DE102006030802A1

DE102006030802A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen eines langen Kunststoffrohres in einen Kanal über einen Schacht

Info

Publication number: DE102006030802A1
Application number: DE200610030802
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2026-07-01
Also published as: WO2008000474A3; DE102006030802B4; WO2008000474A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von im wesentlichen zylindrischen Rohren in das Erdreich, bei dem das Rohr auf einer Kurvenbahn geführt und vor oder bei dem Eintreten in die Kurvenbahn deformiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtungen zum horizontalen Einbringen von flexiblen Rohren in das Erdreich, insbesondere von langen Rohren über einen beengten Zugang zu einem Erdkanal von der Erdoberfläche aus.
Rohre, die im Erdreich verlegt werden sollen, müssen bestimmten statischen Anforderungen genügen, da die Rohre beim Verlegen und auch im Erdreich verschiedenen Belastungen, insbesondere dem Kompressionsdruck des Erdreichs ausgesetzt sind. Dies gilt für in neu zu erstellenden Trassen zu verlegende Rohre ebenso wie für in bestehende Altleitungen einzubringende Rohre. Die Anforderungen verlangen in der Regel den Einsatz stabiler statisch belastbarer Materialien. Hier kommen Rohrmaterialien wie Metalle, Steinzeuge, Beton, Gußeisen oder insbesondere Stahl, aber auch stabile Kunststoffe wie PP (Polypropylen), PVC (Polyvinylchorid) sowie vielfach (PE) Polyethylen zum Einsatz. Mit dem Einsatz solcher Rohrmaterialien geht eine geringe Flexibilität der Rohre einher, die insbesondere beim Verlegen der Rohre zum Tragen kommt. Häufig ist das Rohr von seiner Ausgangslage an der Erdoberfläche in eine versetzt liegende horizontale bestehende oder zu erstellende Trasse im Erdreich über enge Kurvenbahnen einzubringen, wobei bestimmte Biegeradien, abhängig vom Rohrmaterial, nicht überschritten werden dürfen. Solche Biegeradien sind z.B. in der DVGW, Arbeitsblatt GW 323 festgelegt. Bei städtischen Kanälen mit ihren engen tiefen Mannlöchern ist der Kurvenverlauf von der Erdoberfläche in die Trassenachse durch besonders enge Kurven geprägt. Mit den bekannten Verfahren und mit für solche Trassen geeigneten Materialien ist ein Verlegen über die Kurvenbahnen aufgrund des Überschreitens der höchst zulässigen Biegeradien nicht möglich. In der Praxis müssen daher mit großem Aufwand entsprechende Gruben ausgehoben werden, die entweder eine Länge aufweisen, die der des gesamten Rohres entspricht und ein Einlegen des Rohres in die Achse der Rohrtrasse erlauben oder in Form schräger Einführungsgruben vorgesehen sind, die den Biegeradius einhalten, damit die zulässige Dehnung des Rohrmaterials nicht überschritten wird. Aufgrund der Randbedingungen ist aber das Ausheben solcher Gruben oftmals nicht möglich. Bei entsprechend stabilem Rohrmaterial sind solche Kurvenbahnen nicht (z.B. bei Stahl) oder nur unter extremer Materialbelastung (z.B. bei Kunststoff) überwindbar. In der Praxis werden daher entweder die Gruben so ausgestaltet, daß entsprechend lange Rohrabschnitte direkt in die Verlegeachse eingesetzt werden können oder, wenn die Grube für eine Veränderung nicht zur Verfügung steht (wie dies z.B. bei Kanalschächten bzw. Mannlöchern der Fall ist), die Rohrabschnitte entsprechend kurz ausgestaltet, so daß das Rohr der Grube angepaßt wird. In beiden Fällen wird der zu verlegende Rohrabschnitt in die Verlegeachse eingelegt und in ständiger Wiederholung des Vorgangs mit dem bereits verlegten Rohrabschnitt verbunden. In beiden Fällen entsteht ein erheblicher Kostenaufwand.
In der Praxis werden in solchen Schächten hauptsächlich sogenannte Kurzrohre eingesetzt, die geringfügig kürzer als der Schacht (z.B. Mannloch) sind und so in der Tiefe des Schachts in der horizontalen Lage zum Einbringen in den Kanal ausgerichtet und mit weiteren Rohrabschnitten verbunden werden können. Da das Einbringen von Kurzrohren zeit- und kostenaufwendig ist, wurden verschiedenen Technologien entwickelt, um das Verbinden der Rohrabschnitte zu erleichtern und den im Schacht vorhandenen Raum optimal zu nutzen. Diese haben jedoch alle gemeinsam den Nachteil, daß die kurzen Rohre einen sich ständig wiederholenden Verbindungsvorgang verlangen und sich aufgrund der vielen Verbindungen auch die Gefahr von Undichtigkeiten erhöht. So wurden Verfahren entwickelt, die Rohrabschnitte mittels hydraulischer Schub- oder Zuggeräte miteinander zu verbinden. Um den Raum im Schacht zu nutzen, wurden die Antriebseinheiten dazu in der Rohrtrasse bzw. in dem bereits verlegten Rohr angeordnet.
Bei Kunststoffrohren ausreichender Festigkeit ist der minimale Biegeradius vorgegeben. Dieser wird den praktischen Anforderungen für ein kontinuierliches und daher kostengünstiges Einziehen der Rohre, insbesondere in Schachtbauwerke, meist nicht gerecht. Weiterhin wurden flexible Gewebestrukturen beispielsweise aus Vlies oder Glasfasermaterialien entwickelt, die ohne Schwierigkeit auch über Kurvenbahnen eingebracht werden können. Diese können wie beispielsweise in der DE 38 19 657 A1 beschrieben, mit Kunstharz getränkt sein und werden je nach Material und Technologie durch Aufbringen von Wasserdampf in ihre Endform gebracht und ausgehärtet. Alternativ ist zum Aushärten auch ein UV-Bestrahlung in der Trasse bekannt geworden ( DE 44 45 605 A1 ).
Anfang der achtziger Jahre wurden Rohre entwickelt, die bei der Herstellung gefaltet und in gefalteter Form auf Haspeln vertrieben und entsprechend in den Kanal eingebracht werden konnten. Dies, um zu erreichen, daß der Kanal vollständig ausgekleidet wird. Problematisch war dabei das Halten der Rohre in der gefalteten Form bzw. das Zurückbringen der Rohre in ihre ursprüngliche Form. In der schwedischen Auslegeschrift 368 435 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem das Rohr in gefaltetem Zustand mittels Drähten oder Bändern zusammengehalten wird, die nach dem Einziehen des Rohres entfernt wurden. Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Anbringen und Lösen der Drähte oder Bänder wurden überwunden, indem ein zunächst zylindrisch extrudiertes und dann gefaltetes auf eine Haspel aufgerolltes Rohr verwendet wurde, welches durch Erhitzen nach dem Einziehen dann wieder in seine ursprüngliche Form zurückgebracht wurde ( DE 35 19 439 A1 ). Dieses Verfahren wird bis zum heutigen Tage eingesetzt. Die Rohre sind meist als Trommelware erhältlich und mit verschiedenen Kunststoffen weiterentwickelt worden. Bei Hauptleitungen von beispielsweise 200 mm Durchmesser lassen sich bei bestimmten Materialien Biegeradien von 900 mm erreichen. Die entsprechenden Normen und Richtlinien zum Verlegen solcher Rohre sind im DVGW Arbeitsblatt GW 320 II – "Rehabilitation von Gas- und Wasserrohrleitungen mit PE-HD Verfahren durch Reliningverfahren ohne Ringraum; Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung" sowie die CEN TC 155 WI 209 – "Kunststoffrohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen)", Teil 1. Allgemeines sowie Teil 3. Close-Fit-Lining niedergelegt.
Aus der EP 0 341 941 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen von PS-Rohren in das Erdreich bekannt, bei dem das Rohr vor dem Einziehen gestreckt und dadurch in seinem Durchmesser verkleinert wird, um ein Einziehen von Rohren mit einem Enddurchmesser zu erlauben, der nahezu gleich dem Durchmesser des Altrohres ist und dadurch ein möglichst vollständiges Ausfüllen des Altrohres zu ermöglichen. Das gestreckte Rohr wird dabei in die Trasse eingezogen und nach dem Einziehen entspannt, wodurch sich der kreisrunde Querschnitt wieder vergrößert. Auch dieses Verfahren ist in seiner Kurvengängigkeit beschränkt. Die Rohre werden außerdem lediglich in ihren Durchmesser verkleinert, um in das Altrohr geringfügig größere Altrohr hineinzupassen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, mindestens einen der Nachteile bekannter Systeme zum Einbringen von flexiblen Rohren in das Erdreich zu vermeiden.
Das Problem wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, im wesentlichen zylindrische Langrohre auf einer kurvenförmigen Bahn von der Erdoberfläche in das Erdreich einzubringen und den für das zylindrische Langrohr unüberwindbaren Kurvenverlauf dadurch zu überwinden, daß das Rohr beim Einbringen in das Erdreich in eine Form gebracht wird (Deformation), bei der die auf die Rohrwandung wirkenden Kräfte gegenüber den bei kreisrundem Rohrquerschnitt wirkenden Kräften verringert sind. So wird ein für die Kurvenführung vorteilhafter Rohrquerschnitt bei Bedarf geschaffen, ohne daß es der Bevorratung gefalteter Rohre bedarf. Das Deformieren kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen, die z.B. die bekannte Faltung des Rohres herbeiführen kann.
Der für die Kurvenführung vorteilhafte Rohrquerschnitt erleichtert das Biegen des Rohres, wie es in dem Kurvenabschnitt stattfindet, indem die Stauchung und Streckung der Rohrwandung verringert wird. Dem liegt die Tatsache zugrunde, daß die Stauchung und Streckung der Rohrwandung mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse zunimmt, da die Differenz der Kreisradien des Außenkreises zu dem Innenkreis der Rohrwandung in der Kurvenbahn größer wird.
Erfindungsgemäß ist unter "Rohr" insbesondere ein Langkörper zu verstehen, der einen Hohlraum und eine Wandung beliebigen Materials aufweist.
Unter "Deformation" oder "deformiertem Querschnitt" ist jeder Querschnitt zu verstehen, der in Bezug auf die ursprüngliche Form verändert ist (deformieren). Unter oval- bis U-förmigem Querschnitt ist ein Querschnitt zu verstehen, der von oval über flach bis hin zu U-förmig ausgebildet sein kann.
Unter "Kurvenabschnitte" ist mindestens ein Abschnitt auf dem Weg von der Erdoberfläche in die endgültige Verlegeposition zu verstehen, der von der Geraden abweicht.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, sowohl ein Vorhalten der bekannt gefalteten Rohre (häufig als U-liner bezeichnet) als auch ein Zusammensetzen von Rohrabschnitten in der Grube oder in dem Schacht zu vermeiden und kontinuierlich lange Rohre zylindrischen Querschnitts in das Erdreich auch dann einzuziehen, wenn beengte Raumverhältnisse gegeben sind. Das verlegte Rohr ist gleichförmig und weist daher keine Schwachstellen oder Undichtigkeiten im Vergleich zu den einzeln zusammengefügten Kurzrohrabschnitten mit den entsprechend zahlreichen Übergängen auf.
Das Rohr kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Baustelle, z.B. unmittelbar vor dem Eintreten in die Kurvenbahn deformiert werden und stellt sich dann, vorzugsweise beim Eintreten in den Kanal, wieder in seine ursprüngliche Form zurück.
Unter "Zurückstellen" des Rohres ist derjenige Vorgang zu verstehen, der das Rohr weitgehend in seine ursprüngliche Form zurückbringt.
Bevorzugt kommen Rohre mit Memory-Effekt zum Einsatz, die sich nach dem Verlassen der Zwangsführung selbstständig zurückstellen. So kann das Rohr kurz vor oder bei seinem Eintreten in die Trasse dann wieder einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Bevorzugtes Rohrmaterial ist Polyethylen (PE).
Vorzugsweise wird die Erfindung mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Zwangsführung) verwirklicht, die so ausgebildet sein kann, daß ein Rohr mit zuvor kreisrundem Querschnitt beim Einlaufen in die Zwangsführung aus seiner Form gebracht wird (Deformation). Dabei kann auf einer kurzen Strecke eine Form erzeugt werden, die zu einer starken Verringerung der Materialbelastung in der Kurvenbahn führt. Das Rohr kann beispielsweise in einen oval- bis U-förmigen Querschnitt gebracht werden, bei dem in der Kurvenbahn nur eine geringe Stauchung des inneren Rohrwandungsabschnitts und eine geringe Dehnung des äußeren Rohrwandungsabschnitts auftritt. Grundsätzlich ist eine Deformation bevorzugt, bei der die von der Rotationsachse entfernten Rohrwandungsabschnitte angenähert sind. Dies kann durch eine ovale oder zunehmend flachen Ausgestaltung bis hin zu einer überstreckten, d.h. U-förmigen Ausgestaltung des Querschnitts erreicht werden
Die Zwangsführung kann Rollen aufweisen, um den Reibungswiderstand zu verringern und dabei sowohl Rollen für die Deformation des Rohres und/oder Rollen für das Zurückstellen des Rohres aufweisen. Das Zustückstellen kann auch über einen konischen Ring erfolgen. In einem solchen Fall kann das Rohr bereits unmittelbar nach seinem Eintreten in das Erdreich wieder in seine ursprüngliche Form zurückgebracht werden. Unabhängig davon kann die Zwangsführung als Führungsrohr ausgebildet sein.
Zur Unterstützung der Deformation und/oder des Zurückstellens kann die Temperatur des Rohrmaterials erhöht werden, z.B. indem von innen und/oder außen Warmluft oder Strahlung zugeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Rohr durch Unterdruck deformiert oder der Deformationsvorgang der Zwangsführung durch Unterdruck unterstützt werden. Hierzu kann das ansonsten verschlossene Rohr mit einer Vakuumpumpe verbunden werden. Nach dem Einbringen des Rohres in das Erdreich kann das Rohr belüftet werden, so daß es sich in seine ursprüngliche Form zurückbewegt.
Das Zurückstellen des Rohres in seine Ursprungsform kann auch durch Aufbringen von Druckmedium, wie z.B. Druckluft oder mit mechanischen Mitteln erreicht bzw. unterstützt werden.
Die Zwangsführung läßt sich ohne besonderen konstruktiven Aufwand herstellen und für beliebige Baustellensituationen und Kurvenverläufe problemlos einsetzen. Der Transport der Zwangsführung zur Baustelle ist bei kompakter Bauweise ohne besonderen Aufwand möglich. Die Zwangsführung kann auch als modulares System ausgestaltet sein. Dabei kann sowohl die Zwangsführung mit als auch die Zwangsführung ohne Rollen aus zwei Einzelmodulen bestehen, die über entsprechende Schienen gegeneinander oder anderweitig fixiert werden, um einen definierten Kurvenverlauf bei Erhalt der Deformation des Rohres zu gewährleisten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung des näheren erläuterten Ausführungsbeispiels dargestellt.
In der Zeichnung zeigen:
1a/b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Zwangsführung mit einem darin befindlichen deformierten Rohr in der Kurvenbahn;
2 die Zwangsführung der 1 in einem Kanalschacht und
3 eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zwangsführung mit Rollen zur Deformation und zum Zurückstellen der Rohrform.
Ein Kanalschacht 1 weist eine oberflächenseitige vertikale Kanalöffnung 2 (typischerweise durch einen Kanaldeckel verschlossen) und kanalseitige horizontale Öffnungen 3 auf. Die kanalseitigen Öffnungen stellen jeweils Rohrenden des Altrohres dar und definieren die Achse (A), in die ein Neurohr 4 eingebracht werden soll.
Das Neurohr 4 befindet sich zunächst erdoberflächenseitig außerhalb des Schachts 1. Um das Rohr 4 über die Kanalöffnung 2 durch den Schacht 1 in die Achse der Kanalöffnungen 3 zu bringen, muß das Rohr mit zweimaliger Richtungsänderung über eine Kurvenbahn bewegt werden. Beim Einbringen des Rohres 4 in den Kanal über den Schacht 1 ergeben sich somit zwei 90°-Kurven (I, II). In 1b ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der das Rohr 4 vertikal in den Schacht 1 eingebracht wird, so daß lediglich eine 90°-Kurve am Schachtboden zu überwinden ist.
Die jeweiligen Kurven werden von dem Rohr mit Hilfe einer Zwangsführung 5 überwunden, indem das Rohr vor dem Eintreten in den Kurvenbereich deformiert wird und so den Kurvenbereich unter verminderter Materialbelastung durchlaufen kann. Beim oder nach dem Eintreten in die Kanalachse A nimmt das Rohr 4 aufgrund seiner Materialbeschaffenheit (Memory-Effekt) seine ursprüngliche Form mit zylindrischem Querschnitt im wesentlichen wieder an, wobei der Rohraußendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Kanals ist.
In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Kurvenführung und Deformation in den Kurven I und II durch einen Führungsschlitz ausbildende Führungsschienen 7, 9 erreicht wird, die das Rohr 4 an dessen äußeren und inneren Radius komprimieren, so daß sich die Rohrwandungsabschnitte annähern. Dadurch werden die Radien der Rohrwandungsabschnitte in der Kurvenbahn angeglichen. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform kommen Rollen 11 bis 13 für die Deformation und das Zurückstellen des Rohres 4 zur Verwendung.
Beim Einlaufen des Rohres 4 in den ersten Kurvenbereich I des Schachtes 1 wird das Rohr mit Hilfe der Rollen 11 zunächst zusammengedrückt (deformiert). Die Rollen 12a und 12b stellen sicher, daß das Rohr 4 den Kurvenbereich definiert durchläuft und dabei seine deformierte Form behält. Die Rollen bewirken des weiteren eine Herabsetzung der Reibungsbeiwerte beim Durchlaufen der Zwangsführung 5 und eine weitere Verringerung der Materialbelastung. Im Ausgangsbereich der Zwangsführung 5 und nach der zweiten Kurve II bewirken Rollen 13 oder ein konischer Ring 14 (2), daß sich das Rohr 4 wieder in seine ursprüngliche Form zurückstellt oder das materialbedingte Zurückstellen unterstützt wird.

Claims

Verfahren zum Einbringen von im wesentlichen zylindrischen Rohren (4) in das Erdreich, bei dem das Rohr auf einer Kurvenbahn (I, II) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) vor oder bei dem Eintreten in die Kurvenbahn deformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) beim oder nach dem Eintreten in die Kanalachse (A) wieder in seine ursprüngliche Form gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung und/oder Deformation des Rohres (4) mit Hilfe von Rollen (11, 12) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Deformation und/oder des Zurückstellens die Temperatur des Rohrmaterials erhöht wird.
Verfahren zum Einbringen von im wesentlichen zylindrischen Rohren in das Erdreich, bei dem das Rohr (4) auf einer Kurvenbahn geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in einer Zwangsführung (5) durch den Kurvenabschnitt (I, II) geführt wird.
Zwangsführung für in das Erdreich einzubringende Rohre, gekennzeichnet durch einen Führungsverlauf, bei dem das Rohr deformiert wird und danach eine Richtungsänderung erfährt.
Zwangsführung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Rollen (11, 12) zum Führen und/oder Deformieren des Rohres.
Zwangsführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Rollen (13) zum Zurückstellen des Rohres.
Zwangsführung nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erhöhung der Temperatur des Rohrmaterials.
Zwangsführung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen konischen Ring (14) zum Zurückstellen des Rohres (4).
Zwangsführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.
Zwangsführung für in das Erdreich einzubringende Rohre, gekennzeichnet durch mindestens einen Deformationsbereich (7, 9) mit einem Führungsverlauf, bei dem das Rohr (4) deformiert wird und danach eine Richtungsänderung erfährt.