fahren der Berliner Wasserbetriebe - Nodig-Bau.de
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Erneuerung in Berlin<br />
Grabenlose Auswechslung<br />
von Druckrohren mit <strong>de</strong>m Hilfsrohrver<strong>fahren</strong><br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong><br />
von Wilhelm Gaebelein und Michael Schnei<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Bild 1: Platzbedarf und Verkehrsbehin<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen bei <strong><strong>de</strong>r</strong> offenen <strong>Bau</strong>weise<br />
1. Einführung<br />
Insbeson<strong><strong>de</strong>r</strong>e im innerstädtischen Bereich sind grabenlose<br />
<strong>Bau</strong>weisen bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Erneuerung von Druckrohrleitungen<br />
nicht mehr wegzu<strong>de</strong>nken; ihre Anwendung<br />
hat <strong>de</strong>utlich steigen<strong>de</strong> Ten<strong>de</strong>nz. Während<br />
bei <strong><strong>de</strong>r</strong> offenen <strong>Bau</strong>weise für die Rohrauswechslung<br />
viele Flächen belegt wer<strong>de</strong>n, die mit <strong><strong>de</strong>r</strong> eigentlichen<br />
Rohrauswechslung nichts zu tun haben, halten sich<br />
diese Beeinträchtigungen bei Anwendung <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen<br />
Technologien in Grenzen. Bild 1 zeigt, in<br />
welchem Maße bei <strong><strong>de</strong>r</strong> offenen <strong>Bau</strong>weise mit offenen<br />
<strong>Bau</strong>gruben, <strong><strong>de</strong>r</strong> Zwischenlagerung <strong>de</strong>s Pflasters und<br />
8<br />
<strong>de</strong>s Aushubs in Containern usw. Verkehr und Bürger<br />
beeinträchtigt wer<strong>de</strong>n.<br />
Die wesentlichen Vorteile <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen <strong>Bau</strong>weise<br />
liegen in:<br />
• Verringerung von Straßenaufbrüchen und Erdarbeiten<br />
bis über 80%<br />
• geringerer Platzbedarf für die <strong>Bau</strong>stelleneinrichtung<br />
(beson<strong><strong>de</strong>r</strong>s von Be<strong>de</strong>utung beim Einsatz im<br />
innerstädtischen Bereich)<br />
• das Altrohr wird restlos aus <strong>de</strong>m Bo<strong>de</strong>n entfernt<br />
• im Interesse <strong>de</strong>s Umweltschutzes bleiben we<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Abfall noch tot gelegte Leitungen im Bo<strong>de</strong>n; das<br />
<strong>Berliner</strong> Straßengesetz for<strong><strong>de</strong>r</strong>t, nicht benötigte<br />
FGR 38
Rohrleitungen aus <strong>de</strong>m Erdreich zu entfernen, um<br />
so eine Überbelegung <strong>de</strong>s unterirdischen <strong>Bau</strong>raumes<br />
zu vermei<strong>de</strong>n<br />
• erschütterungsfreie und leise Arbeitsweise bei <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Auswechslung<br />
• Reduzierung <strong><strong>de</strong>r</strong> Beeinträchtigung <strong>de</strong>s Verkehrs<br />
und <strong><strong>de</strong>r</strong> Bürger auf ein Minimum<br />
• keine Schädigung von Straßenbäumen über <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Rohrtrasse.<br />
Bild 2 zeigt, wie bei <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen Auswechslung<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> unter <strong>de</strong>n Bäumen liegen<strong>de</strong>n Versorgungsleitung<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> öffentliche Busverkehr in vollem Umfang ohne<br />
Beeinträchtigung aufrechterhalten wer<strong>de</strong>n kann.<br />
2. Grabenlose <strong>Bau</strong>ver<strong>fahren</strong><br />
In <strong><strong>de</strong>r</strong> Vergangenheit wur<strong>de</strong>n im Versorgungsgebiet<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong> die unterschiedlichsten<br />
Ver<strong>fahren</strong> zur Auswechslung von Versorgungsleitungen<br />
eingesetzt. Dabei lagen umfangreiche Erfahrungen<br />
beim grabenlosen Einbau von Entwässerungskanälen<br />
(bekannt unter <strong><strong>de</strong>r</strong> „<strong>Berliner</strong> <strong>Bau</strong>weise) vor.<br />
Diese Erfahrungen mit Einbauver<strong>fahren</strong>, bei <strong>de</strong>nen<br />
axiale Druckkräfte auf das Neurohr wirken, konnten<br />
jedoch nicht genutzt wer<strong>de</strong>n, weil bei <strong>de</strong>n in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Wasserversorgung eingesetzten Muffenrohren Schä<strong>de</strong>n<br />
im Verbindungsbereich provoziert wur<strong>de</strong>n.<br />
Für die grabenlose Erneuerung von Versorgungsleitungen<br />
in gleicher Trasse sind folgen<strong>de</strong> Ver<strong>fahren</strong><br />
bekannt und erprobt:<br />
• Berstliningver<strong>fahren</strong> [1]<br />
• Press-Ziehver<strong>fahren</strong> [2]<br />
• Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> [3].<br />
Bei diesen Ver<strong>fahren</strong> müssen die Neurohre zu Leitungssträngen<br />
zusammengefügt wer<strong>de</strong>n, welche<br />
beim Einbau Zugkräfte schadlos aufnehmen und<br />
übertragen können.<br />
In Berlin schei<strong>de</strong>t die Anwendung <strong>de</strong>s Berstliningver<strong>fahren</strong>s<br />
aus, weil ein Verbleib von nicht genutzten<br />
Rohren und Rohrresten im Bo<strong>de</strong>n nicht gestattet<br />
GUSSROHR-TECHNIK<br />
ist. Daher sind im Versorgungsgebiet <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Berliner</strong><br />
<strong>Wasserbetriebe</strong> nur das Press-Ziehver<strong>fahren</strong> und<br />
das Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> zugelassen.<br />
Das Press-Ziehver<strong>fahren</strong> wur<strong>de</strong> in seiner ersten Variante<br />
bereits in [4] beschrieben. Es arbeitet einstufig,<br />
das Altrohr wur<strong>de</strong> mittels Neurohr auf einen<br />
Spaltkegel geschoben und in Scherben aus <strong><strong>de</strong>r</strong> Maschinengrube<br />
entnommen. In <strong><strong>de</strong>r</strong> weiter entwickelten<br />
Variante wird nur das Altrohr geschoben. Die<br />
Neurohre mit zugfesten Verbindungen wer<strong>de</strong>n<br />
mittels Zugkopf am En<strong>de</strong> <strong>de</strong>s letzten Altrohres angehängt<br />
und in <strong>de</strong>n frei wer<strong>de</strong>n<strong>de</strong>n Hohlraum nachgezogen.<br />
2.1 Hilfsrohrver<strong>fahren</strong><br />
Beim Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> wird die trassengleiche<br />
Auswechslung in zwei Arbeitsgänge aufgeteilt. Zunächst<br />
wer<strong>de</strong>n je eine Rohrbaugrube zum Ausbau<br />
<strong>de</strong>s Altrohres und zur Einbringung <strong><strong>de</strong>r</strong> neuen Rohre<br />
und eine Maschinenbaugrube zur Aufnahme <strong>de</strong>s<br />
Rohrauswechslungsgerätes hergestellt. Alle 20 bis<br />
50 m wer<strong>de</strong>n Zwischenbaugruben angelegt, die sich<br />
sinnvollerweise an Abzweigen, Hausanschlüssen<br />
und Armaturen befin<strong>de</strong>n. Somit entstehen Abschnitte<br />
von beherrschbarer Länge (Bild 3).<br />
Die alte Rohrleitung wird durch Vorpressen <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Hilfsrohre aus <strong>de</strong>m Erdreich in Richtung <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrbaugrube<br />
geschoben und dort ausgebaut (Bild 4).<br />
Das Altrohr wird in ganzen Rohrlängen geborgen<br />
(Bild 5). Dadurch ist das Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> beson<strong><strong>de</strong>r</strong>s<br />
geeignet, Altrohre aus Stahl gegen Neurohre<br />
auszuwechseln, da sich bei diesem Ver<strong>fahren</strong> kein<br />
Zuggestänge im Altrohr befin<strong>de</strong>t.<br />
Nach <strong><strong>de</strong>r</strong> vollständigen Entfernung <strong>de</strong>s letzten Altrohres<br />
ist die Trasse mit <strong>de</strong>n wie<strong><strong>de</strong>r</strong>verwendbaren<br />
Hilfsrohren belegt. Sie übernehmen jetzt die Lasten<br />
aus <strong><strong>de</strong>r</strong> Über<strong>de</strong>ckung und <strong><strong>de</strong>r</strong> Verkehrslast und sichern<br />
so <strong>de</strong>n Rohrkanal (Bild 6).<br />
Im zweiten Abschnitt <strong>de</strong>s Ver<strong>fahren</strong>s wird das neue<br />
Rohr in <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrbaugrube mittels eines Zugkopfes<br />
Bild 2: geschlossene <strong>Bau</strong>weise<br />
ohne Beeinträchtigung <strong>de</strong>s<br />
Verkehrs<br />
9
am Hilfsrohr befestigt und durch Zurückziehen <strong>de</strong>s<br />
Hilfsrohres in die Rohrtrasse eingezogen. Stahl- und<br />
duktile Gussrohre wer<strong>de</strong>n üblicherweise in <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrbaugrube<br />
montiert, wobei die Muffenrohre mit <strong>de</strong>m<br />
Einstecken<strong>de</strong> in Zugrichtung gerichtet sind (Bild 7).<br />
Der Zugkopf ist so ausgebil<strong>de</strong>t, dass er das Eindringen<br />
von Verschmutzungen in die neue Rohrleitung<br />
verhin<strong><strong>de</strong>r</strong>t und die auftreten<strong>de</strong>n Zugkräfte aufneh-<br />
Bild 5: Alte Stahlrohre in ganzer Länge nach <strong>de</strong>m Ausbau<br />
10<br />
Bild 3: Herstellen <strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Bau</strong>gruben<br />
und Trennen <strong>de</strong>s Altrohres in <strong>de</strong>n<br />
Zwischenbaugruben<br />
Bild 4: Herausschieben <strong><strong>de</strong>r</strong> Altrohrabschnitte<br />
men kann. Eine im Zugkopf integrierte Zugkraftmesseinrichtung<br />
dient <strong><strong>de</strong>r</strong> Erfassung und Dokumentation<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> auf <strong>de</strong>n Neurohrstrang wirken<strong>de</strong>n Zugkräfte.<br />
Der Zugkopf ist auf die Rohrabmessung <strong>de</strong>s<br />
auszuwechseln<strong>de</strong>n Rohres abgestimmt und wird bei<br />
Dimensionsvergrößerung als Aufweitkegel ausgebil<strong>de</strong>t.<br />
Um ein zwängungsfreies Einziehen <strong>de</strong>s Neurohrstranges<br />
sicherzustellen, ist ein <strong>de</strong>m Bo<strong>de</strong>nma-<br />
FGR 38
terial angepasster Überschnitt von ca. 10 bis 15% <strong>de</strong>s<br />
maximalen Außendurchmessers <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrverbindungen<br />
erfor<strong><strong>de</strong>r</strong>lich.<br />
Für bei<strong>de</strong> Ver<strong>fahren</strong> wer<strong>de</strong>n unterschiedliche Maschinen<br />
mehrerer Hersteller eingesetzt. Sie sind<br />
nach <strong>de</strong>n Empfehlungen <strong><strong>de</strong>r</strong> Gerätehersteller in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Maschinenbaugrube zu installieren und entsprechend<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> zu erwarten<strong>de</strong>n Kräfte zu sichern.<br />
Damit eine Beschädigung <strong><strong>de</strong>r</strong> Neurohrleitung während<br />
<strong>de</strong>s Einbaus sicher vermie<strong>de</strong>n wird, müssen folgen<strong>de</strong><br />
Bedingungen strikt eingehalten und dokumentiert<br />
wer<strong>de</strong>n:<br />
• Die auf <strong>de</strong>n Neurohrstrang wirken<strong>de</strong>n Zugkräfte<br />
sind bis zum Abschluss <strong>de</strong>s Einzuges kontinuierlich<br />
zu messen und aufzuzeichnen.<br />
• Ein Erreichen <strong><strong>de</strong>r</strong> maximal zulässigen Zugbelastung<br />
muss für <strong>de</strong>n Maschinenführer zeitgleich erkennbar<br />
sein.<br />
• Die Verbindungen <strong><strong>de</strong>r</strong> neuen Rohre dürfen nur mit<br />
Zugkräften belastet wer<strong>de</strong>n. Jegliches Drücken,<br />
Schieben o<strong><strong>de</strong>r</strong> Pressen <strong>de</strong>s neuen Rohres führt zu<br />
Beschädigungen, insbeson<strong><strong>de</strong>r</strong>e im Bereich <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Rohrverbindung, und ist <strong>de</strong>shalb auszuschließen.<br />
• Eine kontinuierliche Messung und Aufzeichnung<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> auf <strong>de</strong>n Neurohrstrang wirken<strong>de</strong>n Zugkraft<br />
dient als Nachweis, dass die zulässige Belastung<br />
während <strong>de</strong>s Auswechselvorganges nicht überschritten<br />
wur<strong>de</strong> (Qualitätssicherung).<br />
• Die beim Einziehvorgang auf die Rohre wirken<strong>de</strong>n<br />
Zugkräfte müssen zur Vermeidung von Vorschädigungen,<br />
insbeson<strong><strong>de</strong>r</strong>e im Verbindungsbereich, begrenzt<br />
wer<strong>de</strong>n. Die maximal zulässigen Zugkräfte<br />
sind abhängig vom Werkstoff <strong>de</strong>s Rohres, von <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Verbindungsart und vom Rohrdurchmesser. Die<br />
GUSSROHR-TECHNIK<br />
Bild 6: Hilfsrohr in gesamter<br />
Trasse<br />
Bild 7: Rückzug <strong>de</strong>s Hilfsrohrs und<br />
Einzug <strong>de</strong>s Neurohres<br />
vom Hersteller vorgegebenen Werte für die maximale<br />
Zugkraft sind einzuhalten.<br />
Wesentlich zum Erfolg <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen Auswechselung<br />
trägt die Trassenvoruntersuchung bei:<br />
• Lage <strong><strong>de</strong>r</strong> auszuwechseln<strong>de</strong>n Rohrleitung<br />
• Vorhan<strong>de</strong>nsein eventueller Richtungsän<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen<br />
• Lage <strong><strong>de</strong>r</strong> Trinkwasserhausanschlüsse<br />
• Lage <strong><strong>de</strong>r</strong> Hydranten und Schieber<br />
• Lage von an<strong><strong>de</strong>r</strong>en auf <strong><strong>de</strong>r</strong> Altrohrleitung befindlichen<br />
<strong>Bau</strong>teilen (nicht abgebaute Anbohrarmaturen,<br />
Rohrstutzen, Schieber usw.)<br />
• Lage von Nennweitensprüngen<br />
• Lage <strong><strong>de</strong>r</strong> Hausanschlusskanäle<br />
• Lage von Anlagen an<strong><strong>de</strong>r</strong>er Leitungsverwaltungen.<br />
Da bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Anwendung dieser Ver<strong>fahren</strong>, insbeson<strong><strong>de</strong>r</strong>e<br />
bei einer Nennweitenvergrößerung, Kräfte in<br />
<strong>de</strong>n benachbarten Bo<strong>de</strong>n eingeleitet wer<strong>de</strong>n, sind<br />
Wirkungen auf kreuzen<strong>de</strong> und parallel verlaufen<strong>de</strong><br />
Leitungen o<strong><strong>de</strong>r</strong> an<strong><strong>de</strong>r</strong>e Fremdanlagen nicht auszuschließen.<br />
Wer<strong>de</strong>n bei <strong><strong>de</strong>r</strong> Trassenvoruntersuchung<br />
Fremdanlagen erkannt, sind diese im gefähr<strong>de</strong>ten<br />
Bereich freizulegen.<br />
Während <strong>de</strong>s gesamten Auswechselvorganges müssen<br />
die Axialkräfte stetig eingeleitet wer<strong>de</strong>n. Das<br />
Rohrauswechslungsgerät ist mit einem o<strong><strong>de</strong>r</strong> mehreren<br />
hydraulisch wirken<strong>de</strong>n Vorschubzylin<strong><strong>de</strong>r</strong>n ausgerüstet,<br />
mit <strong><strong>de</strong>r</strong>en Hilfe die alten Rohre über die<br />
Hilfsrohre erschütterungsfrei und unter Vermeidung<br />
von dynamischen Energien in die Rohrbaugrube geschoben<br />
und dort entfernt wer<strong>de</strong>n. Die neuen Rohre<br />
wer<strong>de</strong>n in <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrbaugrube gefügt und vom Rohrauswechslungsgerät<br />
in die vorhan<strong>de</strong>ne Trasse gezo-<br />
11
gen. Die Auswechsellängen sind vom Rohrdurchmesser,<br />
Nennweitensprüngen, Bo<strong>de</strong>nart, <strong><strong>de</strong>r</strong> Leistung<br />
<strong>de</strong>s Rohrauswechslungsgerätes sowie vom Zustand<br />
<strong>de</strong>s Altrohres und <strong>de</strong>n maximal zulässigen<br />
Zugkräften <strong>de</strong>s Neurohres bestimmt.<br />
Bis zu einer Länge von ca.150 m kann eine Rohrstrecke<br />
in gesamter Länge ohne Umsetzen <strong><strong>de</strong>r</strong> Maschine<br />
ausgewechselt wer<strong>de</strong>n. In <strong><strong>de</strong>r</strong> Praxis hat sich gezeigt,<br />
dass die größte Kraft zum Lösen <strong>de</strong>s Altrohrstranges<br />
aus <strong>de</strong>m Bo<strong>de</strong>n benötigt wird. Das Altrohr kann diese<br />
hohen Kräfte nur begrenzt aufnehmen. Es kann<br />
erfor<strong><strong>de</strong>r</strong>lich wer<strong>de</strong>n, <strong>de</strong>n Altrohrstrang in <strong>de</strong>n<br />
Zwischenbaugruben zu trennen und die einzelnen<br />
Leitungsabschnitte getrennt zu lösen.<br />
Hierzu sind zwei Varianten praktikabel:<br />
1. Die Altleitungsabschnitte wer<strong>de</strong>n von <strong><strong>de</strong>r</strong> Maschinenbaugrube<br />
aus durch das Rohrauswech-<br />
12<br />
Bild 8: Maschine<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Bohrtec<br />
selgerät gelöst. Dabei wird zunächst <strong><strong>de</strong>r</strong> erste<br />
Rohrabschnitt in Richtung Zwischenbaugrube<br />
geschoben, <strong><strong>de</strong>r</strong> erste und <strong><strong>de</strong>r</strong> zweite Rohrabschnitt<br />
mit einem Übergangsstück in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Zwischenbaugrube verbun<strong>de</strong>n und im Anschluss<br />
daran <strong><strong>de</strong>r</strong> zweite Rohrabschnitt durch Vorpressen<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Hilfsrohre gelöst, usw.<br />
2. Von <strong><strong>de</strong>r</strong> Zwischenbaugrube ausgehend, die <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Rohrbaugrube am nächsten ist, wer<strong>de</strong>n die Altleitungsabschnitte<br />
in <strong>de</strong>n Zwischenbaugruben<br />
mit einem transportablen Hydraulikzylin<strong><strong>de</strong>r</strong> gelöst.<br />
Die gelösten Abschnitte wer<strong>de</strong>n danach<br />
mittels Hilfsrohr aufeinan<strong><strong>de</strong>r</strong> geschoben und in<br />
<strong>de</strong>n Zwischenbaugruben mittels Übergangsstück<br />
verbun<strong>de</strong>n.<br />
Das Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> ist patentrechtlich geschützt<br />
[5], die <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong> vergeben zur För<strong><strong>de</strong>r</strong>ung<br />
<strong>de</strong>s Wettbewerbs Ver<strong>fahren</strong>slizenzen.<br />
Bild 9: Maschine<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Perforator<br />
FGR 38
Bild 10: Maschine<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Brochier<br />
Tabelle 1: Zulässige Nennweitenerweiterung (Festlegung<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Berliner</strong> Wasser Betriebe)<br />
Nennweite Maximale Nennweite<br />
Altrohr Neurohr<br />
DN 80 DN 150<br />
DN 100<br />
DN 150 DN 200<br />
DN 200<br />
DN 200<br />
DN 300 DN 400<br />
DN 300<br />
DN 400 DN 400<br />
2.2 Maschinenvarianten<br />
Das Konzept <strong>de</strong>s Hilfsrohrver<strong>fahren</strong>s fand schnell<br />
Resonanz bei bausführen<strong>de</strong>n Firmen und Maschinenherstellern.<br />
Mittlerweile stehen drei unterschiedlich<br />
aufgebaute Rohraus-<br />
wechslungsgeräte zur Anwendung<br />
<strong>de</strong>s Hilfsrohrver<strong>fahren</strong>s<br />
zur Verfügung:<br />
1. Rohrauswechslungsgerät <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Firma Bohrtec<br />
Das Rohrauswechslungsgerät<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Bohrtec besteht aus einem<br />
Führungsrahmen mit eingebautem<br />
Hydraulikzylin<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
und mehreren Rollenpaaren zur<br />
Aufnahme <strong><strong>de</strong>r</strong> Hilfsrohre sowie<br />
einer Steuereinheit. Die Hublänge<br />
<strong>de</strong>s Hydraulikzylin<strong><strong>de</strong>r</strong>s<br />
beträgt 1200 mm, die Druckkraft<br />
1200 kN und die Zugkraft<br />
800 kN. Das Hilfsrohr wird direkt<br />
vom Hydraulikzylin<strong><strong>de</strong>r</strong> geschoben<br />
bzw. gezogen (Bild 8).<br />
2. Rohrauswechslungsgerät<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Perforator<br />
Das Rohrauswechslungsgerät<br />
GUSSROHR-TECHNIK<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Perforator ermöglicht maximale Druckkräfte<br />
von 450 kN und Zugkräfte von 600 kN. Die hydraulisch<br />
arbeiten<strong>de</strong> Klemmvorrichtung drückt bzw.<br />
zieht ein Pressgestänge, das über ein Übergangsstück<br />
mit <strong>de</strong>m Hilfsrohr verbun<strong>de</strong>n ist (Bild 9).<br />
3. Rohrauswechslungsgerät <strong><strong>de</strong>r</strong> Fa. Brochier<br />
Das Rohrauswechslungsgerät ist mit einem Führungsschlitten<br />
ausgestattet, <strong><strong>de</strong>r</strong> von zwei seitlich im<br />
Führungsrahmen angeordneten Hydraulikzylin<strong><strong>de</strong>r</strong>n<br />
mit einer Druck- und Zugkraft von 600 kN bewegt<br />
wird. Das mit Schlitzen versehene Hilfsrohr wird über<br />
ein Adapterstück mit Sperrklinken durch Vorpressen<br />
<strong>de</strong>s Führungsrahmens vorgeschoben. Beim Zurückziehen<br />
<strong>de</strong>s Hilfsrohres greifen die Sperrklinken ebenfalls<br />
in die Hilfsrohre ein. Bei diesem Rohrauswechslungsgerät<br />
kann das Hilfsrohr durch <strong>de</strong>n Führungsrahmen<br />
geführt wer<strong>de</strong>n. Damit ist es möglich, aus<br />
Tabelle 2: Max. zulässige Zugkräfte in kN gem. DVGW Arbeitsblatt GW 322 -1 bzw.<br />
Herstellerangabe<br />
Rohr PE 80 PE 80 PE 100 PE 100 PE 100 PE-Xa<br />
Nenn- SDR 11 SDR 7,4 SDR 17 SDR 11 SDR 7,4 SDR 11<br />
weite<br />
100 25 36 21 31 44 25<br />
150 53 77 44 66 94 53<br />
200 105 151 68 131 186 105<br />
Rohr Stahl- Stahl (Schweiß- GGG GGG<br />
Nenn- muffenrohr verbindung) TIS-K** Tyton-SIT<br />
weite DKM* DIN 2460 u. BLS**<br />
100 50 72 100 23<br />
150 100 122 165 48<br />
200 170 160 230 /<br />
* Herstellerangabe<br />
** bei geradlinigem Trassenverlauf (max. 0,5° Abwinkelung pro Rohrverbindung)<br />
können die zulässigen Zugkräfte um 50 kN angehoben wer<strong>de</strong>n.<br />
13
Tabelle 3: Ergebnisprotokoll<br />
Verbindung Nennweite Wandstärke Erreichte Bemerkungen<br />
Zugkraft in KN<br />
BLS 100 Nennwand 380 Bei 340 kN erste Abplatzungen<br />
K 10 in <strong><strong>de</strong>r</strong> Zementmörtelauskleidung<br />
BLS 100 Min.-Wand 380 Bei 310 kN erste Abplatzungen in <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
K 10 Zementmörtelauskleidung<br />
TIS-K 100 Nennwand 400 Bei 370 kN erste Abplatzungen<br />
K 10 gehalten in <strong><strong>de</strong>r</strong> Zementmörtelauskleidung<br />
TIS-K 100 Min.-Wand 400 Bei 300 kN erste Abplatzungen<br />
K 10 gehalten in <strong><strong>de</strong>r</strong> Zementmörtelauskleidung<br />
BLS 150 Min.-Wand K 9 450 Rohr im Bereich <strong><strong>de</strong>r</strong> Schweißraupe gerissen<br />
TIS-K 150 Min.-Wand K 9 460 Schweißraupe abgerissen<br />
BLS 150 Nennwand K 9 480 Muffe gebrochen<br />
TIS-K 150 Nennwand K 9 380 Schweißraupe abgerissen<br />
BLS 200 Nennwand K 9 700 Rohr an Schweißraupe gerissen, Riss in Muffe<br />
TIS-K 200 Nennwand K 9 660 Rohr an Schweißraupe gerissen<br />
BLS 200 Min.-Wand K 9 650 Rohr an Schweißraupe gerissen, Riss in Muffe<br />
TIS-K 200 Min.-Wand K 9 750 gehalten Maschine <strong>de</strong>fekt<br />
einer Mittelposition heraus ein Neurohr einzuziehen<br />
und gleichzeitig ein Altrohr heraus zu drücken (Bild<br />
10).<br />
3. Technische Angaben<br />
und Anfor<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen<br />
Bei <strong>de</strong>n grabenlosen Rohrauswechslungsver<strong>fahren</strong><br />
bleibt <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrkanal ständig durch ein Rohr gesichert.<br />
Bei <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen Auswechslung <strong><strong>de</strong>r</strong> Altrohrleitung<br />
ist für die neue Leitung eine Nennweitenerweiterung<br />
in einem gewissen Rahmen möglich.<br />
Hierbei hängt <strong><strong>de</strong>r</strong> Durchmesser <strong><strong>de</strong>r</strong> neuen Rohre<br />
14<br />
vom Durchmesser <strong><strong>de</strong>r</strong> auszuwechseln<strong>de</strong>n Rohre<br />
ab (Tabelle 1). Auswechslungen sind bis zu<br />
einem Neurohrdurchmesser von 400 mm möglich.<br />
Dabei muss die Altrohrleitung noch so beschaffen<br />
sein, dass sie die notwendigen Druckkräfte aufnehmen<br />
kann.<br />
4. Auswahlkriterien<br />
für die einzuziehen<strong>de</strong>n Neurohre<br />
Die einzuziehen<strong>de</strong>n Neurohre sind starken mechanischen<br />
Beanspruchungen ausgesetzt. Die Rohrverbindungen<br />
müssen <strong>de</strong>shalb für die zulässigen Zugkräfte<br />
Bild 11: Maschine für die Zugversuche<br />
FGR 38
Tabelle 4: zulässige Zugkräfte<br />
DN max. N max. N + 50 kN bei Versagensgrenze max. N (temporäre<br />
GW 322-1 gera<strong><strong>de</strong>r</strong> Trasse GW 322 im Versuch Festlegung BWB)<br />
[kN] [kN] [kN] [kN]<br />
80 70 120 n. b. 150<br />
100 100 150 380 250<br />
150 165 215 380–450 320<br />
200 230 280 650–750 400<br />
ausgelegt sein und die Rohroberfläche ist in je<strong>de</strong>m<br />
Falle mit einem hochwertigen mechanischen Außenschutz<br />
gegen Beschädigungen durch Steine, Wurzeln<br />
etc. zu versehen.<br />
Tabelle 2 zeigt die in Arbeitsblatt GW 322-1 [2] bzw.<br />
die von <strong>de</strong>n Herstellern festgelegten maximal zulässigen<br />
Zugkräfte für die Nennweiten 100 bis 200 in<br />
Abhängigkeit vom Rohrwerkstoff und von <strong><strong>de</strong>r</strong> Rohrverbindung.<br />
Für die grabenlose <strong>Bau</strong>weise im Versorgungsgebiet<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong> kamen unter Berücksichtigung<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> von <strong>de</strong>n Rohrherstellern zugelassenen<br />
Zugkräfte und <strong><strong>de</strong>r</strong> For<strong><strong>de</strong>r</strong>ung nach einem mechanisch<br />
hochbelastbaren Außenschutz nur Rohre aus<br />
Stahl und duktilem Gusseisen für die Neurohrleitung<br />
in die engere Auswahl.<br />
Die Auswertung von Scha<strong>de</strong>nsfällen, die bei <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen<br />
Rohrauswechslung aufgetreten waren,<br />
zeigte, dass die zulässige Zugkraft durchaus überschritten<br />
wer<strong>de</strong>n kann. So konnte z. B. das Spitzen<strong>de</strong><br />
duktiler Gussrohre im Bereich <strong>de</strong>s Schweißwulstes<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> formschlüssigen Verbindung reißen o<strong><strong>de</strong>r</strong> geschweißte<br />
Stahlrohre wur<strong>de</strong>n gänzlich auseinan<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
gerissen.<br />
Die daraufhin vorgeschriebene Zugkraftmessung<br />
zeigte, dass die Zugkräfte im Wurzelbereich von Bäumen<br />
<strong>de</strong>utlich höher liegen können als die maximal<br />
zulässigen Zugkräfte nach GW 322-1 (Tabelle 2). So<br />
wur<strong>de</strong>n beispielsweise an Rohren DN 100 Zugkräfte<br />
von 120 kN gemessen.<br />
Ein aktuelles Scha<strong>de</strong>nsereignis an einer Stahlrohrleitung<br />
mit Muffenverbindung veranlasste die ausführen<strong>de</strong><br />
<strong>Berliner</strong> <strong>Bau</strong>firma zur Durchführung von Zugversuchen.<br />
Im Ergebnis wur<strong>de</strong> festgestellt, dass die<br />
eingesetzte Muffenverbindung aufgrund ihrer Konstruktionsmerkmale<br />
schon vor Erreichen <strong><strong>de</strong>r</strong> in GW<br />
322-1 angegebenen zulässigen Zugkräfte auseinan<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
gerissen war. Durch eine Anpassung <strong><strong>de</strong>r</strong> Krallen<br />
(Haltesegmente) im Muffenbereich wur<strong>de</strong> die Zugfestigkeit<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Muffenverbindung erhöht.<br />
Um auch für <strong>de</strong>n Gussrohrbereich gesicherte Aussagen<br />
für die Verbindungen TIS-K und BLS zu bekommen,<br />
wur<strong>de</strong>n zur Verifizierung <strong><strong>de</strong>r</strong> in GW 322-1 angegebenen<br />
Werte ebenfalls Zugversuche bis zum Erreichen<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Bruchlast durchgeführt. Die Ergebnisse<br />
zeigten, dass die zulässigen Zugkräfte für Rohre aus<br />
duktilen Gusseisen mit diesen Verbindungen <strong>de</strong>utlich<br />
höher angesetzt wer<strong>de</strong>n konnten.<br />
GUSSROHR-TECHNIK<br />
5. Ermittlung <strong><strong>de</strong>r</strong> zulässigen Zugkräfte<br />
für Steckmuffenverbindungen von duktilen<br />
Gussrohren<br />
Aufgrund <strong><strong>de</strong>r</strong> bisher im DVGW – Arbeitsblatt GW<br />
322-1 und in <strong><strong>de</strong>r</strong> Regel <strong><strong>de</strong>r</strong> Fachgemeinschaft Guss-<br />
Rohrsysteme FGR 66 [6] veröffentlichten zulässigen<br />
Zugkräfte wur<strong>de</strong> von <strong>de</strong>n <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong>n<br />
angeregt, die real ertragbaren Zugkräfte durch eine<br />
zerstören<strong>de</strong> Prüfung zu ermitteln. Danach können<br />
die Rohrhersteller die zulässigen Zugkräfte neu festlegen,<br />
wodurch sich auch <strong><strong>de</strong>r</strong> Einsatzbereich von<br />
duktilen Gussrohren bei Anwendung <strong><strong>de</strong>r</strong> grabenlosen<br />
Rohrlegungs- und Rohrauswechselver<strong>fahren</strong> be<strong>de</strong>utend<br />
erweitern lässt.<br />
Die bei<strong>de</strong>n <strong>de</strong>utschen Gussrohrhersteller gaben<br />
Untersuchungen in Auftrag, formschlüssige zugfeste<br />
Gussrohrverbindungen <strong><strong>de</strong>r</strong> Nennweiten 100, 150<br />
und 200 mit Nennwanddicke und minimaler Wandstärke<br />
bis zur Bruchgrenze zu belasten. Untersucht<br />
wur<strong>de</strong>n Rohre mit BLS – und TIS-K Muffenverbindung<br />
nach GW 368 [7].<br />
Die Ergebnisse <strong><strong>de</strong>r</strong> Versuche sind in Tabelle 3 dargestellt.<br />
Die Untersuchungen wur<strong>de</strong>n bei <strong>de</strong>n Rohren bis zum<br />
Erreichen <strong><strong>de</strong>r</strong> Bruchgrenze bzw. bis zur maximalen<br />
Belastbarkeit <strong><strong>de</strong>r</strong> Prüfmaschine (Bild 11) durchgeführt;<br />
dabei konnte mit einer TV-Kamera das Verhalten<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Zementmörtelauskleidung während <strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Belastung verfolgt wer<strong>de</strong>n (Bild 12).<br />
Bild 12: TV-Kamerakontrolle <strong><strong>de</strong>r</strong> ZM-Auskleidung während<br />
<strong><strong>de</strong>r</strong> Belastung<br />
15
6. Weiteres Vorgehen<br />
Die Untersuchungen erwiesen, dass die von <strong>de</strong>n<br />
Gussrohrherstellern vorgegebenen und in GW 322-1<br />
festgelegten maximal zulässigen Zugkräfte für die<br />
Nennweiten 100, 150 und 200 <strong>de</strong>utlich überschritten<br />
wur<strong>de</strong>n. Für das DVGW Regelwerk GW 322-1 konnten<br />
<strong>de</strong>shalb die ursprünglich festgelegten höchstzulässigen<br />
Zugkräfte bei geradlinigem Trassenverlauf<br />
(max. Abwinkelung pro Rohrverbindung 0,5°) um<br />
50 kN angehoben wer<strong>de</strong>n. Aus <strong><strong>de</strong>r</strong> Kenntnis heraus,<br />
dass das Gussrohr mit <strong><strong>de</strong>r</strong> TIS-K und BLS-Muffenverbindung<br />
ausreichen<strong>de</strong> Reserven besitzt, haben<br />
sich die <strong>Berliner</strong> <strong>Wasserbetriebe</strong> aus wirtschaftlichen<br />
Erwägungen heraus entschlossen, versuchsweise<br />
die Anwendungsgrenzen (max. zul. Zugkraft)<br />
für die grabenlosen <strong>Bau</strong>ver<strong>fahren</strong> in einer internen<br />
Vorschrift gegenüber GW 322-1 entsprechend Tabelle<br />
4 anzuheben; in einem von <strong><strong>de</strong>r</strong> Fachgemeinschaft<br />
Guss-Rohrsysteme FGR begleiteten Feldversuch<br />
wird die Anwendungsgrenze bei <strong>de</strong>n <strong>Berliner</strong><br />
<strong>Wasserbetriebe</strong>n weiter ausgelotet.<br />
Die nach einer ausreichen<strong>de</strong>n Anzahl von grabenlosen<br />
<strong>Bau</strong>maßnahmen durchzuführen<strong>de</strong> gemeinsame<br />
Auswertung wird zeigen, ob die in GW 322-1 angegebenen<br />
höchstzulässigen Zugkräfte noch weiter nach<br />
oben hin angepasst wer<strong>de</strong>n können.<br />
Aufgrund <strong><strong>de</strong>r</strong> gegenüber <strong>de</strong>n Stahlmuffenrohrverbindungen<br />
höheren Belastbarkeit <strong><strong>de</strong>r</strong> Gussrohre<br />
wer<strong>de</strong>n im grabenlosen Bereich bei <strong>de</strong>n <strong>Berliner</strong><br />
<strong>Wasserbetriebe</strong>n fast nur noch duktile Gussrohre<br />
eingesetzt.<br />
In Ausnahmefällen, bei rolligen Bö<strong>de</strong>n, wer<strong>de</strong>n geschweißte<br />
Stahlrohre verwen<strong>de</strong>t, da in diesen Bö<strong>de</strong>n<br />
Muffenrohre beim Einziehen aus <strong><strong>de</strong>r</strong> vorhan<strong>de</strong>nen<br />
Rohrtrasse nach oben wan<strong><strong>de</strong>r</strong>n.<br />
16<br />
Literatur<br />
[1] DVGW-Arbeitsblatt GW 323: Grabenlose Auswechslung<br />
von Gas- und Wasserrohrleitungen –<br />
Berstlining – Anfor<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen, Gütesicherung<br />
und Prüfung, Entwurf<br />
[2] DVGW-Arbeitsblatt GW 322-1: Grabenlose Auswechslung<br />
von Gas- und Wasserrohrleitungen –<br />
Teil 1: Press-/Ziehver<strong>fahren</strong> – Anfor<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen,<br />
Gütesicherung und Prüfung, Okt. 2003<br />
[3] DVGW-Arbeitsblatt GW 322-2: Grabenlose Auswechslung<br />
von Gas- und Wasserrohrleitungen –<br />
Teil 2: Hilfsrohrver<strong>fahren</strong> – Anfor<strong><strong>de</strong>r</strong>ungen, Gütesicherung<br />
und Prüfung, in Vorbereitung<br />
[4] Beyer, K. und Gaebelein, W.: Einsatz <strong>de</strong>s Rohrziehver<strong>fahren</strong>s<br />
„System Berlin“ zur trassengleichen<br />
grabenlosen Auswechslung von Versorgungsleitungen<br />
GUSSROHRTECHNIK 25 (1990) S. 18<br />
[5] Patentschrift DE 19948649 C1 vom 17.5.2001:<br />
Ver<strong>fahren</strong> zur grabenlosen Auswechselung erdverlegter<br />
Rohrleitungen<br />
[6] FGR-Norm 66: Duktile Gussrohre für Horizontalbohrver<strong>fahren</strong>,<br />
Juli 1998<br />
[7] DVGW-Arbeitsblatt GW 368: Längskraftschlüssige<br />
Muffenverbindungen für Rohre, Formstücke<br />
und Armaturen aus duktilem Gusseisen o<strong><strong>de</strong>r</strong><br />
Stahl, Juni 2002<br />
Suchwörter:<br />
Rohrauswechslung<br />
Grabenlose Einbauver<strong>fahren</strong><br />
Hilfsrohrver<strong>fahren</strong><br />
Belastungsversuche<br />
Zugfeste Gussrohrverbindungen<br />
Zulässige Zugkräfte<br />
FGR 38