DE10205826A1 - Verfahren zum Verlegen von Rohren mittels unterirdischem Rohrvortrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von Rohren mittels unterirdischem Rohrvortrieb unter Verwendung einer reibungsmindernden Suspension. Um ein Versickern der Suspension insbesondere in stark porösem Bodenmaterial zu vermeiden, wird diese mit im Zuge des Rohrvortriebsprozesses gefördertem Bodenmaterial vermischt. Die entstehende Boden-Suspensions-Mischung wird entweder über in der Rohrwand angelegte Öffnungen oder durch die Dreh-Vorschubbewegung des Vortriebsschildes in den Ringspalt zwischen Rohrwand und umgebendem Boden verbracht und bildet einen stabilisierenden Mantel und/oder eine Dichthülle.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von Rohren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Verfahren zum unterirdischen Verlegen von Rohren oder Kanälen gehören zum bekannten Stand der Technik. Sie werden besonders dann angewendet, wenn es aus baulichen, verkehrstechnischen und sonstigen technologischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist, Schachtarbeiten auszuführen, um Leitungsgräben zu schaffen.
• Bei solchen Verfahren besteht das Problem, daß Schäden an der Außenwandung des vorgetriebenen Rohres nicht sofort während der Verlegung erkannt werden können. Desweiteren gestaltet sich der unterirdische Rohrvortrieb unter schwierigen Bodenverhältnisse (grobkörniger Kies, Fels oder im Grundwasserbereich) kompliziert und verursacht neben Störungen des Vortriebsprozesses, Ungenauigkeiten bezüglich der Rohrleitungslage und auftretende Undichtigkeiten einen allgemein erhöhten Aufwand an technischem Können und vorausschauender Planung.
• Insbesondere sind zwei grundlegende Verfahren des unterirdischen Rohrvortriebs bekannt. Dies ist zum einen ein trockener Vortrieb, bei dem große Verpreß- und Reibungskräfte an Vortriebsschild, Schildkopf und Bohrerspitze und damit ein entsprechend großer Verschleiß auftreten, und zum anderen ein Vortrieb unter Verwendung einer reibungsmindernden Flüssigkeit, bei der beispielsweise Ton-Suspensionen als Gleit- oder Schmiermittel am Schildkopf in den Vortriebsbereich eingepreßt werden.
• Bei komplizierten Bodenverhältnissen, die insbesondere größere Hohlräume enthalten, wie etwa felsiger Untergrund, kann die zugeführte Suspension ihre erwünschte Wirkung als verschleißminderndes Gleit- und Schmiermittel nur schlecht oder überhaupt nicht entfalten. Die Suspension fließt aus dem eigentlichen Vortriebsbereich ab, versickert ungenutzt in den Hohlräume innerhalb des Bodens. Es tritt keine Verminderung der Reibung auf, während die einzusetzende Menge der Suspension in sehr starkem Maße zunimmt, womit vor allem die Materialkosten unverhältnismäßig stark ansteigen.
• Um diese unerwünschten Effekte zu beseitigen, wurden einige Modifikationen insbesondere in der Art und Weise der Suspensionszuführung vorgenommen. Zu erwähnen ist hier insbesondere die Verwendung der Dichtung FORSHEDA F 103 und F 146, bei der die reibungsmindernde Suspension entlang des verlegten Rohres an gleichmäßig über die Länge des verlegten Rohres verteilten Muffen in einen Ringspalt zwischen Rohraußenwand und Bodenmaterial gepreßt wird. Damit wird eine gleichmäßigere Verteilung der reibungsmindernden Suspension erreicht, was insbesondere bei großen Vortriebslängen vorteilhaft ist, jedoch tritt auch hier das bereits als Problem bekannte unkontrollierte Wegströmen der reibungsmindernden Suspension auf. Der problematisch überhöhte Verbrauch der Suspension und die damit erhöhten Kosten des Vortriebs bestehen weiterhin und werden auch durch diese aus dem Stand der Technik bekannte Lösung nicht beseitigt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiterentwickeltes gattungsgemäßes Verfahren zum Verlegen von Rohren anzugeben, das auch bei schwierigen Bodenverhältnissen mit verschleißintensivem Material und Hohlräumen im Vortriebsbereich ein unkontrolliertes Abfließen der reibungsmindernden Suspension verhindert und das den auftretenden Material- und Kostenaufwand senkt.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Verlegen von Rohren gemäß Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
• Der dem Hauptanspruch des erfindungsgemäßen Verfahrens zugrundeliegende Gedanke besteht darin, die reibungsmindernde Suspension mit dem im Zuge des Rohrvortriebs geförderten Bodenmaterial zu vermischen und während des Rohrvortriebs in den Ringspalt zwischen verlegtem Rohr und umgebenden Boden einzubringen.
• Wesentlich ist hierbei, die Feinkörnigkeit des durch den Vortriebsschild geförderten Bodenmaterials zu nutzen, um die reibungsmindernde Suspension in einer Boden-Suspensionsmischung zu binden, die so am Versickern innerhalb der Hohlräume des Bodens gehindert ist und diese Mischung in den Ringspalt zwischen Rohraußenwand und dieses umgebenden Bodenmaterials zu verbringen, um dort die auftretende Reibung zu mindern oder diese Mischung im wesentlichen als Dicht- oder Stabilisierungsmaterial zu verwenden.
• Für das im Hauptanspruch der Erfindung umrissene Verfahren sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Bei einer ersten Ausführungsform wird der an einem Vortriebsschild geförderte Boden innerhalb eines Bohrschilds gesammelt und mit der reibungsmindernden Suspension vermischt. Diese Variante eignet sich besonders für Bodenmaterial mit größeren Hohlräumen, weil hier das geförderte Material gesammelt und gezielt mit der Suspension versetzt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, die Suspension in die Hohlräume des Bodens einzuleiten.
• Insbesondere ist es bei dieser Ausführungsform möglich, die Boden-Suspensionsmischung innerhalb des Vortriebsschildes bzw. des bereits verlegten Rohres zu sammeln und über die Länge des verlegten Rohres mittels verteilter Öffnungen in den Ringspalt zu pressen. Diese Ausführungsform stellt somit eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem ansich bekannten Intel-Pipe- Verfahren dar.
• Während beim Einsatz der Dichtung FORSHEDA F 103 und F 146 die reibungsmindernde Suspension zwar längs des verlegten Rohres gleichmäßig verteilt wird, aber trotzdem in die Hohlräume des Bodenmaterials versickert kann, ummantelt die Boden- Suspensions-Mischung das Vortriebsschild und das Rohr gleichmäßig, wobei die Suspension durch das mit ihm vermischte Bodenmaterial auf der gesamten Länge des Rohres im Ringspalt gehalten wird und ihre reibungsmindernde Wirkung entfaltet. Diese erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher besonders bei großen Vortriebslängen vorteilhaft.
• Die über die Rohrlänge verteilten Öffnungen können innerhalb der Muffen ausgebildet sein.
• Bei einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens ist vorgesehen, die reibungsmindernde Suspension mit dem im Zuge des Bohrvorgangs vor dem Bohrkopf außerhalb vorhandenen aufgelockerten Bodenmaterial zu vermischen. Bei dieser Variante des Verfahrens wird die reibungsmindernde Suspension in den Bereich des Bohrkopfes gedrückt und dort in der Weise verteilt, daß diese mit dem aufgelockerten Bodenmaterial die Boden-Suspensionsmischung bildet. Bei dieser Verfahrensvariante nimmt der Bohrkopf die Boden-Suspensionsmischung nicht auf, sondern verteilt sie durch die Kraft- und Vorschubwirkung des sich drehenden Bohrkopfes im Ringspalt zwischen Boden und dem sich vorschiebenden Rohr. Diese Ausgestaltungsvariante des erfindunggemäßen Verfahrens eignet sich vorwiegend für kürzere Vortriebslängen und kann auf übliche Rohre zurückgreifen.
• Die reibungsmindernde Suspension wird unter Druck durch ein Schlauchsystem in den Bohrbereich außerhalb des Vortriebsschildes bzw. den Mischungsbereichbereich innerhalb des Vortriebsschildes eingebracht. Dies ist notwendig, um den zwischen Bohrkopf und Bodenmaterial bestehenden hohen Druck zu überwinden, bzw. den Vortriebsschild kontinuierlich mit der Suspension zu versorgen.
• In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist es möglich, die Suspension in ihrer Zusammensetzung so zu wählen, daß die entstehende Boden-Suspensions-Mischung eine aushärtbare Zusammensetzung aufweist. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn es notwendig ist, die zu verlegende Rohrleitung zusätzlich innerhalb des umgebenden Bodenmaterials zu stabilisieren. In diesem Falle härtet die im Ringspalt vorhandene Boden-Suspensions-Mischung nach einer gewissen Zeit aus, wobei sie teilweise in angrenzende Hohlräume des Bodenmaterials gepreßt wird und somit im ausgehärteten Zustand eine enge Verbindung der Rohraußenwand und dem Bodenmaterial herstellt. Hier erfüllt die Mischung eine Doppelfunktion, nämlich als Gleit- und spätere Stabilisierungs- und Dichtschicht.
• Die Suspension kann auch so zusammengesetzt sein, daß sie in Verbindung mit dem Bodenmaterial eine Abdichtung gegenüber fluiden Medien ermöglicht. In diesem Fall stabilisiert die ausgehärtete Boden-Suspensions-Mischung innerhalb des Ringspaltes das verlegte Rohr nicht nur, sondern sie erlaubt das Abdichten von beim Vortrieb des Rohres verursachten Wandschäden. Die Boden-Suspensionsmischung erfüllt in diesem Fall zusätzlich quasi eine Reparaturfunktion. Insbesondere in Bodengegenden, die mit Grundwasser durchsetzt sind und die deswegen besonders hohe Anforderungen an die Dichtheit der durch sie verlegten Rohrleitungen stellen, um Umweltschäden zu vermeiden, ist eine solche dichte Umhüllung der verlegten Rohrleitungen von großer Zweckmäßigkeit.
• Mit einer derartigen aushärtbaren und dichten Boden-Suspensionsmischung wird eine homogene und die Rohrleitungswände stabilisierend umgebende Hülle geschaffen, die insbesondere auch korrosionshemmend wirkt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie von Figuren näher erläutert werden.
• Hierbei zeigen:
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Vortriebsschild im Boden bei einer ersten Ausgestaltungsvariante,
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Vortriebsschild im Boden bei einer zweiten Ausgestaltungsvariante und
• Fig. 3 ein verlegtes Rohr im Querschnitt.
• Es werden für gleiche oder gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
• Fig. 1 verdeutlicht die erste Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigt in schematischer Form einen Vortriebsschild (69), der in einer Vorschubrichtung V unter einer Drehbewegung D betrieben wird. Der Bohrkopf (71) löst vom Bodenmaterial (50) verdrängtes und gefördertes Bodenmaterial (40) ab, welches in das Innere des Vortriebsschildes (69) transportiert wird und dort mit der durch eine hier nicht dargestellte Rohrleitung hineingepumpten reibungsvermindernden Suspension (20) eine Boden-Suspensionsmischung (31) bildet.
• Bei der ersten Ausführungsform des Rohrverlegeverfahrens wird die Boden-Suspensionsmischung (31) durch Öffnungen (10) in der hier schematisch dargestellten Rohrwand (60) in einen schematisch angedeuteten Ringspalt (32) gedrückt (30). Aufgrund der Porösität des Bodenmaterials (50) kann die Boden-Suspensions- Mischung (31) in das Bodenmaterial (50) eindringen, ohne daß die reibungsmindernde Suspension (20) innerhalb der Hohlräume des Bodenmaterials (50) versickert. Vielmehr bildet sich ein stabiler Gleit-Schmierfilm aus, der das zu verlegende Rohr in Längsrichtung umgibt und über die Außenseite des Rohres durch die Drehbewegung D des Vortriebsschildes gleichmäßig verteilt und im Ringspalt (32) gebunden wird.
• Bei einer zweiten Ausführungsform nach Fig. 2 wird die reibungsmindernde Suspension (20) durch den Vortriebsschild (69) gepumpt, tritt am Bohrkopf (71) durch hier nicht abgebildete Öffnungen aus (33) und trifft dort an der Außenseite auf das verdrängte und geförderte Bodenmaterial (40). Durch die rotierende Bewegung D des Vortriebsschildes (69) und die vorschiebende Bewegung V wird eine Durchmischung des Suspension (20) und des verdrängten Bodenmaterials (40) erreicht, so daß auf diese Weise die Boden-Suspensionsmischung (31) gebildet wird. Diese verteilt sich durch die Gestaltung des Bohrkopfes (71), des Vortriebsschildes (69) sowie die Drehbewegung D und den Vorschub V entlang des Ringspaltes (32). Auch in diesem Fall wird die Suspension (20) durch das verdrängte und geförderte Bodenmaterial (40) gebunden und ein Wegsickern in die Hohlräume des Bodenmaterials (50) verhindert. Aufgrund ihrer Konsistenz dringt die Boden-Suspensionsmischung in die Hohlräume des Bodenmaterials ein, so daß ein am Bodenmaterial (50) haftender und sich im Ringspalt (32) befindlicher Gleit- und Schmierfilm ausbilden kann, der sich durch die Drehbewegung D der Vortriebsmechanik gleichmäßig über die Außenseite der verlegten Rohrwand (60) verteilt.
• Fig. 3 stellt in einem schematischen Querschnitt ein verlegtes Rohr (80) mit allseitig umgebenden Bodenmaterial (50) dar, welches von einer teilweise in die Hohlräume des Bodenmaterials (50) eingedrungenen, aber nicht weggesickerten Boden- Suspensionsmischung (31) quasi umhült ist.
• Besitzt die das Rohr (80) umgebende Boden-Suspensions-Mischung (32) die Fähigkeit, nach einer gewissen Zeit auszuhärten, ist das Rohr (80) an der Außenseite seiner Rohrwand (60) von einer homogen verteilten stabilisierenden und abschirmenden Schicht (32) umgeben, die Leckagen, die beim Verlegen des Rohres (80) entstanden sein können, gegen das umgebende Bodenmaterial (50) zuverlässig abdichten. Die ausgehärtete Boden-Suspensions- Mischung stabilisiert das verlegte Rohr (80) und isoliert dieses gegenüber der Umgebung.
• Durch die vorgeschlagene Vermischung und somit Bindung der Suspension mit dem anstehenden Erdreich kann eine kontrollierte Vernetzung der umgebenden Schicht des Rohres, z. B. eines Kanalrohrs erfolgen.
• Grundsätzlich wird durch die Vermischung der Suspension mit dem umgebenden Bodenmaterial eine sichere und kontrollierbare Ummantelung der zu verlegenden Rohre bewirkt.
• Wie dargelegt, wird der am Vortriebsschild verdrängte bzw. geförderte Boden im Bohrschild mit einer Suspension in einem bestimmten Verhältnis gemischt und in den Ringspalt zwischen Boden und Rohr transportiert bzw. gepresst. Durch die Vermischung ist die Suspension gebunden und kann nicht in die Hohlräume des angrenzenden Bodens versickern.
• In einer weiteren Variante wird eine Vermischung des Bodens mit der Suspension während des Abbaus des Bodenmaterials vor dem Bohrkopf vorgenommen. Die plastische Boden-Suspension- Mischung wird durch die Krafteinwirkung des drehenden Bohrkopfes in den vorhandenen Ringspalt gefördert.
• Das Gemisch selbst füllt den Ringspalt aus und bildet eine feste Gleit- und spätere Stabilisierungs- und Dichtungsschicht um das Kanalrohr, und zwar durch späteres Aushärten. Durch die Bindung der Suspensionsflüssigkeit über das Bodenmaterial ist die Einbohrmenge kalkulierbar und die entstehenden Kosten können in Grenzen gehalten werden.
• Mittels der Stabilisierung wird zum einen die genaue und dichte Lage der Leitung gewährleistet, was bei Einsatz in gefährdeten Grundwasserbereichen von großer Bedeutung ist. Zum anderen erfolgt durch die Schmierwirkung der Schicht eine Verringerung der erforderlichen Vortriebskraft und es sind größere Rohrlängen und -querschnitte auf diese Weise verlegbar. Bezugszeichenliste 10 Öffnungen
  20 zugeführte Suspension
  30 Fluß der Boden-Suspensionsmischung
  31 Boden-Suspensions-Mischung
  32 Ringspalt, angedeutet
  33 ausfließende Suspension
  40 verdrängtes/gefördertes Bodenmaterial
  50 Bodenmaterial
  60 Rohrwand, schematisch
  69 Vortriebsschild
  70 Bohrschild, Mischungszone
  71 Bohrkopf
  80 Rohr
  D Drehbewegung
  V Vorschubbewegung
  

Claims (10)

1. Verfahren zum Verlegen von Rohren mittels unterirdischem Rohrvortrieb unter Verwendung einer reibungsmindernden Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die reibungsmindernde Suspension mit dem im Zuge des Rohrvortriebs geförderten anstehenden Bodenmaterial vermischt und während des Rohrvortriebs in einen Ringspalt zwischen verlegtem Rohr und umgebendem Boden, einen Mantel oder eine Hülle bildend, verbracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß der an einem Vortriebsschild verdrängte und geförderte Boden innerhalb eines Bohrschilds mit der reibungsmindernden Suspension vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der reibungsmindernden Suspension vermischte Bodenmaterial durch über die verlegte Rohrlänge verteilte Öffnungen in den Ringspalt zwischen dem verlegten Rohr und dem umgebenden Boden gepreßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über die verlegte Rohrlänge verteilten Öffnungen durch Muffen gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reibungsmindernde Suspension mit dem im Zuge des Bohrvorgangs vor dem Bohrkopf vorhandenen aufgelockerten Bodenmaterial außerhalb des Bohrkopfes vermischt und zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Bohrkopf befindliche Boden-Suspensions- Mischung durch Kraft- und Vorschubwirkung des sich drehenden Bohrkopfes in den Ringspalt zwischen Boden und verlegtem und sich vorschiebendem Rohr gelangt und diesen ausfüllt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reibungsmindernde Suspension über ein Schlauchsystem zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden-Suspensions-Mischung eine aushärtbare Zusammensetzung aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ringspalt eingebrachte Boden-Suspensions- Mischung eine die verlegte Rohrleitungswände abdichtende Eigenschaft aufweist, dergestalt, daß eine die Rohrleitungswände gegen den Boden homogen umgebende Dichthülle ausgebildet ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ringspalt eingebrachte Boden-Suspensions- Mischung eine die verlegte Rohrleitung stabilisierende Eigenschaft besitzt, dergestalt, daß eine die Rohrleitungswände umgebende stabilisierende und homogen umschließende Hülle ausgebildet ist.