Innovative Staubabsaugung im ersten Praxistest

Eine neue Technik reduziert die Staubentwicklung, die beim Einsatz von Großmaschinentechnik zur Bettungsreinigung in Tunneln auftritt. 

Tunnel als „geschlossene Räume“ unterliegen strengen Maßstäben hinsichtlich des Gesundheitsschutzes am Arbeitsplatz. Dies muss beim Einsatz von Großmaschinentechnik (GMT) berücksichtigt werden. Um den Gesundheitsschutz der an der GMT arbeitenden Personen auch in Tunneln sicherzustellen, hat das Bahninfrastrukturunternehmen SPITZKE zusammen mit dem Bewetterungsspezialisten CFT eine Technik entwickelt, die in diesem Jahr erstmalig in verschiedenen Projekten eingesetzt wurde.

Derzeit wird die ICE-Schnellfahrstrecke (SFS) zwischen Mannheim und Stuttgart (SFS 4080) revitalisiert. Hierfür werden vom 10. April bis 31. Oktober 2020 in Totalsperrung rund 99 km Strecke durch die SPITZKE SE maschinell gereinigt und umgebaut – logistisch und technisch eine Herausforderung, da die SFS 4080 auch 15 Tunnel umfasst.

Tunnel werden seit Kurzem vom Eisenbahn-Bundesamt (EBA), der BG BAU sowie dem maßgeblichen Unfallversicherer UVB als „geschlossene Räume“ eingestuft und unterliegen daher entsprechend strengen Maßstäben zum Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz. Dies stellt besondere Anforderungen an den Einsatz von Großmaschinentechnik, der zur fristgerechten Realisierung des Bauvorhabens jedoch unumgänglich ist. Um den Gesundheitsschutz der an der GMT arbeitenden Personen auch in Tunneln zu gewährleisten, hat SPITZKE zusammen mit CFT eine innovative Technik entwickelt.

Ausgangslage

Bislang wurde die Bettung innerhalb von Tunneln konventionell, sprich ohne GMT, gereinigt. Auf der SFS 4080 war die GMT jedoch wesentlicher Bestandteil der Ausschreibung durch die DB Netz AG. SPITZKE setzt zur maschinellen Bettungsreinigung die Bettungsreinigungsmaschine RM 900 S ein. Die 345 t schwere Maschine zieht mittels Räumkette den Altschotter unterhalb der Schwellen aus dem Gleisbett, führt den Altschotter dem Recycling zu und parallel den neuen bzw. recycelten Schotter zurück ins Gleisbett. Dabei können im Bereich der Kette, des Turas-Getriebes, des Siebs sowie der Förderbänder und der Materialförder- und Silowagen (MFS) alveolengängige Stäube (A-Stäube) und einatembare Stäube (E-Stäube) entstehen.

In Tunneln besteht trotz Bewetterung das Risiko, dass die Konzentrationen dieser Stäube die zulässigen Grenzwerte überschreiten und dadurch eine Gesundheitsgefahr darstellen.

Für die Bewertung der Situation sind u. a. die Technischen Regeln für Gefahrenstoffe (TRGS) ausschlaggebend – die TRGS 554 „Abgase von Dieselmotoren“, die TRGS 559 „Mineralischer Staub“ sowie die TRGS 900 „Arbeitsplatzkonzentrationen“. Daraus resultiert die Notwendigkeit, technische Maßnahmen zur Staubreduzierung in Gestalt einer entsprechenden Absaugung zu ergreifen.

Die ersten beiden Pilotversuche

Der Entwicklung der auf der SFS 4080 eingesetzten Staubabsaugung waren zwei Pilotversuche auf Bauvorhaben in Tunneln im August 2017 und im März 2018 vorausgegangen. Ziel war es, unterschiedliche Ansätze zur Staubminimierung auf Effektivität und Praxistauglichkeit zu überprüfen und zudem eine solide Datenlage für weiterführende Entscheidungen zu schaffen.

Der erste Pilotversuch fand zwischen Moosach und Feldmoching bei München statt. Hier sollte über eine Tunnellänge von 247 m das Schotterbett gereinigt werden. Auf einem Gleis der zweigleisigen Strecke wurde das reine Absaugen der Stäube getestet. Hierfür rüstete SPITZKE die RM 900 S mit Einhausungen an der Kettenanlage aus. Zudem wurden Rußpartikelfilter-Anlagen an den Dieselaggregaten der Bettungsreinigungsmaschine sowie der MFS-Wagen montiert. Die technischen Anlagen von CFT, die die Absaugung ermöglichten und die Luft entsprechend filtern sollten, wurden auf dem Gleis der Gegenrichtung parallel zur RM 900 S transportiert. Aus den durchgeführten Messungen wurde ersichtlich, dass die vorgenommenen Maßnahmen nicht genügten, um die Grenzwerte einzuhalten. Ursächlich hierfür war auch die Tatsache, dass bei dem Versuch noch nicht an allen staubemittierenden Bereichen der Maschine abgesaugt werden konnte.

Bei der Bettungsreinigung des zweiten Gleises wurde auf die Staubabsaugung verzichtet und stattdessen der Schotter vor der Maschine bewässert. Hier zeigte sich eine deutliche Reduzierung des sichtbaren Staubs. Die A-Staub-Konzentration war jedoch nahezu unvermindert hoch.

Im Zuge des zweiten Pilotversuchs bei der Bettungsreinigung des 1.288 m langen Kalbachtunnels zwischen Fulda und Mottgers wurden beide Varianten kombiniert, zudem die Einhausungen und die damit verbundenen Absaugvorrichtungen zusätzlich am Turas-Getriebe, dem Siebwagen und den Förderbändern der RM 900 S montiert sowie die MFS-Wagen abgedeckt. Durch die Kombination beider Techniken, Bewässerung und Absaugung an allen staubemittierenden Punkten, konnte eine deutliche Reduzierung der A- und E-Stäube erreicht und im akzeptablen Bereich gehalten werden. Der Zeitaufwand für die vorbereitende Montage der entsprechenden Anlagen war mit sechs bis acht Stunden allerdings beträchtlich.

Aus den Erfahrungen der beiden Pilotversuche resultierte das Konzept „Maßnahmen und Erläuterungen zur Staubminderung bei der Bettungserneuerung in SFS-Tunneln der DB Netz AG“.

Weiterentwicklung

Die Führung der Absaugtechnik und der Filteranlagen parallel zur Bettungsreinigung auf dem zweiten Gleis war für die SFS 4080 jedoch aus vielerlei Gründen nicht umsetzbar. Dem entgegen standen vornehmlich die Notwendigkeit, das jeweils zweite Gleis für die Materiallogistik zu nutzen, sowie die Tatsache, dass der Tunnel Langes Feld, einer der längsten auf der SFS, abschnittsweise in zwei parallelen, jedoch eingleisigen, voneinander getrennten Tunnelröhren verläuft.

Die Herausforderung für SPITZKE und CFT bestand demnach darin, die Anlagen zur Staubabsaugung in die RM 900 S selbst zu integrieren, um so einen eingleisigen Betrieb zu ermöglichen – ohne die Funktionsfähigkeit der GMT einzuschränken oder das Lichtraumprofil zu verletzen.

Hierfür wurden in einem ersten Schritt im hinteren Teil der RM 900 S zwei Res-Flachwagen zwischen Aushubwagen und Stopfeinheit (09-32 CMS) integriert. Diese tragen die CFT-Entstaubungsanlage zur Absaugung und Filterung der staubbelasteten Luft sowie deren zugehörige Steuerungs- und Stromversorgungsanlagen. Zum Einsatz kommen zwei parallel aufgebaute Trockenentstaubungsanlagen des Typs HTKK 1/500-2-11 mit waagerecht eingebauten Filterelementen, bestehend u. a. aus Vorabscheider, Luftkanälen, Kompaktfilterelementen sowie unterbautem Kettenkratzförderer mit Schrägförderschnecke zum Abtransport des Staubguts in Big Bags. Die Filterung erfolgt über Starrkörperfilterelemente, die ihrerseits mit einem kurzen Druckluftimpuls von 250 ms mit rund 4,5 bar Überdruck rückgereinigt werden. Als Filtermaterial wird ein 1,4 mm starkes, gewebtes Vlies aus Polyester verwendet. Die Stromversorgung der Filteranlagen erfolgt über ebenfalls auf den Res-Wagen montierte Dieselaggregate mit 400 kW Leistungsabgabe sowie Partikelfiltern nach TRGS 554. Eine Versorgung über die Bettungsreinigungsmaschine selbst ist aufgrund des vergleichsweise hohen Strombedarfs nicht möglich.

Die Zufuhr der zu reinigenden, staubelasteten Luft wird über vier KG500-Rohre (zwei je Filteranlage) sichergestellt. Ihren Ausgangspunkt nehmen die Rohre an den staubemittierenden Bereichen der RM 900 S. Im Wesentlichen sind das der Kettenbereich, das Turas-Getriebe sowie die Siebanlage mit den dazugehörigen Förderbändern. Die Rohrleitungen verlaufen oberhalb bzw. abschnittsweise an den Seiten der Bettungsreinigungsmaschine innerhalb des Lichtraumprofils. Insgesamt werden so rund 70 m der RM 900 S überbrückt unter Verwendung von ca. 300 m KG500-Rohr. Hierfür wurden zahlreiche Modifikationen an der Maschine durchgeführt. Einerseits um die Rohleitungen mit entsprechender Stabilität montieren zu können, andererseits mussten bestimmte Maschinenbereiche, z. B. die Abgasanlage, angepasst werden, um Platz zu schaffen.

Zusätzlich zur Absauganlage kommt, wie auch in den Pilotprojekten, eine Bewässerung des Gleisbetts sowie einzelner Bereiche der Bettungsreinigungsmaschine zum Einsatz. Bewässert werden die Rückführung des gereinigten Schotters und das Abraumband im Bereich des Siebwagens sowie von Zange Zwei der Einschotterung. Das dafür notwendige Wasserreservoir befindet sich in Form eines Tankwagens am Ende der RM 900 S.

Ergebnisse im Praxiseinsatz

Zur Beurteilung der Staubbelastung hat die BG BAU während des Einsatzes der RM 900 S innerhalb der Tunnel auf der SFS 4080 Messungen an den Maschinenbereichen Schottereinbau, Räumkette, Siebwagen sowie an den MFS-Wagen vorgenommen. Im Pulverdinger Tunnel lagen bei einer Messung am 6. Mai 2020 die Werte der E-Stäube bei aktiver Staubabsaugung an allen vier Messpunkten mit 3,05 mg/m³ bis 9,69 mg/m³ zum Teil deutlich unter dem Grenzwert von 10 mg/m³. Bei A-Stäuben wurde der Grenzwert von 1,25 mg/m³ bei zwei von vier Messpunkten leicht überschritten (Schottereinbau: 0,66 mg/m³; Räumkette: 2,07 mg/m³; Siebwagen 0,8 mg/m³; MFS-Wagen: 2,23 mg/m³). Bei einer zweiten Messung im Wilfenbergtunnel am 22. Mai 2020 konnten diese Werte weiter reduziert werden. Hier wurde mit 1,33 mg/m³ der Grenzwert für A-Stäube nur minimal an einem Messpunkt (MFS-Wagen) überschritten. Darüber hinaus bleibt anzumerken, dass die Dieselaggregate der im Tunnel arbeitenden Maschinen zusätzlich zur Feinstaubbelastung beitrugen, sodass die tatsächliche Staubemission durch die Bettungsreinigung etwas niedriger liegen dürfte.