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Rohrleitungsvorrichtung und Verfahren zur Rohrverlegung
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Rohrleitungsvorrichtung sowie
ein Verfahren zur Rohrverlegung und bezieht sich insbesondere auf ein Rohrleitungssystem,
wie es häufig für einen unterirdischen Fluid-Transport verwendet wird. Die Erfindung
bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Verlegung eines solchen Rohrleitungssystems.
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Es sind in der Vergangenheit unterirdische Rohrsysteme allgemein zum
Transport von Plüssieiten wie Wasser, Abwasser und Öl verwendet worden. Stättische
Rohrsysteme haben oft Schmiedeeisen, Lehm, Beton und Plastikrohre zum Transport
von Flüssigkeiten verwendet. Da diese Materialien alle verhältnismäßig spröde sind,
ist eine bestimmte Ubung und auch eine entsprechende Sorgfalt erforderlich, derartige
Rohre zu verlegen, wenn ein Bruch eines derartigen Rohres verhindert werden soll,
während es verlegt wird oder ein Graben wieder aufgefüllt wird. Wärmegradienten,
welche durch veränderte klimatische Bedingungen hervorgerufen werden können, ebenso
wie seismische Ereignisse, die gelegentlich auftreten, erzeugen Kräfte, die dazu
ausreichen, verlegte Rohre zu brechen oder zusammenzudrücken. Auch ohne mechanische
Beschädigung kann es zu Schwierigkeiten kommen, wenn Dichtungen an Verbindungsstellen
zwischen benachbarten Rohrabschnitten durch Alterung undicht werden, so daß Grundwasser
eindringen kann oder auch Baumwurzeln in die Rohrleitung einwachsen können. Mit
der Zeit besteht auch auf Grund einer Wärmeausdehnung und einer Wärmekontraktion
die Tendenz, daß Verbindungsstellen locker und/oder undicht werden.
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Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Rohrleitung, welche gegen
mechanische Beschädigungen während und nach dem Auffüllen eines Grabens widerstandsfähig
ist, welche auch über längere Zeiten an den Verbindungsstellen nicht undicht wird
und welche relativ flexibel ist, so daß Bewegungen ohne
Beschädigung
aufgefangen werden können, die durch thermische und seismische Einflüsse hervorgerufen
werden.
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Rohrsysteme wurden bisher in einer Reihe von Arbeitsschritten verlegt,
indem zunächst ein grober Graben ausgehoben wurde, und zwar bis zu einer Tiefe,
die für den jeweilige Zweck ausreichte, wonach auf das in diesen Graben verlegte
Rohr der Aushub wieder eingefüllt und festgestampft wurde, so daß der Kabelgraben
wieder geschlossen ist. Es wurde dabei häufig ein Sandbett für die Rohrleitung auf
einer gewüns ten Höhe angeordnet. Dieses Verfahren erforderte einen hohen Aufwand
an Arbeit, insbesondere bei der Vorbereitung eines Rohrleitungsbettes und bei dem
Anfüllen bzw. Auffüllen des Grabens. Es besteht daher seit langer Zeit ein Bedürfnis
nach einer Methode, welche es ermöglicht, schnell und mit gutem Wirkungsgrad eine
Unterlage in einem rohen oder rauhen Graben vorzubereiten.
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Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Rohrleitungsanordnung
der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welcher eine Rohrleitung auch
über lange Betriebszeiten gegen Umwelteinflüsse besonders gut geschützt ist.
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Weiterhin soll gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Verlegen eines
Rohrsystems geschaffen werden, welches ohne besonders großen Aufwand an Kosten und
Zeit sowie an manuellem Geschick auch in einem verhältnismäßig unebenen Graben eine
Rohrverlegung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren
niedergelegten Merkmale.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß eine Halterungseinrichtung vorgesehen
ist, welche
zumindest mit einem Teil der Rohrabschnitte in Berührung steht und dazu dient, die
Rohrabschnitte zu stützen, und daß eine Isolationsmanteleinrichtung zum Schutze
der Rohrleitung zumindest mit einem Teil der Rohrleitung in Berührung steht. Vorzugsweise
wird ein kontinuierliches Bett aus einem aufgeschäumten Zellen-Plastikraaterial
oder einem Schaumstoff-Material verwendet, auf welchem die Rohrleitung aufliegt.
Die Rohrleitung kann auch in ein solches Bett vollständig eingebettet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Leitungsbett
sich nur über bestimmte Abschnitte der Rohrleitung erstreckt.
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Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß an vorgegebenen Stellen
die Rohrleitung innerhalb eines Grabens zusätzlich durch mechanische Halteeinrichtungen
fixiert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Rohrleitung, welche
von einem Schaumbett getragen wird, welches am Boden eines grob ausgehobenen Grabens
angeordnet ist, bevor der Graben wieder aufgefüllt ist, Fig. 2 einen Schnitt durch
eine Rohrleitung, welche unterhalb eines Wasserspiegels an einer unter Vorspannung
stehenden Federhalterung im Bereich des Bodens eines wieder aufgefüllten Grabens
angeordnet ist, Fig. 3 eine Rohrleitung, welche in einem grob ausgehobenen Graben
an einer stabförmigen Aufhängevorrichtung aufgehängt ist, Fig. 4 einen Schnitt durch
eine Rohrleitung, welche am Boden eines zumindest teilweise wieder aufgefüllten
Grabens in einem aufgeschäumten Produkt vollständig eingebettet ist, Fig. 5 eine
vergrößerte Vorderansicht einer einstellbaren Rohrhalterung und Fig. 6 eine perspektivische
Darstellung einer ummantelten Rohrverbindung.
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In den Figuren 1 bis 4 sind eine Reihe von Schnitten durch eine Rohrleitung
veranschaulicht, die im Erdreich in einem ausgehobenen Graben angeordnet ist. Die
erfindungsgemäße Rohranordnung ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10
bezeichnet und am Boden eines in seiner Gesamtheit mit 20 bezeichneten Grabens im
Erdreich 24 angeordnet.
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In der Figur 1 ist eine Schaumauflagereinrichtung 30 für die Rohrleitung
10 dargestellt. Die Schaumauflagereinrichtung 30 besteht vorzugsweise aus einem
Plastik-Schaumstoffbett 32, welches beispielsweise ein Zellen-Schaumstoffmaterial
wie Polystyrol aufweist, welches auch unter dem eingetragenen Warenzeichen STYROFOAM
der Firma Dow Chemical auf dem Markt erhältlich ist. Dieses Material kann entweder
in den Graben 20 gebracht werden oder dort aufgeschäumt werden. Wenn das Material
an Ort und Stelle aufgeschäumt wird, kann es dabei sich der Form der Oberfläche
exakt anpassen, so daß beispielsweise der Boden des Grabens 20 formgetreu abgedeckt
wird. Es kann sowohl als aufgeschäumtes Plastikmaterial oder als Schaumstoff für
den Mantel 14 als auch für das Bett 32 Polyurethan verwendet werden Vorzugsweise
wird dieses Material an Ort und Stelle aufgeschäumt. Der obere Bereich des aufgeschäumten
Materials kann in dem Bett 32 abgeflacht werden oder kann auch in anderer Weise
geformt werden. Auf diese Weise kann eine Oberfläche 36 ausgebildet werden, um eine
Bezugsfläche für die Rohrleitung 10 zu schaffen. Anschließend kann das Material
aushärten. Wenn nennenswerter Feuchtigkeitsgehalt in oder auf dem Erdreich 24 vorhanden
ist, kann eine Feuchtigkeitssperre 34 aus Plastikmaterial oder einem anderen für
Feuchtigkeit undurchlässigen Material verwendet werden, um den Boden des Grabens
20 auszukleiden, bevor das Schaumstoffbett 32 eingebracht wird. Eine Verankerung
wie Ankerhaken 38 können in das Schaumstoffbett 32 eingebracht werden, um die Rohrleitung
30 der erfindungsgemäßen Rohranordnung 10 zu verankern. Da das Schaumstoffbett 32
exakt der Oberfläche des Bodens des Grabens 20 angepaßt werden kann, wird auf die
Flächeneinheit des Erdreichs 24 nur ein außerordentlich geringer Druck ausgeübt.
Dadurch kann die Notwendigkeit des Feststampfens oder einer anderen Vorbereitung
des Bodens auf ein Minimum vermindert werden.
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Die Rohrleitung 10 weist einen Rohrabschnitt 12 auf, der vorzugsweise
aus Plastikmaterial besteht, jedoch auch aus Beton, Lehm, Schmiedeeisen oder einem
anderen Material hergestellt sein kann. Um die Rohrleitung herum ist ein Schaumstoff-Plastikmaterial-#Mantel
14 angeordnet. Eine Rohrleitung gewünschter Länge wird dadurch erzeugt, daß eine
Mehrzahl von Rohrabschnitten 12 miteinander verbunden werden. Der Schaumstoff-Mantel
14 besteht aus derselben Art eines Materials wie das Bett 32 und wird kontinuierlich
eingebracht oder an Ort und Stelle auf den Rohrabschnitt 12 aufgeschäumt, beispielsweise
durch Aufsprühen. Auch ohne die Anker 38 bildet der Schaumstoff-Mantel 14 eine feste
Verbindung mit dem Schaumstoff-Bett 32. Während die erforderliche Dicke des Schaumstoff-Mantels
14 eine Funktion der speziellen Lage und Anwendung des Rohrleitungssystems ist,
liegt der Dickenbereich dann, wenn als Schaumstoff-Mantel 14 Polyurethan verwendet
wird, zwischen etwa 0, 6 cm und 25 cm, wobei ein besonders guter Wirkungsgrad für
das Polyurethan in einem Dickenbereich zwischen etwa 1,2 cm und 10 cm und in einem
Dichtebereich liegt, der etwa 0, 048 g/cm3 beträgt. In Bereichen mit kaltem Klima,
in denen Verschiebungen im Erdreich auftreten, welche zu einem Druck auf unterirdische
Rohrleitungen und damit auch zu Rohrbrüchen führen, bildet der Schaumstoff-Mantel
14 eine flexible und nachgiebige Einrichtung und bietet damit auch einen Schutz
für die Rohrleitung gegen Brüche auf Grund von Umgebungsbedingungen, die durch Temperaturveränderungen
und/oder durch Bewegungen im Erdreich hervorgerufen werden können. Das Schaumstoff-Bett
32 in Verbindung mit dem Schaumstoff-Mantel 14 bietet einen noch größeren Schutz
und eine entsprechende Widerstandsfähigkeit gegen einen Rohrbruch, der dadurch hervorgerufen
werden könnte, daß Temperaturunterschiede auftreten oder Bewegungen im Erdreich
stattfinden.
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Während gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
der Mantel 14 und das Bett 32 ein Zellen-Schaumstoffmaterial verwenden, ist es auch
möglich, gegebenenfalls ein anderes Material wie Silikon zu verwenden.
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Sollte die erfindungsgemäße Rohranordnung 10 beschädigt werden, kann
an Ort und Stelle leicht eine Reparatur ausgeführt werden, indem der beschädigte
Rohrabschnitt 12 freigelegt wird, und zwar dadurch, daß der Mantel 14 abgenommen
wird. Anschließend kann der beschädigte Rohrabschnitt 12 ausgetauscht werden, es
kann ein neuer Mantel 14 angebracht werden, und es kann schließlich der Graben entsprechend
den jeweiligen Erfordernissen wieder aufgefüllt werden.
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Gemäß der Darstellung in der Figur 2 ist die erfindungsgemäße Rohrvorrichtung
10 in einem Graben 20 mit Hilfe einer mechanischen Halterung 40 befestigt, an welcher
die Rohrvorrichtung 10 angebracht ist. Der Graben 20 im Erdreich 24 ist mit einem
Füllmaterial 22 aufgefüllt. Ein Grundwasserspiegel 26 ist auf einer Höhe dargestellt,
so daß Auftriebskräfte auf die Rohrleitung 10 wirken und außerdem die Tendenz besteht,
das Grundwasser in die Rohrvorrichtung 10 eindringt, wenn der Rohrabschnitt 12 nicht
unter Innendruck steht und/oder ordnungsgemäß abgedichtet ist.
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Aus den Figuren 2 und 5 ist ersichtlich, daß die mechanische Halteeinrichtung
40 zur Abstützung der Rohrvorrichtung 10 einen Ständer 42 aufweist, der vorzugsweise
mit drei Beinen ausgestattet ist, von denen jedes einen Auflagerpunkt 43 hat. Weiterhin
ist an der mechanischen Stützeinrichtung ein Joch 44 angebracht, in welchem die
Rohrvorrichtung 10 aufgenommen werden kann und welche lösbar mit dem Ständer 42
durch eine entsprechende Verriegelungsein richtung verbunden ist. Als Verriegelungseinrichtung
kann
beispielsweise eine Klemmschraube 46 verwendet werden.
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Weiterhin sind an der mechanischen Halterungseinrichtung eine Anzahl
von Federarmen 48 angebracht, die eine ausreichende Länge haben, um mit dem Erdreich
24 auf beiden Seiten des Grabens 20 zum Eingriff zu kommen. Durch diese Federarme
wird die Rohrhalterung gegen Auftriebskräfte im Erdreich abgestützt, welche durch
den Auftrieb erzeugt werden, der auf die Rohrvorrichtung 10 wirkt. Die Federarme
48 können an dem Joch 44 beispielsweise mit Hilfe einer Anzahl von Schrauben 49
befestigt sein. Der Abstand zwischen dem Bereich der Rohrvorrichtung, welcher mit
dem Joch 44 in Verbindung steht, zu der Anzahl von Auflagerpunkten 43 des Gestells
42 ist einstellbar, um die Anordnung der Rohrleitung 10 durch Lösen und entsprechendes
Einstellen der Klemmschraube 46 entsprechend den Umständen anordnen zu können. Es
ist ersichtlich, daß die Verwendung des Schaumstoff-Mantels 14 an dem Rohrabschnitt
12 zugleich auch zumindest einen Teil der Rohrhalterungseinrichtung 40 umgibt und
daran haftet. Auftriebskräfte, welche auf die Rohrvorrichtung 10 wirken, können
durch die mechanische Verbindung zwischen dem Schaumstoff-Mantel 14 und dem Joch
44 auf das Joch 44 und von dort über die Federarme 48 auf das Erdreich 24 übertragen
werden, und zwar auf den beiden Seiten des Grabens 20, so daß dadurch die Rohrvorrichtung
10 gegen Auftriebskräfte abgestützt ist.
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Aus der Figur 5 ist ersichtlich, daß die Auflagerpunkte 43 beispielsweise
mit Widerhaken ausgestattet sein können, welche im Erdreich einen festen Halt geben.
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In der Figur 3 ist eine Rohrleitungsvorrichtung 10 veranschaulicht,
welche an einer Aufhängevorrichtung angebracht ist, die in ihrer Gesamtheit mit
50 bezeichnet ist. Die Aufhängevorrichtung 50 weist einen Sattel 52 auf, in welchen
der Rohrabschnitt 12 eingelegt werden kann. Der Sattel ist
an einer
Sattelhalterung 54 angebracht, die ihrerseits an einem herabhängenden Haltestab
56 befestigt ist, der seinerseite an einem Tragbalken 58 angebracht ist. Der Haltestab
56 und der Tragbalken 58 könnten entfernt werden, nachdem der Rohrabschnitt 12 in
die in der Figur 3 dargestellte Lage gebracht ist und nachdem die Einbettung und
die Einkapselung des Rohres abgeschlossen sind. Der Balken 58 wird von dem Erdreich
24 außerhalb des Grabens 20 getragen.
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In der Figur 4 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Halterung
und Ummantelung eines Rohrabschnittes 12 veranschaulicht. Am Boden des Grabens 20
im Erdreich 24 ist aus einem nicht ausgehärteten Schaumstoffmaterial 32 über eine
vorgegebene Entfernung kontinuierlich ein Bett ausgelegt. Eine Rohrleitung, die
aus einer Mehrzahl von mechanisch miteinander verbundenen Rohrabschnitten 12 besteht
und eine Gesamtlänge aufweist, die geringer ist als die Länge des Grabens 20, jedoch
größer als derjenige Abschnitt des Grabens 20, der mit einem Schaumstoff 32 ausgekleidet
ist, wird in den Graben 20 abgesenkt, so daß sie auf der Oberfläche des noch nicht
ausgehärteten Schaumstoffs 34 aufliegt. Dabei stehen die Enden der miteinander verbundenen
Rohrabschnitte 12 nicht mit dem Schaumstoff-Bett 32 in Berührung. Vorzugsweise werden
das Rohrgewicht, die Dichte des Schaumstoffes und die Viskosität des noch nicht
ausgehärteten Schaumstoffes derart aufeinander abgestimmt, daß das Rohr auf einem
beliebigen vorgebbaren Pegel oder in dem noch nicht ausgehärteten Schaumstoff des
Bettes 32 angeordnet ist. Die miteinander verbundenen Rohrabschnitte 12 können mechanisch
in das aufgeschäumte Schaumstoff-Bett 32 bis auf eine gewünschte Tiefe eingetaucht
werden, und es kann dann der Schaumstoff 32 aushärten, so daß dadurch die Rohrleitung
fixiert wird, welche aus den Rohrabschnitten 12 gebildet ist. Der Graben 20 in dem
Erdreich 24 wird dann
mit einem entsprechenden Füllmaterial 22
wieder aufgefüllt.
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Das Eintauchen der miteinander verbundenen Rohrabschnitte 12 in das
Schaumstoffmaterial läßt es überflüssig werden, einen separaten Schaumstoff-Mantel
14 zu verwenden.
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In der Figur 6 ist eine Rohrleitung 10 dargestellt, welche einen Rohrabschnitt
12A aufweist, an den ein weiterer Rohrabschnitt 12B an einer Verbindungsstelle 13
angefügt ist.
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Um die Verbindungsstelle herum ist aus einem Schaumstoff-Plastikmaterial
ein Mantel 16 gebildet, der nur im Bereich der Rohrverbindung 13 vorhanden ist.
Diese räumlich begrenzte Ummantelung der Rohrleitung 12 entspricht den entsprechenden
Ummantelungen, wie sie in den Figuren 1, 2 oder 3 dargestellt sind. Während die
Verwendung der Anschlußstellen-Ummantelung 16 zwar nicht die Vorteile des kontinuierlichen
Schaumstoff-Mantels 14 aufweist, schützt diese Anschlußstellen-Ummantelung 16 jedoch
jede Verbindungsstelle 13 gegen das Eindringen von Grundwasser oder einer Baumwurzel
in die Verbindungsstelle 13. Dieser Vorteil kann mit einem entsprechenden Plastikmaterial
erreicht werden, welches als Anschlußstellen-Ummantelung 16 auf den Bereich der
Verbindungsstelle begrenzt ist, welcher etwa in seiner Länge dem doppelten Rohrdurchmesser
entspricht.
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L e e r s e i t e