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Erfahrungen beim Bau von Lärmschutzsystemen auf ...

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Überwachungsgemeinschaft Gleisbau e.V.<br />

Vortragsveranstaltung im Rahmen der Mitgliederversammlung<br />

<strong>Erfahrungen</strong> <strong>beim</strong> <strong>Bau</strong> <strong>von</strong><br />

<strong>Lärmschutzsystemen</strong> entlang<br />

Hochgeschwindigkeitsstrecken<br />

© Ed. Züblin AG | Dipl.-Ing. Thomas Sehorsch | Mitgliederversammlung ÜGG am 2. und 3. Sept. 2010 | 1


Ed. Züblin AG<br />

Historie<br />

1898: Gründung in Straßburg/Elsass durch den Schweizer<br />

Ingenieur Eduard Züblin<br />

1919: Die Ed. Züblin AG mit Sitz in Stuttgart führt die Aktivitäten des<br />

Stammhauses in Deutschland weiter<br />

2005: Die STRABAG SE erwirbt die Aktienmehrheit an der<br />

Ed. Züblin AG<br />

2006: Der Hoch- und Ingenieurbau der STRABAG AG, einschließlich<br />

DYWIDAG <strong>Bau</strong> GmbH, wird <strong>von</strong> der Ed. Züblin AG erworben<br />

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Ed. Züblin AG<br />

Geschäftsfelder<br />

- Schlüsselfertigbau<br />

- Ingenieurbau<br />

- <strong>Bau</strong>en im Bestand<br />

- Tunnelbau<br />

- Spezialtiefbau<br />

- Stahlbau<br />

- Umwelttechnik<br />

- Schutzwandsysteme<br />

- Entwickeln und Betreiben<br />

- Dienstleistungen<br />

- Offshore Wind<br />

- Fertigteilwerke<br />

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Ed. Züblin AG<br />

Kompetenz<br />

- Umfassendes Leistungsspektrum für alle baurelevanten Aufgaben<br />

- Weltweite Projekte jeder Art und Größe<br />

- Flächendeckende Präsenz in Deutschland mit über 80 Standorten<br />

- Technisches Know-how durch Zentrale Technik<br />

- Innovatives und erfolgreiches Partnering-Modell: ZÜBLIN teamconcept<br />

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STRABAG SE<br />

Zusammensetzung<br />

Hoch- und<br />

Ingenieurbau<br />

Verkehrswegebau<br />

Sondersparten und<br />

Konzessionen<br />

Hauptaktionär<br />

Hauptmarken Operativ<br />

Konzernstabsbereiche<br />

RECHT<br />

Zentralbereiche<br />

CONTRACT<br />

MANAGEMENT<br />

KONZERN-<br />

KOMM.<br />

REVISION<br />

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Ed. Züblin AG<br />

Operative Organisation<br />

Marken:<br />

Unternehmensbereiche<br />

Nord/NRW/<br />

Benelux/Bayern<br />

Systembau<br />

Direktionen<br />

Nord<br />

NRW<br />

Bayern/Systembau<br />

Benelux<br />

Zentralbereiche:<br />

Süd/Ost Spezialtief- und<br />

Tunnelbau<br />

Stuttgart<br />

Karlsruhe<br />

Mitte Ground Engineering<br />

Werke<br />

ECS - Zucotec<br />

Real Estate<br />

Tunnelbau<br />

Spezialtiefbau<br />

Konzernstabsbereiche: CONTRACT<br />

REVISION<br />

RECHT<br />

MANAGEMENT<br />

Immobilien<br />

Development<br />

Nord-Ost<br />

Nord-West<br />

Süd<br />

Oohms-Ittner-Hof<br />

PPP Hochbau<br />

Deutschland<br />

BESCHAFFUNG<br />

Europa<br />

Ingenieurbau<br />

Großprojekte<br />

Umwelttechnik<br />

International<br />

Far East*<br />

Middle East<br />

*umfasst Australien, China, Malaysia,<br />

Singapur und Vietnam<br />

KONZERN-<br />

KOMMUNIKATION<br />

CONTROLLING<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

ZÜBLIN<br />

Schutzwandsysteme<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Entwicklung der Züblin-Lärmschutzsysteme<br />

1975 Erste schallabsorbierende <strong>Bau</strong>elemente<br />

1981 Einführung Porenbeton „System Züblin“ und „begrünbare Steilwälle“<br />

1992 Holzelement „System Züblin“<br />

1997 Patent „integrierte Photovoltaik“<br />

2002 Entwicklung Barrieren an Bahnstrecken<br />

2005 Lärmschutzwände an Hochgeschwindigkeits (HGV)-Strecken der Bahn<br />

2007 Entwicklung HGV-Alu-Element Rail und Alu-Element Straße (China)<br />

2008/3 TM der DB AG für HGV-System Züblin (Beton) bis zu 7,50 m Raster<br />

2008/11 EBA-Zulassung hochabsorbierendes (eha) HGV-Alu-Element (2,50 m)<br />

2010/3 EBA-Zulassung HGV-Alu-Elemente 5,0 m Raster und bis 6 m Höhe<br />

2010/7 TM für HGV-Alu-Elemente 5,0 m Raster und bis 6 m Höhe<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Personalentwicklung 2007 bis heute<br />

Anzahl<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

22 25<br />

4<br />

30 30<br />

8<br />

2007 2008 2009 2010<br />

Gewerbliche Mitarbeiter technische Angestellte<br />

k<strong>auf</strong>männische Angestellte<br />

55<br />

32<br />

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10<br />

55<br />

33<br />

10


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Übersicht der Materialien<br />

Beton Aluminium Holz<br />

Mehrere Systemvarianten für die Straße, Schiene und<br />

HGV-Strecken der Deutschen Bahn bis 300 km/h<br />

und in China bis 350 km/h<br />

Mehrere Systemvarianten<br />

für die Straße und Schiene<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Neuentwicklungen und Probleme bei LSW an HGV-Strecken<br />

• Konstruktionsprinzip<br />

• Gültige Bemessungsgrundlage und abgesicherte Berechnungsverfahren<br />

• 5,00 m Aluminiumelement<br />

• 7,50 m Betonelement<br />

• Maßtoleranzen <strong>auf</strong> der <strong>Bau</strong>stelle (Kugelscheibe-Kegelpfanne (Züblin Patent))<br />

und bei der Produktion (Kammermaß Stahlpfosten)<br />

• hochfeste Verankerungen (Ankerkorb, Durchankerung und Zuganker)<br />

• Nachweisstellen – Pfosten<br />

• Koppel-Element (geprüfte Federsteifigkeit über die Nutzungsdauer)<br />

• spezielle <strong>Bau</strong>geräte (teleskopierbares Bohrgestänge)<br />

• Umsetzung der Arbeitssicherheit an HGV-Strecken<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Konstruktionsprinzip<br />

Pfosten-Wandelementsystem<br />

→ Bohrpfahl-, bzw. Stahlrohr-Rammpfahlgründung<br />

→ I-Profil als Kragarm in Pfahlgründung<br />

→ Ausfachung mittels Einfeldträger-Systemen<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Konstruktionsprinzip<br />

Pfosten-Wandelementsystem<br />

→ Bohrpfahl-, bzw. Stahlrohr-Rammpfahlgründung<br />

→ I-Profil als Kragarm in Pfahlgründung<br />

→ Ausfachung mittels Einfeldträger-Systemen<br />

Beton-<br />

Gleisachse<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Gültige Bemessungsgrundlage<br />

Ril 804.5501 (Stand 1. Juni 2010, n.n. eingeführt)<br />

Modul Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken<br />

→ Druck- Sogeinwirkungen aus Zugverkehr<br />

→ Wind im Bereich <strong>von</strong> Streckenwänden: DIN 1055-4<br />

→ Wind im Bereich <strong>von</strong> Brückenwänden: DIN Fachbericht 101<br />

→ Statische und dynamische Reaktionen der Einzelbauteile und des Gesamtsystems<br />

→ Überprüfung aller <strong>Bau</strong>teile hinsichtlich Materialermüdung<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Gültige Bemessungsgrundlage<br />

Max. Druck/Sog abhängig <strong>von</strong>:<br />

• Zeit t<br />

• Geschwindigkeit v<br />

• Gleisabstand a g<br />

• Absolute Wandhöhe H<br />

• Höhenkote z<br />

• Zugform<br />

H z<br />

Gleisachse<br />

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a g


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Gültige Bemessungsgrundlage<br />

p<br />

Bug Koppelstelle Heck<br />

max. Druck<br />

max. Sog<br />

50 150 250 350 450 550<br />

0 1 2 3 4 5 t [s]<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Messungen/Identifikation -> abgesicherte Berechnungsverfahren<br />

u [mm]<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

-4<br />

A2VA<br />

L7, Langzug, 300km/h<br />

Messpunkt D14Y<br />

Messung A2VA (D14Y)<br />

A2VA, Identifikation<br />

Messung A2VA<br />

0 1 2 3 4 5 6 7 8<br />

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t [s]<br />

Berechnung<br />

(mit identifizierten Berechnungsannahmen)


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Abl<strong>auf</strong> der dynamischen Berechnung bei SFS KRM<br />

• Erstellung <strong>von</strong> finite Element-Rechenmodellen<br />

für die einzelnen Wandabschnitte<br />

• Zeitverl<strong>auf</strong>sberechnung<br />

- Wanderlast<br />

- Kopplung unterschiedlich schwingungsfähiger Teilsysteme<br />

- Wellenausbreitungsvorgänge<br />

- Reflektionen an Übergangsstellen<br />

• Rainflow-Klassierung<br />

• Schädigungsermittlung, Bewertung <strong>von</strong> Elementen, Pfosten und<br />

Gründung<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Belastung durch Zugvorbeifahrt – 200 km/h (baustellenspezifisch)<br />

q(t,z) [kN/m 2 ]<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,2<br />

0,1<br />

0<br />

-0,1<br />

-0,2<br />

-0,3<br />

-0,4<br />

q(t,z=0.00)<br />

0 2 4 6 8 10 12<br />

q max =0.33 kN/m 2 für Wandhöhe: 5.0m über SOK<br />

Zeit t [s]<br />

Nutzungsdauer: 50 Jahren<br />

Streckenbelastung: 50 Züge/d<br />

->Zugvorbeifahrten: 912500<br />

Eingangswerte der Berechnung:<br />

ρLuft = 1.25 kg/m³<br />

vZug = 200 km/h<br />

ag = 3700 mm<br />

ϕZug = 1.00 (Zugform)<br />

Spitzenwert Sog<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

FE-Modell – Musterwand M_I mit Finite Elemente Programm ANSYS (V11.0)<br />

GOK<br />

GOK - 3m<br />

k = 0<br />

elastische Ankopplung der<br />

Elemente an die Pfosten<br />

(combin14, 39)<br />

Pfosten (beam188)<br />

Aluminiumelemente<br />

(shell181)<br />

Stahlbetonelemente<br />

(shell43)<br />

Rammpfahl<br />

(pipe16)<br />

k = 200 MN/m³<br />

Materialien, Steifigkeiten<br />

E-Modul<br />

[MN/m²]<br />

Querdehnzahl<br />

[-]<br />

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Dichte<br />

[t/m³]<br />

Stahl 210000 0,3 7,85<br />

Beton C35/45 29900 0,2 2,5<br />

Masse<br />

[kg/m²]<br />

Biegesteifigkeit<br />

[kNm²/m]<br />

Drill-Steifigkeit<br />

[Nm/m]<br />

Zü AL HGVeha 501 und 502 27,2 377 17


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Dynamik, eine Besonderheit bei Hochgeschwindigkeit<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Belastungstest Betonelement 7,50 m<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Schiefstellung der Gewindestangen<br />

Dynamische Lasten verursachen<br />

Zug- und Druckkräfte in den<br />

Verankerungsgewindestangen.<br />

Nicht zentrische Belastungen<br />

<strong>auf</strong>grund Schiefstellungen schädigen<br />

die Gewindestange zusätzlich.<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Schiefstellung der Gewindestangen -> Ergebnis<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Kugelscheibe-Kegelpfanne (KusKep)<br />

i<br />

Die Kugelscheibe-Kegelpfanne<br />

(KusKep) gleicht Schiefstellungen<br />

bis 3 Grad aus (urheberrechtlich<br />

geschützt)<br />

Deformationen<br />

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24<br />

0<br />

M dyn<br />

σ c


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

hochfeste Verankerungen<br />

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Detail Brückenkappe<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Nachweisstellen – Pfosten <strong>auf</strong> <strong>Bau</strong>werken Schweißnaht Pfosten/Fußplatte<br />

1<br />

Z<br />

Y<br />

X<br />

krm_,Fusspunkt: Elemente<br />

e<br />

Infolge der Nachgiebigkeit der Fußplatte wird der Nachweis der Stelle e<br />

entsprechend DIN EN 1993-1-9 [6] Tabelle 8.5 mit einer korrigierten<br />

Nennspannungsschwingbreite geführt.<br />

-> Ermittlung eines reduzierten Widerstandsmomentes in Anlehnung an<br />

Versuche in Verbindung mit einer FE-Analyse des Fußpunktes<br />

1<br />

Z<br />

Y<br />

X<br />

krm_,Fusspunkt: uz [mm]<br />

MN<br />

MX<br />

1<br />

Z<br />

Y<br />

X<br />

MN<br />

krm_,Fusspunkt: -Fussplattet=30mm- Seqv [N/mm²]<br />

FE-Modell Fußpunkt Deformationen Spannungen<br />

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MX


Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Nachweisstellen – Pfosten gemäß DIN EN 1993-1-9 [6] Tabelle 8.2<br />

Stelle Bezeichnung Kerbfall<br />

a<br />

b<br />

c<br />

d<br />

Erdungslasche**<br />

Bohrungen M20<br />

für Konsole zur Lagerung des Sockels<br />

Grundmaterial inklusive Flanschbiegung<br />

und Torsion<br />

Schubspannung<br />

80<br />

90<br />

160<br />

100<br />

** Ausserhalb der geplanten und nachgewiesen Stellen dürfen keine<br />

Schweißarbeiten oder Bohrungen am Pfostenprofil ausgeführt werden.<br />

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b<br />

1350 mm<br />

über Pfahloberkante<br />

SOK<br />

a<br />

c<br />

d


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Koppel-Element (geprüfte Federsteifigkeit über die Nutzungsdauer)<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

spezielle <strong>Bau</strong>geräte (teleskopierbares Bohrgestänge)<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Arbeitssicherheit<br />

<strong>Bau</strong>stellenordnung, SiGeKo-Plan,<br />

Gefährdungsbeurteilung, etc. <strong>auf</strong> jeder der<br />

60 Einzelbaustellen<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Arbeitssicherheit<br />

• Abstimmungen BAUSTELLENWEISE zwischen <strong>Bau</strong>stellenteam und<br />

- <strong>Bau</strong>betriebskoordinator (BzS)<br />

- SiGeKo, FaSi Züblin<br />

- <strong>Bau</strong>überwachung Bahn und Betrieb<br />

- Fachdienste (Elektro, Kabel, etc.)<br />

Ergebnis:<br />

Gefährdungsbeurteilungen und <strong>Bau</strong>abläufe je <strong>Bau</strong>stelle<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Referenzen -> <strong>Erfahrungen</strong> mit Neubau, Sanierung, Messung<br />

� Neubaustrecke Nürnberg – Ingolstadt<br />

� Lärmschutzwände BV Neu – Ulm 21<br />

� Schutzwände Köln-Rhein-Main<br />

� Projekterfahrungen, Messungen<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

NBS-Nürnberg-Ingolstadt, Los Nord<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

SFS Köln-Rhein/Main (KRM)<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

SFS Köln-Rhein/Main (KRM)<br />

• <strong>Bau</strong>herr: Deutsche Bahn Netz AG, Frankfurt<br />

• Planung/Ausführung: Ed. Züblin AG, Direktion Bayern / Systembau<br />

• Nachunternehmer FTW Gladbeck<br />

FTW Karlsruhe<br />

Direktion FFM<br />

• <strong>Bau</strong>beginn/-ende: 13. März 2008 – 31. Mai 2010<br />

• Hauptmassen: 20.000 m Bohrpfähle<br />

60.000 m² LSW Beton und Aluminium<br />

1.100 to. Stahlpfosten<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

ARGE Nürnberg-Ebensfeld „Fürther Bogen“<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

ARGE Nürnberg-Ebensfeld „Fürther Bogen“<br />

• <strong>Bau</strong>herr: Deutsche Bahn AG, Nürnberg<br />

• Auftragnehmer: ARGE Heilit + Wörner <strong>Bau</strong> GmbH / Ed. Züblin AG,<br />

Direktion Bayern / Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

• Planer: Planungsgemeinschaft G<strong>auf</strong>f Rail Engeneering/<br />

Obermeyer Nürnberg<br />

• <strong>Bau</strong>beginn/-ende: 1. August 2008 – 31. Dezember 2012<br />

• Auftragssumme: Heilit + Wörner <strong>Bau</strong> GmbH ca. 8,8 Mio. €<br />

STRABAG Rail als NU ca. 8,0 Mio. €<br />

Ed. Züblin AG, Bereich Lärmschutz ca. 12,4 Mio. €<br />

• Hauptmassen SSW: 10.000 m Bohrpfähle<br />

16.000 m²LSW Aluminium inkl. Vorsatzschale mit<br />

Rammrohrgründung<br />

12.000 m³Beton für Stützwände/Kopfbalken <strong>auf</strong><br />

Bohrpfähle mit Vorsatzschale<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

ARGE Stelle - Lüneburg<br />

• <strong>Bau</strong>herr: Deutsche Bahn AG, Hamburg<br />

• Auftragnehmer: ARGE Möbius/STRABAG/Hentschke<br />

NU Ed. Züblin AG, Bereich Lärmschutz<br />

• Planer: HTG Ingenieurbüro<br />

• <strong>Bau</strong>beginn/-ende: November 2009 – Februar 2011<br />

• Auftragssumme: ca. 30 Mio. €, da<strong>von</strong><br />

Ed. Züblin AG, Bereich Lärmschutz ca. 12,0 Mio. €<br />

• Hauptmassen SSW: 46.000 m² LSW Aluminium und Beton, da<strong>von</strong><br />

22.000 m² LSW Aluminium, Raster 5,0 m für 200 km/h<br />

• Besonderheiten: Abwicklung der Hauptmassen (90 %) in vier Monaten<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Lärmschutzsysteme in China<br />

Know-How-Transfer-Verträge<br />

(L<strong>auf</strong>zeit 5 Jahre/Umsatzbeteiligung) mit<br />

• Jinhande Environmental Protection, Beijing (Schiene)<br />

Auftraggeber: Ministerium of Railway (ausschließlich)<br />

Material: Beton, Aluminium, Transparent<br />

• Shanghai Huahai Co. Ltd., Pudong, Shanghai (Straße)<br />

<strong>Bau</strong>herr: örtliche Straßenbauverwaltungen<br />

Material: Aluminium, Transparent<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Hochgeschwindigkeitsstrecken in China mit Züblin Technologie<br />

• Beijing – Tianjin 60.000 m²<br />

• Qingdao – Jinan 45.000 m²<br />

• Wuhan – Guangzhou 190.000 m²<br />

• Zhengzhou – Xian 80.000 m²<br />

• Guangzhou – Shenzen 20.000 m²<br />

• Shanghai – Nanjing 150.000 m²<br />

• Shanghai – Hangzhou 70.000 m²<br />

• Nanjing – Hangzhou 100.000 m²<br />

gesamt 715.000 m²<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Lärmschutzsysteme in China, Strecke Peking-Tientsin<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Unsere Stärke ist Erfahrung<br />

• über 4 Mio. m² Lärmschutzwände<br />

an über 1.000 Standorten<br />

• über 50 Systeme und Detaillösungen mit<br />

Patent- oder Gebrauchsmusterschutz<br />

• Produktion in eigenen Werken<br />

• genaue Kenntnis der spezifischen Anforderungen<br />

<strong>von</strong> <strong>Lärmschutzsystemen</strong><br />

• Beratung in allen Phasen<br />

• Aufzeigen <strong>von</strong> Optimierungsmöglichkeiten<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Ob Lärmschutzwände aus Beton,<br />

Aluminium, Holz oder transparent<br />

„Ruhe bitte!“<br />

der Name Züblin steht für höchste Qualität<br />

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Ed. Züblin AG Bayern/Systembau, Bereich Lärmschutz<br />

Ihr Ansprechpartner in Stuttgart<br />

Ed. Züblin AG<br />

Direktion Bayern / Systembau<br />

Bereich Lärmschutz<br />

Dipl.-Ing. Thomas Sehorsch<br />

Albstadtweg 3<br />

70567 Stuttgart<br />

Tel. +49 711 7883-817<br />

Fax +49 711 7883-605<br />

thomas.sehorsch@zueblin.de<br />

www.zueblin-systembau.de<br />

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