Das Großprojekt FAIR in Darmstadt-Wixhausen geizt nicht mit Superlativen: Zwei Millionen Kubikmeter Erde müssen bewegt werden – so viel wie für 5 000 Einfamilienhäuser einer Kleinstadt zusammen. Verbaut werden bis zu 600 000 Kubikmeter Beton, was achtmal dem Fußballstadion von Eintracht Frankfurt entspricht. Und nicht weniger als 65 000 Tonnen Stahl werden eingesetzt – neunmal könnte der Pariser Eiffelturm davon nachgebaut werden. FAIR, eines der weltweit größten Bauvorhaben für die internationale Spitzenforschung, steht für „Facility for Antiproton and Ion Research“, auf Deutsch: Anlage zur Forschung mit Antiprotonen und Ionen. Errichtet wird FAIR am bestehenden GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung auf einer Fläche von 150 000 Quadratmetern, um quasi das Universum im Labor nachzubilden. An FAIR beteiligt sind neben Deutschland zahlreiche Partner wie Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Slowenien und Schweden – Großbritannien ist assoziiert, Tschechien ist „Aspirant Partner“. In die Entwicklung der Experimente sind bis zu 3 000 Forscher aus rund 50 Ländern involviert. Sie wollen mithilfe von FAIR und durch die Beschleunigung von Elementarteilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit neue Erkenntnisse über die Struktur von Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute gewinnen, um Grundlagenforschung zu betreiben und etwa Informationstechnologie, Supraleitungstechnik oder die Krebsforschung und -therapie weiterzuentwickeln.

Gebaut werden 25 Bauwerke im Anlagenbereich Nord und Süd, darunter ein Transfergebäude, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet. Hinzu kommt im Anlagenbereich Nord ein unterirdischer Ringtunnel für den großen Ringbeschleuniger SIS 100 mit 1 100 Metern Umfang in bis zu 24 Metern Tiefe und mit 40 Metern Breite. Die Baugrube wird hierfür in offener Bauweise errichtet. Neben ihm wird ein Versorgungstunnel liegen, in dem etwa Leitungen für Strom und flüssiges Helium, Platz für Netzgeräte und Möglichkeiten zur Kontrolle der Ionenstrahlqualität untergebracht sind. Daran schließen sich im Anlagenbereich Nord weitere einzigartige Gebäudestrukturen für Hochtechnologie-Gerätschaften an, wie ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen sowie Betriebsbauwerke. Sie reichen nicht nur in die Tiefe, sondern bilden bis zu sechs Stockwerke oberirisch. Die bestehenden GSI-Anlagen werden zukünftig Teil der FAIR-Anlage und dienen als erste Beschleunigungsstufe.

Seit dem Spatenstich im Sommer 2017 nimmt das Mammutprojekt immer konkretere Formen an. Aufgabe innerhalb der Arge FAIR Baugrube Nord ist es, für die bis zu 24 Meter tiefe und bis zu 60 Meter breite Baugrube und deren Sicherung inklusive Grundwasserabsenkung zu sorgen. Es herrscht Arbeitsteilung – die Tiefbauarbeiten erfolgen unter technischer Federführung von Zuüblin Spezialtiefbau zusammen mit Max Bögl und Stump Spezialtiefbau. Neben der Konzerntochter Züblin Spezialtiefbau ist auch die Strabag AG, Bereich Rhein-Main-Neckar, direkt beteiligt: Sie verantwortet den Erd- und Leitungsbau. Die bauliche Dimension ist nicht die einzige Herausforderung. „Die gesamte Logistik zu organisieren, ist sehr anspruchsvoll. Fünf große Bohrgeräte mussten mit anderen Gewerken auf engem Raum zusammenarbeiten. Die Abläufe sind komplex und müssen gut koordiniert und eng aufeinander abgestimmt sein, damit alles reibungslos zusammenspielt“, meint Tilman Prast, Projektleiter bei der Strabag AG, Deutschland.

Cat Radlader 966M XE
Zu Spitzenzeiten sind seitens der Arge FAIR Baugrube Nord bis zu 80 Mitarbeiter im Einsatz hier mit Tilman Prast (links), Projektleiter bei der Strabag AG, Peter Lotz (rechts), Polier bei der Strabag AG, und Asbjörn Kunzmann (Mitte), Zeppelin Servicetechniker und Dienstleister.

Im Vorfeld mussten umfangreiche Maßnahmen zur Verbesserung der Baugrundverhältnisse getroffen werden. Aufgrund der Wasserhaltung wurde die Baugrube Nord in acht Teilbaugruben unterteilt. Die Baugrube wandert dabei entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei in Abschnitten von jeweils rund 200 Metern gebaut wird. Da der Baugrund bis in große Tiefen aus Sand, Schluff und Ton besteht und um Setzungen des Beschleunigertunnels zu verhindern, wurde eine großflächige kombinierte Pfahlplattengründung installiert. 1 400 mit Stahl verstärkte Betonpfähle stabilisieren den Untergrund und werden die Fundamente der Bauwerke tragen. Somit sollen Setzungen auf ein für die aufgehende Konstruktion und die in den Bauwerken installierte, sensible Messtechnik verträgliches Maß reduziert und gleichmäßig verteilt werden.

Die überschnittene Bohrpfahlwand entstand nach dem Doppelkopfverfahren. Zur Umsetzung einer überschnittenen Bohrpfahlwand wurde nach dem Pilgerschrittverfahren gearbeitet. Das bedeutete: Für die überschnittene Bohrpfahlwand wurden erst mindestens zwei unbewehrte Primärpfähle in den Untergrund gebohrt, nach dem Aushärten dann bewehrte Sekundärpfähle hergestellt. Diese wurden zwischen zwei Primärpfähle positioniert, damit eine Überschneidung stattfinden konnte und ein wasserundurchlässiger Verbau entstand. Bohrschablonen helfen dabei, Abstände und Positionen einzuhalten. Die Das Universum im Labor Zwei Millionen Kubikmeter Massenbewegung auf der Mega-Baustelle für Teilchenbeschleuniger FAIR Länge der Pfähle liegt zwischen 13 und 17 Metern, die in die darunterliegende Tonschicht als Grundwasserstauer einbinden. Sobald die geforderte Einbautiefe erreicht war, wurde mit der Betonage begonnen, damit sich ein gleichmäßig verlaufender Pfahl bilden konnte. 31 100 Kubikmeter Beton wurden benötigt, der vor Ort von einer eigenen Mischanlage produziert wird.

Um 2 428 laufende Meter Pfahlwand anzulegen, mussten rund 3 440 Pfähle gebohrt werden. Die Arge drückte dabei ganz schön aufs Tempo und schaffte an einem Tag bis zu 18 Pfähle. In Summe mussten 51 200 Bohrmeter angelegt werden.

Die Baugrube wurde mittels rückverankertem, kombiniertem Verbau gesichert. Bohrgeräte drangen im Zuge des Trägerbohlenverbaus in zwölf bis 16,5 Meter in die Tiefe, um dann rund 800 Stahlträger mit Doppel-UProfil und einer Länge von neun bis zwölf Metern im Abstand von drei Metern mit Holzausfachung einbauen zu können. Ausgeführt wurde das Ganze mit Fußauflager als Betonplombe.

Zur Baugrubensicherung dienten Verpressanker in vier Lagen. 5 500 Anker mit drei bis elf Litzen wurden mit einer Neigung von zehn bis 22 Grad eingebracht. Verpresst wurde ein Anker mit bis zu 900 Kilogramm Zement und gespannt wurden sie mit bis zu 2 200 kN. Fünf Prozent der Anker verbleiben dauerhaft in der Baugrube, 40 Prozent haben eine Standzeit bis zu drei Jahren und der Rest wurde nur für eine kurze Zeit verankert.

Nicht nur bei der Baugrubensicherung sind die Kompetenzen von Strabag und ihrer Konzerntochter üblin gefordert, sondern auch im anfallenden Erdbau und in der Massenbewegung. Alleine die Baugrube macht den Aushub von 926 000 Kubikmetern Material erforderlich. Dieser erfolgt von der Geländeoberkante bis in elf Metern Tiefe in Schichten von schluffigen, meist enggestuften Fein- und Mittelsanden. Vereinzelt treten dabei Nester aus Fein- bis Mittelkies auf. Ab 13 Metern Tiefe wechseln sich die Schichten von Sand, Schluff und Ton ab. Diese müssen nicht nur alle ausgebaut, sondern auch getrennt auf Zwischenlager gebracht und zu einer Bodenmiete aufgeschüttet werden. Direkt neben der Baustellenzufahrt am Eingangstor West ragt beispielsweise ein riesiger Berg von einer der sieben Bodenmieten bis zu 17 Meter in die Höhe. Deren gesamte Lagerkapazität: 1,1 Millionen Kubikmeter. „Der Aushub wird mit granuliertem Weißkalk verbessert und so stabilisiert, um eine dauerhafte Stabilität der Bodenmieten zu garantieren, aber auch um diese bei jeder Witterung mit Großgeräten befahren zu können“, erklärt Tilman Prast. 20 000 Tonnen Kalk mit einer Körnung von 0/5 sind dafür vorgesehen. Dieser soll außerdem dazu beitragen, dass Baustraßen mithilfe von Kalk besser befahrbar sind. Sämtliche Aushubmassen werden nach Erstellung des Rohbaus wieder in der Baugrube rückverfüllt, sodass die Lager vollständig verschwinden werden. Rund 500 000 Kubikmeter Verdrängungsmasse dienen der Geländemodellierung.

„Wenn es mal im übertragenen Sinne brennt, greifen wir auf einen Cat Mobilbagger M317F zurück. Er ist das Gerät für alle Fälle und gehört zur schnellen Eingreiftruppe.“

Tilman Prast , Projektleiter bei der Strabag AG

Um das Aufgabenpensum zu bewältigen, insbesondere die Pfahlwand sowie Gründungspfähle herzustellen, leisteten bis zu fünf Drehbohrgeräte – darunter die größten Spezialtiefbaugeräte – ganze Arbeit. Des Weiteren sind sechs Kettenbagger mit bis zu 52 Tonnen Einsatzgewicht gefordert, Löffel für Löffel zu füllen, um etwa die zwei eingesetzten Dumper oder die zehn Traktoren zu beladen. Unter ihnen Cat Kettenbagger wie ein 336, 326FL, 323E oder 324E L mit Grabenräumausrüstung. „Wenn es mal im übertragenen Sinne brennt, greifen wir auf einen Cat Mobilbagger M317F zurück. Er ist das Gerät für alle Fälle und gehört zur schnellen Eingreiftruppe. Ihn nehmen wir für Nacharbeiten, für den Leitungsbau, für die Unterhaltung von Baustraßen oder zerkleinern mit ihm und einem Meißel größere Betonbrocken der abgesägten Bohrpfähle“, führt der Projektleiter weiter aus.

Cat Mobilbagger M315F
Betonbrocken der wieder abgesägten Bohrpfähle muüssen zerkleinert werden.

Gestellt hat das Baustellenequipment der zum Strabag- Konzern gehörende Service- und Dienstleistungsbetrieb BMTI, der die Baumaschinen für die operativen Einheiten auf der Baustelle in Darmstadt-Wixhausen disponiert. Weitere Schützenhilfe kommt von acht Radladern wie den Cat 966MXE und 908, Minibaggern, zwei Walzen, darunter eine Cat CS 64, Fräsen und Kalkstreuern. Würde man von allen eingesetzten Baumaschinen die PS-Stärke addieren, käme die Geräteleistung auf 14 000 PS beziehungsweise umgerechnet auf 10 296 kW. Aber das kommt nicht von ungefähr. „In Spitzenzeiten haben wir an manchen Tagen im Schnitt schon mal 4 000 Kubikmeter Massen bewegt und geladen – diese Leistung haben wir den eingesetzten Großgeräten zu verdanken“, räumt Tilman Prast ein. Damit alles rund läuft, wird auf den Zeppelin Service zurückgegriffen, der sich seitens der Niederlassung Hanau um anfallende Reparaturen sowie Wartungen der Cat Maschinentechnik kümmert oder Verschleißteile erneuert.

Großer Aufwand muss für die innere und äußere Wasserhaltung betrieben werden, um das hoch anstehende Grundwasser mit einer Pumpleistung von 800 kW auf bis zu neun Meter abzusenken und zu entspannen, damit ein hydraulischer Grundbruch tunlichst verhindert wird, bis die Baugrube fertig verfüllt ist. „Leider lässt sich der Baugrund aufgrund des Bodens nur schlecht entwässern“, äußert Tilman Prast über eine der wesentlichen Herausforderungen.

Das abgepumpte Wasser wird in unmittelbarer Umgebung der Baustelle wieder dem Grundwasser zugeführt. Installiert wurden deswegen 168 Entnahmebrunnen mit DN 620 und in einer Tiefe von 35 bis 40 Metern von der Geländeoberkante, 74 Infiltrationsbrunnen mit DN 880 in einer Tiefe von 25 bis 30 Metern von der Geländeoberkante sowie hundert Entspannungsbrunnen mit einem DN von 880 und in einer Tiefe von 35 bis 40 Metern von der Geländeoberkante. 560 Entspannungslanzen mit einem DN von 219 in einer Tiefe von 35 bis 40 Metern von der Geländeoberkante waren herzustellen. In Summe wurden sieben Kilometer Leitungen verlegt. Alle Grundwasser-Messstellen und Brunnen sind mit Sonden versehen. Auch Datenleitungen für die Datenübertragung mussten geschaffen werden – in Summe machte das rund hundert Kilometer Kabel aus.

Die Baustelle liegt in der Wasserschutzzone III, was eine strenge Bauüberwachung nach sich zieht. „Die Sicherheit wird wirklich großgeschrieben. Bei Regen entwickelt sich die Fahrbahn zu einem schmierigen Untergrund, der kaum zu befahren ist. Ist es zu trocken, dann kommt es zu einer großen Staubentwicklung. Daher beträgt die Höchstgeschwindigkeit auf der Baustelle für Baustellenfahrzeuge 20 km/h. Die Einhaltung wird kontrolliert. Es gibt hier wie im öffentlichen Straßenverkehrsnetz sogar auch Radarfallen. Wer sich nicht daran hält, wird verwarnt und im schlimmsten Fall von der Baustelle verwiesen. Es gibt hier eine Null-Toleranz-Politik“, berichtet Tilman Prast. Wöchentlich finden Sicherheitsbegehungen mit allen Projektbeteiligten statt, die prüfen, ob alle Auflagen erfüllt sind. Außerdem erfolgen monatliche Begehungen, an denen die BG Bau und das Regierungspräsidium Darmstadt ebenfalls teilnehmen. Angesichts der Anzahl der Personen, die auf der Baustelle arbeiten, braucht es klare Regeln. Zu Spitzenzeiten sind seitens der Strabag 35 und seitens der Arge FAIR Baugrube Nord bis zu 80 Mitarbeiter im Einsatz – zusammen mit anderen Baufirmen, Handwerkern, Subunternehmern, Lieferanten und Zulieferern werden künftig bis zu tausend Personen auf der Baustelle beschäftigt sein. Auch das zeigt die Dimensionen dieses Mega-Vorhabens, bei dem Beschleunigerexperten, Wissenschaftler und Bauingenieure eng in Teams an der Realisierung arbeiten.

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