Direktverbindung Limmatzone

Das Versorgungsnetz der Wasserversorgung Zürich (WVZ) ist wegen der topografischen Lage in mehrere Druckzonen eingeteilt (Fig. 1). Die am tiefsten gelegene und grösste Zone ist die Limmatzone (rot). Die zweitgrösste ist die Glattzone (blau), die primär Zürich-Nord und wichtige Vertragspartner der Wasserversorgung Zürich im Glattal versorgt. Im bestehenden Versorgungsnetz waren diese beiden Zonen bisher nicht direkt miteinander verbunden. Trinkwasser, das aus der Limmatzone in die Glattzone gebracht werden sollte, musste zunächst in die rund 30 Meter höher gelegene Hangzone Sonnenberg (grün) gepumpt werden und gelangte erst aus dieser in die tiefer gelegene Glattzone. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei zukünftigen Instandhaltungsarbeiten an Wasserwerken, Transport- und Hauptleitungen plante die WVZ eine direkte Leitungsverbindung mit Zonenpumpwerk von der Limmatzone in die Glattzone mit einer maximalen Förderleistung von 50 000 Kubikmetern pro Tag. Des Weiteren wurde ein zusätzliches Pumpwerk beim bestehenden Reservoir Strickhof zur Einspeisung in die Hangzone Sonnenberg vorgesehen. Der beantragte Objektkredit von 25,245 Millionen Franken wurde vom Souverän der Stadt Zürich an der Gemeindeabstimmung vom 27. September 2020 mit weit über 90% Ja-Stimmen bewilligt. Drei Jahre nach der Kreditbewilligung und nach rund zweieinhalbjähriger Bauzeit konnte das Gesamtsystem in Betrieb genommen werden.

Von der Idee zur Machbarkeitsstudie

Bereits im GWP zur Wasserverteilung im Jahr 2007 wurde als erste Planungsgrundlage eine grosskalibrige Trinkwasserverbindung zwischen den beiden Druckzonen Limmat- und Glattzone konzeptionell skizziert und als behördenverbindliche Planungsgrundlage festgehalten. Die Idee zu diesem Zeitpunkt war, eine leistungsstarke dritte Zonenverbindung zwischen den beiden grössten Druckzonen zu realisieren, die Versorgungssicherheit für Zürich-Nord zu erhöhen und die hydraulische Einbindung besser auf die beiden Seewasserwerke Lengg und Moos sowie das Grundwasserwerk Hardhof zu verteilen. Beabsichtigt war zu diesem Zeitpunkt auch eine bessere Anbindung der Vertragspartner im Glattal. Als Rahmenbedingung wurde die Linienführung durch die bestehende Werkleitungskulisse im Milchbuck-Strassentunnel vorgegeben, da im Tunnelquerschnitt der benötigte Raum schon vorhanden ist. Die technische Machbarkeit der Linienführung sowie die Auswirkungen auf das bestehende Versorgungsnetz wurden nachgewiesen und eine wirtschaftlich günstige Lösung für den Bau und den Rohrnetzbetrieb wurde aufgezeigt. Im Werkleitungskanal des Milchbucktunnels sind höchste Forderungen an die Betriebssicherheit der Leitungen zu erfüllen.

Nachweis der Machbarkeit und Bestvariante

Verschiedene Anschlussvarianten an das bestehende Hauptleitungsnetz wurden im Rahmen einer Bachelorarbeit an der ETH Zürich hydraulisch untersucht. Dabei wurden die hydraulischen Auswirkungen auf das bestehende Leitungsnetz mit direkter Einspeisung in die Glattzone und eine Leitungsverbindung in das Reservoir Strickhof der Glattzone ermittelt. Die Auswirkungen auf die Druckzonen wurden für massgebende Lastfälle hinsichtlich definierter Kriterien wie der Einhaltung der maximalen und minimalen Betriebsdrücke, maximaler Druckschwankungen und der maximal zulässigen Fliessgeschwindigkeit geprüft. Es zeigte sich, dass in der Limmatzone aufgrund der grossen Redundanzen keine kritischen hydraulischen Zustände zu erwarten sind. Zur Vorbeugung einer Havarie wurde auch die bestehende, nicht schubgesicherte rund 30-jährige duktile Quellwasserleitung (DN 300 mm) erneuert und zusammen mit der neuen Hauptleitung verlegt, was die Betriebssicherheit stark erhöht. Die Ein- und Austritte der beiden Wasserleitungen in den Werkleitungskanal erfolgen über die bestehenden Steigschächte. Um schwerwiegende Schäden an den Anlageteilen der Tunnelausrüstung und Fremdleitungen (150-kV-Trassee, Kommunikation u. w.) zu analysieren, wurde der Bruch der beiden Leitungen als Havarie in einer separat ausgeführten Risikoanalyse untersucht. Als Resultat dieser Analyse wurde eine Entlastungsleitung in die Limmat in die Planung aufgenommen. Bezugnehmend auf die Risikoanalyse und Nachweise für Hydraulik und Rohrstatik erteilte das ASTRA die Nutzungsbewilligung. Die Standortwahl für das Pumpwerk war durch die Anbindung an die Hauptleitungen der Limmatzone örtlich eingeschränkt. Ein Variantenvergleich möglicher Standorte im dicht überbauten Quartier Unterstrass bestätigte den Standort am Rande des öffentlich zugänglichen Schindlerparks. Aufgrund der nachgewiesenen Standortgebundenheit und optimalen Einbindung in die Wasserverteilung und des Anschlusses zum Strassentunnel konnte die grundsätzliche Bewilligungsfähigkeit für das Bauwerk in der Freihaltezone erfolgreich nachgewiesen werden. Somit war die Leitungsführung sowohl im Bereich Süd (Schindlergut bis zum Tunnelportal) als auch im Bereich Nord (Irchelpark bis Reservoir Strickhof) in den wesentlichen Punkten geklärt. Nach bestätigter Machbarkeit wurden in der Vorprojektierung anschliessend punktuelle Optimierungen geprüft. Das Pumpwerk Schindlergut als Kernelement des Projekts war in der Dimensionierung und hinsichtlich der notwendigen Redundanz definiert. Die bauliche Einpassung in die Umgebung wurde mit dem Kreisarchitekten abgestimmt. Die notwendige Landbeschaffung wurde durch die WVZ rechtzeitig in die Wege geleitet.

Der Umfang des Projeks wird erweitert

Die Reservoire der höher gelegenen Zonen am rechten Zürichseeufer werden durch die Haupt- und Stollenleitung der Hangzone Sonnenberg versorgt. Diese grosskalibrige Verbindung speist im Wesentlichen Gebiete am Zürich- und Käferberg mit wichtigen Bezügern, wie etwa die Universität und zahlreiche Spitäler. Der allgemeine Zustand der rund 60 Jahre alten und annähernd 4 km langen Leitung ist gut, doch die Stahlleitung weist Korrosionsangriffe auf. Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit und Gewährleistung der Trinkwasserqualität sind umfassende Sanierungsarbeiten nötig. Damit einhergehend sind, über Jahre verteilt, länger andauernde Ausserbetriebnahmen von einigen Monaten notwendig. Diese Unterbrüche können nicht über das Speichervolumen der verschiedenen Reservoire aufgefangen werden. Bei einem gravierenden Notfall wäre die Versorgung dieser Zonen stark beeinträchtigt oder nicht mehr gewährleistet. Aus diesen Gründen wurde das Projekt erweitert und ein zweites, kleineres Pumpwerk mit maximaler Produktionskapazität von 25'000 Kubikmetern pro Tag beim bestehenden Reservoir Strickhof zur Einspeisung in die Hangzone geplant. Auch für dieses Pumpwerk wurde die grundsätzliche Machbarkeit und Bewilligungsfähigkeit aufgrund der Standortgebundenheit nachgewiesen.

Projektierung und Bauausführung

Der Prozess- und Planungsablauf lehnt sich an die klassischen Projektphasen der SIA-Teilphasen gemäss der Norm SIA 103 an. Die Kernelemente des Projekts sind:

• Pumpwerk Schindlergut, max. Förderleistung von 50'000 m³/d
• Pumpwerk Strickhof, max. Förderleistung von 25'000 m³/d
• Leitungsbau erdverlegt, rund 1000 m (Fig. 2 und 3)
• Rohrleitungsbau im Milchbucktunnel, rund 1350 m DN 600 und DN 300 (Fig. 4)
• Drei Klappenschächte für die Rohrnetzverbindungen (Fig. 5)

Gesamthydraulik und Rohrleitungsbau

Mit der zusätzlichen Einspeisung in die höher gelegene Hangzone und der neuen Verbindung in die Glattzone verändert sich die Anlagen- und Betriebsdisposition. Auf der Grundlage eines numerischen Netzmodells, das alle relevanten Teile der Wasserverteilung und Anlagen umfasst, wurden die verschiedenen Lastfälle berechnet. Im Pumpwerk Schindlergut werden parallel vier baugleiche Pumpen eingesetzt, wovon im Parallelbetrieb maximal drei Pumpen gleichzeitig betrieben werden. Die Förderleistung pro Pumpe beträgt hier rund 833 m³/h. Im Pumpwerk Strickhof werden zwei parallele Pumpen eingesetzt, wovon im Betrieb maximal eine Pumpe eingesetzt wird und die zweite Pumpe auf «Stand-by» ist, also sofort eingesetzt werden kann. Die Förderleistung pro Pumpe beträgt 1250 m³/h. Da bei Instandhaltungsarbeiten am Reservoir in der Regel eine Kammer entleert ist, ist sicherzustellen, dass beiden Kammern Trinkwasser entnommen werden kann. Aufgrund der veränderten Anschlusssituation wurde für das Reservoir Strickhof eine CFD-Simulation mit dem Ziel durchgeführt, Wasseralter, Modellierung der Strömungsverhältnisse in den Kammern sowie die optimale Disposition der Leitungsführungen zu bestimmen. Die neue Transportleitung wurde aus zementbeschichteten Vollschutzrohren (Stahl geschweisst, Leitungskulisse; Fig. 4) und duktilen Gussrohren (erdverlegt) durchgehend in DN 600 erstellt.

Pumpwerke

Das Konzept des Pumpwerks Schindlergut (Fig. 6–9) stellt eine möglichst zurückhaltende Eingliederung am Rand der Parkanlage sicher. Das Gebäude erstreckt sich über zwei Geschosse, wobei das Erdgeschoss hauptsächlich dem Zugang zu den Räumlichkeiten im Untergeschoss dient. Das Flachdach wird zur Verbesserung des Wärmeschutzes und Retention von Wasser extensiv begrünt. Während sich der monolithische Baukörper gegen den Park hin geschlossen präsentiert, öffnet sich dieser mit der gegen die Nordstrasse gerichteten Torfront auf der gesamten Breite und Höhe. Hinter dieser verbergen sich der Montageraum und der Flächenkran für den vertikalen Transport ins Untergeschoss. Im Gebäude Richtung Parkanlage ist auch ein ZüriWC integriert, was einem langjährigen Bedürfnis des Quartiers entspricht. Im Untergeschoss sind Trafostation, Niederspannungsverteilung, Schaltschränke und das eigentliche Herzstück des Gebäudes, der Rohrkeller mit den Pumpen, untergebracht. Das Pumpwerk Strickhof (Fig. 10 und 11) ist ein Anbau an das bestehende Reservoir und Schieberhaus und wurde in der Böschung zur Strasse erstellt. Aufgrund der engen Platzverhältnisse waren die Gestaltungsmöglichkeiten für die Architektur beschränkt, ein klassisches Beispiel von «Form follows function». Mit geeigneter Material- und Farbwahl des Gebäudes wurden die bestehenden Anlagen des Reservoirs Strickhof durch diesen eingeschossigen Neubau aufgenommen. Aufgesetzt wurde ein optisch abgesetzter Gebäudekubus, der den Pumpenraum sowie den Schaltanlagenraum beherbergt. Zu diesem Zweck arbeitete im Engineering auch ein auf Industriearchitektur spezialisiertes Architekturteam mit.

Bauausführung

Im April 2021 erfolgte der offizielle Spatenstich durch Stadtrat Michael Baumer und Martin Roth, Direktor Wasserversorgung Zürich. Die Bauarbeiten für den Tief- und Grundbau, Spezialtiefbau  und Rohrleitungsbau wurden etappiert gestartet, aberdann gleichzeitig ausgeführt. Wie bei solch komplexen Grossprojekten zu erwarten, gab es beim Bauvorhaben, das zu einem grossen Teil im Untergrund stattfand, einige Knackpunkte. So mussten die Ingenieure und Rohrleitungsbauer regelrecht Platz suchen für die Wasserleitungen neben den bestehenden Gas-, Mittelstrom- und anderen Leitungen, die dann teilweise unterquert wurden. Zudem musste der wertvolle Baumbestand im Schindlerpark und im Irchelpark der Universität vor Grabarbeiten geschützt werden. Als Verfahren wurde der Pressvortrieb mit geschweissten Stahlrohren gewählt, bei dem mittels Endlosschnecke nachgepresst und das Erdreich gefördert wird (siehe Fig. 3). Anschliessend erfolgte der Rohreinzug der Wasserleitung und verschiedener Rohrleitungen für die Kommunikation. Die heikelste Bauphase war die Unterquerung des Milchbucktunnels. Lüftungsanlagen, Hochspannungstrassee, diverse Infrastrukturleitungen und der Sicherheitsstollen mussten im Bohrverfahren unterquert werden. Überdies wurden die Baugruben für die beiden Pumpwerke unter ausserordentlich engen Platzverhältnissen erstellt. Während der Bauarbeiten wurde vorsorglich eine Reservoirkammer im Strickhof ausser Betrieb genommen. Umfassende Kontrollmessungen überprüften das bestehende Gebäude auf allfällige Setzungen; erfreulicherweise traten während der gesamten Bauzeit keine Bewegungen auf.