DE19901536A1

DE19901536A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren

Info

Publication number: DE19901536A1
Application number: DE1999101536
Authority: DE
Inventors: Ruediger Koegler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-16
Filing date: 1999-01-16
Publication date: 2000-07-20

Abstract

Neues Verfahren und neue Vorrichtungen zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren, bestehend aus den wesentlichen Arbeitsschritten: Durchführung einer gesteuerten Horizontalbohrung entlang einer vorgegebenen, möglicherweise vertikal und horizontal gekrümmten Bohrlinie, Verbindung des Bohrstrangs nach Erreichen des Zielpunktes mit den vorbereiteten, in definiertem Abstand zueinander gekoppelten Microtunnelling-Maschinen sowie den dahinter befindlichen und mit diesen zugfest verbundenen Schutz- oder Produktrohren und Zurückziehen des Bohrstrangs zur Bohranlage. Dabei Abbau des Bodens durch die beiden Microtunnelling-Maschinen und damit gleichzeitiger Einzug der beiden Produktrohre in die so geschaffenen unterirdischen Hohlräume. Die Schutz- oder Produktrohre können komplett als Rohrstrang vorgefertigt oder erst während der Verlegung schrittweise montiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren.

Die Verlegung von Rohren ist normalerweise mit umfangreichen Erd- und Tiefbauarbeiten sowie Oberflächenbeeinträchtigungen verbunden. Insbesondere in städtischen Gebieten oder bei beengten Raumverhältnissen, wie z. B. Industrieanlagen, kann dies zu erheblichen Problemen führen. Bei der Kreuzung von Hindernissen, wie z. B. Flüssen oder Eisenbahnlinien, steht darüber hinaus für die Verlegung oftmals nur ein schmaler Trassenstreifen zur Verfügung.

Die sogenannte grabenlose Rohrverlegung hat hier in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gebracht, so daß oftmals nur noch Start- und Zielgruben benötigt werden und die dazwischen liegende Strecke mit Rohrpressungen oder Bohrungen überwunden wird. Aufgrund der teilweise schwierigen und technisch aufwendigen Meß- und Steuertechniken sind diese Bauverfahren in vielen Fällen erheblich teurer als die konventionelle Rohrverlegung im offenen Graben.

Eine besondere Problematik entsteht, wenn zwei oder mehrere Rohre möglichst parallel verlegt werden müssen. Dies wird z. B. dann erforderlich, wenn verschiedene Medien auf der gleichen Strecke transportiert werden müssen oder die Kreuzung eines Hindernisses für verschiedene Rohrleitungen aus Platzgründen an einer gemeinsamem Stelle erfolgen muß.

Ein ganz besonders hervorzuhebender Anwendungsfall ist die Verlegung von Fernwärmeleitungen. Hier wird generell eine Rohrleitung als Zuleitung vom Kraftwerk zum Verbraucher und eine Leitung als Rücklaufleitung verlegt. Da beide Rohre in der Regel gleich groß sind, wird die grabenlose Verlegung in einem gemeinsamen Bohrloch sehr unwirtschaftlich, da ein großes Bohrloch erstellt werden muß und dieses von zwei darin befindlichen Rohrleitungen nur sehr schlecht genutzt wird. Hinzu kommt, daß Fernwärme bevorzugt in Ballungsgebieten eingesetzt wird und hier der Baugrund oftmals schon durch andere Leitungen oder Kabel (Energie, Nachrichten, Gas, Wasser, Abwasser etc.) stark durchsetzt ist. Demzufolge steht oftmals nur ein sehr begrenzter Trassenstreifen zur Verfügung.

Mit den bekannten grabenlosen Bauverfahren lassen sich zwei, in definiertem Abstand parallel übereinander oder nebeneinander verlaufende Rohre entlang einer gekrümmten Trasse nicht gleichzeitig verlegen.

Aus den genannten Gründen ist es sinnvoll, ein grabenloses Verlegeverfahren für Rohre zu entwickeln, das die Vorteile der grabenlosen Bautechniken mit denjenigen der offenen Bauweise verknüpft. Als Vorteil der offenen Bauweise ist in diesem Zusammenhang die garantierte Parallelverlegung auf engstem Raum im Rohrgraben zu erwähnen. Hinsichtlich der Überwindung von Hindernissen oder sonstigen sensiblen Oberflächen sind demgegenüber die grabenlosen Verlegetechniken vorteilhaft.

Für die grabenlose Verlegung von Rohren unter natürlichen oder künstlichen Hindernissen werden heutzutage bei längeren Strecken insbesondere die sogenannte Horizontalbohrtechnik (Horizontal Directional Drilling) und der sogenannte gesteuerte Rohrvortrieb (Microtunnelling) eingesetzt. Beide Verfahren sind nur stark eingeschränkt für eine Parallelverlegung geeignet, wobei generell zwischen der Verlegung in einem Bohrloch (mit den oben erwähnten Nachteilen) und der Verlegung in zwei oder mehreren separaten Bohrlöchern unterschieden werden muß.

Bei der gesteuerten Horizontalbohrtechnik werden mehrere Rohre meistens im Bündel in einem gemeinsamen Bohrloch verlegt. Die Parallelität ist hierbei nur in soweit gewährleistet, als daß die Achsen der Rohre in etwa die gleiche Richtung aufweisen und sich die Rohre gegenseitig berühren.

Die gemeinsame Verlegung mehrerer Rohre mittels gesteuerter Horizontalbohrtechnik bedingt die Erstellung relativ großer Bohrlochdurchmesser und ist deshalb in besonderer Weise auf geeigneten Baugrund wie Sand oder Ton angewiesen. Je größer der Bohrlochdurchmesser wird, um so tiefer muß i. d. R. die Bohrung aus sicherheitstechnischen Gesichtspunkten (Tagbruch, Setzungen, Ausbläser) unter der Geländeoberfläche verlaufen.

Die Erstellung parallel verlaufender Horizontalbohrungen ist dadurch eingeschränkt, daß die Steuer- und Richtungsgenauigkeit dieser Bohrungen für diesen Zweck nicht ausreicht und deshalb i. d. R. ein erheblicher Sicherheitsabstand zur Nachbarbohrung eingehalten werden muß. Dies um so mehr, wenn Stahlrohre verlegt werden, da Stahlrohre einen störenden Einfluß auf die Vermessung des Bohrkopfes ausüben und dadurch die Meßgenauigkeit negativ beeinflussen.

Ein wesentlicher Vorteil der steuerbaren Horizontalbohrtechnik ist die Möglichkeit, sowohl vertikale als auch horizontale Krümmungen im Trassenverlauf auszuführen.

Eine gekrümmte Trassenführung ist demgegenüber mit dem gesteuerten Rohrvortrieb (Microtunnelling) nur stark eingeschränkt zu realisieren, im allgemeinen werden diese Bohrungen geradlinig zwischen Start- und Zielgrube durchgeführt.

Bei parallel ausgeführten Rohrvortrieben wird ebenfalls ein - allerdings kleinerer - Sicherheitsabstand erforderlich. Dieser ist abhängig von der eingesetzten Technik und von der Art und dem Material der Vortriebsrohre. Besonders problematisch sind hier direkt vorgetriebene Produktenrohre aus Stahl, da durch das Verschweißen der Einzelrohre die Steuermöglichkeit erheblich eingeschränkt wird und die Verlegegenauigkeit des Verfahrens sinkt. Rohre aus Polyethylen lassen sich mit dieser Technik überhaupt nicht direkt verlegen, da die Materialfestigkeit zur Übertragung der notwendigen Vortriebskräfte nicht ausreicht.

Nachteilig beim gesteuerten Rohrvortrieb (Microtunnelling) von Produktenrohren ist außerdem, daß der Rohrbau direkt an den Vortrieb gekoppelt ist. Dies führt zu Defiziten in der Qualitätssicherung (Druckprobe) und zu ständigen Unterbrechungen (Schweißverbindung, Nahtprüfung) des eigentlichen Vortriebs.

Der große Vorteil des gesteuerten Rohrvortriebs (Microtunnelling) ist, daß auch für die Horizontalbohrtechnik ungeeignete Böden relativ einfach durchbohrt werden können. Hierzu zählen z. B. Kiese. Ebenfalls positiv an dieser Technik ist der Umstand, daß nur ein sehr geringer Ringraum (dies ist der Raum zwischen Rohr und Bohrlochwand) notwendig ist. Dadurch sinkt die Gefahr von Tagbrüchen oder Setzungen, so daß auch Verlegungen dicht unter der Oberfläche (z. B. im Gehweg- oder Straßenbereich) möglich sind.

Für einige Anwendungsfälle reichen jedoch die Vorteile des einen oder anderen Verfahrens in der Praxis nicht aus, um bei vertretbarem Baurisiko und akzeptablen Baukosten eine Rohrverlegung in grabenloser Bauweise durchzuführen.

Dies trifft z. B. zu für eine in definiertem Abstand erforderliche Parallelverlegung von Rohren aus bestimmten Materialien, wie z. B. Polyethylen oder Stahl, in schwierigen Baugrundverhältnissen, wie z. B. Kies, bei gekrümmten Bohrungsverläufen, wie z. B. bei Hindernisquerungen, oder bei bestimmten Randbedingungen, wie z. B. Verlegung dicht unter der Geländeoberfläche.

Erfindungsgemäß wird eine solche Aufgabenstellung durch ein neues Verfahren und neue Vorrichtungen zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren in definiertem horizontalem und 1 oder vertikalem Abstand gelöst.

Das neue Verfahren sieht folgenden Arbeitsablauf vor:

1. Schritt

- Durchführung einer gesteuerten Horizontalbohrung 1 von einem übertägig aufgestellten Bohrgerät 2 entlang einer vorgegebenen Verlegetrasse 3 mit einem Durchmesser von ca. 200 mm
- Aufbau der Konstruktion für den Oberbogen 5 und Rohrbauarbeiten zur Vorfertigung der Produktenrohre 6.1 und 6.2 und des Begleitrohres 10 in Verlängerung der Pilotbohrung 1 hinter dem Austrittspunkt A
- Parallele Kopplung der zwei dem Durchmesser der zu verlegenden Leitungen entsprechenden Microtunnelling-Maschinen 4.1 und 4.2 im vorgesehenen Abstand durch eine spezielle Verbindungsvorrichtung 13 und Einrichtung dieser gekoppelten Vortriebseinheit unmittelbar vor der Zielgrube 11 der Pilotbohrung 1
- Übertägige Installation (bei großen Bohrungslängen mobile Installation) der für den unterirdischen Bodenabbau und die Bodenförderung notwendigen Standardausrüstung für die Durchführung von Microtunnellings auf der Zielseite der Pilotbohrung 1
- Zur Aufnahme der Zug- und Druckkräfte wird ein entsprechend dimensioniertes Widerlager 8 in den Baugrund eingebracht und mit der Bohranlage 2 kraft- oder formschlüssig verbunden.

2. Schritt

- Qualitätskontrolle der Produktenrohre (Druckprobe, Nahtumhüllung)
- Einziehen/Einbau der erforderlichen Microtunnelling-Versorgungsleitungen (Hydraulik, Energie, Bodenförderung) in beide Produktenrohre
- Zugfestes Verbinden der Produktenrohre 6.1 und 6.2 mit den Microtunnelling- Maschinen 4.1 und 4.2
- Option: Austausch des Pilotbohrstranges 9 gegen hochfesten Bohrstrang 12
- Zugfestes Verbinden der gekoppelten Microtunnelling-Maschinen mit dem Pilotbohrtstrang 9 oder [Option] mit dem hochfesten Bohrstrang 12
- Zugfestes Verbinden des Begleitrohres 10 mit dem hinteren Ende der Verbindungskonstruktion 13 in der Achse des Pilotbohrstranges 9 oder [Option] des hochfesten Bohrstranges 12

3. Schritt

- Beginn der Vortriebsarbeiten mit beiden MT-Maschinen 4.1 und 4.2 zugleich. Erzeugen des erforderlichen Vorschubs durch kontrolliertes Zurückziehen des Pilotbohrstranges 9 oder [Option] des hochfesten Bohrstranges 12 mit Hilfe der Bohranlage 2
- Bodenabbau, Bodenförderung und Separation analog dem Einsatz bei normalen Microtunnelling-Maßnahmen
- Bei großen Bohrungslängen wird die Einheit für die hydraulische Bodenförderung mobil gestaltet und am Ende der Produktenrohrstränge aufgestellt. Während des Einziehvorganges fährt die Einheit in dieser Position mit.
- Kontinuierliche Fortführung der Vortriebsarbeiten durch Zurückziehen des Pilotbohrstranges 9 oder [Option] des hochfesten Bohrstranges 12 in einer dem Bodenabbau und dem Bodenaustrag angepaßten Geschwindigkeit
- Bei Bedarf Einsatz von Hochdruckdüsen 14 im vorderen Bereich der Verbindungsvorrichtung 13 zur Verringerung des Erdwiderstandes und der notwendigen Zugkräfte.

4. Schritt

- Ausbau der am Bohrgerät 2 zu Tage tretenden Microtunnelling-Maschinen 4.1 und 4.2
- Ausbau aller Versorgungsleitungen aus den Produktenrohren 6.1 und 6.2
- abschließende Qualitätskontrollarbeiten (z. B. Druckproben, Kathodenschutz) In Abhänigkeit von der Länge der Bohrung, dem Außen- und Innendurchmesser der Produktenrohre 6.1 und 6.2, der Art der Produktenrohre 6.1 und 6.2 und dem Trassenverlauf sind folgende Varianten des beschriebenen Verfahrens denkbar:
- 1. Jede Microtunneling-Maschine 4.1 und 4.2 kann wahlweise links oder rechts herum drehen. Dies ist unabhängig von der Drehrichtung der jeweils anderen Maschine.
- 2. Die Verrollung der Maschineneinheit (d. h. die Schrägstellung I Neigung senkrecht zur Vortriebsrichtung) wird kontinuierlich gemessen und registriert.
- 3. Zusätzlich zur Steuerung von Drehrichtung, Drehzahl und Drehmoment für jede Maschine 4.1 und 4.2 einzeln kann einer Verrollung/Verkippung der gesamten Einheit durch hydraulisch zu betätigende Steuerzylinder entgegengewirkt werden. Diese sind am Umfang der Microtunnelling- Maschine 4.1 und 4.2 oder an der Verbindungsvorrichtung 13 installiert.
- 4. Die Antriebseinheit für die Microtunnelling-Maschine 4.1 und 4.2 kann in der Maschine selbst (vor Ort) oder übertägig angeordnet werden.
- 5. Einsatz von Hochdruckdüsen 14 im vorderen Bereich der Verbindungs vorrichtung 13 zur Verringerung des Erdwiderstandes und der notwendigen Zugkräfte.
- 6. Beaufschlagung der Hochdruckdüsen 14 mit Bentonit-Suspension oder Wasser durch die Pumpeneinheit der Bohranlage 2 über das Pilotbohrgestänge 9 oder [Option] den hochfesten Bohrstrang 12.
- 7. Die Zuführung des hydraulischen Fördermediums zu beiden Maschinen 4.1 und 4.2 kann über den Pilotbohrstrang 9 oder (Option) den hochfesten Bohrstrang 12 erfolgen.
- 8. Der durch die Maschinen 4.1 und 4.2 hergestellte Überschnitt kann deutlich größer sein als beim Microtunnelling-Verfahren üblich, d. h. die zu verlegenden Rohre 6.1 und 6.2 besitzen einen deutlich kleineren Außendurchmesser als die jeweilige Microtunnelling-Maschine 4.1 und 4.2.
- 9. Es können auch andere Materialien als Stahl und Polyethylen verlegt werden.
- 10. Die Rohre können horizontal und vertikal parallel verlegt werden.
- 11. Die Rohre können sowohl Produkt- als auch Schutzrohre sein.
- 12. Die Rohre können einzeln - entsprechend dem Bohrfortschritt - zu einem Rohrstrang zusammengefügt werden.

Das neue Verfahren zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren zeichnet sich gegenüber der steuerbaren Horizontalbohrtechnik und dem gesteuerten Rohrvortrieb (Microtunnelling) insbesondere durch die Kombination der wesentlichen Vorteile dieser bekannten grabenlosen Verlegeverfahren aus.

Die wesentlichen Leistungsmerkmale des neuen Verfahrens sind:

- Parallelverlegung von zwei Rohren in definiertem Abstand möglich
- Beherrschung schwieriger Baugrundverhältnisse, z. B. Kies
- gekrümmte Trassenverläufe realisierbar, z. B. Flußquerungen
- Realisierbarkeit großer Verlegelängen
- hohe Verlegegenauigkeit
- geringe Verlegetiefe möglich
- minimale Beeinträchtigung der Topographie
- minimale Beeinträchtigung der Ökologie
- effektive Qualitätssicherung gewährleistet

In den beigefügten Zeichnungen (Fig. 1 bis 4) wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht einer gesteuerten Horizontalbohrung mit vorbereiteten Produktrohren und Microtunnelling-Maschinen.

Fig. 2 Seitenansicht des Verlegevorgangs.

Fig. 3 Draufsicht auf die beiden gekoppelten Microtunnelling-Maschinen während des Vortriebs.

Fig. 4 Schnitt der beiden gekoppelten Microtunnelling-Maschinen während des Vortriebs.

Bezugszeichenliste

1

Pilotbohrung

2

Bohranlage

3

Verlegetrasse

4.1

,

4.2

Microtunnelling-Maschinen

5

Oberbogenkonstruktion

6.1

,

6.2

Produktrohre

7

Bohrkopf

8

Widerlager

9

Bohrstrang für Pilotbohrung

10

Begleitrohr

11

Zielgrube

12

hochfester Bohrstrang

13

Verbindungsvorrichtung/Verbindungskonstruktion

14

Hochdruckdüsen

Claims

1. Verfahren zur grabenlosen Parallelverlegung von Rohren in definiertem horizontalem und I oder vertikalem Abstand, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Durchführen einer Pilotbohrung (1) entlang einer vorgesehenen Verlegetrasse (3), beginnend an einem Eintrittspunkt (E) und endend an einem Austrittspunkt (A)
b) Herstellen von zwei unterirdischen Leitungstunneln durch zwei Bohrmaschinen (4.1, 4.2), indem die Bohrmaschinen (4.1, 4.2) vom Austrittspunkt (A) der Pilotbohrung (1) zum Eintrittspunkt (E) der Pilotbohrung (1) geführt werden und dabei zwei mit je einer Bohrmaschine (4.1, 4.2) zugfest verbundene Produktenrohre (6.1, 6.2) verlegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Pilotbohrung (1) mittels gesteuerter Horizontalbohrung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmaschinen (4.1, und 4.2) über eine Verbindungsvorrichtung (13) miteinander verbunden, gekoppelt sind und die Verbindungsvorrichtung (13) den parallelen Verlegeabstand der Produktenrohre (6.1, 6.2) bestimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verrollung der gekoppelten Einheit (Verbindungsvorrichtung 13 und die beiden MT- Maschinen 4.1 und 4.2) gemessen wird und ggf. durch Anpassung der Drehzahl, Drehrichtung und Drehmomente der beiden MT-Maschinen 4.1 und 4.2 oder durch den Einsatz von Steuerzylindern korrigiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Verrollung der Verbindungsvorrichtung 13 durch Inklinometer gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite der Verbindungsvorrichtung (13) Hochdruckdüsen (14) angebracht sind, die von der Bohranlage (2) über den Bohrstrang (9) oder [Option] den hochfesten Bohrstrang mit Wasser, Bentonitsuspension, Luft oder einem anderen geeigneten Medium beaufschlagt werden können.

7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmaschinen (4.1, 4.2) über den Bohrstrang (9) der Pilotbohrung (1) von der Bohranlage (2) gezogen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmaschinen (4.1, 4.2) über einen hochfesten Bohrstrang (12) von der Bohranlage (2) gezogen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Begleitrohr (10) mit verlegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß das Begleitrohr an der Verbindungsvorrichtung (13) befestigt wird und in der im Schritt a) hergestellten Pilotbohrung (1) verlegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der unterirdischen Leitungstunnel nach Schritt b) als Bohrmaschinen (4.1, 4.2) zwei herkömmliche Microtunnelling-Maschinen verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-11 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzylinder zur Korrektur der Verrollung am Umfang der Microtunnelling- Maschinen 4.1 und 4.2 oder an der Verbindungsvorrichtung (13) angebracht sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des hydraulischen Fördermediums zu den Microtunnelling- Maschinen (4.1, 4.2) durch den Bohrstrang (9) der Pilotbohrung (1) erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß die Abförderung des durch die Microtunnelling-Maschinen (4.1, 4.2) abgebauten Bodens hydraulisch erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Versorgungsleitungen der Microtunnelling-Maschinen (4.1, 4.2) im Schritt b) in den Produktenrohren (6.1, 6.2) verlaufen.