Grabenlose Bau- und Sanierungsverfahren von Rohrleitungen und Kanälen
Ein Verfahrensvergleich
©2005
Diplomarbeit
103 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Im Rahmen eines praxisorientierten Vergleichs der grabenlosen Bau- und Sanierungsverfahren gibt diese Diplomarbeit eine umfassende und übersichtliche Einführung in das Fachgebiet der grabenlosen Bauweise von Rohrleitungen und Kanälen. Im ersten Kapitel werden hierzu die zentralen Begriffe durch Definitionen vorgestellt. Zudem wird ein Einblick in die historische Entwicklung der grabenlosen Bauweise gewährt sowie Vor- und Nachteile der Bau- und Sanierungsverfahren im Vergleich zur offenen Bauweise auf allgemeiner Basis dargestellt. Abschließend wird die Marktsituation erläutert und eine Auflistung relevanter Normen und Verbände aufgezeigt.
Kapitel zwei stellt gebräuchliche Rohrmaterialien und Rohrsysteme vor und gibt zusätzlich Auskunft über die jeweiligen charakteristischen Materialeigenschaften. Den Hauptteil der Arbeit bilden Kapitel drei und vier. Hier werden die grabenlosen Bau- und Sanierungsverfahren, hinsichtlich charakteristischer Verfahrenseigenschaften bzw. des Bedarfsfalls, im direkten Vergleich dargestellt. Eine Beurteilung der Verfahren ist jeweils Bestandteil der einzelnen Verfahrensbeschreibungen.
Kapitel drei behandelt grabenlose Bauverfahren. Diese werden hinsichtlich charakteristischer Verfahrenseigenschaften, wie bemannt oder unbemannt beziehungsweise steuerbar oder nicht-steuerbar unterteilt. Im direkten Verfahrensvergleich werden Aspekte wie Vortriebslängen, Zeit, Umweltverträglichkeit und Materialauswahl berücksichtigt. Des Weiteren wird die Einsatztauglichkeit der Verfahren hinsichtlich verschiedener Umgebungsbedingungen geprüft.
Kapitel vier behandelt die grabenlosen Sanierungsverfahren. Die Unterteilung wird hinsichtlich des Bedarfsfalls im direkten Vergleich nach Instandsetzungs-, Reparatur- und Erneuerungsverfahren getroffen. Als unmittelbar zuzuordnenden Berührungspunkt wird in diesem Kapitel auf die zusätzliche Option der Prävention im Rahmen von Materialauswahl und angepasster Netzplanung eingegangen. Kapitel fünf beinhaltet eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie einen Ausblick in die Zukunft.
Zusammenfassung:
In den bisherigen Kapiteln liegt ein umfassender Überblick über grabenlose Bauund Sanierungsverfahren vor. Die Vielfalt an vorhandenen Verfahren erklärt sich aus der Notwendigkeit bei der Auswahl des Verfahrens, eine Vielzahl von maßgeblichen Parametern zu berücksichtigen.
Hierzu gehören die Eigenschaften des Baugrunds (Bodenklasse, Umgebungsbedingungen) sowie die […]
Im Rahmen eines praxisorientierten Vergleichs der grabenlosen Bau- und Sanierungsverfahren gibt diese Diplomarbeit eine umfassende und übersichtliche Einführung in das Fachgebiet der grabenlosen Bauweise von Rohrleitungen und Kanälen. Im ersten Kapitel werden hierzu die zentralen Begriffe durch Definitionen vorgestellt. Zudem wird ein Einblick in die historische Entwicklung der grabenlosen Bauweise gewährt sowie Vor- und Nachteile der Bau- und Sanierungsverfahren im Vergleich zur offenen Bauweise auf allgemeiner Basis dargestellt. Abschließend wird die Marktsituation erläutert und eine Auflistung relevanter Normen und Verbände aufgezeigt.
Kapitel zwei stellt gebräuchliche Rohrmaterialien und Rohrsysteme vor und gibt zusätzlich Auskunft über die jeweiligen charakteristischen Materialeigenschaften. Den Hauptteil der Arbeit bilden Kapitel drei und vier. Hier werden die grabenlosen Bau- und Sanierungsverfahren, hinsichtlich charakteristischer Verfahrenseigenschaften bzw. des Bedarfsfalls, im direkten Vergleich dargestellt. Eine Beurteilung der Verfahren ist jeweils Bestandteil der einzelnen Verfahrensbeschreibungen.
Kapitel drei behandelt grabenlose Bauverfahren. Diese werden hinsichtlich charakteristischer Verfahrenseigenschaften, wie bemannt oder unbemannt beziehungsweise steuerbar oder nicht-steuerbar unterteilt. Im direkten Verfahrensvergleich werden Aspekte wie Vortriebslängen, Zeit, Umweltverträglichkeit und Materialauswahl berücksichtigt. Des Weiteren wird die Einsatztauglichkeit der Verfahren hinsichtlich verschiedener Umgebungsbedingungen geprüft.
Kapitel vier behandelt die grabenlosen Sanierungsverfahren. Die Unterteilung wird hinsichtlich des Bedarfsfalls im direkten Vergleich nach Instandsetzungs-, Reparatur- und Erneuerungsverfahren getroffen. Als unmittelbar zuzuordnenden Berührungspunkt wird in diesem Kapitel auf die zusätzliche Option der Prävention im Rahmen von Materialauswahl und angepasster Netzplanung eingegangen. Kapitel fünf beinhaltet eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie einen Ausblick in die Zukunft.
Zusammenfassung:
In den bisherigen Kapiteln liegt ein umfassender Überblick über grabenlose Bauund Sanierungsverfahren vor. Die Vielfalt an vorhandenen Verfahren erklärt sich aus der Notwendigkeit bei der Auswahl des Verfahrens, eine Vielzahl von maßgeblichen Parametern zu berücksichtigen.
Hierzu gehören die Eigenschaften des Baugrunds (Bodenklasse, Umgebungsbedingungen) sowie die […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 9183
Brandmann, Andreas: Grabenlose Bau- und Sanierungsverfahren von Rohrleitungen und
Kanälen - Ein Verfahrensvergleich
Hamburg: Diplomica GmbH, 2005
Zugl.: Hochschule Anhalt, Diplomarbeit, 2005
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Printed in Germany
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1
Gliederung
Vorwort
4
1. Einleitung
5
1.1.
Definitionen
5
1.2.
Historische
Entwicklung
6
1.3.
Vorteile
der
grabenlosen
Verfahren
8
1.4.
Grenzen
der
grabenlosen
Verfahren
10
1.5.
Marktsituation
11
1.6.
Normen
und
Verbände
13
2. Materialien
15
3.
Grabenlose
Bauverfahren
18
3.1. Nichtsteuerbare Verfahren unbemannt
18
3.1.1.
Bodenverdrängungsverfahren
19
3.1.1.1.
Bodenverdrängungshammer
19
3.1.1.2. Horizontalramme/presse mit geschlossenem Rohr 22
3.1.1.3.
HorizontalPressbohrverfahren
23
3.1.2. Bodenentnahmeverfahren
25
3.1.2.1. Horizontalramme
mit
offenem
Rohr
25
3.1.2.2.
HorizontalPressbohrverfahren
27
3.1.2.3.
Hammerbohrung
29
3.2.
Steuerbare
Verfahren
unbemannt
32
3.2.1.
Pilotrohr
Vortriebe 32
3.2.1.1.
IRONMOLE
33
3.2.1.2.
Earth
Arrow
35
3.2.1.3.
FRONT
JACKING
37
3.2.1.4.
ACEMOLE
PC
10
38
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2
3.2.2.
Microtunnelbau
39
3.2.2.1.
Schneckenförderung 41
3.2.2.2.
Hydraulische
Förderung
42
3.2.2.3. Pneumatische
Förderung
43
3.2.2.4.
Mechanische
Förderung
44
3.2.3.
Spülbohrverfahren
45
3.2.4. Horizontal Directional
Drilling
(HDD)
48
3.3.
Steuerbare
Verfahren
bemannt 50
3.3.1.
Rohrvortrieb
51
3.3.2.
Pflugverfahren
52
3.3.2.1.
Rohr-
und
Kabelpflug
52
3.3.2.2.
Raketenpflug 54
3.4.
Ergebnisse
56
4.
Grabenlose
Sanierungsverfahren
60
4.1.
Instandsetzungsverfahren
60
4.1.1.
Roboterverfahren
61
4.1.2.
Injektionsverfahren
63
4.1.3.
Abdichtungsverfahren
64
4.1.4.
Kurzrohrrelining
65
4.2.
Reparaturverfahren
66
4.2.1. Lichthärtende GFK
Inliner 66
4.2.2. Schlauchreliningverfahren
68
4.2.3.
Verformungsverfahren
70
4.2.4.
Rohrstrangrelining
72
4.2.5.
Wickelrohrrelining
73
4.2.6.
Noppenbahnrelining 74
4.3.
Erneuerungsverfahren
75
4.3.1.
Berstlining
75
4.3.2.
Pipe
Eating
77
4.3.3.
Press-Zieh
Verfahren
78
4.4.
Ergebnisse
80
4.5.
Prävention
84
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________________________________________________________________________
3
5.
Zusammenfassung
und
Ausblick
87
6. Glossar, Literaturverzeichnis, Bilderverzeichnis,
89
Tabellenverzeichnis
7.
Anhang
95
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4
Vorwort
Im Rahmen eines praxisorientierten Vergleichs der grabenlosen Bau- und Sanie-
rungsverfahren gibt diese Diplomarbeit eine umfassende und übersichtliche Ein-
führung in das Fachgebiet der grabenlosen Bauweise von Rohrleitungen und Ka-
nälen.
Im ersten Kapitel werden hierzu die zentralen Begriffe durch Definitionen vorge-
stellt. Zudem wird ein Einblick in die historische Entwicklung der grabenlosen
Bauweise gewährt sowie Vor- und Nachteile der Bau- und Sanierungsverfahren
im Vergleich zur offenen Bauweise auf allgemeiner Basis dargestellt. Abschlie-
ßend wird die Marktsituation erläutert und eine Auflistung relevanter Normen und
Verbände aufgezeigt.
Kapitel zwei stellt gebräuchliche Rohrmaterialien und Rohrsysteme vor und gibt
zusätzlich Auskunft über die jeweiligen charakteristischen Materialeigenschaften.
Den Hauptteil der Arbeit bilden Kapitel drei und vier. Hier werden die grabenlosen
Bau- und Sanierungsverfahren, hinsichtlich charakteristischer Verfahrenseigen-
schaften bzw. des Bedarfsfalls, im direkten Vergleich dargestellt. Eine Beurtei-
lung der Verfahren ist jeweils Bestandteil der einzelnen Verfahrensbeschreibun-
gen.
Kapitel drei behandelt grabenlose Bauverfahren. Diese werden hinsichtlich cha-
rakteristischer Verfahrenseigenschaften, wie bemannt oder unbemannt bezie-
hungsweise steuerbar oder nicht-steuerbar unterteilt. Im direkten Verfahrensver-
gleich werden Aspekte wie Vortriebslängen, Zeit, Umweltverträglichkeit und
Materialauswahl berücksichtigt. Des Weiteren wird die Einsatztauglichkeit der
Verfahren hinsichtlich verschiedener Umgebungsbedingungen geprüft.
Kapitel vier behandelt die grabenlosen Sanierungsverfahren. Die Unterteilung
wird hinsichtlich des Bedarfsfalls im direkten Vergleich nach Instandsetzungs-,
Reparatur- und Erneuerungsverfahren getroffen. Als unmittelbar zuzuordnenden
Berührungspunkt wird in diesem Kapitel auf die zusätzliche Option der Prävention
im Rahmen von Materialauswahl und angepasster Netzplanung eingegangen.
Kapitel fünf beinhaltet eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie einen Aus-
blick in die Zukunft.
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1. Einleitung
1.1 Definitionen
Grabenloser Leitungsbau:
Unter grabenlosem Leitungsbau, versteht man die unterirdische Herstellung von
Ver- und Entsorgungsleitungen nicht begehbarer Nennweiten mit Hilfe maschinell
und unbemannt arbeitender Verfahren in geschlossener bzw. unterirdischer
Bauweise.
In der gegenwärtig entstandenen europäischen Norm ,,Grabenlose Verlegung
und Prüfung von Abwasserleitungen und Kanälen" (DIN EN 12889), wird der
Begriff ,,Microtunneling" für den unbemannten ferngesteuerten Vortrieb
1000
mm Innendurchmesser verwendet.
Instandsetzung:
Maßnahmen zur Wiederherstellung des Sollzustandes bei örtlich begrenzten
Schäden. [1-1]
Sanierung oder Reparatur:
Maßnahmen zur Wiederherstellung des Sollzustandes schadhafter Kanäle durch
deren technische Veränderung unter Erhaltung ihrer Substanz. [1-1]
Erneuerung:
Maßnahmen zur Herstellung neuer Kanäle, welche die Funktion der alten, außer
Betrieb genommenen übernehmen. Dies kann an derselben Stelle durch Aus-
wechselung (Substanzzerstörung) oder an anderer Stelle (Substanzaufgabe)
durchgeführt werden. [1-1]
Instandhaltung:
Maßnahmen zur Bewahrung und Wiederherstellung des Sollzustandes sowie zur
Feststellung und Beurteilung des Istzustandes von Kanälen. Diese beinhalten
Maßnahmen zur Wartungen, Inspektion, Schadensbehebung (Instandsetzung,
Sanierung, Erneuerung) [1-1].
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6
1.2 Historische Entwicklung
Der grabenlose Rohrleitungsbau fand Einzug mit der Erfindung von hydrauli-
schen Zylindern, die es ermöglichten vorwiegend Stahlrohre - mit hohem Druck
in das Erdreich zu pressen. Der verbleibende Erdkern im Rohr wurde je nach
Rohrdimension entweder von Hand oder mit einem Schneckengetriebe abgebaut.
Dieses so genannte Bohr-/Pressverfahren war jedoch in seiner Reichweite stark
begrenzt und wies aufgrund fehlender Steuerungsmöglichkeit häufig starke Sei-
ten und Höhenabweichungen auf.
Das so eingebrachte Rohr konnte dann als Betriebsrohr verwendet werden, meist
aber wurde es als Schutzrohr benutzt, so dass eine vertikale Abweichung beim
Einzug des Betriebsrohres in das Schutzrohr mit speziell angefertigten Gleitkufen
ausgeglichen werden konnte.
Einen wesentlichen Fortschritt brachte in den sechziger Jahren die Einführung
der Erdrakete (Russenrakete), die in der damaligen UDSSR entwickelt wurde und
danach in ständig verbesserter Form in der BRD von der Firma Tracto-Technik
mit einer eigenen Entwicklung auf den Markt Einzug hielt.
Mit der Erdrakete können im Verdrängungsverfahren Rohre verschiedener
Materialien eingezogen oder Stahlrohre vorgetrieben werden.
Eine Weiterentwicklung der Erdrakete mit Schneidflügel am Raketenkopf im Zu-
sammenwirken mit einem Ziehgerät lässt das zerstörende Verfahren Berstlining
zu.
In den siebziger Jahren kam die Pflugtechnik, die in der Bundesrepublik im we-
sentlichen von den Firmen Föckersperger (Aurachtal und Landshut) entwickelt
wurde, hinzu [1-3].
Diese statischen Rohrpflüge dienten anfangs zum grabenlosen Verlegen von
Erdkabeln und PE-Rohren kleiner Dimensionen für Wasser, Abwasser und Gas
meist im ländlichen Bereich z.B. für Einödhöfe, als Verbindungsleitungen zwi-
schen Ortschaften und dergleichen.
Die Rohrpflüge wurden dann ständig weiter entwickelt und lassen durch ausge-
feilte Technik und Steuerungsmöglichkeiten das Einpflügen von PE-Rohren bis
zu einem ø 355 mm und duktile Gussrohre bis DN 300 zu.
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Parallel zur der Entwicklung in der BRD wurden in den USA dynamische Pflüge
(Rüttelpflüge) entwickelt, die aufgrund ihrer Vibrationen und dadurch kleineren
Erdaufwurf nur im freien Gelände und bei Rohrdimensionen bis ca. 110 mm ein-
gesetzt werden sollten.
Mit der Einführung der Lasertechnik im Tiefbau, der Elektronik und von Mikropro-
zessor gesteuerten Computertechnik fand ein Quantensprung statt, der alle heu-
tigen modernen Verlegetechniken in ständiger Weiterentwicklung zur Anwendung
bringt.
Beispielhaft ist hier das weit verbreitete Spülbohrverfahren angezeigt, das in der
BRD durch Maschinen der Firmen FlowTex-Technologie und Trakto-Technik,
sowie durch Maschinen aus den USA wie Vermeer und Ditch Witch Anwendung
findet. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den vorgenannten Verfahren ist die
Fähigkeit mit speziellen Bohrköpfen auch die Bodenklasse 7 nach DIN 18300 zu
durchörtern [1-2].
Durch entsprechende Sender im Bohrkopf und Ortungsgeräte an der Gelände-
oberfläche kann eine gezielte Steuerung horizontal nach Bedarf bzw. Materialei-
genschaften und vertikal
5 % Gefälle erreicht werden.
Der größte Fortschritt im unterirdischen Rohrvortrieb wurde durch das Microtun-
neling-Verfahren erzielt.
Ein Verfahren, dass Computer gesteuert, die höchste Verlegegenauigkeit nach
heutigem Stand der Technik in allen Bodenklassen zulässt. Mit diesem Verfahren
können je nach Rohrleitungsdimension fast alle Rohrmaterialien in spezieller
Ausführung verarbeitet werden (Beton-, Steinzeug-, Kunststoff- und Stahlrohre).
Alle Aktivitäten der Bohranlage (Zeit, Pressdrücke usw.) werden über einen
Computer festgehalten und können in Listen- oder Diagrammform nachvollzogen
werden.
Die sprunghafte, rasante Entwicklung der neuen Techniken und dafür geeignete
Rohrmaterialien ist für Fachverbände Anlass Normen, Regel- und Arbeitsblätter
zu erarbeiten, um Sicherheit für Planer, Bauherrn und ausführende Unternehmen
herzustellen.
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1.3. Vorteile der grabenlosen Verfahren
Bauen ohne Graben hat viele Vorteile: für die Umwelt, den Verkehr, die Anwoh-
ner und Geschäftsleute der betroffenen Region. Denn eine Vortriebsbaustelle
kommt ohne große Erdbewegungen aus - wenige, kleine Schächte genügen.
Über der Erde läuft alles weiter wie gewohnt. Auch wenn beim ersten Blick auf
die hochtechnischen Gerätschaften einer Vortriebsbaustelle der Verdacht entste-
hen kann, dass dies eine teure Maßnahme sei, so ist doch genau das Gegenteil
der Fall.
Wirtschaftlicher Vergleich
Vergleicht man die Summen aller Kosten bei offener und geschlossener Bauwei-
se, lässt sich feststellen, dass lediglich die Verteilung der Posten unterschiedlich
ist. Bei offener Bauweise entfallen ca. 80% auf Bauhilfsmaßnahmen wie Erdar-
beiten oder Instandsetzungsmaßnahmen für die zerstörten Straßen und Gehwe-
ge nur ca. 19% sind eigentliche Rohrbaukosten. Bei der geschlossenen Bauwei-
se ist das Verhältnis nahezu umgekehrt: Nur ca. 21% für Bauhilfsmaßnahmen,
hingegen 79% als Investition in das eigentlich Bauwerk [1-4].
Kostenanteile offene Bauweise
3%
39%
8%
31%
19%
BE
Straßenbauarbeiten
Bodenaushub, Verbau
Kanalbau
Wasserhaltung
Kostenanteile geschlossene
Bauweise
6%
5%
70%
9%
10%
BE
Reinigung, Voruntersuchung
Relining
Anschlußarbeiten
Wasserhaltung
Tabelle 1-1: Kostenanteile der geschlossenen und offenen Bauweise [1-4]
Eine Investition, die sich rechnet. Ein in Vortriebstechnik gebauter Kanal kann
dank automatisierter, korrekter Bauausführung mit hochqualitativen Rohren we-
sentlich langlebiger und im Betrieb deutlich weniger störungsanfällig sein als her-
kömmliche Verfahren. Deshalb können Kanäle, die in unterirdischer Bauweise
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hergestellt wurden, über einen längeren Zeitraum abgeschrieben werden eine
echte Chance, Abwasserentgelte niedrig zu halten.
Einige Großstädte haben diese Vorteile schon lange erkannt in Berlin wird seit
Mitte der 80er Jahre überwiegend grabenlos gebaut. Das wirkt sich nicht nur po-
sitiv auf die Umweltbilanz und die Verkehrssituation der Millionenstadt aus, son-
dern auch auf die Stadtkasse: Bis 2002 konnten dank Einsparungen durch ge-
schlossene Bauweise ca. 52 Mio. Euro Bausumme in andere Bauvorhaben inves-
tiert werden [1-5].
Aber nicht nur die Bürger können mit stabilen Gebühren rechnen, auch Einzel-
handel, Gewerbe und alle diejenigen, die beruflich mit der Beförderung von Per-
sonen oder Gütern beschäftigt sind, profitieren von unterirdischem Rohrvortrieb.
An der Oberfläche dieser Baustellen sind nur Start- und Zielschacht und der
Steuercontainer zu sehen. Dieser geringe Platzbedarf einer Vortriebsbaustelle
behindert den Verkehr kaum, Staus werden vermieden. Straßen, Zufahrten und
Parkplätze bleiben erhalten und somit werden weder der Verkehrsfluss noch der
Wirtschaftskreislauf gestört. Weitere positive Folgen sind eine geringere Belas-
tung der Anwohner durch Lärm und Abgase sowie die Vermeidung volkswirt-
schaftlicher Schäden durch baustellenbedingte Ausfallzeiten der Arbeitnehmer.
Ökologische Auswirkungen
Wird ein Kanal in herkömmlicher Weise verlegt, dabei Gräben aufgerissen und
viel Erde bewegt, nehmen nicht nur Straßen und Gehwege Schaden, sondern
auch die Stadtbepflanzung. Denn Bäumen und auch ganzen Parks wird buch-
stäblich das Wasser abgegraben. Das Grundwasser muss häufig abgesenkt wer-
den, Wurzeln werden zerstört. Unterirdischer Rohrvortrieb schont nicht nur die
"grünen Lungen" unserer Städte, sondern hat auch insgesamt eine positive Öko-
bilanz: Die Wurzeln werden nur entsprechend dem Rohrdurchmesser untergra-
ben, Grundwasserabsenkungen sind nur im geringem Umfang notwendig und
auch große Erdbewegungen entfallen. Das spart viel LKW-Verkehr sowie den
Einsatz von schwerem Baustellengerät und die damit verbundenen Lärm- und
Emissionsbelastungen. Außerdem entfällt der Deponieraum, denn Erdaushub
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10
kann nur in den seltensten Fällen zur Wiederauffüllung eines Grabens eingesetzt
werden [1-6].
Die grabenlose Bauweise folgt damit verfahrensbedingt einer Prämisse, die von
Umwelt-Experten immer wieder betont wird: Je weniger in ein funktionierendes
System eingegriffen wird, desto besser.
1.4 Grenzen des grabenlosen Verfahrens
Grenzen werden dem grabenlosen Verfahren seitens des Baugrundes aufge-
zeigt. Aus diesem Grund ist eine intensive Erkundung der Bodenverhältnisse
zwingend notwendig. Der Planer muss vor der Ausschreibung wissen, was den
Bohrkopf erwartet. Die Bodenerkundungen müssen je nach Vorhandensein des
Grundwassers bis zu einer Tiefe von mindestens 2 bis 3 Meter unter der Rohr-
sohle erfolgen. Der Abstand der Aufschlüsse sollte zwischen 20 und 50 Meter, im
Sonderfall bei 10 Meter liegen.
Für den Vortrieb sind folgende Parameter des Bodens wichtig:
- Für den Abbau: Gesteinsfestigkeit, Trennflächen, Lagerungsdichte bzw. Kon-
sistenz, Neigung zur Klebrigkeit, Steine
- Für die Ortsbruststützung: Trennflächen, Wasseranfall, Kornverteilung, Lage-
rungsdichte bzw. Konsistenz, Durchlässigkeit, Scherfestigkeit, Bodenschich-
tung
- Für die Förderung und Separierung: Wassergehalt, Kohäsion, Plastizität,
Kornverteilung, Klebrigkeit
Ein weiterer Punkt der Beachtung finden muss, ist die Hindernisproblematik. Die
Beseitigung von Hindernissen ist wichtig, um das Risiko unvorhergesehener Ber-
gungen für die ausführenden Firmen zu minimieren. Klar definiert werden muss,
ab welcher Größe ein Stein ein Hindernis darstellt, da nicht jeder Stein durchfah-
ren werden kann. Unterschieden werden muss, ob das Hindernis unterirdisch
oder oberirdisch zu bergen ist. Bei einem Bahndamm mit Schnellzugverkehr oder
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11
einem Fluss ist eine oberirdische Bergung kaum möglich. Die Kostenauswirkun-
gen sind dabei frühzeitig zu berücksichtigen.
Sofern alle Voruntersuchungen ordnungsgemäß abgeschlossen sind und das
richtige Vortriebssystem gewählt wurde, kann mit der grabenlosen Bauweise mitt-
lerweile jede Bodenart bearbeitet werden. Grenzen, an die das Verfahren stößt,
werden immer geringer.
Aus diesem Grund wächst die Akzeptanz seitens der Auftraggeber in den letzten
Jahren an. Wirtschaftliche und ökologische Betrachtungen haben zur Etablierung
der geschlossenen Bauweise beigetragen.
1.5 Marktsituation
Im 21. Jahrhundert stehen überall auf der Welt Städte und Regionen vor der Her-
ausforderung eine sichere Versorgung mit Wasser, Gas, Elektrizität, Kommunika-
tion sowie eine umweltfreundliche Entsorgung zu gewährleisten. Die Stadt wird
der wichtigste Lebensraum für den Menschen sein. Im Jahre 1990 lebten weltweit
2,3 Milliarden Menschen in Städten, im Jahre 2025 werden es nach Schätzungen
der UNO doppelt so viele sein. Angesichts dieser Entwicklung, des geschärften
Umweltbewusstseins und wachsender qualitativer und quantitativer Anforderun-
gen an moderne Infrastruktur stehen die Ballungsräume überall auf der Welt vor
gewaltigen Aufgaben [1-7].
In vielen Fällen müssen neue Leitungsnetze erstellt werden und bestehende Net-
ze erweitert, ausgebaut und erneuert werden. Die kostengünstige und ökologisch
verträgliche Erstellung neuer Ver- und Entsorgungsnetze ist vor allem für die
Schwellen- und Entwicklungsländer mit ihren expandierenden Ballungszentren
problematisch. In den Industrieländern werden neue Leitungsnetze erforderlich
aufgrund des ständigen Wandels und der Entwicklung der Gesellschaft, die auch
zu veränderten Anforderungen an die Ver- und Entsorgung führen.
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Untersuchungen bei den Kanalnetzbetreibern haben ergeben, dass rund 15% der
öffentlichen Kanalisation in Deutschland erneuert und repariert werden müssen.
Bedarfsstudien ergaben, dass jährlich mit ca. 780 km Neuverlegung und ca. 935
km Erneuerung von Kanalisationsleitungen zu rechnen ist. Etwa 15% aller Ver-
und Entsorgungsleitungen in Deutschland werden bei Neuverlegung durch gra-
benlose Bauweisen verlegt. Ende der achtziger Jahre gab es hier erst sehr weni-
ge Einzelanwendungen. Seitdem hat die Anwendung der grabenlosen Bauweise
jedoch kontinuierlich zugenommen. Im Vergleich zu Ländern wie den Niederlan-
den, Dänemark und Großbritannien steht Deutschland jedoch zurück. Bei der
Vergabe von Verlegeaufträgen werden in Deutschland nur direkte Kosten vergli-
chen und die sind in Zeiten schlechter Konjunktur zwischen offener und ge-
schlossener Bauweise nahezu gleich niedrig geworden [1-8].
Angesichts der weiter steigenden Nachfrage und der Einschätzungen der Ver-
bände, wird die geschlossene Bauweise ihren Marktanteil in den nächsten Jahren
mit Sicherheit steigern können. Auch die zunehmend vereinheitlichte europäische
Normung wird in Deutschland zu einer verstärkten Berücksichtigung der indirek-
ten Baukosten führen, so dass auch dieser Vorteil weiter in den Vordergrund
rückt. Die grabenlose Bauweise gewährleistet eine qualitativ hochwertige Leis-
tung. Die Vortriebsrohre weisen extrem niedrige Toleranzen auf. Sie sind Spit-
zenerzeugnisse und besonders langlebig, da sie den besonderen Anforderungen
und Belastungen des Bauzustandes ,,Vortrieb" widerstehen müssen. Durch den
Vortrieb entsteht ein weitgehend ungestörtes Auflager und die ausgereiften,
Rechner gestützten Steuertechniken der Maschinen, gewährleisten eine höhere
Verlegegenauigkeit als im konventionellen Kanalbau.
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1.6. Normen und Verbände
Die Vielzahl an möglichen, einsetzbaren Materialien und Verfahren, unter ver-
schiedensten Randbedingungen, erfordern eine Reihe von Normen, Vorschriften
und Merkblättern, die es bei vielen Anwendungsfällen gesondert zu beachten gilt.
Die folgende Aufzählung soll nur einen kurzen Einblick in die Vielfalt der evtl. zu
beachtenden Richtlinien bzw. Auskunft gebenden Verbände geben.
·
DIN EN 12889 ,,Grabenlose Verlegung und Prüfung von Abwasserleitun-
gen und Kanälen"
·
ATV Arbeitsblatt A 125 ,,Rohrvortrieb"
·
ATV A 161 ,,Statische Berechnung von Vortriebsrohren"
·
DIN EN 12336 ,,Tunnelbohrmaschinen Schildmaschinen, Horizontal-
Pressbohr-Maschinen, Geräte für die Errichtung der Tunnelauskleidung -
Sicherheitstechnische Anforderungen"
·
DVGW Arbeitsblatt GW 321 ,,Steuerbare horizontale Spülbohrverfahren
für Gas- und Wasserrohrleitungen Anforderungen, Gütesicherung und
Prüfung"
·
DIN 1054 ,,Baugrund; Zulässige Belastung des Baugrunds"
·
ATV-DVWK M 160 ,,Fräs- und Pflugverfahren für den Einbau von Ab-
wasserleitungen und kanälen"
·
DIN
18319
,,Rohrvortriebsarbeiten (VOB Teil C; ATV)
·
DIN 1045 ,,Beton und Stahlbeton"
·
DIN 4279 Innendruckprüfung von Druckrohrleitungen
·
DIN 8075 ,,Rohre aus PE hart"
·
DIN 19630 ,,Richtlinien für den Bau von Wasserrohrleitungen"
·
UVV Allgemeine Vorschriften
·
UVV Sicherheitsregeln für Rohrleitungsbauarbeiten
·
ATV-A 200 ,,Grundsätze für die Abwasserentsorgung in ländlich struktu-
rierten Gebieten"
·
ZTVA-StB 97 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtli-
nien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
14
Verbände:
·
ATV-DVWK Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und
Abfall e.V.
·
DCA Verband Güteschutz Horizontalbohrungen e. V.
·
DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.
·
GSTT German Society for Trenchless Technology e. V.
·
Güteschutz Kanalbau e.V.
·
RBV Rohrleitungsbauverband e.V.
·
RSV
Rohrleitungssanierungsverband e. V.
·
BGW Bundesverband der Deutschen Gas- und Wasserwirtschaft
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
15
2. Materialien
Die Wahl des zu verlegenden Rohrmaterials spielt bei den grabenlosen Bauver-
fahren eine sehr große Rolle. Durch Gewicht, Stabilität, Reibungswert oder Zug-
verhalten beeinflusst sie entscheidende Faktoren wie Kosten, Vortriebsge-
schwindigkeit und Vortriebslängen.
Um wirtschaftlich arbeiten zu können ist es daher sehr wichtig Material, Bauver-
fahren und die vorhandenen Bedingungen aufeinander abzustimmen.
Dieses Kapitel soll einen kurzen Überblick über die momentan angebotenen
Rohrmaterialen und deren Eigenschaften geben [2-1/2/3/4/5].
Beton, Stahlbeton
- hohes
Gewicht
- begrenzte
Rohrstücklänge
- bedingte
Korrosionsbeständigkeit
- hohe statische Belastbarkeit
- spezielle
Rohrverbindung
Faserzement
- hohes
Gewicht
- begrenzte
Rohrstücklänge
- bedingt
Korrosionsbeständig
- spezielle
Rohrverbindung
Steinzeug
- hohes
Gewicht
- begrenzte
Rohrstücklänge
- sehr gute chemische Beständigkeit
- spezielle
Rohrverbindung
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
16
Stahl
- hohes
Gewicht
- hohe
Festigkeit
- bedingt
Korrosionsbeständig
- kraftschlüssige
Rohrverbindung
Duktiles Gusseisen
- hohes
Gewicht
- bedingt
Korrosionsbeständig
- kraftschlüssige
Rohrverbindung
- hohe statische Belastbarkeit
GFK
- niedriges Gewicht, große Rohrlängen
- sehr gute chemische Beständigkeit
- geringer
Ausdehnungskoeffizient
- lange Haltbarkeit und Lebensdauer
PVC
- niedriges
Gewicht
- einfache
Verlegetechnik
- gute chemische Beständigkeit
- Nutzungsdauer
100 Jahre
PE
- niedriges Gewicht, große Rohrlängen
- sehr gute chemische Beständigkeit
- lange Haltbarkeit und Lebensdauer
- Schlagunempfindlich auch bei Frost
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PP
- niedriges
Gewicht
- Nutzungsdauer
100 Jahre
- gute chemische Beständigkeit
- Schlagunempfindlich auch bei Frost
PE-X
- niedriges Gewicht, große Rohrlängen
- sehr gute chemische Beständigkeit
- Unempfindlich
gegen
Kerben
und Spannungsrissbildung
- lange Haltbarkeit und Lebensdauer
Auf Werkstoffe die aus mehreren Komponenten oder einer Mischung der oberen
Materialien bestehen, wird hier nicht weiter eingegangen.
Die nachfolgende Tabelle soll zum Abschluss, die geeignete Methode zum Ein-
bau von Rohren in Abhängigkeit des Werkstoffs zeigen:
Werkstoff Einziehen
Einschieben
Einpressen
Einrammen
Beton, Stahlbeton
x
x
Faserzement
x
x
Steinzeug
x
x
Stahl x x x x
Guss x x x
GFK x x
PVC x x x
PE x
PP x x x
PE-X x
Tabelle 2-1: Geeignete Methoden zum Einbau von Rohren
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3. Grabenlose Bauverfahren
Unter grabenlosem Leitungsbau versteht man die Verlegung von Ver- und Ent-
sorgungsleitungen, Schutz- und Mantelrohren, Leitungskanälen und die bauliche
Hülle begehbarer Leitungsgänge in geschlossener Bauweise. Die offene Bauwei-
se lässt sich dabei nicht völlig vermeiden, sie findet jedoch nur eingeschränkte
Anwendung bei der Herstellung von Start- und Zielschächten bzw. Arbeits-
schächten.
3.1. Nichtsteuerbare Verfahren unbemannt
Der große Nachteil der sehr kostengünstigen und einfach zu bedienenden, nicht-
steuerbaren Verfahren liegt in der nicht kontrollierbaren und nicht direkt beein-
flussbaren Richtungsstabilität sowie der daraus resultierenden relativ geringen
Lagegenauigkeit.
Zur besseren Strukturierung der Verfahren wurde eine Einteilung nach Art der
Herstellung des Hohlraumes, der Bodenverdrängungs- und Bodenentnahmever-
fahren, gewählt.
Die folgende Tabelle soll einen kurzen Überblick der verschiedenen Verfahren im
Bereich der nichtsteuerbaren Verfahren geben:
Erfahrungswerte für den Anwendungsbereich
Art Verfahren
Rohraußen-
durchmesser
Da (mm)
Vortriebslänge
(m)
Mindest-
überdeckung
(mm)
Boden-
verdrängungs-
hammer
200
25
10 x Da
Horizontalramme/-
presse mit ge-
schlossenem Rohr
150
20
12 x Da
Boden-
verdrängungs-
verfahren
Horizontal Press-
anlage
100
15
10 x Da
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
19
Horizontalramme
mit offenem Rohr
1600
70
2 x Da
mind. 1,0 m
Boden-
entnahme-
verfahren
Horizontal - Preß-
bohrgerät
1600
80
2 x Da
mind. 0,8 m
Tabelle 3-1: Das Arbeitsblatt ATV - A 125 ,,Rohrvortrieb" stellt die nichtsteuerba-
ren Verfahren - wie oben dargestellt gegenüber [3-1]
3.1.1. Bodenverdrängungsverfahren
Die begriffliche Definition dieses Verfahrens beschreibt bereits seine wesentliche
Eigenschaft: Das Bohrgut wird nicht abgefördert, sondern direkt in das umgeben-
de Erdreich gepresst. Beim Bodenverdrängungsverfahren wird, von einer Start-
baugrube aus, ein kreisförmiger Verdrängungskörper statisch oder dynamisch in
den anstehenden Baugrund vorgetrieben. Dabei entsteht ein Hohlraum mit einer
verdichteten Randzone. In diesem Hohlraum werden in der Regel sofort mit dem
Verdrängungskörper auch Schutz- oder Produktrohre eingezogen bzw. einge-
schoben.
3.1.1.1. Bodenverdrängungshammer
Der Bodenverdrängungshammer, auch Verdrängungshammer oder Erdrakete
genannt, ist im Prinzip ein Rundpfahl, der durch Hammerschläge in das Erdreich
eingetrieben wird. An Stelle eines Hammers wird hier ein Schlagkolben verwen-
det, der sich im Inneren des Gehäuses befindet. Er wird mit Hilfe von Druckluft
pneumatisch angetrieben und schlägt auf den Verdrängungskopf. Aus dem Auf-
prall des Schlagkolbens resultiert die Energie, die für das Eindringen des Ver-
drängungshammers in den Boden und die dazu notwendige Bodenverdrängung,
erforderlich ist. Der bei der Beschleunigung des Kolbens im Zylinder auftretende
Rückstoß, wird von der Mantelreibung des Maschinengehäuses aufgenommen.
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Bild 3-1: Verfahrensskizze ungesteuerte Erdrakete [3-2]
Der Verdrängungshammer kann je nach Typ und Größe auf Vorwärts- und
Rückwärtslauf geschaltet werden.
Er wird von einer entsprechend nach DIN 4124 verbauten Startbaugrube aus ge-
startet. Die Ausrichtung des Gerätes erfolgt mittels Peilstab und Wasserwaage in
einem Neigungsbereich zwischen ±20 Prozent auf einer Startlafette bzw. Beton-
bett.
Beim Einbau der Leitungen stehen grundsätzlich zwei Varianten zur Verfügung:
- Variante 1: Sofortverrohrung durch Nachziehen oder durch Nachschieben
von Schutz- oder Produktrohren. Diese Variante wird insbesondere bei
kleineren Nennweiten im Hauszuleitungsbereich mit PE- und PVC-Rohren
angewandt.
- Variante 2: Direktes Schlagen von Stahlschutz- bzw. Produktrohren auch
größerer Nennweiten. Durch die mögliche Grundlänge des Stahlrohres
von 6 m bzw. 12 m kann, bei geeigneten Böden und genauem einrichten
des Grundrohres, eine relativ hohe Zielgenauigkeit erreicht werden.
Unter den Herstellern gibt es Unterschiede bezüglich der Verbindung des Ver-
drängungskopfes mit dem Gehäuse des Verdrängungshammers. Diese sind ent-
scheidend für die Umsetzung der kinetischen Energie des Schlagkolbens. Man
kann zwischen zwei Systemen unterscheiden:
- ein fest mit dem Maschinengehäuse verbundener Verdrängungskopf
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- ein axial, unabhängig vom Maschinengehäuse gelagerter (längsver-
schieblicher) Verdrängungskopf
Die meisten der heute eingesetzten Verdrängungshämmer arbeiten mit einem
längsverschieblichen Verdrängungskopf, der ein Vorrücken im 2-Takt-Rhythmus
ermöglicht.
Im ersten Takt trifft der Schlagkolben auf den Verdrängungskopf, wodurch dieser
vorschnellt und die eigentliche Bodenverdrängung hervorruft. In den so entstan-
denen Hohlraum rückt das Maschinengehäuse im 2. Takt nach.
Im Vergleich zum fest mit dem Gehäuse verbundenen Verdrängungskopf erfolgt
in diesem Fall eine bessere Energieumsetzung, die insbesondere die Zertrümme-
rung von Hindernissen erleichtert.
Entscheidend für die Vortriebsgeschwindigkeit und Richtungsstabilität ist die op-
timale Auswahl der Form des Verdrängungskopfes. Das nachfolgende Bild zeigt
verschiedene Formen von Verdrängungsköpfen.
Bild 3-2: Verschiedene Möglichkeiten eines Verdrängungskopfes [3-3]
Der Verdrängungshammer kann in trockenen und in erdfeuchten Böden der Bo-
denklassen 1,3 bis 5 nach DIN 18300 geradlinige Hohlräume mit einem Durch-
messer von 45 mm bis 300 mm herstellen. Voraussetzung hierfür ist ein verdrän-
gungsfähiger Boden.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2005
- ISBN (eBook)
- 9783832491833
- ISBN (Paperback)
- 9783838691831
- DOI
- 10.3239/9783832491833
- Dateigröße
- 10.7 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Hochschule für angewandte Wissenschaften Anhalt in Köthen – Bauingenieurwesen
- Erscheinungsdatum
- 2005 (Dezember)
- Note
- 1,3
- Schlagworte
- rohrverlegung vortrieb kanalsanierung bauverfahren entsorgung
