Vorlage - VO/22/19382/68
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Sachverhalt:
In der Sitzung des Ausschusses für den Neubau einer Stadtbahn am 03.05.2022 wurde zuletzt zu den laufenden Planungen an der Eisernen Brücke berichtet (VO/22/18943/68). Ziel der Planungen ist es, das bestehende, gestalterisch gut integrierte Bestandsbrückenbauwerk auch für die künftige Überfahrt durch die Stadtbahn nutzen zu können. Gemäß der Grundlagenstudie zum Kernnetz (komobile, 2018) wird hierbei für den Stadtbahnbetrieb eine Überfahrt von zwei Linien jeweils im 5‘-Takt angenommen.
Eiserne Brücke: Die 1991 erbaute Eiserne Brücke ist eine filigrane Stahlkonstruktion in einer offenen Rahmenbauweise. Aufgrund ihres unmittelbaren Bezugs zur historischen Altstadt, insbesondere des Uferensembles mit der Steinernen Brücke wurde diese besondere Art der Konstruktion gewählt. Bei der damaligen Dimensionierung des Bauwerks wurde der Kraftfahrzeugverkehr einschließlich der Belastungen durch Linienbusse berücksichtigt, (letzteres allerdings in deutlich geringerem Umfang als heute; derzeit verkehren fünf Stadtbuslinien und drei Regionalbuslinien über die Brücke).
Um die Eiserne Brücke auf ihre „Stadtbahntauglichkeit“ zu untersuchen, wurden im Jahr 2021 folgende Planungsleistungen beauftragt:
I. Tragfähigkeit der Brücke und deren Ertüchtigungsmaßnahmen Aufgabe des Büros Mayr | Ludescher | Partner ist es für die Eiserne Brücke die Tragfähigkeit des Bauwerks für die Stadtbahn zu untersuchen und soweit erforderlich bestandsorientierte Ertüchtigungsmaßnahmen zu erarbeiten. Hierfür beschäftigt sich das beauftragte Büro mit der Objekt- und Tragwerkplanung. Die durchgeführten statischen Berechnungen wurden hierbei vom Büro Dr. Schütz Ingenieure PartG mbB geprüft. Prof. Dr.-Ing. habil. Karl G. Schütz ist vom Bayerischen Staatsministerium des Inneren anerkannter Prüfingenieur für Baustatik der Fachrichtungen Metallbau und Holzbau und vom Eisenbahn-Bundesamt anerkannter Prüfer für bautechnische Nachweise im Eisenbahnbau (Stahl- und Verbundbau). Das Büro ist zugleich von der Technischen Aufsichtsbehörde bei der Regierung von Mittelfranken als Prüfingenieur sowohl für die Entwurfsplanung als auch die Ausführungsplanung zur Verstärkung der Eisernen Brücke für Stadtbahnverkehr anerkannt.
Für eine Umnutzung der Eisernen Brücke mit Verkehr aus Stadtbahnfahrzeugen muss das Tragwerk durch Nachweise - zur Standsicherheit im Grenzzustand der Tragfähigkeit mit den Lasten aus dem neuen Straßenaufbau und den vorgesehenen Stadtbahnfahrzeugen - und zur Betriebsfestigkeit im Grenzzustand der Ermüdungssicherheit untersucht werden.
Für die durchgeführten statischen Berechnungen wurde hierbei als Lastfall zugrunde gelegt, dass lediglich die Stadtbahn und Pkw-Verkehr über die Brücke fahren. Der Schwerlastverkehr - und damit absehbar auch der Linienbusverkehr – soll zukünftig ausgeschlossen werden. Um keine zusätzlichen Eigengewichtslasten in das Bestandsbauwerk einzutragen, ist für die Gleisaufbauten eine Sonderausführung mit einer besonders geringen Aufbauhöhe erforderlich. Die Schienen werden hierbei im Bereich der Längsträger der Brücke platziert. Ein Schnitt der Gleisausführung ist in Abbildung 1 und 2 ersichtlich
Die Ergebnisse der Nachrechnungen der Brücke zeigen, dass die Standsicherheit im Grenzzustand der Tragfähigkeit für das Haupttragwerk ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen nachgewiesen werden kann. Bei den Nachweisen zur Ermüdungssicherheit wird auf die seit November 2021 laufenden Spannungsmessungen am Bestandstragwerk zurückgegriffen, die vom Büro Dr. Schütz Ingenieure PartG mbB durchgeführten wurden (diese Messungen laufen insgesamt ein Jahr und enden im November 2022).
Obwohl durch die Stadtbahn mit einem 2,5 Minuten-Takt je Richtung (2 Linien) eine hohe Frequenz an Überfahrten über die Eiserne Brücke erfolgen wird, kann bei Zugrundelegung der Ertüchtigungsmaßnahmen und der gleichzeitigen Reduzierung des Kfz-Schwerlastverkehrs (Tonnagebegrenzung) eine ausreichende Verlängerung der verbleibenden rechnerischen Nutzungsdauer der Eisernen Brücke auf die festgelegten 100 Jahre (bis zum Jahr 2090) erreicht werden.
Die Ermüdungssicherheit kann größtenteils für das Haupttragwerk nachgewiesen werden. Lediglich bei den Pfosten des Längstragwerks zwischen Fahrbahnträger und Bogen sind Ertüchtigungen in den Anschlüssen erforderlich. Der überwiegende Teil der Pfosten kann durch Nachbehandlung der Schweißanschlüsse mittels sog. höherfrequenten Hämmerverfahren so ertüchtigt werden. Die Anschlüsse der kürzesten Pfosten müssen allerdings verstärkt werden, die Trapezholsteifen und / oder das Deckblech unter den zukünftigen Schienen müssen verstärkt werden (siehe Abbildungen 3 und 4).
Verstärkungsmaßnahmen am Haupttragwerk sind hingegen nicht erforderlich. Die genaue Art der Verstärkung und deren Umfang muss in einem nächsten Schritt noch ausgeplant werden.
Die Untersuchungen an der Eisernen Brücke durch die beauftragten Büros haben ergeben, dass die Führung der Stadtbahn über das Bauwerk möglich und machbar ist. Für die Ertüchtigung des Bauwerks ist jedoch im weiteren ein abschließendes Verstärkungskonzept mit Detaillösungen notwendig. Um hierbei den Umfang dieser Verstärkungsmaßnahmen u. a. an den Federlamellen (Pfosten zwischen Boden und Hauptlängsträgern) optimieren zu können, sind Schweißnahtnachbehandlungen notwendig. Zudem sind zur Quantifizierung der Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit durch die Schweißnahtnachbehandlung Bauteilversuche erforderlich. In Verbindung mit der Beschränkung von Schwerverkehren könnte dabei eine Restnutzungsdauer von bis zu 60 Jahren - gerechnet ab dem Jahre 2030 (Aufnahme Stadtbahnbetrieb) - erreicht werden. Die Optimierung von Belastbarkeits- und Nutzungserwägungen sowie möglichst langer Restnutzungsdauer bleibt dem weiteren Verfahren vorbehalten.
II. Aufteilung der Verkehrsflächen Im Zuge der Planungen wurde aufgrund der Besonderheiten der Brückenkonstruktion auch die künftige Aufteilung der Verkehrsflächen auf der Brücke mit untersucht und mit den Fachstellen abgestimmt. Anlass hierfür ist insbesondere die Lösung für den Radverkehr, der im Falle der Stadtbahn außerhalb der Gleiszone anzuordnen ist. Da eine Verbreiterung der Fläche auf Fahrbahnniveau aus konstruktiven Gründen ausscheidet, haben sich bei der Untersuchung möglicher Varianten der Verkehrsraumaufteilung folgende Varianten als weiterverfolgungswürdig herausgestellt (vgl. Anlage 1):
In den genannten Varianten werden folgende Breiten angestrebt: Gehweg 2,50 m und Radweg mindestens 1,60 m. Der notwendige Schutzstreifen für den Radfahrer zum Individualverkehr und zur Stadtbahn wird hierbei auf der Fahrbahn angeordnet. Es ergeben sich des Weiteren folgende Anforderungen: - Anpassung/Versatz der Bestandsentwässerung - Erhöhung der seitlichen Geländer auf 1,30 m
Bei der Querschnittsvariante baulich getrennter Radweg mit geringer Kappenverbreitung und Positionierung der Lichtmasten zwischen Geh- und Radweg wird zwischen zwei Möglichkeiten unterschieden. In der ersten Variante wird von einem Gleisachsabstand von 3,35 m ausgegangen. Hierbei können die geforderten Geh- und Radwegbreiten mit entsprechenden Sicherheitsstreifen (50 cm) zur Stadtbahn gewährleistet werden. Die zweite Untervariante sieht einen Gleisachsabstand von 3,82 m vor. Aus statischer Sicht sind beide Varianten als gleichwertig anzusehen. Jedoch kann bei Variante Gleisachsabstand 3,82 m der benötigte Sicherheitsraum von 50 cm zwischen Radweg und Stadtbahn nicht gewährleistet werden. Daher wird die Querschnittsvariante mit einem Gleisachsabstand von 3,35 m favorisiert.
Bei der Eisernen Brücke ist aufgrund ihrer Entstehungs- und Planungshistorie von einem Urheberrecht der damaligen Entwurfsverfasser auszugehen. Die geplante Umnutzung der Eisernen Brücke mit Stadtbahnverkehr sowie die mögliche neue Anordnung der Lichtmaste wurde bereits mit dem damaligen Planungspartner Hr. Prof. Fritz Auer, Auer+Weber besprochen. Grundsätzlich bestehen keine Einwände gegen die geplanten Anpassungen für die Nutzungsänderung. Aus gestalterischen Gründen ist die alternative Anordnung der Lichtmasten auf der Brückenaußenseite zu vermeiden, da dies das Erscheinungsbild der Brücke sehr stark nachteilig verändern würde. Die Lichtmasten müssten entsprechend dem größeren Abstand zur Fahrbahn höher ausgeführt werden, um den Straßenraum und die Geh- und Radwegbereiche ausleuchten zu können. Auch aus statischer Sicht ist ein Versetzen der Lichtmaste auf die Brückenaußenseite kritisch zu werten, da hier größere statische Kräfte auf das Bauwerk wirken.
Ein Versetzen und anordnen der Lichtmasten zwischen den Geh- und Radweg ist hingegen vertretbar. Durch die Verbreiterung der Kappen ist dies unter Einhaltung der erforderlichen Sicherheitsräume möglich. Oberleitungsmasten sind auf der Brücke nicht vorgesehen, da für diesen Abschnitt die Stromversorgung über fahrzeugseitige Batterien angedacht ist.
Die Ausführung der Entwässerung der Brückenoberfläche für die neuen Belagsaufbauten ist in der weiteren Planung noch vertiefend zu untersuchen. Zudem muss noch eine Anpassung der Übergangskonstruktionen an den Widerlagern erfolgen. Die Anordnung des Radverkehrs auf den Kappen erfordert eine konstruktive Erhöhung des Geländers von 1,10 m auf 1,30 m. Dies kann durch Verlängerung der Pfosten und Einbau eines zusätzlichen horizontalen Rundstabes oder eines Seils in 1,30 m Höhe erfolgen und ist ebenfalls aus Sicht des damaligen Entwurfsverfassers Auer+Weber gestalterisch machbar.
Abschluss der jetzigen Planungsphase ist die Fertigstellung der Entwurfsplanung mit Bestätigung der Machbarkeit der Umnutzung der Brücke für den geplanten Stadtbahnverkehr. Die nächsten Planungsschritte sind die Genehmigungs- und Ausführungsplanung mit Detailierung der genauen Art der Verstärkungen, der Prüfung und Freigabe dieser Unterlagen durch den Prüfingenieur, sowie die Ausschreibung der Leistungen für den Umbau- und die Ertüchtigung des Brückentragwerks.
Die künftigen Umbaukosten an der Eisernen Brücke können erst im Rahmen des abschließenden Verstärkungskonzepts im anstehenden Planungsschritt ermittelt werden. Es wird daher vorgeschlagen, diese Schritte, die bereits im Vertragsumfang enthalten sind, auszuarbeiten um verlässliche Kostenaussagen zu erhalten.
III. Bauwerk Regenüberlaufbecken (RÜB 19) und Hochwasserschutz: In der Sitzung des Ausschusses für den Neubau einer Stadtbahn am 27.07.2021 wurde zuletzt zur laufenden Untersuchung am Regenüberlaufbecken (RÜB 19) berichtet (VO/21/17614/68).
Anlass und Aufgabenstellung: Im nördlichen Bereich der Eisernen Brücke (Anschlussstelle Wöhrdstraße) befindet sich das Regenüberlaufbecken RÜB 19 dessen Entlastungskanal im freien Gefälle in die Donau mündet. Die beiden Zugangsbereiche der Rückstausicherungen (selbsttätige Rückschlagklappe und Hochwasserschieber) liegen direkt über dem Entlastungskanal im Fahrbahnbereich und damit im geplanten Trassenverlauf der Stadtbahn. Im Zuge einer Machbarkeitsstudie wurde durch die EBB Ingenieurgesellschaft mbH untersucht, welche Möglichkeiten bestehen, das RÜB 19 umzugestalten, um durch Verlegung der o.g. Zugangsbereiche die Voraussetzungen für die Realisierung der Stadtbahntrassierung zu schaffen. Die Untersuchung erfolgte in Abstimmung mit der parallel laufenden Planung des Wasserwirtschaftsamtes (WWA) zum Hochwasserschutz am Unteren Wöhrd. Die dadurch entstandenen zusätzlichen Zwangspunkte wurden ebenfalls bei der Erarbeitung der Lösungsmöglichkeiten untersucht (siehe hierzu Anlage 2).
Variante 1 - Verschieben der Rückstausicherungen entlang des bestehenden Entlastungskanals Der bestehende Entlastungskanal vom RÜB 19 zur Donau bleibt in seiner Form und Funktion erhalten. Lediglich das bestehende Schieber- und Rückschlagklappenbauwerk wird im erforderlichen Umfang rückgebaut und entlang des Entlastungskanals neu gesetzt (außerhalb Straßenraum). Hierbei kommt es während der Bauphase zu einem Konfliktpunkt zwischen der benötigten Spundwand und dem nördlichen Brückenjoch. Diese sog. Verpresspfähle (GEWI-Pfähle) müssten während des Baus gekürzt werden, was aus statischer Sicht kritisch zu bewerten ist.
Variante 2 – Ersatzneubau: Umbaumaßnahmen im RÜB 19 und Entlastungskanal westlich der Brücke In dieser Variante wird der bestehende Entlastungskanal des RÜB 19 stillgelegt und ein neuer Entlastungskanal an der Nordseite des Bauwerks angesetzt, welcher westlich am Regenüberlaufbecken in Richtung Donau geführt wird. Dabei sind auch entsprechende Umbaumaßnahmen innerhalb des RÜB 19 notwendig, wie z. B. die Anpassung des Sohlgefälles der Entlastungsrinne, um die Abwassermengen zum neuen Übergabepunkt leiten zu können. Die erforderliche neue Einleitstelle in die Donau wird, wie im Bestand, unter dem Wasserspiegel der Donau errichtet und ist bei mittleren Abflüssen der Donau nicht zu sehen.
Im Zuge der Planungen zum Hochwasserschutz am Unteren Wöhrd sieht das Wasserwirtschaftsamt (WWA) im westlichen Bereich des RÜB 19 (neben dem Bestandsgebäude für die Entlastungspumpen) einen Anbau für ein Pumpensteuerungsgebäude vor. Des Weiteren ist durch die Stadtentwässerung geplant –im zeitlichen Zusammenhang mit den Hochwasserschutzplanungen – im westlichen Bereich des RÜB 19 / Wöhrdstraße den dort vorhandenen sanierungsbedürftigen Kanal so umzuwandeln, dass Oberflächenwasser direkt zum Regenüberlaufbecken zugeleitet wird.
Variante 3 – Ersatzneubau: Entlastungskanal direkt nach Süden, mit Ableitung westlich der Brücke Diese Variante sieht einen neuen Entlastungskanal (inkl. Schachtbauwerke) südlich des RÜB 19 vor. Der Entlastungskanal bzw. das bestehende Schieber- und Rückschlagklappenbauwerk wird zum Teil abgebrochen, um einen Anschluss des neuen Entlastungskanals zu ermöglichen. Der neue Entlastungskanal bzw. das neue Schieber- und Rückschlagklappenbauwerk wird unter der Aussichtsplattform an der Nordwestseite der Eisernen Brücke angeordnet. Ein Konfliktpunkt dieser Variante stellt die Kreuzung mit dem nördlichen Brückenwiderlager dar, die vom Planer EBB aber als technisch lösbar eingeschätzt wird. Dies wäre aber im Zuge der Vorplanung noch vertiefend zu untersuchen.
Variante 3.1 – Ersatzneubau Trasse Süd mit zusätzlichem Speicherbauwerk Diese Variante ist in der Konzeption nahezu identisch mit der Variante 3. Es wird lediglich ein zusätzlicher Speicherraum zwischen RÜB 19 und dem neuen Schieber- und Rückschlagklappenbauwerk vorgesehen, wodurch eine weitere Optimierung des Entlastungsverhaltens bezüglich der Schmutzfracht erreicht werden könnte. Aufgrund des deutlich erhöhten Platzbedarfs im Vergleich zur Variante 3 ist ein Konflikt der geplanten Bauwerke mit der Pfahlgründung des nördlichen Brückenwiderlagers nicht auszuschließen.
Die Kosten für den Umbau des RÜB 19 belaufen sich einer ersten Schätzung des Ingenieurbüros EBB zu Folge auf eine Spanne von ca. 470.000 € bis 750.000 € netto: - Variante 1: 470.000 € netto - Variante 2: 660.000 € netto - Variante 3: 620.000 € netto - Variante 3.1: 750.000 € netto
Fazit und Vorzugsvariante Aufgrund der beschriebenen Nachteile werden die Varianten 1 und 2 nicht weiterverfolgt. Die Varianten 3 und 3.1 stellen machbare und umsetzbare Lösungen insbesondere zur Verlegung der Schachtbauwerke aus der Fahrbahn heraus dar. Im Ergebnis des Variantenvergleichs und dessen Abstimmung mit den städtischen Fachstellen und dem Wasserwirtschaftsamt (WWA) wird Variante 3 als die Vorzugsvariante angesehen und soll weiterverfolgt werden. Variante 3.1 soll im Zuge der Vorplanung ebenfalls weiter mit untersucht werden.
Der Ausschuss beschließt:
Anlagen:
1. Eiserne Brücke: Querschnitte 2. RÜB 19: Übersicht Variantenuntersuchung 3. Klimavorbehalt
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