bi-Umweltbau 2-11 herrenknecht

Sonderdruck aus bi UmweltBau 2 | 11
Das Direct Pipe ® -Verfahren
Mehrfach
in der Praxis bewährt
Seit der erfolgreichen Weltpremiere von Direct Pipe ® in Worms
sind mittlerweile dreieinhalb Jahre vergangen. Was passierte in
dieser Zeit und welche Entwicklung nahm die Geschichte, die so
erfolgversprechend mit einem Forschungsprojekt begann?
Von
Dipl.-Ing. Diana Pfeff,
Herrenknecht AG,
Produktmanager Direct Pipe ® ;
Theo Hundertpfund,
Herrenknecht AG,
Produktmanger Direct Pipe ® ;
Dipl.-Ing. Michael Lubberger,
Herrenknecht AG,
Produktmanager HDD;
Frank Gambert, Herrenknecht AG,
Projektleiter Direct Pipe ® ;
Dr. Marc Peters, Herrenknecht AG,
Leiter Forschung & Entwicklung
Utility Tunnelling
Der Herrenknecht Pipe Thruster fungiert beim
Direct Pipe ® -Verfahren als Vorschubeinheit
– vergleichbar mit dem Pressenrahmen, der
beim Rohrvortrieb benutzt wird. Er wurde als
Hilfstool für den Rohreinzug beim HDD-Verfahren
entwickelt und erstmals im Frühjahr 2006
auf der Hannover Messe präsentiert.
Das Funktionsprinzip
Der Pipe Thruster umfasst die vorgefertigte
und ausgelegte Rohrleitung und presst sie in
Hüben von fünf Metern in den Boden. Das erforderliche
Bohrloch wird beim Direct Pipe ® -Verfahren
von einer flüssigkeitsfördernden Micro-
Meilensteine der Entwicklung von Direct Pipe ® ...
Sonderdruck UmweltBau
Direct Pipe 1
maschine (AVN) abgebaut, die am vorderen
Ende der Pipeline angeordnet wird. Der an der
Ortsbrust vom Bohrkopf gelöste Boden wird in
der Abbaukammer mit der Spülflüssigkeit vermengt
und anschließend mit Hilfe einer in der
Maschine befindlichen Förderpumpe durch die
gesamte Rohrleitung zur Separationsanlage gepumpt.
Die Spülflüssigkeit, welche neben dem
Abtransport des Bohrguts für die Stützung der
Ortsbrust sorgt, wird nach ihrer Aufbereitung in
der Separationsanlage über eine Speiseleitung
zurück in den Kreislauf befördert.
Die Maschine ist in ihrer groben Funktionsweise
einer herkömmlichen Microtunnelling-
Maschine sehr ähnlich, unterscheidet sich jedoch
beispielsweise durch ihre Länge. Um
eine im Dükerverlauf erforderliche Kurvenbewegung
der Maschine samt nachgeschobener
Pipeline gewährleisten zu können, ist die Maschine
mit zwei bis drei Nachlaufrohren ausgestattet.
Dadurch, dass alle Verbindungsstellen
der einzelnen Nachlaufrohre gelenkig und zugfest
miteinander gekoppelt sind, wird für eine
Präsentation des Pipe Thrusters auf der Hannover Messe 2006 Pilotprojekt Rhein-Querung in Worms 2007 Soleauslassleitung am Rysumer Nacken
bei Emden 2009

2 Direct Pipe
Sonderdruck aus bi UmweltBau 2 | 11
Schematische Darstellung des Direct Pipe ® -Verfahrens
optimale Steuerbarkeit der Maschine gesorgt.
Zusätzlicher Vorteil ist, dass im Notfall die Maschine
samt Pipeline wieder mit dem Pipe Thruster
herausgezogen werden kann.
Vor dem Anfahrvorgang wird die Maschine wie
beim Microtunnelling vor der gegen Grundwassereinbrüche
schützenden Anfahrdichtung im
gewünschten Einfahrwinkel auf einer Anfahrschiene
platziert. Anschließend wird die auf
Rollenböcken hinter der Startbaugrube ausgelegte
Rohrleitung mit dem hinteren konischen
Teil der Maschine verschweißt. Die Klemmeinheit
des Pipe Thrusters umschließt die Pipeline
und schiebt diese zusammen mit der Maschine
in den Boden. Der momentan maximal klemmbare
Pipelinedurchmesser liegt bei 60“ (OD =
1524 mm). Die zu verankernden Kräfte sind abhängig
vom Einfahrwinkel der Pipeline und der
maximal aufzubringenden Schub- oder Zugkraft.
Aufgebrachte horizontale Kräfte können
über im Schacht angebrachte Querträger abgefangen
werden. Für die vertikalen Kräfte können
tief reichende Spundwände oder Bohrpfähle
eingesetzt werden.
Im Zuge des im Folgenden dargestellten Entwicklungsprozesses
von Direct Pipe ® wurden
die einzelnen Verfahrenskomponenten permanent
verbessert und den wachsenden Anforderungen
angepasst. So wird beispielsweise ab
2011 beim Aufbau der Maschine in der Startbaugrube
ein neuartiger Anfahrtisch zum Einsatz
kommen. Dieser ist beim Direct Pipe ® -Verfahren
Teil des Pipe Thrusters. Mit der hydraulisch
höhen- und winkelverstellbaren Auflage
sollen bei den Aufbauarbeiten zwei bis drei
Tage eingespart werden können.
... zu einem erfolgreichen Bauverfahren.
Test eines Pipeline-Coatings im Werk der Herrenknecht AG
2009
Ausgelegte 48“-Pipeline in den Niederlanden
2010
Premiere: Pilotprojekt in Worms
Unter dem Rhein konnte im Jahr 2007 mit Hilfe
eines Pipe Thrusters HK500PT und einer Direct
Pipe ® -Maschine AVN1000 erfolgreich eine
464 m lange Stahlleitung verlegt werden. Das
verlegte Stahlrohr sollte später als Schutzrohr
für eine Wasserleitung und für diverse Kabelschutzrohre
dienen. Da das 48“-Rohr (OD
= 1219 mm) aufgrund Platzmangels nicht in
einem Stück ausgelegt werden konnte, wurde
es in Rohrschüssen von ca. 90 m vorgepresst.
Dass die Maschine innerhalb von nur 13 Tagen
mit zuletzt nur 80 to in die kleine Zielbaugrube
im Wormser Hafen geschoben werden konnte
zeigt, dass die Reibung beim Direct Pipe ® -Verfahren
sehr gering ist obwohl über die gesamte
Länge der Rohrleitung nicht geschmiert
Zweites Projekt in Elst, Niederlande 2010

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wurde. Dieser Verfahrensvorteil zeigte sich in
der Zwischenzeit auch bei diversen weiteren
Projekten an den relativ niedrigen benötigten
Pressenkräften.
Da es sich in Worms um ein blankes, nicht
umhülltes Stahlrohr handelte, stand der
Nachweis aus, dass auch umhüllte Produktrohre,
wie beispielsweise Gas- oder Öl-Pipelines,
schadlos vom Pipe Thruster geklemmt
und geschoben werden können. In einem
laborähnlichen Versuch im Werk der Herrenknecht
AG in Schwanau wurde zusammen
mit einem deutschen Gasversorger der erste
Nachweis geführt. Die Tests mit einem PEumhüllten
(Polyethylen) und einem GfK-umhüllten
Rohr (GfK auf PE) zeigten, dass bei voller
Klemmkraft der Klemmeinheit und maximaler
Vorschubkraft der beiden großen Hydraulikzylinder
keine Schäden am Coating hervorgerufen
werden.
Das zweite Projekt:
Der Ems-Outfall am Rysumer Nacken
Der darauffolgende Schritt in der Entwicklung
der Direct Pipe ® -Historie war die Verlegung
einer 280 m langen Soleauslassleitung für den
Bau des Erdgasspeichers Jemgum am Rysumer
Nacken bei Emden. Für einen norddeutschen
Energieversorger wurde hier ein PE-umhülltes
48“-Stahlrohr (OD = 1219 mm), in welches nach
der Verlegung ein GfK-Rohr DN900 geschoben
wurde, mittels Direct Pipe ® installiert. Bei der
Projektplanung wurde ein direkter grabenloser
Vortrieb von GfK-Produktrohren in dem teil-
Hartelkanaal-Querung im Rotterdamer Hafen Europoort
2010 (drittes niederländisches Projekt)
weise weichen Wattboden der Emsmündung
als nicht realisierbar bewertet. Da das als Mantelrohr
erforderliche Stahlrohr aufgrund der
Strömungsverhältnisse nicht seeseitig ausgelegt
werden konnte, war ein Vortrieb von der
Landseite vonnöten. Aufgrund der beengten
Platzverhältnisse konnte allerdings das Rohr
nur in Schüssen von 36 m ausgelegt werden,
was bei der Realisierung mittels HDD-Verfahrens
bei den erforderlichen Schweißvorgängen
das Zusammenfallen des Bohrloches riskiert
hätte. Bei Vortriebsgeschwindigkeiten von bis
zu 25 cm/min konnte ein Rohr von 36 m Länge
innerhalb von nur 4 Stunden verlegt werden.
Ein Koppelvorgang dauerte in der Regel ein bis
zwei Schichten.
Während des Vortriebes im Sand, Schlick und
teilweise auch Ton wurden nicht bekannte alte
Uferbefestigungen aus Holz und Wasserbausteinen
durchfahren. Die vom Mischbodenbohrkopf
und dem Konusbrecher zerkleinerten
Hindernisse wurden durch die Förderleitung
nach über Tage gepumpt. Da die Soleleitung in
einem sich in der Ems befindlichen Einleitbauwerk
endete, sollte die Maschine in diesem geborgen
werden. Die erforderliche Zielgenauigkeit
von nur wenigen Zentimetern konnte mittels
des eingesetzten Vermessungssystems gut
gewährleistet werden.
Das Fazit des Auftraggebers nach erfolgreicher
Realisierung dieses Projektes war, dass das Direct
Pipe ® -Verfahren für sein Projekt das einzig
sinnvolle war und dass es eine gute Alternative
für Produktrohrkreuzungen mit großvolumigen
Stahlleitungen darstellt.
Erstmalige Verlegung
von Gas-Pipelines
Direct Pipe 3
Der nächsten Phase der Entwicklung des Direct
Pipe ® -Verfahrens, der angestrebten direkten
Verlegung von Produktrohren, ging ein weiterer
laborähnlicher Belastungstest der Pipelineumhüllung
voraus. Einem Niederländischen Gasversorger,
welcher plante mittels Direct Pipe ®
eines seiner Projekte zu realisieren, wurde hierdurch
bestätigt, dass der Pipe Thruster nicht zu
einer Beschädigung der von ihm verwendeten
Polypropylen-Umhüllung (PP) führt.
Nach erfolgreichem Test wurden im Jahr 2010
in den Niederlanden insgesamt fünf Projekte
verwirklicht. Die zwischen 360 m und 540 m
langen Querungen von Hindernissen wie beispielsweise
archäologischen Fundstätten, kleinen
Flüssen sowie einer Bahnlinie waren Teil
der insgesamt ca. 500 km langen Nord-Süd-
Route in 48“ (OD = 1219 mm), die in Zukunft
Gas durch ganz Holland transportieren wird.
Mit der erstmaligen Verlegung von Gas-Pipelines
in den Niederlanden wurde ein weiterer
Meilenstein in der Direct Pipe ® -Historie gelegt.
Das ausgewöhnlichste der fünf Projekte war
im Sommer 2010 die 540 m lange Querung des
sehr tiefen und schiffsbefahrenen Hartelkanaals
im Rotterdamer Hafen Europoort. Die Besonderheit
dieses Projektes lag in der erforderlichen
Trassentiefe von 30 m unter Geländeoberkante
und dem daraus resultierenden sehr
steilen Ein- und Ausfahrwinkel von 10° und 12°
(bislang waren ca. 3°-5° üblich). Der zu überwindende
Höhenunterschied machte den Ein-
Viertes Projekt in Raalte, Niederlande 2010 Erfolgreiche Bergung der Maschine
in den Niederlanden 2010

4 Direct Pipe
Sonderdruck aus bi UmweltBau 2 | 11
satz einer Förderpumpe innerhalb der Pipeline
erforderlich (zusätzlich zu der in der Maschine
befindlichen). In einer Geologie aus Sand und
Schluff wurde im September 2010 die gesamte
Pipeline sukzessive in 10 Rohrstücken von jeweils
54 m innerhalb von gut zwei Wochen verlegt.
Die Niederländische Gesellschaft für Grabenloses
Bauen „NSTT“ verlieh dem Auftraggeber
und der ausführenden Baufirma den
No-Dig-Preis 2010 für die erfolgreiche Realsierung
des Projektes mit dem alternativen
Verlegeverfahren. Dieser No-Dig-Award
war bereits der zweite seiner Art. Erstmals
konnte in Moskau im Jahr 2008 die Auszeichnung
der Internationalen Gesellschaft
für Grabenloses Bauen „ISTT“ entgegengenommen
werden. Für den Hermes Award der Hannover
Messe wurde das innovative Verfahren im
Jahr 2008 nominiert. Außerdem wurde das Direct
Pipe ® -Verfahren 2009 in San Francisco mit
dem „New Technologies Award“ der IPLOCA
ausgezeichnet.
Ein weiteres Etappenziel konnte bei den beiden
letzten der fünf Holländischen Projekte
erreicht werden (beide über 500 m lang). Hier
wurde erstmals ein Bahndamm mittels Direct
Pipe ® unterquert. Die Überdeckung unter den
Gleisen der Bahnlinie Zwolle-Almelo betrug
dabei gut 15 m. Die 48“-Gaspipeline wurde in
einem Stück ausgelegt und zusammen mit der
Maschine mit zuletzt 150 Tonnen in die Zielbaugrube
geschoben. In einer Arbeitsschicht von
ungefähr zehn Stunden wurden Vortriebsleistungen
von bis zu 124 m erreicht.
Erstes Projekt in Arcadia (FL), USA (30“ Gas-Pipeline)
Ende 2010
Debüt für Direct Pipe ® in den USA
In den USA feierte Direct Pipe ® im August 2010
erfolgreich Premiere. Die drei in Florida realisierten
Gas-Pipeline Crossings hatten im Gegensatz
zu den bereits in Deutschland und in
den Niederlanden verlegten 48“-Pipelines (OD
= 1219 mm) einen Durchmesser von nur 30“ und
36“ (OD = 762 und 914 mm). Dementsprechend
kürzer lagen die Haltungslängen zwischen 119
m und 226 m. Die bei diesen sehr kleinen
Durchmessern eingesetzten AVN-Maschinen
können aufgrund Platzmangels nicht mit einem
Antriebsaggregat ausgestattet werden, was
dazu führt, dass momentan bei einem Pipelinedurchmesser
kleiner 40“ (OD = 1016 mm)
die Haltungslänge auf ca. 250 m limitiert ist.
Eine Besonderheit des ersten amerikanischen
Direct Pipe ® -Projektes ist dessen Kurvenverlauf.
Im Gegensatz zu den bisherigen Trassenführungen
musste die Pipeline unter dem Highway
70 nicht nur mit einer vertikalen (R=914
m) sondern auch mit einer horizontalen Kurve
(R=1.828 m) verlegt werden. Das Navigationssystem
mit Kreisel sowie elektronischer
Schlauchwasserwaage hielt die Maschine sicher
und exakt auf der vorgegebenen Raumkurve.
Bereits nach 3 Bohrtagen (12-Stunden-
Einfach-Schicht) hatte das Baustellen-Team die
215 m lange Gasleitung in nur einem Schuss
erfolgreich und zielgenau verlegt. Der eingesetzte
Pipe Thruster HK500PT benötigte dabei
Vorschubkräfte von durchschnittlich nur 15 Tonnen
(maximal 28 Tonnen). Anfang 2011 wurde
beim dritten Projekt in den USA zum ersten Mal
Erfolgreiche Bergung der Maschine in den USA Ende 2010
nach Unterquerung des Highway 70
die Direct Pipe ® -Maschine samt 36“-Pipeline
mittels Pipe Thrusters zurückgezogen. Nach
102 m Vortrieb wurde innerhalb eines Tages die
Maschine zu Tage befördert, der Bohrkopf gewechselt
und anschließend wieder in das Bohrloch
geschoben. Während des Rückzugvorganges
wurde das Bohrloch mit Bentonit verfüllt
um dessen Einsturz zu verhindern. Erforderlich
wurde der Bohrkopfwechsel aufgrund
eines nicht vorhergesehenen Felshorizontes,
der ohne Schneidrollen nicht durchfahren werden
konnte. Die restlichen 124 m konnten danach
innerhalb von drei Tagen verlegt werden.
Resümee und Aussicht
Wie sich seit Worms bei allen Projekten gezeigt
hat, werden mit Direct Pipe ® enorme Verlegegeschwindigkeiten
erzielt. Hierdurch ist das
Verfahren zu einer technisch sinnvollen Alternative
zu HDD und Microtunnelling geworden.
Die in schwierigen Böden - im Vergleich zu HDD
- vergrößerte Verlegesicherheit, sowie der wirtschaftliche
Vorteil gegenüber dem herkömmlichen
Rohrvortrieb, führen zur großen Wettbewerbsfähigkeit
des Verfahrens.
Die Tatsache, dass in der Vergangenheit immer
wieder neue Herausforderungen gemeistert
werden konnten zeigt schon jetzt, dass sich die
Grenzen des Verfahrens von Jahr zu Jahr immer
mehr verschieben werden und das zu Beginn
schwer schätzbare Einsatzgebiet immer sichtbarer
wird. Es bleibt also auch weiterhin spannend
für alle Betrachter und vor allem für die,
die Direct Pipe ® einsetzen möchten. ❚
Drittes Projekt in Land O‘ Lakes (FL), USA (36“
Gas-Pipeline) Anfang 2011