IKT-Forschungsschwerpunkt Rohrvortrieb - Nodig-Bau.de

i UmweltBau 1 | 08
Problemstellung
Zwischen zwei Schächten werden bei Abwasserkanälen
für den Betrieb als Freispiegelleitung
bevorzugt in horizontaler Richtung gerade
Trassenverläufe geplant und gebaut. Bei
der geschlossenen Bauweise mit dem Rohrvortrieb
ist zu berücksichtigen, dass auch bei gerade
geplanten Trassen Steuerbewegungen erforderlich
sind, um den Rohrstrang auf einer
vorgegebenen Soll-Linie zu halten. Die „Gerade
Trasse“ wird sich daher immer aus einer Aneinanderreihung
von Kurven unterschiedlich gerichteter
Krümmungen zusammensetzen. Der
Maschinenführer erreicht erst durch ein permanentes
Gegen- und Rücksteuern, dass der
Rohrstrang der vorgegebenen Solltrasse folgt.
Ursache hierfür kann u.a. die Inhomogenität
des anstehenden Bodens sein, dessen Widerstand
der Vortriebsschild überwinden muss.
Der lagegenaue Vortrieb der Rohre wird außerdem
durch das Maß der Ebenheit und Parallelität
der Rohrspiegel sowie das elastische und
plastische Werkstoffverhalten des Druckübertragungsmittels
beeinflusst.
Beim Einsatz der geschlossenen Bauweise ergibt
sich mit Blick auf Kurvenfahrten darüber
hinaus die Möglichkeit, ausgehend von einem
Startschacht unterirdisch einem oberirdischen
Straßenverlauf bis zu einem Zielschacht zu folgen
oder Hindernissen im Untergrund auszuweichen.
In diesen Fällen wird die Trasse bereits
mit Kurvenfahrten geplant. Bei planmäßigen
Kurven mit engen Radien wird häufig
versucht, die Abwinklung zwischen den einzelnen
Rohren durch den Einsatz kürzerer Rohre
zu verringern. Bei gleichbleibendem Kurvenradius
ist auch der Einsatz von Rohren mit planmäßig
schrägen Spiegeln oder eine Variation
der Dicke des Druckübertragungsmittels über
den Rohrquerschnitt möglich. Geplante Kurvenfahrten
führen in der Regel zu verringerten
zulässigen Vorpresskräften im Vergleich zur geraden
Trasse.
Ein wesentlicher Bestandteil der Rohrverbindung,
welcher auch die Kraftübertragung in
axialer Richtung wesentlich beeinflusst, ist das
Druckübertragungsmittel. Während Rohre aus
elastisch verformbaren Werkstoffen (z.B. GFK)
Bild 1: Modellvorstellung
der Kurvenfahrt, aus [5]
die Vorpresskräfte ohne Zwischenlage im Verbindungsstoß
übertragen können, müssen bei
Rohren z.B. aus Stahlbeton entsprechende
Druckübertragungsmittel (DÜM) angeordnet
werden. Diese DÜM gleichen zum einen Unebenheiten
des Rohrquerschnittes und Abweichungen
von der Rechtwinkligkeit aus und sollen
zum anderen auch bei Abwinklungen aus
Steuerbewegungen und Kurvenfahrten eine
gleichmäßige Kraftübertragung gewährleisten.
Als Werkstoff für die Druckübertragungsmittel
finden astfreie Vollhölzer wie z.B. Fichte, Holzspanwerkstoffe
wie z.B. OSB (Platte aus ausgerichteten
Spänen) oder Spanplatte, Sperrholz
oder Kunststoff (z.B. Polyurethan) Verwendung.
Möglich sind auch Kombinationen dieser
Materialien im Sandwichaufbau. Die plastischen
und elastischen Verformungsanteile
unter Druckbelastung sind bei diesen Werkstoffen
bzw. Werkstoffkombinationen unterschiedlich
groß.
Bei geraden Vortrieben werden überwiegend
die plastischen Eigenschaften des Druckübertragungsmittels
genutzt, während insbesondere
bei gegenläufigen Kurvenfahrten die
elastischen Eigenschaften des Druckübertragungsmittels
gefordert sind, um klaffende
Fugen zu verhindern.
Bislang basierte die Bemessung von Vortriebsrohren
für den Lastfall Kurvenfahrt auf der Theorie
nach Scherle [4]. Diese geht bezüglich der
Kontaktspannungsverteilung an der Rohraußenseite
bei Kurvenfahrten davon aus, dass
Rohrvortrieb 13
IKT-Forschungsschwerpunkt Rohrvortrieb
Im IKT wurde eine Versuchseinrichtung entwickelt,
mit der Vortriebsbelastungen an
Rohren und Rohrverbindungen einschließlich
der resultierenden Bettungsspannungen
im Maßstab 1:1 nachempfunden
werden können.
Aus den Versuchsergebnissen und In-situ-
Untersuchungen lassen sich Empfehlungen
zur Optimierung von Rohrverbindungen,
zur Planung und Steuerung von Rohrvortrieben
sowie zur messtechnischen Baustellenbegleitung
und Qualitätssicherung ableiten.
In einer sechsteiligen Artikelserie in der bi
UmweltBau werden Inhalte und Ergebnisse
des Forschungsprojektes präsentiert. Teil 2
befasst sich mit den Belastungen und Beanspruchungen
bei Kurvenfahrten und Steuerbewegungen.
die Rohre in Kurven durch die Vorpresskraft
gleichmäßig an die Außenwand des Ausbruchraumes
gedrückt werden. Bild 1 zeigt eine entsprechende
Darstellung von Buchhardt aus [5].
An der Kurveninnenseite wird folglich das
Druckübertragungsmittel komprimiert und an
der Kurvenaußenseite besteht die Gefahr der
klaffenden Fuge. Die Abwinklung zwischen den
Rohren wird durch den Radius der aufgefahren
Kurve und den Überschnitt und die Elastizität
des anstehenden Bodens begrenzt.
Sichtbares und kontrollierbares Maß ist die
Fugenspaltweite in den Rohrverbindungen,
welche von der maximalen Kompression des
Druckübertragungsmittels bis hin zur klaffenden
Fuge reichen kann.
Aus den im Rahmen des Forschungsprojektes
durchgeführten Versuchen ergaben sich teilweise
von diesen Modellvorstellungen abweichende
Erkenntnisse. Auch konnte erstmals
das Verhalten unterschiedlicher Druckübertragungsmittel
in identischen Trassen untersucht
werden.
Versuchsprogramm
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde der
bereits im Teil 1 dieser Artikelserie beschriebene
Vortriebssimulator (Bild 2) zur 1:1-Simulation
mit tatsächlichen Rohren, Druckübertragungsmitteln
und Dichtelementen entwickelt.
Diese Einrichtung setzt sich aus den Komponenten
Vorpressstation, Widerlagerkonstruktion,
Rohrauflager, seitliche Steuereinheit,
Rohrbettung/Bettungsringe und fünf Vortriebsrohren
DN 1600 zusammen. Zusätzlich war eine
umfangreiche Messtechnik Teil des Vortriebssimulators.
Hier handelte es sich u.a. um induktive
Wegaufnehmer bzw. Seilwegaufnehmer,
Druckmesssensoren, Druckmessfolien und
Dehnungsmessstreifen. Im Versuch durchläuft
der Rohrstrang aus fünf Einzelrohren sämtliche