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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Sanieren schadhafter Rohrleitungen
eines Kanalnetzes gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bestehende
Kanalnetze sind zu einem großen
Teil bereits vor mehreren Jahrzehnten gebaut und seitdem ohne Unterbrechung
genutzt worden. Im Zuge der Nutzung sind Bestandteile des Kanalsystems
wie z. B. Rohre und Schächte
einer ständigen mechanischen
und chemischen Beanspruchung ausgesetzt, die einen allmählichen
Verschleiß bedingt. Durch
mechanischen Abrieb oder chemischen Angriff kommt es zu einer fortschreitenden
Schwächung
von Bauteilwandungen, was einerseits zu unerwünschten Undichtigkeiten im
Kanalnetz führt,
da abzuleitende Flüssigkeiten
unbehandelt in das Erdreich und damit das Grundwasser gelangen.
Andererseits ist davon die Statik der betroffenen Bauteile betroffen,
mit der Folge einer verminderten Tragfähigkeit des Bauteils. Ab einem
bestimmten Ausmaß der
Schwächung
ist das Bauteil den von außen
einwirkenden Kräften nicht
mehr gewachsen und es kommt zum Einsturz des Bauteils und damit
Versagen des entsprechenden Abschnitts des Kanalnetzes. Es besteht
also ein erheblicher Sanierungsbedarf bei den vorhandenen Kanalnetzen,
um dessen Funktion weiter zu gewährleisten.
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Eine
erste praktizierte Methode zur Sanierung von Kanalnetzen besteht
darin, im Bereich der Schadstelle in offener Bauweise, d. h. von
der Geländeoberfläche ausgehend,
einen Graben bis zum entsprechenden Rohrleitungsabschnitt auszuheben, den
schadhaften Teil der Leitung durch einen intakten zu ersetzen und
den Graben wieder aufzufüllen.
Diese Vorgehensweise ist aufgrund der damit verbundenen Erdarbeiten
sehr aufwändig.
In besiedelten Gebieten führt
diese Vorgehensweise zudem zu erheblichen Störungen der Umwelt infolge Straßensperrungen,
Verkehrsumleitungen, Lärmemissionen
und dergleichen.
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Zur
Vermeidung solcher negativen Auswirkungen wird daher oftmals eine
grabenlose Bauweise bevorzugt, zu deren Durchführung auch schon Verfahren
bekannt sind, bei denen in die schadhafte Rohrleitung ein intaktes
Rohr eingebracht werden. Bei einer solchen Rohr-in-Rohr-Lösung wird
abschnittsweise jeweils eine Haltung zwischen zwei Kanalschächten saniert,
wobei ausgehend von einem Startschacht das intakte Rohr in Richtung
des Zielschachts gepresst oder gezogen wird. So ist es beispielsweise
bekannt, Rohrschüsse
aus Kunststoff, beispielsweise aus PE-HD oder aus Steinzeug sukzessive
in die schadhafte Leitung einzuschieben, wobei der jeweils neu hinzugefügte Rohrschuss
die bereits verlegten Rohrschüsse
um seine Länge
weiter vorschiebt bis der Zielschacht erreicht ist.
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Aufgrund
der Flexibilität
von Kunststoffrohren ist es auch möglich, diese noch vor ihrem
Einbringen in die schadhafte Rohrleitung kraftschlüssig stumpf
zu stoßen,
um die dadurch erzeugte Endlosleitung dann kontinuierlich in die
zu sanierende Rohrleitung einzuziehen.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Sanierung besteht darin, einen sogenannten Inliner in die schadhafte
Leitung einzubringen. Solche Inliner besteht aus einem flexiblen,
schlauchartigen und mit Epoxidharz getränkten Gewebe oder Vlies, das
nach Einbringen in die schadhafte Rohrleitung mit dieser entlang
deren Innenumfangs in Anlage gebracht wird. Mit dem Aushärten des
Epoxidharzes erlangt der Inliner seine Festigkeit und ersetzt auf
diese Weise die schadhafte Rohrleitung.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine
Möglichkeit
zur Kanalsanierung anzugeben, bei der bereits während oder nach der Sanierungsmaßnahme die
Tragfähigkeit
des sanierten Kanalabschnitts sichergestellt ist. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung besteht darin, den Verschleiß aufgrund mechanischer und
chemischer Beanspruchung zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Obwohl
man zunächst
meinen könnte,
dass Betonrohre aufgrund ihrer massiven Ausbildung und Steifigkeit
nicht für
eine Rohr-in-Rohr-Sanierung geeignet sind, speziell im Bereich kleinerer
Querschnitte, wo nur begrenzter Platz zur Verfügung steht und infolge notwendiger
Rohrwanddicken und Ringspalte zwischen den Rohren die Fließquerschnittsverluste beachtlich
sind, so hat die Erfindung doch gezeigt, dass durch Ausbildung der
inneren Rohrleitung eines Rohr-in-Rohr-Systems aus Hochleistungsbeton
oder Polymerbeton diese Bedenken überwunden und sogar beachtliche
Vorteile gegenüber
dem Stand der Technik erlangt werden können.
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Die
mit obigen Materialien hergestellten Rohrschüsse wirken sich bereits während der
Durchführung
der Sanierungsmaßnahme
vorteilhaft aus. So können
die einzelnen Rohrschüsse
aufgrund der hohen Druckfestigkeit hohe Kräfte beim Einziehen bzw. Einschieben
der Rohrschüsse
aufnehmen. Die Erfindung ermöglicht
daher auch die Sanierung langer Haltungen zwischen zwei Schächten, bei
denen sich die Druckspannungen mit zunehmender Anzahl an Rohrschüssen kumulieren.
Auch erlauben die hochfesten Rohrschüsse ein Überdrücken von Hindernissen in der
schadhaften Rohrleitung, so dass allein durch Erhöhung der
Vorschubkraft, also mit sehr wenig Mehraufwand, Hindernisse überwunden
werden können.
Stillstandszeiten infolge solcher Behinderungen werden daher weitgehend
vermieden. Ein weiterer Vorteil liegt in der sofortigen Aufnahme
von Kräften
aus dem umgebenden Erdreich, so dass mit dem Einschieben der inneren
Rohrleitung eine sofortige Sicherung in diesem Bereich hergestellt
ist. Auch im Gebrauchszustand übernimmt
die erfindungsgemäße innere
Rohrleitung einer sanierten Haltung sofort die volle Erd- und Verkehrslast.
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Die
hohen Festigkeiten eines Hochleistungsbetons bzw. Polymerbetons
eröffnen
zudem die Möglichkeit,
die Wandstärke
der inneren Rohrleitung zu verringern, ohne die Tragfähigkeit
der Rohrleitung zu gefährden.
Die dadurch mögliche
Vergrößerung des Innendurchmessers
der inneren Rohrleitung trägt dazu
bei, dass dimensionsbedingte Verluste der Abflussleistung der Haltung
minimiert werden.
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Da
die Ausbildung der Rohrschüsse
der inneren Rohrleitung aus Hochleistungs- oder Polymerbeton zu
verhältnismäßig biegesteifen
Bauteilen führt,
ist vorgesehen die maximale Länge
eines Rohrschusses in Abhängigkeit
der örtlichen
Gegebenheiten zu begrenzen. Das führt zwar zu einer Erhöhung des
Arbeitsaufwands bei der Sanierung, bietet aber den Vorteil einer
höheren
Gelenkigkeit beim Einschieben der inneren Rohrleitung in die zu
sanierende Rohrleitung und einer besseren Handhabbarkeit der Rohrschüsse vor
Ort.
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Der
maximale Außendurchmesser
der inneren Rohrleitung ist durch den Innendurchmesser der zu sanierenden
Rohrleitung begrenzt. Aufgrund glatter Oberflächen mit geringem Reibbeiwert
und der vorhandene Festigkeiten der inneren Rohrleitung ist eine
Annäherung
der Außenabmessung
an den Innendurchmesser der zu sanierenden Rohrleitung in hohem
Maße möglich. So
ist selbst unter Einhaltung eines notwendigen Ringspalts zwischen
den beiden Rohrleitungen ein Verhältnis des Innendurchmessers der
inneren Rohrleitung zum Innendurchmesser der äußeren Rohrleitung von bis zu
85% möglich.
Die damit einhergehende höhere
Reibung induziert beim Einschieben höhere Druckspannungen, die jedoch von
den einzelnen Rohrschüssen
aufgrund ihrer Festigkeit aufgenommen werden können. Dadurch lassen sich größere Fliesquerschnitt
mit einer entsprechend besseren Abflussleistung realisieren. Dies
eröffnet
eine Anwendung der Rohr-in-Rohr-Sanierung auch bei klein dimensionierten
sanierungsbedürftigen
Rohrleitungen, beispielweise mit einer Nennweite von DN 300.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist in der Stoßfuge
zwischen zwei benachbarten Rohrschüssen ein Druckübertragungsring
vorgesehen. Dieser hilft örtliche
Spannungsspitzen auf die gesamte druckübertragende Stirnfläche der
Rohrschüsse
gleichmäßig zu verteilen,
was angesichts der erfindungsgemäß verwendeten
Materialien und damit anwendbaren höheren Druckkräfte von
besonderer Relevanz ist. In diesem Zusammenhang wirkt sich auch
der vergleichsweise niedrige E-Modul
von Epoxidharz als Bindemittel für
den Polymerbeton positiv aus, da dadurch ebenfalls Lastumlagerungen
im Bereich der Stoßfuge
ermöglicht und
Spannungsspitzen vermieden werden.
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Zur
Abdichtung der Stoßfuge
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
einen die gesamte Fuge umlaufenden, muffenförmigen Stahlring anzuordnen,
der an seiner inneren dem Beton zugewandten Seite mit einer Dichtung
ausgestattet ist. Der Stahlring ragt mit seiner halben axialen Länge über das
Ende eines Rohrschusses hinaus und übernimmt dadurch beim Stoßen zweier
Rohrschüsse
gleichzeitig die Funktion einer axialen Führung, wodurch ein absatzloser
Anschluss der Rohrschüsse
untereinander gewährleistet
ist. Um ein behinderungsfreies Einschieben der Rohrschüsse in die
zu sanierende Rohrleitung zu ermöglichen,
weisen die einzelnen Rohrschüsse
ferner im Bereich des Stahlringes zu dessen Aufnahme einen Rücksprung
in der Mantelfläche
auf. Die Tiefe des Rücksprungs
entspricht dabei der Dicke des Stahlrings, so dass insgesamt auch
im Fugenbereich eine bündig
verlaufende Oberfläche
der inneren Leitung gegeben ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, die innere Rohrleitung über ihre
Wanddicke mehrlagig auszubilden. So kann beispielsweise der äußere Bereich
des Rohres von einem Hochleistungsbeton gebildet sein, während dessen
Innenseite von einer Lage Polymerbeton gebildet ist. Diese Materialpaarung
nützt einerseits
die gute Beständigkeit
des Polymerbetons gegen chemische Angriffe sowie die hohe Festigkeit
des Hochleistungsbetons zur Abtragung äußerer Kräfte. Zur Herstellung eines
monolithischen Rohrkörpers
und damit innigen Verbunds der Lagen untereinander werden die Lagen
derartiger Rohre vorteilhafterweise nass-in-nass betoniert.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch eine zu sanierende Haltung eines Kanalnetz,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Rohrschuss als Teil der erfindungsgemäßen Anordnung,
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3 einen
Stirnansicht auf den in 2 dargestellten Rohrschuss,
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4 ein
Detail im Bereich der Stoßfuge zweier
Rohrschüsse,
und die
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5a bis 6b den
Ablauf einer erfindungsgemäßen Sanierung
schadhafter Rohrleitungen.
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In 1 ist
im Überblick
ein zwischen zwei Kanalschächten 1 und 2 verlaufender,
auch als Haltung 3 bezeichneter Abschnitt eines zu sanierenden Kanalnetzes
dargestellt. Die Schächte 1 und 2 bestehen
aus einem Schachtunterteil 4, das den Schachtboden mit
Gerinne umfasst. Nach oben schließen sich mehrere Schachtringe 5 an,
von denen der letzte im Regelfall einen mit der Geländeoberfläche 7 bündig verlaufenden
Schachtdeckel 6 trägt.
Die Schächte 1 und 2 sind
von Erdreich 8 umgeben.
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Oberhalb
des Schachtbodens münden Schachtzuläufe 9 und
Schachtabläufe 10 in
die Schächte 2 und 3,
um eine die Schächte 1 und 2 verbindende
Rohrleitung 11 anzuschließen. Die Rohrleitung 11 besteht
aus einer Anzahl von Muffenrohren 12, deren Spitzende jeweils
in das Muffenende des benachbarten Muffenrohres 12 eingeschoben
ist. Die Nennweite der Rohrleitung 11 beträgt im vorliegenden
Beispiel DN 300; die Länge
einer solchen Haltung 3 variiert und liegt beispielsweise
in einem Bereich von 30 m bis 50 m. Die Rohrleitung 11 ist über ihre
gesamte Länge
schadhaft und weist beispielsweise starke Korrosionsschäden im Sohlbereich
auf (siehe 5a) und Bedarf daher der Sanierung.
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Weiter
zeigt 1 eine innerhalb der schadhaften Rohrleitung 11 verlaufende,
zu deren Sanierung bestimmte intakte innere Rohrleitung 13 zu
einem Zeitpunkt kurz vor Fertigstellung. Die Rohrleitung 13 setzt
sich aus einer Anzahl stumpfgestoßener, dicht aneinander anschließenden Rohrschüsse 14 zusammen.
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Eine
mögliche
Ausgestaltung der Rohrschüsse 14 ist
in den 2 und 3 dargestellt. In 2 sieht
man einen Rohrschuss 14 mit Längsachse 15. Der Rohrschuss 14 besitzt
im vorliegenden Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser
von etwa 276 mm und einem Innendurchmesser von etwa 220 mm. Daraus
ergibt sich eine Wandstärke
von etwa 28 mm. Die Länge des
Rohrschusses 14 beträgt
im vorliegenden Beispiel 600 mm. Diese Maßangaben betreffen lediglich ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung und können selbstverständlich variieren
und sind auf die Umstände
des jeweiligen Anwendungsfalls abzustimmen. An den Enden des Rohrschusses 14 sieht
man zudem einen umlaufenden Rücksprung 16 in
der Mantelfläche 17,
dessen Bestimmung unter 4 näher erläutert ist.
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Zur
Herstellung der einzelnen Rohrschüsse 14 wird erfindungsgemäß ein Hochleistungsbeton oder
Polymerbeton mit mineralischem Zuschlag verwendet. Die Sieblinie
des Zuschlags ist dabei so gewählt,
dass sich eine porenarme, schwindfreie und wasserdichte Matrix ergibt.
Als Bindemittel des Polymerbetons hat sich beispielsweise Epoxidharz
als geeignet herausgestellt. Zur Steigerung des Lastabtragungsverhaltens
können
die einzelnen Rohrschüsse 14 auch
bewehrt sein, beispielsweise mit zur Achse 15 parallelen
Bewehrungsstäben
oder in den Rohrschaft eingebetteten Bewehrungsmatten oder aber
durch Zugabe von Fasern in die Matrix aus Zuschlag und Bindemittel.
Neben Stahl als Material für die
Bewehrung liegen auch Kunststoffbewehrungen im Rahmen der Erfindung.
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Die
einzelnen Rohrschüsse 14 werden werkseitig
im Rüttelverfahren
hergestellt und härten in
der Schalung aus. Die dadurch mögliche
Serienfertigung bei gleichbleibenden Ausgangsbedingungen gewährleistet
eine hohe Gefügedichte
bei exakter Maßgenauigkeit
und Oberflächengüte.
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4 zeigt
den Fugenbereich zweier aufeinanderfolgender, stumpfgestoßener Rohrschüsse 14. Man
sieht einen zwischen den sich axial gegenüberliegenden ringscheibenförmigen Stirnflächen 18 eingeklemmten
Druckring 19, der im vorliegenden Beispiel aus Neopren
besteht und die gesamte Stoßfuge umläuft. Der
Druckring 19 dient in erster Linie zur Weitergabe und Verteilung
des Druckes, der beim Vorschub der einzelnen Rohrschüsse 14 entsteht. Gleichzeitig
kann der Druckring 19 bei geeigneter Materialwahl auch
eine dichtende Funktion übernehmen
und dient auf diese Weise als erste Barriere für den Austritt der abzuleitenden
Flüssigkeit
aus der Rohrleitung 13.
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Ferner
ist in 4 ein Stahlring 20 dargestellt, der den
Stoßbereich
muffenförmig
umgibt und dabei die von den beiden Rücksprüngen 16 gebildete Gesamtausnehmung
ausfüllt.
Der Stahlring 20 ist im Bereich seines Innenumfangs, also
an der dem Beton zugewandten Seite, mit einer Dichtung 27 beschichtet,
die mit radialem Druck an der Außenseite des Rohrschusses 14 anliegt
und so den Fugenbereich sicher dichtet.
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Der
Stahlring 20 ist ein eigenes Bauteil, das nach Fertigstellung
der Rohrschüsse 14 einseitig
im Spannsitz auf einen Rohrschuss 14 aufgebracht wird.
In diesem Zustand steht der Stahlring 20 mit seiner halben
Länge über das
stirnseitige Ende 18 des Rohrschusses 14 über. Erst
mit dem Zusammenstecken der einzelnen Rohrschüsse 14 zur Rohrleitung 13 wird
der Stahlführungsring 20 auch
auf das andere Ende eines Rohrschusses 14 aufgeschoben, was
die in 4 dargestellte Situation ergibt.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung wird nachfolgend
anhand der 5a bis 5c beschrieben.
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5a zeigt
einen Teilbereich, der in 1 dargestellten
sanierungsbedürftigen
Leitung 11 und stellt somit die Ausgangssituation dar.
An das in der Darstellung linke Ende der Leitung 11 schließt der in den 5a bis 5c nicht
dargestellte Schacht 1 an, dem somit die Funktion eines
Startschachts zukommt.
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Der
Sohlbereich 21 der Leitung 11, der am stärksten mechanischen
und chemischen Einwirkungen ausgesetzt ist, weist zahlreiche Sohlausbrüche 28 auf,
wodurch die Rohrwandung und damit die Statik der Rohrleitung 11 stark
geschwächt
ist. Es droht daher die Undichtigkeit der Rohrleitung 11 und
im schlimmeren Falle sogar deren Einsturz.
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In 5b ist
der Vorgang des Einbringens der einzelnen Rohrschüsse 14 in
die Rohrleitung 11 dargestellt. Dies geschieht mit einer
in 1 dargestellten Ziehvorrichtung 22, die
sich aus einer über dem
Zielschacht 2 aufgeständerten
Winde 23, einer am Grund des Schachts 2 befestigten
Umlenkrolle 24 sowie einem Zugseil 25 zusammensetzt.
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Zunächst wird
ein Rohrschuss 14 in fluchtende Position mit der Rohrleitung 11 gebracht.
Dann wird das Zugseil 25 durch den oder die Rohrschüsse 14 durchgefädelt und
an einer sich auf dem schachtseitigen Ende des Rohrschusses 14 abstützenden Traverse 26 befestigt. Über die
Seilwinde 23 wird dann ein Einziehen des Rohrschusses 14 um
den Betrag seiner Länge
ausgeführt.
Gleiches wird mit nachfolgenden Rohrschüssen 14 wiederholt,
bis eine intakte Rohrleitung 13 innerhalb der schadhaften Rohrleitung 11 hergestellt
ist. Dieser Zustand zeigt 5c.
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Die 6a und 6b betreffen
eine erfindungsgemäße Variante,
bei der der Sohlbereich 21 der Rohrleitung 11 durch
Einbringen einer Füllmasse 29 egalisiert
wird. Dadurch wird der Gefahr vorgebeugt, dass sich ein Rohrschuss 14 während des Vorschiebens
an den Sohlausbrüchen 28 verkantet.
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Wie
aus 6b ersichtlich ist, kann der Ringspalt 30 zwischen
der Rohrleitung 11 und Rohrleitung 13 mit einem
Vergussmaterial verpresst werden, wodurch ein zur Aktivierung der
Tragkraft der inneren Rohrleitung 13 erforderlicher Kraftschluss
zwischen dem Erdreich 8 und der Rohrleitung 13 erzeugt wird.