einem Arbeitsschritt
infiltriert. Hierzu entwickelte werden Bohrgestänge und Ver-
die Hölscher Wasserbau GmbH rohrung zusammen abgeteuft.
ein innovatives Konzept, wel- Über den Ringraum zwischen
ches sowohl technische als Gestänge und gleichzeitig
auch wirtschaftliche Vorteile abgeteufter Verrohrung wird
hat. Das konzipierte System mittels Druckluft das Bohrgut
enthält Wasseraufbereitungs- gefördert. So lässt sich in die-
anlagen, die es ermöglichen ser bohrtechnisch schwierigen Prinzipskizze Grundwassermanagement
das geförderte Grundwasser Geologie mit vielen natürlichen General diagram of groundwater management system
nach der Behandlung wieder Hindernissen im Quartär sowie
zu Infiltrieren und somit teures der Formation des Kalkseins ein Altogether the groundwater an economic drilling process can
Trinkwasser einzusparen. Des wirtschaftlicher Bohrprozess un- management system for the be pursued in this technically
Weiteren kann das System den terhalten. City Ring consists of approx. difficult geology which includes
Grundwasserstand in der Stadt An den Bohrprozess sind in 600 extraction and reinfiltration many natural obstacles in the
vollautomatisch und compu- Kopenhagen erhöhte Anforde- together with as around 600 quaternary and the limestone
tergesteuert regeln und somit rungen gestellt. Um das inner- groundwater measuring sensors formation.
die Sicherheit erhöhen. städtische Leben auch während with GPRS data loggers, 21 water Enhanced demands are
Insgesamt besteht das der Bauzeit in der gewohnten treatment plants, approx. 25 km placed on the drilling process
Grundwassermanagement- Qualität zu gewährleisten, ist of pipeline and a fully automatic in Copenhagen. Special attenti-
system für den Cityring aus ca. ein besonderes Augenmerk auf SCADA system. on must be paid to safeguarding
600 Entnahme- und Re-Infiltra- die Verkehrssicherung sowie die traffic as well as noise and fume
tionsbrunnen sowie ca. 600 mit Emission von Schall und Abga- Set-up of the Ground- emission in order to ensure that
GPRS-Datenlogger ausgestat- sen zu legen. Um die Abgasbe- water Management the quality of life in the down-
teten Grundwassermesspegel, lastung zu verringern wurden System town area remains unaffected.
21 Wasseraufbereitungsanla- alle Bohrgeräte mit Rußpartikel- Wells and Well Drilling All drilling appliances were
gen, ca. 25 km Rohrleitung filtern ausgestattet. Drilling wells capable of functio- equipped with soot particulate
und einem vollautomatischen Die Pumpbrunnen lokalisie- ning represents the basic essen- filters to reduce the impact of
SCADA-System. ren sich jeweils innerhalb der tial for successfully installing the fumes.
Schachtbauwerke, um dort den system. Activities involve crea- The pump wells are in each
Aufbau der Grundwas- Grundwasserspiegel des von ting extraction, reinfiltration and case located within the shaft
sermanagement-Anlage unten unter freiem Zufluss ste- monitoring wells. Separate well structures in order to lower the
Brunnen und Brunnenher- henden Aquifers abzusenken. galleries are drilled from the va- groundwater level there from
stellung Förderbrunnen werden über rious types of well mentioned for the aquifer, which is freely ac-
Grundvoraussetzung zur er- die gesamte Brunnenlänge ver- the individual stations and the cessible underneath. Extraction
folgreichen Installation der filtert um aus beiden Aquiferen further shaft structures. The well wells are filtered along the en-
Anlagen des Grundwasserma- in allen Bauphasen Wasser depths vary from 15 to 45 m de- tire well length so that water is
nagements ist die Herstellung fassen und so die Absenkung pending on requirements. collected from both aquifers du-
von funktionsfähigen Brunnen. kontinuierlich sicherstellen zu The DTH (down-the-hole) ring all construction phases in
Die Arbeiten umfassen die Her- können. Es kommen PVC-Filter method is applied throughout. order to ensure that lowering is
stellung von Förder-, Re-Infiltra- mit 165 mm Durchmesser zur The drill string and casing are carried out continuously. PVC fil-
tions- und Monitoringbrunnen. Anwendung. Schlitzweiten der sunk together in a single opera- ters with a diameter of 165 mm
Für die einzelnen Stationen und Filter und die Fraktionen von tion. The drilled material is remo- are used. The filter slot widths
weitere Schachtbauwerke wer- Filterkörnungen werden der ved by means of compressed air and the filter grain fractions are
den separate Brunnengalerien jeweiligen geologischen Situ- via the annular gap between the adapted to the given geological
aus den genannten Brunnen- ation angepasst. string and the casing. In this way situation.
Tunnel 7/2012 Innovative Groundwater Management 29
Nach Fassung und Aufberei- dreistündiger Beobachtung des After the extracted water is coll- with a 2 m filter section are in-
tung des Förderwassers wird es Wiederanstieges. Kapazitäts- ected and treated, it is returned stalled. Fig. 3 displays an excerpt
in die außerhalb der Baugrube tests bei den Monitoringbrun- to the ground via the reinfilt- from the documented compi-
im Umkreis von bis zu 500 m nen werden mit stündlicher ration wells, which are located lation of the drilling operations
gelegenen Re-Infiltrationsbrun- einstufiger Pumpleistung und outside the construction pit at including the layer structure and
nen wieder dem Untergrund Beobachtung des Wiederan- distances of up to 500 m. Rein- the lining for a monitoring well.
zurückgegeben. Die Re-Infiltra- stieges über 1 Stunde gefahren. filtration takes place via wells, Three-step tests are carried
tion erfolgt über Brunnen, de- Die Wasserstände während der whose reinfiltration sections are out on the pump and reinfiltra-
ren Re-Infiltrationsstrecken im Bepumpung und des Wieder- to be found in the fissure water tion wells and capacity tests on
Kluftwasserleiter stecken. So soll anstieges werden elektronisch aquifer. In this way, the ground- the monitoring wells to check
der Grundwasserhorizont, dem über Logger erfasst und durch water horizon, from which the the efficacy of the wells, which
primär das Wasser entzogen Handmessungen referenziert water is primarily extracted, is greatly depend on the global
wird, wieder an sein natürliches (Bild 4). to be returned to its natural and local fissure formation and
Niveau angepasst werden. Eine level. As a result, a permanent, orientation of the limestone. The
dauerhafte, zeitverzögerte Be- SCADA-Steuerungsan- time-delayed influence on the three-step tests comprise 3 di-
einflussung des oberen Aquifers lage upper aquifer via the marl layer, rectly integrated pump stages
über die Mergelschicht, welche Die Grundwassermanagement- which would exert a suboptimal involving an increasing pump
sich suboptimal auf die umlie- Anlage wird zentral über eine effect on the surrounding struc- rate each lasting 1 hour followed
gend gegründete Bebauung speicherprogrammierbare tural foundations, is prevented. by a 3-hour long rerise observa-
auswirken würde, wird so ver- Steuerung (SCADA) gesteuert Supporting is undertaken by tion phase. Capacity tests for the
hindert. Der Ausbau erfolgt mit und überwacht. Dazu wird jede means of 165 mm diameter full monitoring wells are executed
Voll- und Filterrohren mit 165 der 21 lokalen Baustellen von and filter pipes. with an hourly single-stage
mm Durchmesser. einer Siemens-SPS gesteuert. Monitoring wells with piezo- pump rate and observation of
Zur Sicherstellung und Über die SPS werden die fre- meters are installed in the vicini- rerising over 1 hour. Water levels
Kontrolle der Absenk- und Re- quenzgesteuerten Brunnen- ty of both aquifers to secure and during pumping and rerising are
Infiltrationsziele werden im pumpen, die Wasseraufberei- control the lowering and reinfilt- compiled electronically via log-
weitläufigeren Umkreis Moni- tung und die Re-Infiltration ration targets. For this purpose, gers and referred to by manual
toringbrunnen mit Peilfiltern in geregelt und überwacht. 63 mm diameter HDPE pipes measurements (Fig. 4).
beiden Aquiferen hergestellt.
Hierzu werden jeweils HDPE-
Rohre mit 63 mm Durchmesser
3
mit 2 m Filterstrecke eingebaut.
Bild 3 zeigt einen Auszug aus
der dokumentierten Erfassung
der Bohrarbeiten inklusive des
Schichtenaufbaus und des
Ausbaus an einem Monitoring-
brunnen.
Zur Kontrolle der Leistungs-
fähigkeit der Brunnen, die stark
von der globalen und lokalen
Kluftausbildung und -orientie-
rung des Kalksteins abhängt,
werden an den Pump- und
Re-Infiltrationsbrunnen Drei-
Stufen-Tests und an den Moni-
toringbrunnen Kapazitätstests
durchgeführt. Die Drei-Stu-
fen-Tests gliedern sich in 3 di-
rekt ineinander übergehende
Pumpstufen ansteigender
Pumpleistung von je 1 Stunde Geologie mit Brunnenskizze
Zeitumfang und anschließender Geology with well diagram
30 Metro Cityringen Kopenhagen Dänemark Tunnel 7/2012
Die 21 SPS-Anlagen sind über Die 21 Stationen werden vi- SCADA Control System and the main server, by means of
UMTS an einen Mainserver sualisiert, wodurch die wich- The groundwater management which the stations are controlled,
angeschlossen. Zwischen den tigsten Betriebszustände der system is controlled and moni- with data being transmitted also
Anlagen und dem Mainserver Anlage zu erkennen sind. Das tored centrally by means of a for documentation purposes. For
besteht ein ständiger Datenver- SCADA-System generiert vari- supervisory control and data ac- example, desired groundwater
kehr, über welchen die Anlagen abel gestaltbare Berichte der quisition system (SCADA). For this lowering targets can be introdu-
gesteuert werden und auch Da- Betriebsdaten und stellt sicher, purpose, each of the 21 local sites ced via the main server, which are
ten zur Dokumentation über- dass bei Fehlfunktionen oder is controlled by a Siemens SPS. then transmitted via SPS to the fre-
tragen werden. Beispielsweise Grenzwertverletzungen ent- The frequency-controlled well quency-controlled well pumps.
können gewünschte Grund- sprechende Nachrichten via pumps, the water treatment and The 21 stations are visualised,
wasser-Absenkziele über den Onlinesystem oder SMS abge- reinfiltration processes are con- as a result of which the most es-
Mainserver eingegeben wer- setzt werden. Gegenwärtige trolled and monitored via SPS. sential operating modes for the
den, welche dann in “real time“ Betriebsparameter können auf The 21 SPS stations are con- system are identifiable. The SCA-
über die SPS auf die frequenz- iPads des Wartungspersonals nected to a main server via UMTS. DA system generates variably
gesteuerten Brunnenpumpen abgerufen werden. Ebenfalls Continuous data transmission is reproducible reports of operati-
übertragen werden. lässt sich die Gesamtanlage maintained between the stations onal data and ensures that cor-
4
Brunnenbohrarbeiten im öffentlichen Straßengebiet an der Metrostation “Nuuks Plads“
Well drilling activities in a public area at the “Nuuka Plada” Metro station
Tunnel 7/2012 Innovatives Grundwassermanagement 31
mit den iPads auch steuern. So
ist es dem Wartungspersonal 5
möglich, rund um die Uhr von
jedem beliebigen Ort aus die
ständige Kontrolle über die
Anlage zu haben. Des Weiteren
können regelmäßig geplante
Wartungsvorgänge wie z.B. das
Rückspülen der Wasseraufbe-
reitungsanlagen mit einem
einfachen „Klick“ durchgeführt
werden (Bild 5).
Kontrollpegel
Verteilt um die jeweiligen
Schachtbauwerke sind ca. 600
Prinzipskizze SCADA-System
General diagram of SCADA system
Grundwassermesspegel herzu- responding messages are provi- management system. The wells
stellen. Die Pegel werden mit ded via an online system or SMS located close to the shaft are
einem Bohrdurchmesser von in the event of malfunctions or connected with the appropri-
8“ hergestellt und als Doppel- if limit values are not observed. ate SPS via a data line laid in the
bzw. Dreifachpegel ausgebaut. Current operating parameters ground.
Die Logger in den Grundwas- can be called up by service staff The wells, which are located
serpegeln zeichnen kontinuier- on iPads. The overall system can further away from the control
lich den Grundwasserstand auf also be controlled with iPads. In facilities, are equipped with
und übertragen die Daten zur this way it is possible for the ser- battery-operated GPRS data
Dokumentation sowie zur Steu- vice staff to control the system loggers. These GPRS data log-
erung des Grundwasserma- permanently 24/7 from any loca- gers transmit the recorded data
nagementsystems an das SCA- tion. Furthermore maintenance via the mobile communications
DA-System. Die in Schachtnähe procedures planned on a regular network directly to the SCADA
befindlichen Pegel werden per basis such as e.g. back-flushing system of the groundwater ma-
erdverlegter Datenleitung auf the water treatment plants can nagement facility.
die jeweilige SPS geschaltet. be undertaken with a simple
Die Pegel, die sich in größerer “click” (Fig. 5). Monitoring
Entfernung zu den Steuerungs- The SCADA system automatical-
anlagen befinden, sind mit Monitoring Wells ly facilitates monitoring of the
batteriebetriebenen GPRS- Roughly 600 groundwater moni- operating parameters. Prede-
Datenloggern ausgestattet. Die toring wells distributed around termined alarm signals are di-
GPRS-Datenlogger übertragen the individual shaft structures rectly displayed on the system’s
die aufgezeichneten Daten have to be installed. These 8” user interface and transmitted
über das Mobilfunknetz direkt diameter wells take the form of to as many mobile phones as
zum SCADA-System der Grund- a double or triple piezometer. desired in SMS form. In order
wassermanagement-Anlage. The loggers in the monitoring to ensure that the transmitted
wells continuously display the data corresponds with the ef-
Monitoring groundwater level and transmit fective groundwater levels, the-
Die Überwachung der Betriebs- the data to the SCADA system se are checked against manual
parameter erfolgt automatisch for documentation as well as measurements carried out at
über das SCADA-System. Im Vor- for controlling the groundwater regular intervals. The data thus
32 Metro Cityringen Copenhagen Denmark Tunnel 7/2012
controls the valve for the rein-
6 filtration line or the drainage
system to open or close them.
The turbidity sensor is calibrated
when the system is commissi-
oned. Water samples are taken at
regular intervals and checked to
establish their chemical compo-
nents to ensure the water quality
within the system and prevent
any premature aging through
deposits forming.
Water Treatment Plant
The pumped groundwater from
the shafts is treated to provide a
quality better than drinking wa-
Wasseraufbereitungsanlage am TBM-Startschacht “Norreproparken“ ter prior to being reinfiltrated.
Water treatment plant at the “Norreproparken” TBM starting shaft Towards this end, the authori-
ties set the highest standards
to make absolutely sure that
7 the communal wells that pro-
vide drinking water, which are
located in the Metro catchment
area, remain unaffected by the
reinfiltration process. As a result,
in some cases even flocculants,
which are permitted for drinking
water, are not allowed to be used.
Only special compositions deve-
loped jointly with the authorities
are permitted for use.
The groundwater is pum-
ped to the water treatment
plant from the extraction wells
in the interior of the shafts. In
Steuerungsanlage für die Wasseraufbereitungsanlage “Norreproparken“ addition pump sumps to remo-
Control system for the “Norreproparken” water treatment plant ve the prevailing groundwater
are installed in individual shafts,
feld definierte Alarmmeldungen Daten können in das System obtained can be entered into in which special structures have
werden bei auftretenden Grenz- eingegeben und zusammen the system and displayed as a been created by the cavern
wertverletzungen direkt auf mit den von den Sensoren au- diagram together with the data construction method. This wa-
der Benutzeroberfläche des tomatisch übertragenen Daten automatically transmitted by the ter is first subjected to a pre-se-
Systems angezeigt und als SMS als Diagramm angezeigt werden sensors thus enabling a suitab- dimentation phase on account
auf eine beliebige Anzahl von um einen bequemen Abgleich le comparison. The amount of of the relatively high sediment
Mobiltelefonen übertragen. zu ermöglichen. Auch die För- water extracted by the pump content. The water is cleaned to
Um zu gewährleisten, dass dermengen der Pumpbrunnen wells is compared with regular reach a sediment content of <
die übertragenen Daten den werden mit regelmäßig manuell manually read ratings. 0.02 mg/l via plate clarifiers and
tatsächlichen Grundwasser- abgelesenen Zählerständen ab- Turbidity sensors indicate the gravel filters. This treated water
ständen entsprechen, werden geglichen. amount of suspension carried is then combined with ground-
diese mit regelmäßig durchge- Trübesonden zeichnen die by the extracted water. Should water pumped from extraction
führten manuellen Messungen Suspensionsfracht im geförder- limits be exceeded, a signal is wells and passes through to the
überprüft. Die anfallenden ten Wasser auf. Liegen Grenz- automatically initiated, which water treatment plant.
Tunnel 7/2012 Innovative Groundwater Management 33
verletzungen vor, so wird au- wieder infiltrieren zu können, In addition to a chemical treat- plant along with the process
tomatisch ein Signal erzeugt, auf eine Qualität besser als ment step, the treatment plant water from the installation at
das Ventile zur Re-Infiltrations- Trinkwasserqualität aufberei- mainly consists of an oxidation the diaphragm walls as well as
leitung oder der Kanalisation tet. Die Behörden stellen dazu plant, in which bivalent iron is the process water, which ensures
ansteuert, um diese zu öffnen höchste Anforderungen um oxidised to form the trivalent va- during well drilling. In addition
oder zu schließen. Das Einmes- absolut auszuschließen, dass riety, and subsequently removed to the existing complexity of the
sen der Trübesonde erfolgt bei die kommunalen Trinkwasser- from the groundwater by means treatment plant as such, logisti-
Inbetriebnahme der Anlage. Für gewinnungsbrunnen, welche of gravel filters. The treated water cal challenges for managing this
die Gewährleistung der Wasser- sich im weiten Einzugsbereich is then pumped to the reinfiltra- process water have to be tackled
qualität innerhalb der Anlage der Metro befinden, von der Re- tion plant. (Figs. 6 + 7).
und um deren frühzeitiger Infiltration in irgendeiner Weise The ground conditions at the
Alterung in Form von Anlage- beeinflusst werden. So werden “Sonder Boulevard” tunnel shaft Infiltration Plant
rungen vorzubeugen, werden teilweise selbst Trinkwasser zu- present a special challenge. The The necessary water pipelines
in regelmäßigen Abständen gelassene Flockungshilfsmittel groundwater there is polluted and control cables are laid un-
Wasserproben entnommen nicht zur Anwendung freigege- with benzene and cyanides. In derground, mainly in roads,
und auf ihre chemischen Be- ben. Nur gemeinsam mit den this case the standard treatment between the infiltration wells
standteile untersucht. Behörden entwickelte spezielle plant is extended to include ac- and the control/treatment facili-
Rezepturen dürfen verwendet tivated carbon filers, strippers, ties. The prevailing geology indi-
Wasseraufbereitungs- werden. ion exchangers as well as centri- cates relatively different capaci-
anlage Das Grundwasser wird aus fugal technique. The water from ties for the individual infiltration
Das gepumpte Grundwasser den im Innern der Schächte the groundwater management wells. In this connection it should
aus den Schächten wird, um es angeordneten Entnahmebrun- system passes through this be mentioned that the horizon-
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34 Metro Cityringen Kopenhagen Dänemark Tunnel 7/2012
nen zur Wasseraufbereitungs-
anlage gepumpt. Zusätzlich 8
sind in einzelnen Schächten,
in welchen Sonderbauwerke
in Kavernenbauweise herge-
stellt werden, Pumpensümpfe
zur Ableitung des anfallenden
Grundwassers installiert. We-
gen des dann relativ hohen
Sedimentgehalts wird dieses
Wasser zuerst über eine Vor-
sedimentation geführt. Über
Lamellenschrägklärer und
Kiesfilter wird das Wasser bis
auf einen Sedimentgehalt <
0,02 mg/l abgereinigt. Das
nun vorsedimentierte Kaver-
nenwasser sowie das Grund-
wasser, welches direkt aus den Steuerungsanlage für die Re-Infiltration am TBM-Startschacht “Norreproparken“
Förderbrunnen gepumpt wird, Control system for reinfiltration at the “Norreproparken” TBM starting shaft
durchläuft die eigentliche Was-
seraufbereitungsanlage. xität der Aufbereitungsanlage tal permeability of Copenhagen tain with conventional, manually
Die Aufbereitungsanlage be- sind zudem noch logistische Limestone is roughly 3 to 10 operated infiltration wells.
steht neben einer chemischen Herausforderungen für das Ma- times greater than the vertical A total of around 20 million
Aufbereitungsstufe primär aus nagement dieser Prozesswässer permeability. m³ of groundwater is being pre-
einer Oxidationsanlage, in der zu meistern (Bild 6, 7). The capacity of each infiltra- pared via the water treatment
zweiwertiges Eisen zu dreiwer- tion well was determined by a plants and reinfiltrated into the
tigem Eisen aufoxidiert wird, Infiltrationsanlage test run to establish the optimal Copenhagen subsoil.
und anschließend mittels Kies- Zwischen den Infiltrations- operating conditions. The test re-
filtern aus dem Grundwasser brunnen und den Steuerungs- sults were taken as the basis for Reporting System
entfernt wird. Das gereinigte /Aufbereitungsanlagen wer- programming the groundwater The SCADA system enables the
Wasser wird dann zur Re-Infil- den unterirdisch, vorwiegend management system. The water recorded data to be displayed in
trationsanlage gepumpt. in Straßen, die erforderlichen treatment plant and the infiltrati- lucid fashion in the form of in-
Eine besondere Herausforde- Wasserleitungen und Steu- on plant in conjunction with the dividually presented reports. In
rung stellt die Baugrundsitua- erungskabel verlegt. Die an- control system form a complex, this connection, the selection of
tion am Tunnelschacht “Sonder stehende Geologie impliziert interactive system. The infiltrati- parameters can be summarised
Boulevard“ dar. Das Grundwas- relativ unterschiedliche Leis- on plant constitutes the core of as hourly or daily averages and
ser ist dort mit Benzol und Cy- tungsfähigkeiten der einzelnen the system. It consists of valves exported as a daily, weekly or
aniden belastet. Hier wird die Infiltrationsbrunnen. Hierzu and automatic flaps, which are monthly report. Additional data
Standard-Aufbereitungsanlage ist noch anzumerken, dass die controlled via the SPS. The au- in diagram form can be display-
mit Aktivkohlefiltern, Stripan- horizontale Durchlässigkeit des tomatic flaps are initiated in kee- ed alongside water balances and
lagen, Ionentauscher-Anlagen Kopenhagener Kalksteins etwa ping with the current groundwa- further tabular listings.
sowie Zentrifugentechnik er- 3 bis 10 mal größer ist als die ter conditions recorded by the
weitert. Nicht nur das Wasser vertikale Durchlässigkeit. piezometers thus regulating Summary and Outlook
aus dem Grundwasserma- Zur Ermittlung der optimalen the rate of inflow to the infilt- The fully automatically controlled
nagement-System durchläuft Betriebszustände wurde das ration well. The maximum rate groundwater management sys-
diese Anlage, sondern auch Schluckvermögen eines jeden of inflow to a well is established tem, as is applied for building the
Prozesswässer aus der Herstel- Infiltrationsbrunnens im Rah- in advance in keeping with the Metro Cityringen project, affords
lung der Schlitzwände sowie men eines Testlaufes bestimmt. determined capacity. The resul- the ultimate degree of safety in
die Prozesswässer, die bei der Die Testergebnisse wurden als tant tolerances for the current conjunction with an inner-urban
Herstellung der Brunnenboh- Grundlage für die Programmie- groundwater level amount to tunnelling scheme. Furthermore
rungen anfallen. Neben der per rung der Grundwassermanage- a few centimetres. Such results the authorities and client’s rep-
se schon vorhandenen Komple- ment-Anlage herangezogen. are practically impossible to at- resentatives can place great faith
Tunnel 7/2012 Innovatives Grundwassermanagement 35
Die Wasseraufbereitungs- Zusammenfassung und in the measure implemented as In conclusion the ever increasing
anlage und die Infiltrations- Ausblick they are able at all times to obtain significance of environmental
anlage zusammen mit der Das vollautomatisch gesteuer- an insight into the groundwater compatibility tests at interna-
Steuerungsanlage bilden ein te Grundwassermanagement- situation thanks to direct online tional level should be menti-
komplexes, zusammenhän- system, wie es beim Bau der access to the groundwater ma- oned, whose general conditions
gendes System. Den Kern Metro Cityringen verwendet nagement system. require innovative solutions to
der Anlage bildet das Infilt- wird, bietet ein Höchstmaß an Apart from the safety aspect, protect groundwater resources
rationssystem. Es besteht aus Sicherheit im Umfeld innerstäd- this groundwater management in conjunction with construction
Schiebern und automatischen tischer Tunnelbaumaßnahmen. system affords sustainable advan- projects.
Klappen, die über die SPS ge- Darüber hinaus wird zu Behör- tages regarding economy and en-
steuert werden. Entsprechend den und Bauherrenvertretern vironmental compatibility. Alone
den von den Messpegeln großes Vertrauen geschaffen owing to the fact that through
aufgezeichneten aktuellen durch die Möglichkeit, ständig the treatment and reutilisation
Grundwasserständen werden über einen direkten Onlinezu- of groundwater, high drinking
die automatischen Klappen gang zum Grundwasserma- water and disposal charges can
angesteuert und somit der nagementsystem einen Über- be avoided and the savings can
Zufluss zum Infiltrationsbrun- blick der Grundwassersituation be directly assessed monetari-
nen geregelt. Der maximale zu haben. ly. Furthermore, it is possible to
Zufluss zu einem Brunnen Neben dem Sicherheits- constantly regulate the facility in
wird vorab entsprechend dem aspekt bietet dieses Grund- a flexible manner in accordance Literatur / References
ermittelten Schluckvermögen wassermanagementsystem with the current capacity of the T&T „Expansion of the Copen-
hagen Metro“, Februar 2012
eingestellt. Die dabei erreich- nachhaltige Vorteile in der infiltration wells.
ten Toleranzen des aktuellen Wirtschaftlichkeit und Umwelt-
Grundwasserstandes liegen verträglichkeit. Allein schon
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im Zentimeterbereich. Sol- die Tatsache, dass durch die
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che Werte sind mit herkömm- Aufbereitung und somit Wei-
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lichen, manuell betriebenen terverwendung von Grund-
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Infiltrationsbrunnen praktisch wasser hohe Trinkwasser- und
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unmöglich. Einleitgebühren eingespart
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Insgesamt ca. 20 Mio. m³ werden können, können mo-
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Grundwasser werden über die netär direkt bewertet werden.
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Wasseraufbereitungsanlagen Hinzu kommt die Möglichkeit
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aufbereitet und wieder in den entsprechend dem aktuellen
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Kopenhagener Untergrund in- Schluckvermögen der Infiltra-
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filtriert (Bild 8). tionsbrunnen die Anlage fort-
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laufend flexibel zu regeln.
Berichtswesen Ganz zuletzt sei noch die in- Innovativer – Kompetenter – Zuverlässiger
Das SCADA-System bietet die ternational steigende Bedeu-
Möglichkeit, die aufgenom-
menen Daten in Form von
tung von Umweltverträglich-
keitsprüfungen erwähnt, deren Gemeinsam stärker
individuell zusammengestell-
ten Berichten übersichtlich
Rahmenbedingungen innova-
tive Lösungen zum Schutz der
im Tunnelbau
darzustellen. Hierbei kann die Grundwasserressourcen im
Auswahl an darzustellenden Zuge von Bauprojekten erfor- Schläuche · Armaturen · Zubehör für:
hoses · fittings · equipment for:
Parametern als Stunden- oder dern.
Tagesmittelwerte zusammen- Pressluft compressed air
gefasst und als Tages-, Wochen- Wasser water
oder Monatsbericht exportiert Beton concrete
Salweidenbecke 21
werden. Neben Wasserbilanzen 44894 Bochum, Germany
und weiteren tabellarischen Tel. +49 (0)2 34/5 88 73-73
Fax +49 (0)2 34/5 88 73-10
Auflistungen können zusätzlich
info@techno-bochum.de
Daten in Form von Diagram- TechnoBochum www.techno-bochum.de
men angezeigt werden.Sie können auch lesen
