DE10022621C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erneuerung schadhafter unterirdisch verlegter Rohrleitungen - Google Patents

Abstract

Beim Abbauen einer schadhaften Rohrleitung (1) mit der Stirnseite eines rotierenden Fräskopfes (4) und einer daran anschließenden Fördereinrichtung (6, 7) sowie dem im gleichen Arbeitsgang erfolgenden Vortrieb der neuen Rohrleitung (11) nach dem Microtunnelverfahren wird zuvor in die alte Rohrleitung (1) ein Dämmer (2) mit der Festigkeit eines mittelfesten, verdrängbaren Bodens eingebracht und in diesen durch eine gesteuerte Verdrängungsbohrung ein im wesentlichen in Achsrichtung der alten Rohrleitung (1) verlaufendes Führungsrohr in Form eines Pilotrohrgestänges (3) eingebracht. Über einen von der Schneidseite des Fräskopfes (4) in Richtung seiner Drehachse auskragendem Führungsdorn (14) wird der Fräskopf (4) entlang dem Führungsrohr richtungsgenau starr geführt. Dadurch ist selbst bei geringem Platzangebot im Erdreich ein störungsfreier, wirtschaftlich effektiver Austausch einer schadhaften Rohrleitung gegen eine neue Rohrleitung möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erneuerung schadhafter unterirdisch verlegter Rohrleitungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Für den Ersatz schadhafter unterirdisch verlegter Rohrleitungen stehen im innerstädtischen Bereich oftmals keine neuen Trassen zur Verfügung, und eine Sanierung der defekten Rohrleitungen gewährleistet weder eine ausreichend lange Lebensdauer noch besteht die Möglichkeit einer Querschnittsvergrößerung der alten Leitung.

Bei dem sogenannten Pipe-Eating-Verfahren nach der Microtunneltechnologie werden der alte, defekte Kanal und gegebenenfalls auch das diesen umgebende Erdreich mit Hilfe eines speziellen, den Umfang der alten Rohrleitung allseitig übergreifenden Bohr- und Brechwerkzeugs abgebaut und das Rohrmaterial zerkleinert. Mit einem an das Bohr- und Brechwerkzeug anschließendem Schneckenrohrförderer oder durch Spülförderung wird das abgebaute Material über das sich an das Bohrwerkzeug und das Fördermittel anschließende, aus einem Preßschacht vorgetriebene neue Produktrohr abgeführt. Die schadhaften Kanäle können mit dem Fräskopf relativ problemlos abgebaut und zerkleinert werden. Jedoch ist bei der Anwendung des Spülfördersystems, das wirtschaftlich vorteilhaft bei Rohrweiten < 300 mm angewendet wird, eine stärkere Zerkleinerung der abgetrennten Bruchstücke der alten Rohrleitung erforderlich.

Die Steuerung des Fräskopfes zum exakten richtungsgenauen Überfahren der alten, schadhaften Leitung erfolgt mit Hilfe eines Laserstrahls und in den Fräskopf integrierten Steuerzylindern. Die Steuerung des Fräskopfes bereitet jedoch insbesondere dann, wenn dessen Durchmesser aus Platzgründen nur geringfügig größer als die Weite der alten Rohrleitung sein darf, insofern Schwierigkeiten, als der kontinuierliche Fräsvorgang und die dadurch bedingten ständigen Erschütterungen die integrierte Steuerungselektronik erheblich beeinträchtigen und der Fräskopf damit nicht exakt der schadhaften Rohrleitung folgen kann. Zudem neigt der Fräskopf aufgrund des größeren Widerstandes zum Verrollen.

Unter den rauhen Betriebsbedingungen des unterirdischen Rohrvortriebs nicht seltene Bedienungsfehler können leicht zum Aufschieben des Fräskopfes auf die alte Kanalsohle führen und eine weitere Höhensteuerung unmöglich machen. Probleme können bei locker gelagerten Bodenverhältnissen auch dann auftreten, wenn die alten Kanäle nicht vollständig abgebaut, sondern im schleifenden Schnitt überfahren werden und es dadurch beim schrägen Wiederauffahren der alten Rohrleitung zu Ablenkungen kommt. Die Abbau- und Neuverlegungsleistung ist unter den zuvor erwähnten Voraussetzungen somit begrenzt.

Verfahren und Vorrichtungen, mit denen alte Rohrleitungen nach dem sogenannten "Pipe-Eating"-Prinzip erneuert werden, sind u. a. aus der DE 93 06 544 U1, der DE 39 29 017 A1 und der DE 41 09 871 A1 bekannt. Die DE 32 27 012 A1 beschreibt ein Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung, wonach in eine zuvor zwischen zwei Arbeitsräumen hergestellte Pilotbohrung eine Zugstange zur Führung eines die endgültige Durchbohrung im Erdreich herstellenden Bohrkopfes eingebracht wird.

Bei der in der DE 41 09 871 A1 vorgeschlagenen Vorrichtung ist in einem der neuen Rohrleitung vorgelagerten Maschinenrohr ein Bohrkopf (Fräskopf) mit diesem nachgeschalteter, durch die neue Rohrleitung hindurchführender Förderschnecke angeordnet. Die spezifische Ausbildung dieser Vorrichtung, bei der der mit besonderen Schneidwerkzeugen ausgestattete Bohrkopf vor dem Maschinenrohr liegt und der vom Förderschnecken­ antrieb unabhängige Bohrkopfantrieb mehrere, im Maschinenrohr angeordnete Antriebsmotore aufweist, dient der Aufgabenstellung, stark verdichtete, mit harten Einlagen versehene Vorpressstrecken abzubauen. Die oben im Hinblick auf das richtungsgenaue Überfahren einer alten schadhaften Rohrleitung dargestellten Probleme werden mit dieser Rohrpresseinrichtung nicht gelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Erneuerung schadhafter unterirdisch verlegter Rohrleitungen anzugeben und eine entsprechende Vorrichtung so auszubilden, daß mit einem einfach und robust ausgebildeten, hoch belastbaren Fräskopf ein richtungsgenaues Überfahren und ein effektiver und störungsfreier Abbau der alten Rohrleitung gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, daß in einem zuvor in den auszutauschenden alten schadhaften Rohrleitungsabschnitt eingefüllten Spezialdämmer durch einen optisch-elektronisch von einer Bedienungsperson gesteuerten Verdrängungsbohrvorgang ein im wesentlichen in der Achse der alten Rohrleitung verlaufender Führungskanal erzeugt wird, mit dessen Hilfe der Fräskopf zum Abtragen des alten Rohres und gegebenenfalls des diesen umgebenden Erdreiches mechanisch gesteuert bzw. geführt wird.

Das Einbringen eines Pilotrohrgestänges als Führungsrohr in den Spezialdämmer und vor allem die richtungsgenaue Steuerung des Pilotrohrgestänges in der Achse der alten Rohrleitung bereitet keine Schwierigkeiten. In dem einmal erstellten Führungsrohr wird dann der Fräskopf unabhängig vom Geschick des Bedienungspersonals und frei von den empfindlichen, bei dem rauhen Bohrbetrieb störanfälligen optischen, elektronischen und mechanischen Steuerungselementen automatisch und starr geführt. Die alte Rohrleitung kann somit mit hoher Kraftwirkung und Drehgeschwindigkeit des Fräskopfes und daher hoher Abbauleistung sowie aufgrund der exakten Fräskopfführung abgebaut und ausgetauscht werden. Mit dem Vortrieb des Fräskopfes wird das Pilotrohrgestänge an der in einem Zielschacht endenden alten Rohrleitung abgebaut.

Die erfindungsgemäße Fräs- und Abbauvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen ohne die empfindlichen Steuerungselemente robust und leistungsfähig ausgebildeten Fräskopf, von dessen Schneidseite in Richtung der Drehachse ein Führungsdorn ausgeht, der sich während des Vortriebs in dem Pilotrohrgestänge befindet und den Fräskopf exakt dem Verlauf der alten Rohrleitung folgend führt.

Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ergeben sich weitere zweckmäßige Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß über ein Pilotrohrgestänge gesteuerten Bohr- und Brechwerkzeugs mit Schneckenförderer dargestellt ist, näher erläutert.

Nach der üblichen Untersuchung der einzelnen schadhaften unterirdischen Rohrleitungen wird der betreffende Erneuerungsabschnitt, das ist in der Regel der zwischen zwei Einsteigeschächten liegende Abschnitt einer alten schadhaften Rohrleitung 1 (hier aus Steinzeug), mit einem Dämmer 2 aus einem fließfähigen Bodenmörtel verfüllt. Nach dem Aushärten weist dieser Bodenmörtel eine Konsistenz auf, die der eines mittelfest gelagerten Bodens entspricht und dessen weitere Eigenschaft die Verdrängbarkeit ist. Anschließend wird ein Pilotrohrgestänge 3, dessen Verdrängungsbohrkopf beim Vortrieb über eine schräge Ebene steuerbar ist, als Führungsrohr in den Dämmer 2 eingebracht. Die Lage des Verdrängungsbohrkopfes, der mit einer beleuchteten Zieltafel versehen ist, wird während des Vortriebes durch das Pilotrohrgestänge 3 mit einem Theodoliten mit spezieller Videooptik laufend beobachtet. Mit der Rotation des Pilotrohrgestänges 3 kann die schräge Ebene beim Vortrieb in jede Richtung gebracht werden. Dadurch wird eine exakt gesteuerte, im wesentlichen zentrisch in der alten Rohrleitung 1 verlaufende, das Pilotrohrgestänge 3 aufnehmende Verdrängungsbohrung geschaffen, wobei das Pilotrohrgestänge 3 als Führungskanal für den Fräskopf 4 zum Abbau der alten Rohrleitung 1, des diese umgebenden Erdreiches 5 und des in der alten Rohrleitung 1 enthaltenen Dämmers 2 dient.

Der mit Brecherleisten 17 ausgerüstete Fräskopf 4 ist am Achsende einer in einem Schneckenrohr 6 angeordneten Förderschnecke 7 befestigt. Die Achse 8 der Förderschnecke 7 und damit auch die Achse des Fräskopfes 4 ist in einem im Schneckenrohr 6 angeordneten Lager 9 stabil gelagert. Das Schneckenrohr 6 ist zentrisch in einem Arbeitsrohr 10 abgestützt, dessen Außendurchmesser dem der neuen Rohrleitung 11 entspricht. Die sich ausgehend vom Arbeitsrohr 10 konisch verjüngende Eingangsöffnung in das Schneckenrohr 6 bildet in Kombination mit der entsprechend ausgebildeten Rückseite des Fräskopfes 4 einen Kegelbrecher 12, um die mit dem Fräskopf 4 beim Vortrieb von der alten Rohrleitung 1 abgebrochenen Wandteile auf eine förderfähige Größe zu zerkleinern. An der Vorderseite (Schneidseite) des Fräskopfes 4 ist in einem zentrisch angeordnetem Lager 13 ein Führungsdorn 14 gehalten, der sich in dem in den Dämmer 2 eingebrachten Pilotrohrgestänge 3 befindet.

Die neue Rohrleitung 11 wird nach der bekannten Microtunneltechnologie aus einem Startschacht (Preßschacht) (nicht dargestellt) vorgetrieben, während das dabei außerdem vorgepreßte, aus Rohrabschnitten aneinandergefügte Pilotrohrgestänge 3 in einem Zielschacht (nicht dargestellt) wieder abgebaut wird. Gleichzeitig wird die defekte Rohrleitung 1 mit dem diese umgebenden Erdreich 5 in einem Umfang entsprechend dem an der freien Stirnseite des Arbeitsrohres 10 vorgesehen Überschnitts 15 durch den gleichzeitig mit der Förderschnecke 7 angetriebenen Fräskopf 4 abgebaut. Das abgebaute und gegebenenfalls mit dem Kegelbrecher 12 zerkleinerte Material wird mit der Förderschnecke 7 in den Preßschacht gefördert. Die Führung des Fräskopfes 4 und damit auch des Vortriebs der neuen Rohrleitung 11 erfolgt mit Hilfe des in dem Führungskanal 3 befindlichen Führungsdorns 14 und mithin unabhängig von den aufgrund des rauhen, mit starken Erschütterungen verbundenen Bohrbetriebes störungsanfälligen komplizierten Steuerungsmechanismen und auch unabhängig von der Erfahrung und dem Geschick des Bedienungspersonals, und zwar auch bei schwierigen Bodenverhältnissen und seitlichen und vertikalen Verlagerungen des alten Rohrkanals (soweit die Verdrängungsbohrung durch den alten Rohrkanal aufgefahren werden kann) oder wenn der Durchmesser der neuen Rohrleitung aus Platzgründen nicht oder nur wenig größer als der Durchmesser der abzubauenden alten Rohrleitung sein darf. Der entsprechend der erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugführung ohne empfindliche Steuerelektronik und Steuermechanismen ausgeführte Fräskopf 4 ist sehr robust aufgebaut und demzufolge zu hohen Abbauleistungen in der Lage.

Claims (9)

1. Verfahren zur Erneuerung schadhafter unterirdisch verlegter Rohrleitungen aus Steinzeug, Beton oder dgl. auf der Grundlage der Microtunneltechnologie, bei dem die alte Rohrleitung mit einem in der Richtung steuerbarem Fräskopf abgebaut und mit dem Vortrieb des Fräskopfes im gleichen Arbeitsgang die neue Rohrleitung aus einem Preßschacht vorgepreßt wird und das abgebaute Material über die neue Rohrleitung mechanisch oder hydraulisch in den Preßschacht gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die alte Rohrleitung (1) zunächst mit einem Dämmer (2) verfüllt und anschließend in den verfestigten, aber verdrängbaren Dämmer (2) richtungsgesteuert ein im wesentlichen zentrisch in der alten Rohrleitung (1) verlaufendes Pilotrohrgestänge (3) eingebracht wird und der Fräskopf (4) beim gleichzeitigen Abtragen der alten Rohrleitung (1) und des Dämmers (2) und beim Vorpressen der neuen Rohrleitung (11) entlang dem als Führungsrohr fungierenden Pilotrohrgestänge (3) geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämmer (2) ein zunächst fließfähiger Bodenmörtel eingesetzt wird, der in der alten Rohrleitung (1) aushärtet und dann die Konsistenz eines mittelfest gelagerten, verdrängbaren Bodens aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortrieb des Pilotrohrgestänges (3) entsprechend der vorgesehen Richtung optisch­ mechanisch gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Fräskopf (4) abgebaute Material mit einem Schneckenförderer (6, 7) über die neue Rohrleitung (11) abtransportiert wird, während das gleichzeitig vorgetriebene, aus Rohrabschnitten aneinandergefügte Pilotrohrgestänge (3) in einem Zielschacht abgebaut wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der in einem der vorzupressenden Rohrleitung vorgelagerten Arbeitsrohr ein Fräskopf mit einem diesem zugeordneten Schneckenförderer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (4) einen von dessen stirnseitiger Schneidfläche auskragenden und in Richtung seiner Drehachse verlaufenden Führungsdorn (14) aufweist, der sich während des Vortriebs in dem zuvor in die alte Rohrleitung (1) eingebrachten Pilotrohrgestänge (3) befindet und den Fräskopf (4) und die sich anschließende neue Rohrleitung (11) automatisch entlang der Pilotrohrgestänge (3) führt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenförderer eine in einem Schneckenrohr (6) gelagerte Förderschnecke (7) umfasst und der Fräskopf (4) auf der in einem Lager (9) im Schneckenrohr (6) abgestützten Achse (8) der Förderschnecke (7) befestigt und gemeinsam mit dieser angetrieben ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräskopf (4) und das Schneckenrohr (6) mit Förderschnecke (7) in einem Arbeitsrohr (10) mit Überschnitt (15) untergebracht sind und in dem Arbeitsrohr (20) am Eingang in das Schneckenrohr (6) im Zusammenwirken mit an der Rückseite des Fräskopfes (4) angebrachten Brecherleisten (17) ein Kegelbrecher (12) zum Zerkleinern des abgebauten Rohrmaterials ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Arbeitsrohres (10) dem der neuen Rohrleitung (11) entspricht, die sich über eine Dichtung (16) an das Arbeitsrohr (10) anschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsdorn (14) in einem an der Schneidseite des Fräskopfes (4) zentrisch angebrachten Lager (13) gehalten ist.