Technologievorteile auf Deutschen Straßen

Die Erweiterung der stark befahrenen Autobahn A1 ist eines der dringendsten Autobahnausbauvorhaben in Deutschland. Um die Herausforderungen der komplexen Geländegegebenheiten und Planvorgaben intelligent und wirtschaftlich zu lösen, setzt die ARGE A1 Hamburg – Bremen auf die Verwendung fortschrittlicher Technik. Einen bedeutenden Beitrag zur Wirtschaftlichkeit und Zeitersparnis leistet dabei die neue Technik des Profilfräsens mit Hilfe einer 3D Maschinensteuerung von Trimble.

Achim Hübschmann, Bodenkoordinator der ARGE A1 erläutert den Fräsplan

Die Erweiterung der stark befahrenen A1 ist eines von vier Pilotprojekten der Bundesregierung zum Ausbau von Autobahnen (A-Modelle). Diese A-Modell-Projekte sind langfristige Partnerschaften zwischen öffentlicher Hand und Privatwirtschaft zur Bereitstellung öffentlicher Infrastruktur. Im Auftrag der öffentlichen Hand erbringen und finanzieren private Unternehmen im Rahmen eines 30-jährigen Konzessionsvertrages vielfältige Leistungen für den Ausbau einer Strecke sowie deren Betrieb und Erhaltung. Dafür bekommen sie monatlich einen Anteil der auf dem Autobahnabschnitt anfallenden LKW-Maut. Das Investitionsvolumen für den Ausbau der A1 beträgt ca. 650 Millionen Euro.

Auftragnehmer ist die private Projektgesellschaft A1 mobil. Gesellschafter der A1 mobil sind Bilfinger Berger Project Investments GmbH, der britische Infrastrukturentwickler und –betreiber John Laing Infrastructure Ltd. sowie die Johann Bunte Bauunternehmung GmbH Co. KG, die Ihrerseits die Arbeitsgemeinschaft A1 Hamburg-Bremen mit den Planungs- und Bauarbeiten als Nachunternehmer beauftragt hat. Die Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Land Niedersachsen, ist der Auftraggeber des Konzessionsprojektes.

ABS Maschinenführer Sven Ungnade kontrolliert das Fräsergebnis und konnte sogar wegen der Bedienerfreundlichkeit der Trimble SPS930 Universaltotalstation die Stationierung selber übernehmen.

Das Konzessionsprojekt „Betreibermodell Bundesautobahn A1 (A-Modell) Hamburg – Bremen“ startete im August 2008. Im Rahmen dieses Vorhabens soll die Autobahn A1 zwischen dem Buchholzer Dreieck und dem Bremer Kreuz von derzeit vier auf zukünftig sechs Spuren ausgebaut werden. Die Fertigstellung der Ausbauarbeiten ist für Ende Dezember 2012 vorgesehen.

Sven Ungnade stationiert die SPS930 Universaltotalstation.

Für den Ausbau wurde die 73 Kilometer lange Strecke in 26 Bauabschnitte (BA) unterteilt, die alle circa sechs Kilometer lang sind. Der Ausbau benachbarter Abschnitte erfolgt zeitlich versetzt. Zwischen zwei gleichzeitig in Bau befindlichen Abschnitten gibt es immer eine mindestens sechs Kilometer lange baustellenfreie Zone. Damit werden überlange Baustellen vermieden und die Verkehrssicherheit erhöht.

Verschiedene Vorgaben und Bedingungen (Lärmschutz, bestehende Bauwerke, etc.) im Planfeststellungsverfahren machen es erforderlich, die neue Fahrbahn in einer Kombination aus Asphalt und Beton herzustellen. Die Verschleißschicht der Fahrbahn in Höhe von 4 cm muss auf der kompletten Strecke abgetragen werden. Außerdem muss auf der ganzen Strecke eine Gradientenoptimierung durchgeführt und das Querprofil den Vorschriften mit einem Gefälle von mindestens 2,5% angepasst werden. Eingehende Bodenuntersuchungen ergaben jedoch, dass große Teile des vorhandenen Unterbaus noch tragfähig sind und bestehen bleiben können.

Die Frage, die sich der ARGE A1 nun stellte, war: bauen wir die Straße komplett aus und wieder ein, oder nutzen wir die Teile des Unterbaus, die noch stabil sind? Ist es wirtschaftlich und technisch machbar den stabilen Unterbau weiter zu verwenden?

ABS Geschäftsführer Wolfgang Schmidt-Legahn ist stolz auf sein Team, das den komplizierten Fräsplan mit der neuen 3D Steuerung von Trimble fehlerlos in die Realität umsetzt.

„Die Entscheidung fiel zugunsten der Weiterverwendung, um teueres, neues Material einzusparen sowie weniger altes Material auszubauen, das recycled und eine Wiederverwendung finden oder gelagert werden muss. Die Zeiteinsparung durch weniger Aus- und Einbauarbeit ist natürlich ebenfalls ein wichtiger Faktor gewesen“, erklärte der ARGE A1 Bodenkoordinator Achim Hübschmann.

Die Herausforderung, die es zu lösen galt, um diese Entscheidung zu realisieren, bestand darin, die Frästiefe den verschiedenen Untergrundvoraussetzungen und Profiländerungen flexibel anzupassen. Voraussetzung dafür war die Berechnung eines detaillierten Fräsplans. Das Vermessungsteam der ARGE A1 ist also direkt nach der Verkehrsumlegung hergegangen und hat die Fahrbahn komplett neu aufgemessen mit jeweils 3 Punkten im 10 Meter Raster. Die gemessenen Punkte wurden in eine CAD Software eingelesen und in Microsoft Excel ausgegeben. Die Datei stellt die Frästiefen der gesamten Fahrbahn in fünf Zentimeterschritten in Zahlen und Farben dar.

Die nächste Frage war, wie stellen wir sicher, dass die Fräse den Fräsplan genau realisiert? Machen wir’s auf herkömmliche Weise durch Aufsprühen der Werte auf die Trasse im Abstand von 5 Metern? Der Vermessungsaufwand wäre gigantisch und die manuelle Übertragung der Werte auf die Fräse mit großen Fehlerquellen behaftet. Es wurde daher nach einer intelligenteren Lösung gesucht.

Profilfräsen mit der Trimble 3D Steuerung beim Ausbau der A1.

Hier kam jetzt die Firma ABS Asphalt Beton Service GmbH Co. KG als Subunternehmer für die Fräsarbeiten mit ins Spiel. Herr Wolfgang Schmidt-Legahn, Geschäftsführer der ABS entschied sich, seine Wirtgen W2100 Fräse mit einer automatischen, dreidimensionalen Steuerung auszurüsten. Mit Hilfe dieser fortschrittlichen Technologie werden die Entwurfsdaten aus dem Büro direkt auf den Rechner an Bord der Fräse übertragen, so dass die beiden Maschinenführer den komplexen Fräsplan ohne Schnüre, Absteckpflöcke oder Fahrbahnmarkierungen automatisch realisieren können. Um die neue Technik in der Praxis zu testen, entschied sich Schmidt-Legahn, das System zuerst auf Mietbasis einzusetzen. Systeme dreier Hersteller wurden getestet. Nur die Trimble® GCS900 3D Steuerung mit SPS930 Universaltotalstation konnte die hochgesteckten Erwartungen erfüllen. Hier stimmte alles: Exakte Ausführung des Fräsplans, die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten auf die Hydraulik der Fräse und der schnelle, professionelle Support des lokalen Händlers.

Bei der gewählten Trimble Lösung erfolgt die Berechnung und Übermittlung der Ist-Daten durch die SPS930 Universaltotalstation. Die UTS verfolgt automatisch ein an der Frästrommel befestigtes Ziel, misst fortlaufend die Ist-Position des Ziels und überträgt diese Daten zum Rechner CB430, der außen an der Fräse angebracht ist. Der Rechner vergleicht die Ist-Daten mit den Daten aus dem Fräsplan, berechnet die notwendige Frästiefe und steuert die Ventile der Hydraulik entsprechend, so dass der Fräsvorgang automatisch nach dem eingelesenen Fräsplan erfolgt. Die Aufgabe des Maschinenführers in der Kabine ist die Richtungssteuerung, der zweite Maschinenführer kontrolliert das Fräsergebnis mit einer weiteren Vermessungsstation. Markierungen auf der Fahrbahn entfallen somit komplett. Die Fräse arbeitet exakt nach dem vorgegebenen Fräsplan. Die Fräsgeschwindigkeit mit dieser neuen Technik beträgt 15 Meter pro Minute – und das millimetergenau. Die Fräsleistung pro Tag beträgt im Schnitt 5000-6500 m2 bei einer Frästiefe schwankend zwischen 4 und 30 cm.

Durch die professionelle Einweisung der beiden Maschinenführer Mark Reinecke und Sven Ungnade durch den lokalen Trimble Vertriebspartner Eilers Droste funktionierte die neue Technik von Anfang an wunderbar. Hans-Hermann Roblick, der zuständige Bauleiter von ABS, beschreibt es treffend mit einem einzigen Satz: „Wie simple ist es mit Trimble.“ Erklärend fügt er hinzu: „Die Fräse arbeitet automatisch, wir kontrollieren nur noch das Ergebnis, und das liegt im Toleranzbereich von +/- 5mm.“

Der Maschinenführer Sven Ungnade überprüft die Frästiefe kontinuierlich mit dem Vermessungssystem und bestätigt die Genauigkeit. Über die einfache Bedienung des Trimble Systems freut er sich besonders. „Von Anfang an habe ich sogar die Stationierung der Totalstationen selbst übernommen, und das läuft fehlerfrei. Denn das Fräsergebnis wird jeden Tag von einem unabhängigen Vermesser überprüft.“

Die ARGE A1 Hamburg-Bremen und der Subunternehmer ABS sind sich einig, dass das Profilfräsen mit einer automatischen 3D Steuerung von Trimble die wirtschaftlichste, schnellste, einfachste und sicherste Lösung ist, verschiedene Frästiefen in Quer- und Längsprofil plangerecht zu realisieren, damit der vorhandene stabile Unterbau der Straße erhalten werden kann. Allein durch die Einsparung von ca. 7000 Tonnen Ausgleichsmaterial pro Bauabschnitt, die mit einem Preis von 50€ pro Tonne für Material inklusive Einbau anzusetzen ist, amortisieren sich die Mehrkosten für die Berechnung des Fräsplans und die Anschaffung der 3D Steuerung schnell.

Ein Projekt dieser Größenordnung, das unter schwierigen Bedingungen durchgeführt wird, profitiert enorm vom Einsatz modernster Bautechnik.