Bau der Direktverbindung Limmatzone in Zürich: Wasserwelt unter Tage
Im Untergrund von Zürich befinden sich 1500 Kilometer an Leitungen für die Trinkwasserversorgung. Nun werden die Bereiche Limmatzone und Glatttal mit dem Bau der Direktverbindung Limmatzone (LiZ) miteinander verbunden. Beim Grossprojekt, das hauptsächlich im Untergrund stattfindet, gibt es einige Knackpunkte.
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Klappenschacht in der Kronenstrasse. Das kurze Stück oben ist die neue Leitung der Direktverbindung, das an die bestehende Wasserleitung angeschlossen wird.
Es ist gespenstisch dunkel und still im riesigen Gewölberaum mit den blitzblank sauberen Betonwänden. Das muss auch so sein, denn hier wird Trinkwasser gelagert. Es ist eine von zwei Kammern des Reservoirs Strickhof oberhalb der Universität Irchel, das 1957 gebaut wurde. Es liegt in Hanglage am Zürichberg und hat eine mittlere Grösse mit einem Nutzinhalt von zirka 15’000 Kubikmetern.
Die erste Kammer wurde nun geleert, um das Reservoir ans neue Pumpwerk anzuschliessen, das sich derzeit im Bau befindet. Es ist Teil des Bauvorhabens, das die beiden Druckzonen Limmatzone, Glatt- sowie die Hangzone Sonnenberg direkt miteinander verbindet. Im April 2021 fand der Spatenstich statt.
Unterirdische Rohrleitungen à 1350 Meter
Das Projekt umfasst zwei unterirdische Rohrleitungen von je 1350 Metern, ein Pumpwerk beim Schindlerpark mit einer Förderleistung von 50’000 Kubikmetern pro Tag und ein kleineres beim bestehenden Reservoir Strickhof mit 25‘000 Kubikmetern pro Tag. Bei einer Baustellenbesichtigung Ende März 2022 war der Bau des unterirdischen Leitungsnetzes abgeschlossen und die Arbeiten für die Hochbauten der beiden Pumpwerke hatten gerade begonnen.
«Die beiden Gebäude sollen sich nicht als Hochbauten hervorheben, das Herzstück des Projektes ist ganz klar der Leitungsbau», erläutert Stefan Seydl. Der Bauingenieur der Eichenberger AG, Bauingenieure und Planer, ist Bauleiter des Gesamtprojekts. Der Auftrag für das Projekt wurde von der Wasserversorgung Zürich, WVZ, an eine Ingenieurgemeinschaft der beiden Büros Ingenieurbüro Gujer AG und Eichenberger AG vergeben.
Diese Ingenieurgemeinschaft erhielt für architektonische Fragen vom Büro Burri Studiger Architekten Unterstützung. «Es kommt ja selten vor, dass wir als Ingenieure auch die Gebäudeform massgebend mitbestimmen. Umso mehr habe ich mich gefreut, genau das bei diesem Projekt tun zu dürfen», sagt Seydl und fügt an, die Architektur sei eine funktionale Hülle für das Pumpwerk, ein klassisches Beispiel von «Form Follows Function».
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Beim bestehenden Reservoir Strickhof entsteht derzeit ein neues Pumpwerk. Im Untergrund die neuen Wasserleitungen, die für die Direktverbindung der beiden Versorgungszonen Limmattal und Glattzone verbaut wurden.
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Visualisierung des neuen Pumpwerks beim Reservoir Strickhof, das derzeit im Bau ist. Der Entwurf ist ein Gemeinschaftswerk vom Ingenieurbüro Eichenberger AG und vom Büro Burri Studiger Architekten.
Steinbrocken blockierte Pressvortrieb
Herausforderungen beim Leitungsbau unter Tage gab es einige. «Das dicht bebaute Umfeld, die riesigen Mengen an Wasser, und dann kommt noch hinzu, dass es im Boden förmlich wimmelt vor Leitungen», führt Seydl aus. So mussten die Ingenieure und Rohrleitungsbauer regelrecht Platz suchen für die Wasserleitungen neben den bestehenden Gas-, Mittelspannungs- und anderen Leitungen, die dann teilweise unterquert wurden. Beim Verfahren setzte man auf Pressvortrieb, bei dem fortlaufend Stahlrohre zusammengeschweisst werden und horizontal bei gleichzeitigem Aushub mittels Endlosschnecke nachgepresst wird.
Vorausgesetzt, es gibt keine Hindernisse. Ein geologisches Gutachten wurde im Vorfeld zwar erstellt, aber eine Garantie für problemloses Graben ist dies noch lange nicht. «Im Boden gibt es immer Überraschungen, denn er ist nie homogen», weiss der Ingenieur Seydl und erzählt von einem Steinbrocken, der den Pressvortrieb im Boden des Areals Universität Irchel blockiert hatte. Schliesslich gab es nur eine Lösung: Eine Grube dort auszuheben, wo sich der Stein im Bohrkopf verklemmt hat und ihn nach oben herauszuheben, um die Pressung fortsetzen zu können.
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Geleerte Kammer beim Reservoir Strickhof mit den neuen Zuleitungen.
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Bei der Wasserleitungsverlegung zwischen den Pumpwerken Schindlerpark und Strickhof kam das Pressvortriebsverfahren zum Einsatz.
Tunnel mit bis zu acht Etagen
Weitere Überraschungen gab es bei der Unterquerung des Milchbucktunnels, der vielleicht heikelsten Bauphase. «Wir alle kennen den Tunnel, fahren oft hindurch, doch niemand ist sich bewusst, dass der Tunnel bis zu acht Stockwerke hat», gibt Seydl zu bedenken. Denn Lüftung, Sicherheitsstollen und diverse Leitungen beanspruchen ebenfalls Raum.
In beengten Platzverhältnissen wurde in einer bestehenden Kulisse unterhalb der Fahrbahn zwei Trinkwasserleitungen DN 600 und QWL 300 verlegt. Auch dort gab es ein Hindernis, das schliesslich den Pressvortrieb verhinderte. «Es kam eine rund zwei Meter dicke Betonauffüllung, die beim Tunnelbau zwischen 1978 und 1985 verbaut wurde, zum Vorschein», bestätigt Seydl. Aus diesem Grund musste an dieser Stelle gebohrt, statt gepresst werden – ein Verfahren, das um einiges teurer ist als der Pressvortrieb.
”«Wir alle kennen den Milchbucktunnel, fahren oft hindurch, doch niemand ist sich bewusst, dass dieser bis zu acht Stockwerke hat.»
Stefan Seydl, Gesamtprojektleiter und Bauingenieur
Stefan Seydl, Gesamtprojektleiter und Bauingenieur
Die Baugrube für das neue Pumpwerk im Schindlerpark liegt direkt neben dem Milchbucktunnel. Beim Aushub hinter der Tunnelwand kamen Eisenträger und Geröllschutt zum Vorschein, was ebenfalls überraschend gewesen sei, erläutert der Ingenieur. Immerhin hätten sich archäologische Funde, die an dieser Stelle entdeckt worden waren, als nicht relevant herausgestellt, wodurch es keine Verzögerung der Bauarbeiten gab.
Die Stadtarchäologie war nur eine der vielen beim Projekt beteiligten Ämter und Firmen. Deshalb sei auch die Kommunikation eine grosse Herausforderung gewesen, sagt Seydl. Das Astra als Besitzer des Milchbucktunnels, Grün Stadt Zürich, die Dienstabteilung Verkehr, die Universität Zürich und natürlich alle beteiligten Baufirmen waren involviert. Und nicht zu vergessen das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft, AWEL. Denn immerhin handelt es sich um ein Bauvorhaben rund ums Wasser, dem vielleicht elementarsten und unverzichtbarsten Gut überhaupt.
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Für den Leitungsbau mussten Bauarbeiter und Spezialisten verschiedener Unternehmen ihre Arbeit in sehr beengten Platzverhältnissen unter Tage ausführen.
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Pressvortrieb zwischen Schindlerpark und Strickhof. Immer wieder gab es Hindernisse, wie beispielsweise ein grösserer Findling im Universitätsareal Irchel, der schliesslich durch eine Grube oberhalb des Steins hochgehoben werden musste.
1500 Kilometer Wasserleitungen
In der Schweiz wird pro Tag und Person täglich rund 142 Liter Wasser verbraucht, eine Menge, die seit den 90er-Jahren aufgrund modernerer Geräte wie Wasch- oder Abwaschmaschinen, die weniger Wasser verbrauchen, geschrumpft ist. Im Raum Zürich stehen See-, Grund- und Quellwasser zur Verfügung, wobei 70 Prozent des Trinkwassers aus dem Zürichsee stammt. Es wird mehrstufig aufbereitet, damit die Qualität des Wassers garantiert ist – eine wichtige Aufgabe der öffentlichen Hand.
Damit das Wasser in die Haushalte gelangt, gibt es allein im Zürcher Untergrund 1500 Kilometer Wasserleitungen, was einer Strecke von Zürich nach Madrid entspricht, davon sind 1100 Kilometer Haupt- und Verteilleitungen. Eine gewaltige Infrastruktur, bei der Betriebssicherheit und Wasserqualität jederzeit einwandfrei sein müssen. Genau dies ist das Ziel der neuen Verbindung, dessen Bau noch bis Ende Dezember 2022 dauert und die Anfang 2023 in Betrieb genommen werden soll.
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Übersichtsplan der neuen Direktverbindung Limmatzone (LiZ), ein Projekt, für das die Stimmberechtigten der Stadt Zürich im Herbst 2020 einem Objektkredit von 25,245 Millionen zustimmten.
Hintergrund
Das Leitungsnetz der Wasserversorgung Zürich (WVZ) ist wegen der Höhenunterschiede in der Stadt in mehrere Druckzonen eingeteilt. Der am tiefsten gelegene und grösste Bereich ist die Limmatzone, die zweitgrösste die Glattzone. Im bestehenden Rohrnetz sind diese beiden Zonen allerdings nicht direkt miteinander verbunden. Trinkwasser, das aus der Limmat- in die Glattzone gelangt, muss zunächst in die höher gelegene Hangzone gepumpt werden, bevor es hinunter in die Glattregion weitergeleitet wird.
Ziel des Bauprojekts ist es, die Glattzone direkt mit dem städtischen Netz zu verbinden und so die Betriebssicherheit und die Versorgung mit Wasser auch bei Unterhaltsarbeiten an Wasserwerken und Hauptleitungen sicherzustellen. Im Herbst 2020 hiessen die Stimmberechtigten der Stadt Zürich einen Objektkredit von 25,245 Millionen Franken für den Bau dieser Wasserverbindung zwischen Limmat- und Glattzone gut.
Nachgefragt… bei Adrian Rieder
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Der Projektverantwortliche Adrian Rieder ist Leiter des Geschäftsbereichs Verteilung bei der Wasserversorgung Zürich.
Wann haben die ersten Planungsarbeiten begonnen?
Die ersten Planungsschritte zu einer besseren Anbindung der nördlichen Druckzone der Stadt Zürich und der angrenzenden Vertragspartner wurden durch die Wasserversorgung Zürich (WVZ) bereits mit der Überarbeitung des Generellen Wasserversorgungsplans (GWP) vor rund 10 Jahren erarbeitet. Das GWP ist das kommunale, behördenverbindliche Planungsinstrument, mit dessen Hilfe die Wasserversorgung sichergestellt wird und ein bedarfsgerechter Ausbau der dazu notwendigen Infrastrukturen ermöglicht wird.
Mit Hilfe einer Machbarkeitsstudie überprüften wir die Hydraulik, Standortmöglichkeiten und verschiedene Varianten der Linienführung für die Leitungsführung. Danach folgten Abklärungen zur Bewilligungsfähigkeit und zur Standortgebundenheit der beiden geplanten Pumpwerke. Diese Vorabklärungen erfolgten in enger Zusammenarbeit mit dem Kanton Zürich und den zugehörigen städtischen Stellen. Anschliessend startete die WVZ die eigentlichen Projektierungsarbeiten.
Wie alt sind die Wasserleitungen im Raum Zürich und in welchen Zustand sind diese?
Die Wasserversorgung erneuert jedes Jahr etwa 25 Kilometer Leitungen und erreicht somit ein Durchschnittsalter der Wasserleitungen von rund 35 Jahren. Das Rohrnetzalter ist aber nur ein Parameter für die Zustandsbewertung, es gibt durchaus Leitungsabschnitte, welche älter sind und bis heute einen guten Zustand aufweisen.
Welche Lebensdauer wird bei der Verlegung der neuen Wasserleitungen angestrebt?
Das unterirdische Leitungsnetz bindet den grössten Teil des Anlagevermögens der Wasserversorgung Zürich. Ein Kilometer Leitungsbau kostet in der engen Stadt Zürich über eine halbe Million Franken. Um unnötige Baustellen für Werkleitungserneuerungen zu vermeiden, wird zudem koordiniert mit allen anderen Dienstabteilungen gebaut und somit Synergien genutzt. Bei korrekter Verlegung der Rohrleitungen, welche integral gegen Korrosion geschützt sind, wird heute eine Nutzungsdauer von über 100 Jahren prognostiziert.
Wie verliefen die Bauarbeiten bisher?
Die Rohrleitungsarbeiten verliefen bis anhin sehr gut. Auch der Stahlleitungsbau in der Leitungskulisse unter dem Milchbucktunnel verlief nach Plan. Bemerkbar machte sich die Corona-Pandemie, aufgrund des zeitweise reduzierten Personalbestands haben wir Verzögerungen im Bauprogramm. Grössere Findlinge im Areal Schindlergut und kompakter Fels und Beton bei der Leitungsunterquerung im Milchbucktunnel führten zu Mehraufwand und Verzögerungen.
Welche Herausforderungen gab es beim Leitungsbau im Milchbucktunnel?
Die Wasserleitungen wurden in die bestehende Kulisse eingebracht. Ausserdem wird die alte Quellwasserleitung sukzessive zurückgebaut. Die Herausforderung für die Stahlleitungsbaufirma waren – neben den Vorgaben zur Arbeitssicherheit – die Zugänglichkeit und das Einbringen der 6 Meter langen Rohre in den Leitungsgang mit den jeweiligen Schweissarbeiten unter den beengten Platzverhältnissen.
Die Materialqualität ist besonders wichtig beim Bau von Wasserleitungen und Schächten. Welche verschiedenen Werkstoffe werden verwendet?
Graugussleitungen gibt es schon seit 150 Jahren in diversen Qualitäten und Beschichtungen zum Schutz gegen Korrosion. Seit Beginn der 70er Jahre gibt es nur noch duktile Gussrohre verschiedener Generationen, welche gegen Innen– und Aussenkorrosion geschützt sind. Ebenso wurden Armaturen und Formstücke kontinuierlich weiterentwickelt und weisen eine hervorragende Qualität auf. Kunststoffleitungen aus Polyethylen (PE) werden in der Wasserversorgung Zürich vor allem bei den Anschlussleitungen und für Spezialanwendungen eingesetzt. Auch die Kunststoffrohre wurden in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich qualitativ weiterentwickelt und sind von hoher Ausführungsqualität. In Bauwerken oder in Schächten, beispielsweise in den Reservoiren oder bei Pumpwerken, werden Schwarzstahlleitungen oder Edelstahlrohre verlegt.
Wie funktioniert das redundante Sicherheitssystem?
Die Druckzonen sind strikt voneinander getrennt. Eine direkte Einspeisung von einer Zone in die angrenzende Druckzone ist nur bei Sondersituationen oder Notfällen über sogenannte Zonentrennschieber möglich. Dabei könnten aber ungünstige Druckschwankungen zu Problemen in der Druckzone oder bei den Kunden führen. Die Stadt Zürich ist in sechs Druckzonen aufgeteilt, von der Limmatzone bis zur Gipfelzone. Die Reservoire liegen dabei auf jeweils 100 Höhenmeter abgestuften Abschnitten. Damit kann auf dem ganzen Stadtgebiet ein gleichbleibender Druck von 3-10 bar gemessen werden.
Welches sind für Sie persönlich die spannendsten Aspekte des Projekts?
Die Begleitung des ganzen Planungs- und Projektierungsprozesses, von den ersten Studien bis zum Start der Bauausführung ist eine spannende aber auch fordernde Aufgabe, welche nur im Team und in der Zusammenarbeit mit allen Beteiligten erfolgreich gestaltet werden kann. Erste Meilensteine waren die Erteilung der Baubewilligungen für die Pumpwerke und die hohe Zustimmung der Stimmberechtigten von über 90 Prozent zum vorliegenden Projekt der Wasserversorgung Zürich. (Interview: ka)
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Das Pumpwerk Schindlerpark liegt unmittelbar neben dem Milchbucktunnel. Beim Aushub kamen Eisenträger und Geröllschutt hinter der Tunnelrückwand (links im Bild) zum Vorschein.
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Der Bereich hinter der Rückwand des Milchbucktunnels wurde für den Aushub für den Bau des Pumpwerks Schindlerpark freigelegt. Die roten Kreise markieren die Standorte für den Austritt der Wasserleitungen.
Handlungsbedarf in Gemeinden
Früher gab es Dorfbrunnen, wo sich die Bewohner ihren Tagesbedarf an Wasser holten. Heute sorgt ein komplexes Zusammenspiel von unterirdischen Leitungen, Pumpstationen und Reservoire dafür, dass jederzeit Trinkwasser in alle Haushalte geliefert wird – in allerbester Qualität. Die Schweiz ist reich gesegnet mit Wasser, denn es gibt genügend Seen, Grundwasser und Quellen. Doch der Klimawandel wirkt sich auch auf die Wassermengen aus, und so kommt es selbst im Wasserschloss Schweiz in gewissen Regionen vermehrt zu Mangelsituationen.
Auch der Bund hat realisiert, dass besonders in kleineren Gemeinden Handlungsbedarf besteht, wenn es um die Notversorgung mit Trinkwasser geht. Deshalb unterstützt das Bundesamt für wirtschaftliche Landesversorgung BWL mit einer Broschüre die Kantone, Gemeinden und Wasserversorger bei der Umsetzung der neuen Verordnung über die Sicherstellung der Trinkwasserversorgung in schweren Mangellagen (VTM). Die überarbeitete Verordnung ist seit Oktober 2020 in Kraft und sieht unter anderem vor, dass die Bevölkerung in einer schweren Mangellage ab dem vierten Tag mindestens vier Liter Trinkwasser pro Tag und Person erhalten muss.
Nicht nur für Notlagen, auch für den Normalbetrieb liefert der Bund Richtlinien. So setzt das Bundesamt für Umwelt regelmässig Grundlagen für die Wasserversorgung fest. Letztmals war dies 2014 der Fall. Dieses Grundlagenpapier geht an die Kantone, denen die Trinkwasserversorgung unterstellt ist. Den Versorgungsauftrag delegieren die Kantone dann an die Gemeinden. So gibt es schweizweit rund 3000 eigenständige Wasserversorgungen.
Bei der Ausgestaltung haben Gemeinden grosse Entscheidungsfreiheiten, da diesbezüglich gesetzliche Regelungen fehlen. In kleineren Gemeinden entscheidet oftmals allein ein Brunnenmeister darüber, ob Leitungen, Wasserkammern oder Pumpwerke noch einwandfrei sind oder allenfalls erneuert werden müssten. Und dies bei Leitungsnetzen, deren Rohre zum Teil bis zu 100 Jahre alt sind.
Unterstützt werden die Wasserversorger durch den Branchenverband des Schweizerischen Gas- und Wasserfaches (SVGW) mit einschlägigen Richtlinien und Regelwerken zur Sicherstellung der Wasserversorgung. Besonders in kleinen Ortschaften steht in den nächsten Jahren diesbezüglich viel Arbeit an. (ka)
