Buderus-Handbuch 07/09
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Buderus-Handbuch 07/09
07/09 Buderus-Handbuch Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Gussrohrtechnik Postfach 1240 35573 Wetzlar Telefon: 0 64 41 - 49-24 01 Telefax: 0 64 41 - 49-14 55 E-Mail: [email protected] www.gussrohre.com Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre Buderus-Handbuch © BGW/RV • 049 • 07/09 • d 2 500 • DN Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre 07/09 ® www.gussrohre.com Buderus-Handbuch Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre Buderus-Handbuch Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre Vorwort 1. Vorwort In der Aufbauphase unserer heutigen städtischen Infrastruktur waren die Baustellen von Arbeitspersonal in hoher Anzahl charakterisiert. Von Hand wurden Rohrgräben ausgehoben, ohne maschinelle Hebezeuge wurden die Rohre in den Graben abgelassen, große Massen an Sand und Verfüllmaterial wurden von Hand eingebaut. Der meist verwendete Rohrwerkstoff war das Gusseisen; die Rohrverbindungen wurden mit Hanfstricken und Bleiverguss abgedichtet. Heute, mehr als 100 bis 120 Jahre später, sind die damals angelegten Rohrnetze sanierungs- und erneuerungsbedürftig. Allein, wo in den früheren städtischen Straßen genügend Platz für flanierende Fußgänger und vornehme Equipagen zur Verfügung stand, rollt heute mehrspurig der dichte Autoverkehr, die Straßenränder sind von parkenden Fahrzeugen zugestellt, so dass die Lieferfahrzeuge häufig in zweiter Reihe parken und zu weiteren Verkehrsstörungen führen. Müssten die Sanierungs- und Erneuerungsarbeiten am liegenden Leitungsnetz hier im konventionell offenen Rohrgraben stattfinden, wäre der allgemeine Verkehrskollaps perfekt, wobei die zusätzlichen Kosten für Verspätungen, Abgas- und Lärmemissionen und Umsatzeinbußen wegen behinderten Publikumsverkehrs von der Allgemeinheit getragen werden. Es war daher nur logisch, dass bereits vor 30 Jahren in den Ballungsräumen der Industriestaaten mit der Entwicklung grabenloser Rohrbauverfahren begonnen wurde, zunächst im Bereich der Erneuerung und Neulegung von Abwasserkanälen, die im Allgemeinen im untersten Stockwerk der Rohrleitungsebenen unter der Oberfläche liegen. Bald griff diese Entwicklung mehr und mehr auf die Erneuerung und Sanierung von Trinkwasser- und Gasleitungen über. Es entwickelte sich eine Sparte des grabenlosen Bauens mit spezieller Maschinentechnik, Bauverfahren, Technischem Regelwerk und natürlich nicht zuletzt mit den Rohren, die für diese grabenlosen Einbauverfahren geeignet sein mussten. An diesen Entwicklungen der letzten zehn Jahre hat die Buderus Giesserei Wetzlar GmbH mit ihrem duktilen Gussrohr einen entscheidenden und prägenden Anteil, und hiervon möchte das vorliegende Handbuch berichten. Darüber hinaus soll es den heutigen Stand der Technik beschreiben, und zwar bei welchen Bauverfahren das duktile Gussrohr eingesetzt werden kann, welche Leistungsmerkmale es besitzt und mit welchen Referenzen es dieses Leistungsvermögen unter Beweis gestellt hat. Wetzlar, im Juli 2009 Impressum Impressum Herausgeber: Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Sophienstraße 52 - 54 35576 Wetzlar Telefon: +49(0) 64 41- 49 24 01 Telefax: +49(0) 64 41- 49 14 55 E-Mail: [email protected] www.gussrohre.com Autoren: Dipl.-Ing. Steffen Ertelt, Dipl.-Ing. Stephan Hobohm, Dipl.-Ing. Lutz Rau, Wolfgang Rink – Buderus Gussrohrtechnik Dr. Jürgen Rammelsberg Fotonachweis: Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Berliner Wasserbetriebe Karl Weiss GmbH & Co. KG, Berlin Fachgemeinschaft Guss-Rohrsysteme Tracto Technik GmbH & Co. KG, Lennestadt Frank Föckersperger GmbH, Aurachtal TMH Hagenbucher, Zürich © Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Alle Rechte vorbehalten Abweichungen bei den Abbildungen, Maß- und Massenangaben sind möglich. Im Sinne des technischen Fortschrittes behalten wir uns vor, an den Produkten Änderungen und Verbesserungen ohne Ankündigung durchzuführen. Inhalt Buderus-Handbuch Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre Inhalt: 1. Vorwort ......................................................................................... 5 2. Eigenschaften duktiler Gussrohre .................................................. 8 3. Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen .......... 32 3.1 Press-Zieh-Verfahren ................................................................... 36 3.2 Hilfsrohrverfahren ....................................................................... 39 4. Berstlining .................................................................................... 46 5. Horizontalspülbohrverfahren . ..................................................... 54 6. Einpflügen .................................................................................... 68 7. Langrohrrelining . ......................................................................... 76 7.1.1 Einziehverfahren .......................................................................... 77 7.1.2 Einschubverfahren ....................................................................... 79 8. Einzug nach gesteuerter Pilotbohrung ......................................... 86 9. Einschwimmen . ........................................................................... 92 10. Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren ........... 100 11. Technische Datenblätter ............................................................ 106 12. Einbauanleitungen ...................................................................... 110 Eigenschaften duktiler Gussrohre 2. Eigenschaften duktiler Gussrohre 2.1 Der Werkstoff Bild 2.1, Fontänen im Schlosspark von Versailles Rohre aus Gusseisen wurden vereinzelt im 17. Jahrhundert für den Bau von Wasserleitungen in privilegierten Anlagen, z. B. Schlössern, Parks usw. verwendet (Bild 2.1). Im 19. Jahrhundert begann mit der industriellen Revolution die Entwicklung der Städte und der Industrie. Das Bevölkerungswachstum beschleunigte sich und damit wuchs die Notwendigkeit des Aufbaus einer leitungsgebundenen Infrastruktur für Trinkwasser, Gas und Abwasser. Gusseisen in Form von Roheisen wird durch Reduktion von Eisenerz mit Koks im Hochofen gewonnen. Ein besonders wichtiges Schmelzaggregat der Gießereitechnik ist der Kupolofen, in dem Stahl- und Gussschrott sowie Roheisen mit Koks aufgeschmolzen werden. Daneben ist das Schmelzen im Elektro-Induktionsofen ebenfalls ein typisches Verfahren der Gusseisenproduktion. In diesen Schmelzprozessen geht ein Teil des Kohlenstoffs im flüssigen Eisen in Lösung, wodurch sich der Schmelzpunkt des reinen Eisens von ca. 1540° C auf einen Wert von 1150° C erniedrigt. Dies ist die wichtigste Voraussetzung für die technische und wirtschaftliche Verarbeitung von Gusseisen, weil damit der Aufwand an Energie, feuerfestem Material und Formstoffen zurückgenommen werden kann. Der zweite Vorteil des im Eisen gelösten Kohlenstoffs kommt bei der Erstarrung der Gusseisenschmelze zum Tragen: der Volumenkontraktion des Eisens beim Übergang von der flüssigen zur festen Phase wirkt eine Volumenvergrößerung des gelösten und auskristallisierenden Kohlenstoffs entgegen. Demzufolge besitzen Werkstücke aus Gusseisen im Allgemeinen ein dichtes und hohlraumfreies Gefüge. Der Nachteil des elementaren Graphits im Gusseisen besteht darin, dass er die Festigkeit und Verformbarkeit des reinen Eisens verringert. Bei der Erstarrung kristallisiert der gelöste Kohlenstoff normalerweise in Form von Graphitlamellen. Der Werkstoff Diese Graphitlamellen sind in metallographischen Schliffbildern bei 100facher Vergrößerung gut erkennbar. (Bild 2.2). Im Raster-Elektronen-Mikroskop wird die raumfüllende dreidimensionale Struktur der Graphitlamellen sehr deutlich (Bild 2.3). Bild 2.2 Bild 2.4 Bild 2.5 Bild 2.3 Der lamellare Graphit ohne eigene Festigkeit unterbricht die metallische Grundmasse und verursacht dadurch die vergleichsweise niedrige Festigkeit des Gusseisens. Gleichzeitig ergibt sich aus dieser inneren Struktur eine geringe Verformbarkeit des Werkstoffes: sein Bruchverhalten ist spröde. Die im Bild 2.4 dargestellte Modellvorstellung simuliert die innere Kerbwirkung, die durch die Verdichtung der Spannungslinien an den Lamellenspitzen entsteht. Dies ist der Grund für die geringe Verformbarkeit von Grauguss (GG). Vor etwa 60 Jahren gelang es, die Kristallisationsform des Graphits durch eine metallurgische Behandlung der Schmelze mit stark sauerstoffaffinen Metallen (Cer, Magnesium) zu beeinflussen. In einer Gusseisenschmelze, welche ursprünglich mit lamellarem Graphit erstarren würde, kristallisiert der Graphit kugelförmig, wenn man ihr eine geringe Menge (ca. 0,04%) der oben genannten Metalle zusetzt (Bild 2.5). Eigenschaften duktiler Gussrohre Die kugelige Form des Graphits verringert die innere Spannungskonzentration im Grundwerkstoff im Vergleich zu den Graphitlamellen. Gusseisen mit Kugelgraphit hat eine deutlich höhere Festigkeit als Gusseisen mit Lamellengraphit und besitzt zudem noch die Fähigkeit, sich unter äußeren mechanischen Lasten plastisch zu verformen. Die zugehörige Modellvorstellung ist in Bild 2.6 skizziert: zwischen den Graphitkugeln verdichten sich die Kraftlinien weniger als an den Lamellenspitzen. Damit ist die Fähigkeit entstanden, vor dem eigentlichen Werkstoffversagen eine elastische und plastische Verformung aufzunehmen. Man nennt dieses Werkstoffverhalten duktil. Diese signifikante Veränderung der Werkstoffeigen- Bild. 2.6 schaften hat dazu geführt, dass Gusseisen mit Kugelgraphit oder duktiles Gusseisen (GGG) in vielen Bereichen des Maschinenbaus Stahlkonstruktionen ablösen konnte. Die Rohrnetzfachleute der Gas- und Wasserversorgung erkannten sehr schnell den Vorteil des duktilen Verhaltens des neuen Werkstoffs: Bei mechanischer Überbeanspruchung versagen sprödbrechende Rohre mit so genannten Schalenbrüchen, wodurch auf einen Schlag große Öffnungen mit sehr großen Wasseraustritten mit beträchtlichen Folgeschäden frei werden. Beim duktilen Werkstoffversagen wird ein großer Teil der Brucharbeit in Verformungsarbeit umgesetzt. In der Nähe des Bruches findet man stets stark verformte Werkstückpartien. Das Risswachstum verläuft gebremst, und durch die dabei entstehende vergleichsweise kleine Öffnung tritt nur wenig Wasser aus. Die Unterspülungen als Folge der Schalenbrüche gehörten nun der Vergangenheit an. Mitte der sechziger Jahre löste das duktile Gusseisen den Grauguss als Rohrwerkstoff in der Wasser- und Gasversorgung ab. Albrecht Kottmann hat 1973 die Versuche publiziert, die er zur Demonstration des überragenden Arbeitsvermögens duktiler Gussrohre angestellt hat. Bild 2.7 weist die Versuchsanordnung aus: Zwei Meter lange Rohre der Nennweite 100 aus verschiedenen Werkstoffen werden als Biegebalken auf zwei Stützen mit einer mittig angesetzten Kraft beansprucht. Die in diesem Versuch ermittelten Kraft-Weg-Diagramme sind in Bild 2.8 aufgetragen. Während ein Rohr DN 100 aus Gusseisen mit Lamellengraphit bei einer Last von etwa sechs Tonnen beinahe verformungslos (= spröde) bricht, wird das duktile Gussrohr der gleichen Nennweite mit etwa der gleichen Kraft um 17 Zentimeter durchgebogen, bevor es versagt. 10 103 kp cm Der Werkstoff Prüfanordnung Stahl GGG GG AZ PVC Bild 2.7 Das Integral der Fläche unter diesen Kurven definierte Kottmann als Arbeitsvermögen und stellte diese Eigenschaft der Rohre aus verschiedenen Werkstoffen in dem Balkendiagramm des Bildes 2.7 einander gegenüber. So konnte er zeigen, dass das Arbeitsvermögen von Rohren aus duktilem Gusseisen um mehr als eine ZehnerPotenz größer ist als beispielsweise von Rohren aus Grauguss. GGG GG AZ PVC St a h l nah tlos St a h l ge s c hw eißt Durchbiegung Bild 2.8 11 Eigenschaften duktiler Gussrohre 2.2 Die Herstellungstechnik Die Gießereitechnik, wie sie sich im Mittelalter, vor allem beim Kunst- und Glockenguss sowie beim Guss von Geschützrohren, entwickelt hatte, war Voraussetzung für die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung hochwertiger Rohre. Zunächst wurden die Rohre in liegenden Formen gegossen, bei welchen die Formteilung waagerecht lag. Damit blieb die Baulänge begrenzt, weil die den Hohlraum des Rohres bildenden Kerne sich unter der Gießtemperatur von ca. 1300° C und unter ihrem Eigengewicht verbogen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Gussrohrwanddicke begrenzt war. Rohre aus dieser frühen Fertigungsperiode sind an den beiden gegenüberliegenden Graten auf der Außenfläche zu erkennen, die sich bei den Sandformen in der Teilungsebene zwischen Ober- und Unterkasten bildeten (Bild 2.9). Mit dem zunehmenden Bedarf an Gussrohren für die Gas- und Wasserversorgung der schnell wachsenden Städte in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde das Karussellgießverfahren eingeführt, bei dem die Sandformen in senkrecht stehenden Gießkarussellen so angeordnet waren, dass ein halb kontinuierlicher Gießprozess Bild 2.9 möglich wurde (Bild 2.10). Bei diesen Verfahren werden die Formen mit ungeteilten, der Rohrform angepassten metallischen Formkästen zunächst einzeln, später in Drehgestellen für einen fließenden Arbeitsablauf angeordnet. Die den Hohlraum des Rohres bildenden Kerne wurden mit Hilfe metallischer Kernbüchsen auf metallische Kernspindeln aufgestampft. Die Baulängen der Rohre wuchsen, und die Formteilungsgrate verschwanden. Dieses Bild 2.10 Verfahren wurde von Buderus vom Beginn der Rohrproduktion im Jahre 1901 bis 1925 eingesetzt. Hunderttausende Kilometer von Rohren aus dieser Produktionsepoche versehen noch heute ihren Dienst unter der Erde. Im Verlauf der weiteren Entwicklung ist als besonders wichtiger Meilenstein die Erfindung des Schleudergießverfahrens zu nennen (Bild 2.11). 1926 setzte sich dieses Verfahren in ganz Europa und auch bei Buderus durch. Es besitzt als wesentliches 12 Die Herstellungstechnik Bild 2.11 Merkmal eine von außen mit Wasser gekühlte, metallische Dauerform (Kokille), die ohne wärmedämmende Auskleidung auskommt. Je nach Nennweite können in einer Kokille mehrere tausend Rohre abgegossen werden. Durch die plötzliche Abschreckung des flüssigen Gusseisens an der mit Wasser gekühlten Kokille entsteht nur eine einzige, zur Kokillenwand gerichtete Erstarrungsfront, mit der das Gefüge besonders feinkörnig und dicht ausfällt. Nach einer Gefüge umwandelnden Wärmebehandlung (Bild 2.12) ist bei den Graugussrohren eine deutlich höhere Festigkeit im Vergleich zu den in Sandgussformen erzeugten Rohren zu erzielen. Die Rohrlänge wuchs auf fünf oder sechs Bild 2.12 Meter, die Wanddicke verminderte sich und wurde gleichmäßiger. Kurz nach dem Durchbruch des Schleudergießverfahrens wurde auch die neue Verbindungstechnik erfunden, wonach die mit Blei verstemmte Muffe der Vergangenheit angehörte (siehe Kapitel 2.3). 13 Eigenschaften duktiler Gussrohre In der heute typischen Rohrgießerei wird das Gusseisen zur Rohrherstellung im Kupolofen erschmolzen und durch angepasste metallurgische Verfahren auf eine vorgegebene Zusammensetzung sowie auf die erforderliche Gießtemperatur gebracht. Daran schließt sich die Magnesiumbehandlung zur Erzeugung von duktilem Gusseisen an, worauf die so behandelte Schmelze unmittelbar zu Rohren vergossen wird. Als Ergebnis der Entwicklungen in den 50 Jahren zwischen 1920 und 1970 konnten durch die Anhebung der Zugfestigkeit Gewicht und Wanddicke der Rohre halbiert werden. Mit der weiterentwickelten Fertigungstechnik, vor allem mit der modernen Steuerung der Gießmaschinen, wurde eine weitere deutliche Reduzierung der Rohrwanddicken möglich. Sie ist in den Produktnormen EN 545 [2.1] und EN 598 [2.2] berücksichtigt, wo derzeit eine Verschiebung von der Wanddickenklassifizierung zur Druckklassifizierung zu beobachten ist. 14 Entwicklung der Verbindungstechnik 2.3 Entwicklung der Verbindungstechnik In den Anfängen der Verwendung von Gussrohren war die Abdichtung der einzelnen Rohrstöße untereinander von zentraler Bedeutung. Schon Jacob Leupold beschreibt 1724 in seinem Buch eine Mixtur verschiedener Pulver und Stoffe mit organischen Bestandteilen, um einen halbwegs elastischen Kitt zu erzeugen [2.3]. Bild 2.13 In der Phase des Aufbaus der zentralen Wasserversorgung (1850-1930) sind die Gussrohre mit einer Stemmmuffe ausgerüstet; diese wird mit geteerten Hanfstricken und einem Bleiverguss abgedichtet (Bild 2.13). Die Stemmmuffenverbindung erfordert bei der Montage hohes Geschick und Zuverlässigkeit der damit befassten Monteure. Wegen der sehr geringen Elastizität des Dichtstoffes darf die Bild 2.14 Verbindung keine Bewegungen erfahren. Eine ungestörte Bettung und eine bewegungsfreie Rohrlagerung sind Voraussetzung für die langfristige Dichtheit. Rollringdichtungen aus Gummi wurden 1850 zunächst für Gasleitungen, ab 1863 auch für Wasserleitungen eingeführt. Ab 1910 gab es erste Versuchsleitungen in Stuttgart mit einem Vorläufer der Schraubmuffenverbindung, deren Vorteil jedoch zunächst nicht erkannt wurde. Sie setzte sich erst Anfang der 30er Jahre durch (Bild 2.14) und stellt insofern einen Meilenstein im Rohrleitungsbau dar, als seitdem die Elastizität der Dichtungen aus vulkanisiertem Kautschuk eine gewisse Beweglichkeit der Verbindungen zulässt. 15 Eigenschaften duktiler Gussrohre Die Schraubmuffenverbindung im Nennweitenbereich DN 40 bis DN 600 sowie die für größere Nennweiten besser geeignete Stopfbuchsmuffenverbindung (Bild 2.15) sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung aus elastischem Gummi mit mechanischen Hilfsmitteln verpresst wird. Dadurch wird die Dichtheit gegenüber gasförmigen und flüssigen Medien erzielt. Anfang der 60er Jahre wurde die TYTON® Steckmuffe von Buderus eingeführt. Bei dieser Konstruktion wird neben den beiden zu fügenden Rohren nur noch eine profilierte Dichtung benötigt, die beim Einschieben des Einsteckendes in den mit der Dichtung versehenen Muffenraum verpresst wird und damit automatisch abdichtet. Bild 2.16 zeigt diese Verbindung, die in DIN 28 603 [2.4] genormt wurde. Umfangreiche Nachweise haben gezeigt, dass diese Verbindung selbst unter dynamischen Abwinklungsbewegungen auch nach Jahrzehnten dicht bleibt. Bild 2.15 Bild 2.16 Die geschilderten Muffenverbindungen duktiler Gussrohre sind von ihrer Konstruktion her nicht längskraftschlüssig. Bei Richtungsänderungen, Endverschlüssen, Querschnittsänderungen und Abzweigen entstehen aus dem Wasserinnendruck Kräfte, die mit geeigneten Maßnahmen in den Baugrund einzuleiten sind. Traditionsgemäß geschieht dies mit Hilfe von Betonwiderlagern. Diese werden so dimensioniert, dass über die Größe der rückseitigen Fläche die zulässige Flächenpressung des anstehenden Bodens nicht überschritten wird. Die Dimensionierungsregeln von Widerlagern aus Beton enthält das DVGW-Arbeitsblatt GW 310 [2.5]. Der immer enger werdende Platz im unterirdischen Bauraum der Städte zwang dazu, diese Technik nach und nach aufzugeben und durch die zugfesten Verbindungen abzulösen. Zugfeste Verbindungen sind gleichzeitig längskraftschlüssig und gelenkig; ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass durch geringfügige Verlagerung der Formstücke und der anschließenden Rohre der Erdwiderstand aktiviert wird. Das technische Regelwerk zum 16 Entwicklung der Verbindungstechnik Einsatz der längskraftschlüssigen Verbindungen ist das DVGW-Arbeitsblatt GW 368, Juni 2002 [2.6]. In diesem Blatt sind die gängigen Konstruktionen in Schnittbildern mit den zugehörigen Leistungsdaten dargestellt. Man unterscheidet reibschlüssige und formschlüssige Verbindungen. Buderus bietet hier mit seiner reibschlüssigen BRS®- und der formschlüssigen BLS®-Verbindung zwei innovative Lösungen. Bei der reibschlüssigen BRS®-Verbindung (Bild 2.17) schneiden sich gehärtete, scharfe Edelstahlzähne in die Oberfläche des Einsteckendes ein und bewirken damit den Kraftschluss. Auch für die Schraubmuffenverbindung existieren reibschlüssige Konstruktionen. Bild 2.17 Bei der formschlüssigen BLS®-Verbindung wird werkseitig oder an der Baustelle eine Schweißraupe auf die Oberfläche des Einsteckendes aufgetragen, an der sich ent- Bild 2.18 sprechende Kraftübertragungsglieder abstützen und so die Längskraft von einem auf das andere Rohr übertragen (Bild 2.18). Die Entwicklung dieser längskraftschlüssigen und gleichzeitig gelenkigen Muffenverbindungen zur heutigen Reife war eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung der modernen grabenlosen Bauverfahren für den Druckleitungsbau. Bei fast allen im vorliegenden Handbuch beschriebenen grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren wird eine längskraftschlüssige Gelenkkette aus Rohren in die endgültige Trasse eingezogen. Während in den bisher gültigen Normen DIN 28 600 ff. die Rohre und Formstücke genau beschrieben wurden, kommt mit den europäischen Normen DIN EN 545 für Wasserleitungen und DIN EN 598 für Abwasserkanäle und -leitungen ein neues Element auf: die Anforderungen an die Funktion. Die früheren nationalen Normen gaben mit ihrer genauen Beschreibung die Voraussetzung für die technischen Lieferbedingungen. Das zusätzliche Normenelement der Anforderungen an die Funktion mit den dazu gehörigen Prüfungen weist die Leistungsfähigkeit des Rohrsystems und seiner Ver17 Eigenschaften duktiler Gussrohre bindungen nach. Bei diesen Typprüfungen werden die Bauteile und ihre Verbindungen wie folgt geprüft: • Bauteildichtheit gegen Wasserinnendruck • Verbindungsdichtheit bei Scheitellast bzw. Abwinkelung gegen positiven Innendruck • Verbindungsdichtheit bei Scheitellast bzw. Abwinkelung gegen negativen Innendruck • Verbindungsdichtheit bei Scheitellast gegen positiven Außendruck Die längskraftschlüssigen Verbindungen müssen zusätzlich noch eine dynamische Prüfung absolvieren, bei welcher der Innendruck mit 24.000 Lastwechseln zwischen PMA mal PMA - 5 wechselt. In die zuständige Technische Regel des DVGW, das Arbeitsblatt GW 368, ist die beschriebene Anforderung an die Funktion und die damit verbundene Typprüfung aufgenommen worden. Angesichts der künftigen Bedeutung qualitativ hochwertiger längskraftschlüssiger Verbindungen für die grabenlosen Bauweisen wurde bei der Überarbeitung des Blattes im Jahre 2002 die zusätzliche Forderung einer fremd überwachten Typprüfung eingeführt. Daneben sind alle Konstruktionen mit ihren kennzeichnenden Leistungsgrößen • zulässiger Bauteilbetriebsdruck (PFA) • zulässige Abwinkelbarkeit aufgeführt. Mit diesen Angaben, ergänzt durch den Hinweis auf die fremd überwachte Typprüfung, repräsentativ für jeweils eine von vier Nennweitengruppen, hat der Planer das geeignete Werkzeug für eine spezielle Aufgabe die passende Zugsicherungskonstruktion auszuwählen. 18 Längskraftschlüssige Verbindungen und technisches Regelwerk für den grabenlosen Einbau 2.3.1 Längskraftschlüssige Verbindungen und technisches Regelwerk für den grabenlosen Einbau In die Zeit zwischen 2002 und 2006 fiel auch die Erstellung eines Technischen Regelwerks zur Qualitätssicherung der grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren durch den DVGW. Für die Qualität von Leitungen, welche mittels dieser Verfahren gebaut werden, sind neben den Einflüssen aus dem Boden folgende, den Rohren zuzurechnenden Parameter von wesentlicher Bedeutung: • zulässige Zugkräfte • Mindestkurvenradius Diese Einflussgrößen sind zu messen und zu dokumentieren, um sicherzustellen, dass keine durch Überbeanspruchung vorgeschädigten Bauteile die vorgesehene Nutzungsdauer schmälern. Diese Parameter sind im Tabellenwerk des Anhangs der genannten Arbeitsblätter für die wichtigsten Rohrwerkstoffe • GGG • PE-X • PE 100 • St 37 aufgeführt, wobei die Temperaturabhängigkeit sowie die Dauer der Zugbelastung bei den thermoplastischen Werkstoffen berücksichtigt sind. So müssen bei Einziehdauern von über 20 Stunden die zulässigen Einziehkräfte um ein Viertel abgemindert werden, bei 40° C warmen Rohren ist die zulässige Kraft um 30 Prozent gegenüber einer Wandtemperatur von 20° C abzumindern. Bei gekrümmten Trassen sind weitere Abminderungen vorzusehen. Im Gegensatz zu diesen trassen- und temperaturbedingten Abminderungen gibt es bei den duktilen Gussrohren Zuschläge für die zulässige Zugkraft, wenn die Trasse gradlinig, ohne nennenswerte Abwinkelungen, verläuft. Die Rohrwandtemperatur ist bei duktilen Gussrohren ohne Einfluss. Tabelle 2.1 enthält die Parameter • zulässige Zugkraft • mögliche Abwinkelbarkeit • minimaler Kurvenradius der formschlüssigen BLS®-Verbindung. Die Werte für die zulässige Zugkraft sind aus den Ergebnissen der fremd überwachten Innendruckversuche der genormten Typ-Tests abgeleitet, wie es im Kopf der Tabelle angegeben ist. 19 Eigenschaften duktiler Gussrohre Tabelle 2.1: Zulässige Zugkräfte, Abwinkelbarkeiten und Kurvenradien duktiler Gussrohre mit BLS®-Verbindung (Quelle: DVGW-Arbeitsblatt GW 321 [2.7] bzw. Buderus Giesserei Wetzlar GmbH) Nennweite DN in mm Bauteilbetriebsdruck PFA [bar] 1) zulässige Zugkraft Fzul. [kN] 2) mögliche Abwinkelbarkeit der Muffen3) [°] minimaler Kurvenradius [m] DVGW BGW 80* 110 70 115 5 69 100* 100 100 150 5 69 125 100 140 225 5 69 150 75 165 200 5 69 200 63 230 350 4 86 250 44 308 375 4 86 300 40 380 380 4 86 400 30 558 650 3 115 500 30 860 860 3 115 600 32 1200 1525 2 172 700 25 1400 1650 1,5 230 800 16 - 1460 1,5 230 900 16 - 1845 1,5 230 1000 10 - 1560 1,5 230 Berechnungsgrundlage Wanddickenklasse K9. Höhere Drücke und Zugkräfte sind teilweise möglich und mit dem Rohrhersteller abzustimmen. 2) Bei geradlinigem Trassenverlauf (max. 0,5° pro Rohrverbindung) können die Zugkräfte um 50 kN angehoben werden. DN 80 - DN 250 Hochdruckriegel erforderlich. 3) bei Nennmaß * Wanddickenklassen K10 1) Die Werte des GW 321 erschienen den Fachleuten der Berliner Wasserbetriebe (BWB), die ihrerseits das grabenlose Auswechseln der alten Graugussnetze forcierten, als zu niedrig. So wurden in gemeinsamer Anstrengung der Gussrohrindustrie, der Fa. Karl Weiß und der BWB axiale Zugversuche an Rohren im Nennweitenbereich DN 100 bis DN 200 ohne Innendruck bis zum beginnenden Versagen durchgeführt [2.8]. 20 Längskraftschlüssige Verbindungen und technisches Regelwerk für den grabenlosen Einbau Die dabei erzielten Ergebnisse weisen eine etwa dreifache Sicherheit gegenüber den in Tabelle 2.1 angegebenen Werten aus. Sehr gute Überseinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten für die zulässige Zugkraft zeigte eine von Prof. Bernhard Falter [2.9] durchgeführte FEM-Berechnung. Die hohe Sicherheit der im DVGW-Regelwerk verzeichneten Tabellenwerte für die zulässige Zugkraft von formschlüssigen Verbindungen duktiler Gussrohre hatte zwei Folgen: 1. erhöhten die BWB in ihrem firmeninternen Technischen Regelwerk die zulässige Zugkraft gegenüber den Angaben im DVGW-Regelwerk massiv, weil sie nach vielfältigen Praxiserfahrungen von der Leistungsfähigkeit der Verbindungen überzeugt sind (siehe Tabelle 2.2). 2. wurde in den Tabellen der DVGW-Regeln eine Fußnote eingefügt, wonach die zulässige Zugkraft bei geradlinigen Trassen mit weniger als 0,5° Abwinkelung (= 687 Meter Kurvenradius) um 50 kN erhöht werden kann (siehe Tabelle 2.1). Tabelle 2.2: Zulässige Zugkräfte formschlüssiger Gussrohrverbindungen (Quelle: Werksnorm der Berliner Wasserbetriebe WN 322) Nennweite DN in mm Bauteilbetriebsdruck PFA [bar] 1) max zulässige Zugkraft Fzu [kN] 2) Abwinkelbarkeit der Muffen [°] minimal zulässiger elastischer Biegeradius Rmin [m] 80 64 1002) 3 115 64 250 1),2) 100 150 3 115 50 3201),2) 3 115 200 40 400 250 35 300 400 3 115 400 2) 3 115 30 400 2) 3 115 25 558 3 115 1),2) durch Zugversuche ermittelt (siehe Bericht) Die angegebenen Zugkräfte gelten nur für die Berliner Wasserbetriebe und bei BLS® DN 80 - DN 250 mit Hochdruckriegel. 1) 2) 21 Eigenschaften duktiler Gussrohre Im Balkendiagramm (Bild 2.19) sind die Werte aus Tabelle 2.1 für die maximal zulässige Zugkraft von duktilen Gussrohren mit BLS®-Verbindung denen anderer Wasserleitungswerkstoffe gegenüber gestellt. 700 600 500 400 Zugkraft [kN] 300 200 100 X PE - a SD P Werkstoff 0 R 11 SD 00 E1 GG GB R 11 7 St 3 ® LS -Ve du rbin 300 200 ng 150 400 Nennweite 100 Bild 2.19: Maximal zulässige Zugkräfte verschiedener Werkstoffe. Quelle: DVGW-Arbeitsblatt GW 368 Rohre aus duktilem Gusseisen der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH mit formschlüssigen BLS®-Verbindungen weisen von allen gängigen Wasserleitungswerkstoffen die höchsten zulässigen Zugkräfte auf. Dies erlaubt größere Baugrubenabstände bei der Anwendung duktiler Gussrohre und verbessert so deren Wirtschaftlichkeit, ohne dass Abstriche bei der Sicherheit hingenommen werden müssen. Zusätzliche Steigerungen, sowohl für Betriebsdruck als auch für die zulässige Zugkraft, sind mit einer Erhöhung der Wanddickenklasse möglich, bedürfen jedoch besonderer Vereinbarungen mit unserer Anwendungstechnik. 22 Montage der BLS®-Verbindung 2.3.2 Montage der BLS®-Verbindung Für den grabenlosen Einbau duktiler Gussrohre schreibt das Technische Regelwerk des DVGW übereinstimmend mit den Vorgaben in den Einbauanleitungen der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH den Einsatz formschlüssiger Verbindungen vor. Reibschlüssige Verbindungen können vor allem nach mehreren Abwinkelungsbewegungen, wie sie bei mehrfach gegenläufig gekrümmten Raumbögen in gesteuerten Spülbohrtrassen vorkommen können, versagen, weil die Zähne der Haltesegmente bei diesen Bewegungen abwechselnd zugentlastet werden. Bei geradlinig verlaufenden Trassen ist dies nicht zu befürchten. Dennoch wurde zur Vermeidung jeglichen Risikos die Verwendung formschlüssiger Verbindungen bei den grabenlosen Einbauverfahren vorgeschrieben. Der zusätzliche Vorteil besteht darin, dass damit die höchsten zulässigen Zugkräfte übertragen werden können. Das formschlüssige BLS®-System von Buderus erlaubt es, die beiden Montagevorgänge • „Dichtheit herstellen“ und • „Verriegeln“ in zwei getrennte, nacheinander auszuführende und kontrollierbare Teilschritte zu zerlegen. Im ersten Teilschritt wird also die TYTON®-Verbindung entsprechend Einbauanleitung (siehe Kapitel 10) montiert: Nach der Reinigung der Muffe und des Einsteckendes wird in die Dichtkammer Gleitmittel eingebracht und die Dichtung mit der Hartgummikralle in die Haltenut der Muffe eingelegt. Der Umfang der Dichtung ist bewusst größer als der zugehörige Umfang der Dichtfläche, wodurch die Dichtung unter einer Vorspannung steht. Deswegen kann es, vor allem bei größeren Nennweiten, vorteilhaft sein, eine zweite gegenüberliegende Schlaufe zu ziehen. Die beiden kleinen Schlaufen lassen sich dann ohne Mühe glattdrücken. Der nun folgende Kontrollschritt stellt sicher, dass die Haltekralle der Dichtung vollständig über den ganzen Umfang in die Haltenut eingedrückt ist und an keiner Stelle über dem Zentrierbund hervorsteht. (Bild 2.20) Jetzt werden die Gleitflächen der Dichtung und des Einsteckendes mit dem von Buderus mitgelieferten Gleitmittel dünn bestrichen und das Einsteckende achsgleich (ohne Abwinklung) in die Muffe eingeführt. Die Axialkraft, die zur Verpressung des Dichtwulstes benötigt wird, kann je nach Nennweite mit einer Brechstange, einem Monatgegerät oder mit dem Hydraulikbagger aufgebracht werden. 23 Eigenschaften duktiler Gussrohre falsch richtig Bild 2.20 Bei der Montage von Rohrverbindungen mit Bagger ist zwischen Rohr und Baggerschaufel eine geeignete Zwischenlage, z. B. Kantholz, vorzusehen. Das Rohr ist gleichmäßig und so langsam einzuschieben, dass die Dichtung ausreichend Zeit zur Verformung hat. Unabhängig vom gewählten Montagegerät sind vor und während der Herstellung der Verbindung die Rohre und Formstücke zentrisch und achsgleich auszurichten. Verriegeln Das Rohr bleibt achsgleich und wird so weit in die Muffe eingeschoben, bis die Schweißraupe am inneren Zentrierbund anliegt. Damit ist der Platz für die Verriegelungselemente geschaffen. Sie werden je nach Anzahl durch die Aussparungen in der Muffenstirn eingeführt und über den Umfang rechts und links verteilt. Im Nennweitenbereich DN 80 bis DN 500 sind dies Riegel (Bild 2.21), während es von DN 600 bis DN 1000 plattenförmige Segmente (Bild 2.22) sind. Bei den Riegeln sind die Ausführungen „rechts“ und „links“ zu unterscheiden und entsprechend der Einbauanleitung einzusetzen, bei den grabenlosen Einbauverfahren sowie bei Hochdruckanwendungen ist von DN 80 bis DN 250 ein zusätzlicher Hochdruckriegel erforderlich. Nach Abschluss der Montage verhindert ein Sicherungselement aus Gummi in dem noch offenen Fenster in der Muffenstirn ein Verschieben der Verriegelungselemente. 24 Montage der BLS®-Verbindung Sicherung Riegel links Riegel rechts Bild 2.22 Hochdruckriegel Bild 2.21 Bei den Nennweiten DN 00 bis DN 1000 werden die plattenförmigen Verriegelungssegmente durch die doppelte Aussparung in der Muffenstirn in axialer Richtung eingeschoben und anschließend gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Aussparungen werden zur Vereinfachung des Verriegelungsvorganges vorzugsweise in der Scheitellage angeordnet (Bild 2.23) Nachdem alle Verriegelungssegmente eingebracht sind müssen diese soweit verschoben werden, dass keine Höcker am Muffenfenster mehr zu sehen sind. Nun werden die Segmente mit einem Spannband fixiert und die Verbindung durch Auseinanderziehen derselben verriegelt. Für Spülbohrprojekte mit mehrfacher Richtungsänderung hat sich ein stabiles Spannband aus Metall bewährt (Bild 2.2). Die genaue Beschreibung von Handhabung und Gebrauch der Einzelteile ist ausführlich in der Einbauanleitung (Kapitel 11) beschrieben. Bild 2.23 Bild2.24 2 Eigenschaften duktiler Gussrohre Tabelle 2.4 zeigt die durchschnittlichen Montagezeiten, die ein geübtes Team von ein bis zwei Rohrlegern für die Montage einer BLS®-Verbindung benötigt. Unterschiede resultieren aus den verschiedenen Möglichkeiten des Verbindungsschutzes. Bei den meisten Rohrauswechslungsverfahren werden die Verbindungen für jeweils eine Rohrlänge in einer dafür angelegten Rohrmontagegrube hergestellt. Nach diesem Teilschritt wird der Rohrstrang wieder um eine Rohrlänge weiter gezogen. Bei optimaler Organisation der Logistik auf der Baustelle können sich Einbaugeschwindigkeiten ergeben, die im unteren Nennweitenbereich zwischen 40 und 60 Meter in der Stunde betragen. Derartige Geschwindigkeiten lassen sich mit geschweißten Rohrverbindungen nicht erzielen, vor allem, wenn man berücksichtigt, dass bei Rohren aus duktilem Gusseisen mit BLS®-Verbindung die maximal zulässige Zugkraft unmittelbar nach der Verbindungsmontage in vollem Umfang zur Verfügung steht und keine Abkühlzeiten abzuwarten sind. Tabelle 2.4: Durchschnittliche Montagezeiten für die BLS®-Verbindung Nennweite Anzahl Monteure Montagezeit ohne Verbindungsschutz [min] 80 1 5 6 15 DN 100 1 5 6 15 DN 125 1 5 6 15 DN 150 1 5 6 15 DN 200 1 6 7 17 DN 250 1 7 8 19 DN 300 2 8 9 21 DN 350 2 9 10 23 DN400 2 10 12 25 DN 26 Montagezeit bei Montagezeit bei Verwendung Verwendung einer von SchrumpfSchutzmanmanschetten schette [min] [min] DN500 2 12 14 28 DN600 2 15 18 30 DN 700 2 16 / 31 DN 800 2 17 / 32 DN 900 2 18 / 33 DN1000 2 20 / 35 Beschichtungen 2.4 Beschichtungen Mit der Einführung des duktilen Gusseisens ging eine rasante Entwicklung der Außenund Innenbeschichtungssysteme einher. Heutzutage werden Rohre, Formstücke und Zubehör aus duktilem Gusseisen ohne Ausnahme mit Auskleidungen und Umhüllungen verschiedenster Art als integralem Bestandteil des Produktes geliefert. Die Art der Beschichtung richtet sich nach den Einbau- und Betriebsbedingungen. 2.4.1 Außenbeschichtung Während die Graugussrohre des ausgehenden 19. Jahrhunderts bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts durch Tauchen in flüssigen Teer- bzw. Asphalt ihre legendäre Langlebigkeit erhielten, wurde Ende der sechziger Jahre, etwa zeitgleich mit der Einführung des duktilen Gusseisens, die Verwendung von Teer eingestellt. Ab den 70er Jahren wurde die Tauchteerung durch eine Beschichtung mit Bitumenlacken abgelöst. Sie wurde durch die später eingeführte Zink-Beschichtung (ca. ab Anfang der 70er Jahre) und kunststoffmodifizierte Zementmörtel-Umhüllung (ab 1978) ergänzt bzw. in ihrem Einsatzbereich erweitert. In neuerer Zeit werden die Bitumenlacke zudem von Epoxidharz-Beschichtungen abgelöst. An dieser Stelle sei der Zementmörtel-Umhüllung eine detailliertere Betrachtung gewidmet, weil sie für den Einsatz duktiler Gussrohre in den grabenlosen Einbauverfahren von herausragender Bedeutung ist. Die Zementmörtel-Umhüllung wurde zunächst in erster Linie als Außenbeschichtung duktiler Gussrohre beim Einbau in steinigen Böden entwickelt, wo die Beschaffung von Sand oder steinfreiem Boden für die Rohrbettung mit hohen Kosten verbunden war. Kennzeichnende Größen dieser Umhüllung sind hohe mechanische und chemische Beständigkeit, Schlagbeständigkeit und Haftzugfestigkeit. Diese Anforderungen wurden in Zusammenarbeit mit den Anwendern festgelegt und mit den erforderlichen Prüfmethoden in der DIN 30 674-2 [2.10] zusammengefasst. Bei der Umsetzung der Europäischen Bauproduktenrichtlinie wurde die Zementmörtel-Umhüllung duktiler Gussrohre in der DIN EN 15 542 [2.11] europäisch genormt. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass die Technischen Regeln für den konventionellen Rohrleitungsbau detaillierte Anforderungen an die Beschaffenheit der Leitungszone stellen, um die Rohrleitungsteile vor Beschädigung und Verformung zu bewahren. Zunächst ist das Auflager aus steinfreiem Boden so herzustellen, dass die Rohre auf voller Länge gleichmäßig aufliegen. Die Zwickel zwischen Rohr und Auflager sind gleichmäßig mit steinfreiem Boden zu unterstopfen, wobei Lageänderungen zu vermeiden sind. Danach ist der Graben seitlich neben dem Rohr mit steinfreiem Bo27 Eigenschaften duktiler Gussrohre den lagenweise aufzufüllen und nach Vorgaben des Statikers zu verdichten, bis letztlich nach einer Überschüttung und Verdichtung steinfreien Bodens auf 30 Zentimeter über dem Rohrscheitel die Anforderungen etwas weniger rigide werden (Bild 2.25). Oberfläche Hauptverfüllung Grabenwände Überdeckungshöhe Abdeckzone Grabentiefe Seitenverfüllung OD Leitungszone Obere Bettungsschicht Untere Bettungsschicht Bettung Bild 2.25 Das DVGW-Arbeitsblatt W 400-2 [2.12] gibt einen Überblick über die für verschiedene Rohrleitungsmaterialien zu verwendende Korngröße. Duktile Gussrohre mit Zementmörtel-Umhüllung können demnach in Rohrumhüllungsmaterialien mit einem Größtkorn von 100 Millimeter eingebettet werden. Sinn und Zweck aller Anforderungen ist die Überlegung, dass die Rohre ohne Beschädigung ihrer Außenfläche eine Leitung mit exakt kreisförmigem Querschnitt ohne unzulässig hohe mechanische Spannungen in der Rohrwand ergeben. Nur so ist die gewünschte lange Nutzungsdauer zu erreichen. Betrachten wir nun die Bettungsverhältnisse eines Rohres, welches mit einem grabenlosen Verfahren eingebaut wird: Der Auftraggeber besitzt zwar allgemeine Kenntnisse über seinen Baugrund, doch wird er keinesfalls ausschließen können, dass Steine in der Trasse liegen, an denen das Rohr während des Einzugs entlang schleift. Beim Berstlining-Verfahren beispielsweise wird das neue Rohr durch die Ansammlung scharfkantiger Scherben des alten geborstenen Rohres gezogen. 28 Beschichtungen Beim Spülbohrverfahren kann die Stützflüssigkeit partiell in Erdspalten verschwinden, so dass die vorher gleichmäßige Bettung unterbrochen wird. Setzungen der Überdeckung können die Folge sein, kurzum: die grabenlosen Verfahren finden sozusagen „unter Ausschluss der Öffentlichkeit“ statt, kein kontrollierendes Auge kann die Einhaltung der zwingenden Anforderungen bei den konventionellen offenen Bauweisen sehen. Es liegt auf der Hand, dass in der „black box“ der geschlossenen Verfahren das robusteste Rohr mit der am meisten mechanisch belastbaren Umhüllung eingesetzt werden muss. Das Buderus-Rohr aus duktilem Gusseisen mit dem vergleichsweise höchsten Arbeitsvermögen (siehe Kapitel 2.1) aller Arten von Wasserleitungsrohren bietet die besten Voraussetzungen für einen beschädigungsfreien Einbau unter den unkontrollierbaren Verhältnissen der geschlossenen Bauweise. Gleichzeitig erlaubt die formschlüssige BLS®-Verbindung mit ihren hohen zulässigen Zugkräften einen großen Baugrubenabstand, ® ohne dass ein Versagen beim Einzug be- Duktile Gussrohre mit BLS -Steckmuffen-Verbindung und Zementmörtel-Umhüllung fürchtet werden muss. Wa s 2.4.2 Innenbeschichtung Wie bereits im vorhergehenden Kapitel beschrieben, wurde in den 60er Jahren die Verwendung von Teer und Asphalt als Außen- und auch als Innenbeschichtung von Gussrohren eingestellt. Während für die äußere Beschichtung nunmehr Bitumenlacke verwendet wurden, beschritt man bei der Innenbeschichtung mit der Zementmörtel-Auskleidung einen völlig neuen Weg. Heutzutage stehen für die Innenbeschichtung von duktilen Gussrohren je nach Anwendungsfall Zementmörtel-Auskleidungen auf Basis von Hochofenzement für den Trinkwasserbereich oder Tonerdezement für den Abwasserbereich zur Verfügung. Beide Varianten werden bei der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH durch das RotaLe r is t b en tionsschleuderverfahren nach DIN 2880 in se das Rohr eingebracht. Verfahrensbedingt weist diese Zementmörtel-Auskleidung eine sehr hohe Abriebfestigkeit auf. Selbst Fließgeschwindigkeiten bis zu 20 m/s sind unproblematisch. 29 Eigenschaften duktiler Gussrohre 2.5 Literaturnachweise [2.1] DIN EN 545 Rohre, Formstücke, Zubehörteile aus duktilem Gusseisen und ihre Verbindungen für Wasserleitungen – Anforderungen und Prüfverfahren [2.2] DIN EN 598 Rohre, Formstücke, Zubehörteile aus duktilem Gusseisen und ihre Verbindungen für die Abwasser-Entsorgung Anforderungen und Prüfverfahren [2.3] Leupold, J.: Theatrum machinarum hydrotechnarum der Wasserbaukunst; Leipzig 1724 [2.4] DIN 28603: Rohre und Formstücke aus duktilem Gusseisen – Steckmuffen-Verbindungen – Zusammenstellung, Muffen und Dichtungen [2.5] DVGW-Arbeitsblatt GW 310: Widerlager aus Beton; Bemessungsgrundlagen [2.6] DVGW-Arbeitsblatt GW 368: Längskraftschlüssige Muffenverbindungen für Rohre, Formstücke und Armaturen aus duktilem Gusseisen oder Stahl 30 Literaturnachweise [2.7] DVGW-Arbeitsblatt GW 321: Steuerbare horizontale Spülbohrverfahren für Gas- und Wasserrohrleitungen – Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung [2.8] Gaebelein, W. u. Schneider, M.: Grabenlose Auswechslung von Druckrohren mit dem Hilfsrohrverfahren der Berliner Wasserbetriebe GUSSROHRTECHNIK 38 ( 2004), S. 8 [2.9] Falter, B. und Strothmann, A.: Beanspruchungen und Verformungen in der TIS-K-Verbindung beim grabenlosen Auswechseln von duktilen Gussrohrleitungen GUSSROHRTECHNIK 40 ( 2006), S. 41 [2.10] DIN 30674-2: Umhüllung von Rohren aus duktilem Gusseisen; Zementmörtel-Umhüllung [2.11] DIN EN 15542: Rohre, Formstücke und Zubehör aus duktilem Gusseisen – Zementmörtelumhüllung von Rohren – Anforderungen und Prüfverfahren [2.12] DVGW-Arbeitsblatt W 400-2: Technische Regeln Wasserverteilungsanlagen (TRWV); Teil 2: Bau und Prüfung, 09/2004 [2.13] DIN 2880 Anwendung von Zementmörtel-Auskleidung für Gussrohre, Stahlrohre und Formstücke 31 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen 3. Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen Allgemeines Vor allem in den Innenstädten haben sich geschlossene Verfahren zur Neulegung bzw. zur Erneuerung von Druckrohrleitungen sehr weit entwickelt. Sie werden mit deutlich steigender Tendenz angewandt. Während bei den offenen Bauweisen große Flächen mit dem Aushubmaterial bedeckt werden, halten sich diese Beeinträchtigungen bei Anwendung der grabenlosen Technologien in Grenzen. Die grabenlosen Bauweisen besitzen folgende wesentlichen Vorteile: • Verringerung von Straßenaufbrüchen und Erdarbeiten bis über 80 Prozent (Bild 3.1) • Verringerung des Transports von Grabenaushub und Bettungsmaterial (Bild 3.2) • geringerer Platzbedarf für die Baustelleneinrichtung (besonders von Bedeutung beim Einsatz in den Innenstadtgebieten, Bild 3.3) • Einrichtung von „punktuellen“ Baustellen mit der Möglichkeit, die Baugrube zu über dachen und so den Witterungseinflüssen zu entziehen, was der Qualität des Pro duktes „eingebaute Rohrleitung“ zugute kommt. offene Bauweise Ausrüstung grabenlose Bauweise Transportvolumen Bild 3.1 Platzverbrauch bei offener Bauweise Bild 3.2 Vergleich Transportvolumen bei offener und grabenloser Bauweise Bild 3.3 Geschlossene Bauweise ohne Verkehrsbeeinträchtigung 32 Allgemeines Dies gilt mehr oder weniger für alle grabenlosen Einbauverfahren. Bei der Erneuerung in geschlossener Bauweise kommen noch folgende Vorteile hinzu: • erschütterungsfreie und leise Arbeitsweise bei der Auswechslung reduziert die Beeinträchtigung des Verkehrs und der Bürger auf ein Minimum • keine Schädigung von Straßenbäumen über der Rohrtrasse. Die Bemühungen, durch Entwicklung neuer Einbauverfahren den größten Kostenblock beim Bau von Rohrleitungen, nämlich die Tiefbaukosten, zu verringern, haben eine Vielzahl von Verfahren hervorgebracht, die zur Familie der grabenlosen oder geschlossenen Einbau- und Erneuerungsverfahren gehören. Am Anfang stand das Microtunneling, ein gesteuertes Vortriebsverfahren zum Neubau von Abwasserkanälen, wo wegen der größeren Tiefenlagen der wirtschaftliche Erfolg am schnellsten realisierbar war. Von Vorteil waren in der Regel geradlinig verlaufende Haltungen zwischen zwei Schächten von meist unter 50 Meter Länge. Seit 1984 wurde die Berliner Bauweise entwickelt und zu hoher Reife gebracht. Der Anteil der nach dieser Bauweise in Berlin neu eingebauten Abwasserkanäle liegt heute bereits bei 50 Prozent. Im Druckrohrleitungsbau dominieren Rohre, die zu längskraftschlüssigen Rohrleitungen verbunden werden. Hier kommen die duktilen Gussrohre der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH mit ihren längskraftschlüssigen BLS®-Steckmuffen-Verbindungen zum Einsatz. In den 70er Jahren kamen längskraftschlüssige Verbindungen für den Ersatz von Betonwiderlagern auf. Damals wurde ihr Vorteil beim Einziehen von Dükern erkannt und genutzt. Es war der Beginn der grabenlosen Bauverfahren mit duktilen Gussrohren. Press-Zieh-Gerät im Einsatz 33 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen Der größte Innovationsschub auf dem Sektor der grabenlosen Auswechslung ging von Berlin aus, wo mit die ältesten Grauguss-Wasserrohrnetze Deutschlands inzwischen mehr als 120 Jahre in Betrieb sind und dringend erneuert werden müssen. Die äußeren Randbedingungen in Berlin erschweren die Auswechslung vor allem wegen folgender zwei Forderungen: 1.Die Rohrleitungen liegen im Wurzelbereich der Straßenbäume am Rand der Bürgersteige. Die Bäume stehen unter strengem Schutz, die Wurzeln dürfen keinesfalls geschädigt werden. Die Anlage von Rohrgräben mit konventionellem Einbau verbietet sich. 2.Auswechslungsverfahren, bei welchen die Altrohre entweder ganz oder in Bruchstücken in der Trasse verbleiben, können nicht angewendet werden. Alle nicht genutzten Bauteile müssen restlos entfernt werden. Damit war die Entwicklung zweier spezieller Rohrauswechslungsverfahren – dem PressZieh-Verfahren und dem Hilfsrohr-Verfahren – vorprogrammiert; beide sind inzwischen im Technischen Regelwerk des DVGW mit den Arbeitsblättern GW 322-1 [3.1] und GW 322-2 [3.2] verankert. Mit beiden Verfahren können Rohrleitungen grabenlos und trassengleich gegen neue Leitungen gleicher oder größerer Nennweite (z. B. neu DN 125/150 gegen alt DN 100, siehe Tabelle 3.1) ausgewechselt werden, wobei die Rohre der Altleitung entweder in Bruchstücken oder in ganzer Länge geborgen werden. Damit werden folgende Vorteile wahrgenommen: 1.wertvolle Rohstoffe werden wieder dem Materialkreislauf zugeführt, 2.Oberflächen und Natur werden nur minimal beeinträchtigt, 3.der unterirdische Bauraum wird nicht zusätzlich mit neuen Trassen verbaut. Tabelle 3.1: Maximale Nennweitenvergrößerung bei der grabenlosen Auswechslung nach GW 322- 1 bzw. GW 322-2 Nennweite Altrohr 34 Maximale Nennweite Neurohr DN 80 DN 150 DN 100 DN 200 DN 150 DN 200 DN 200 DN 300 DN 300 DN400 DN400 DN400 Allgemeines Zusätzliche Pluspunkte der beiden Verfahren sind: • Die Haltestellen des öffentlichen Busverkehrs brauchen nicht verlegt zu werden (siehe Bild 3.3). • Der Anlieferverkehr in Geschäftsstraßen wird kaum beeinträchtigt. • Andere leitungsgebundene Medien werden durch Aufgrabungen nicht gefährdet. • Je nach verwendeter Maschinentechnik mit einer max. Schallemission von < 54,5 dB(A) ist ein besonders „leises“ und staubfreies Bauen möglich. Es besteht sogar die Möglichkeit, in Wohngebieten ohne nächtliche Unterbrechungen zu arbeiten. Vor allem im innerstädtischen Baugeschehen mit extrem dicht belegten Leitungstrassen sind parallel verlaufende oder kreuzende Leitungen beim Einsatz großer Tiefbaumaschinen in offenen Gräben stark gefährdet. Diese Gefahr wird mit dem Einsatz grabenloser Auswechslungsverfahren minimiert. Beide Verfahren werden bei Versorgungsleitungen im Nennweitenbereich DN 80 bis DN 400 eingesetzt. Erforderlich sind: • eine Maschinenbaugrube zur Aufnahme der Maschinentechnik, • eine Montagegrube für die neuen Rohre (ca. 7 Meter lang), • Zwischenbaugruben für die Hausanschlüsse bzw. Abzweige. Der Abstand der Zwischenbaugruben hängt von der Nennweite des Altrohres und dessen Zustand, der Nennweite des neuen Rohres, der Maschinentechnik, der Bodenart, dem Baum- bzw. Wurzelbestand und natürlich von den verkehrs- und medientechnischen Bedingungen ab. Der Abstand der Zwischengruben sollte je nach Verfahren und Örtlichkeit 25 bis 50 Meter nicht überschreiten. Start- und Zielgrube haben bei einem geradlinigen Trassenverlauf bzw. einem minimalen Krümmungsradius von 170 Meter im Normalfall einen Abstand von 100 bis 180 Meter. Vor dem Auswechselvorgang wird die Altleitung außer Betrieb genommen. Die Anlieger werden über „fliegende“ Interimsleitungen weiter versorgt, deren Wasser in den Hausanschlussgruben in die abgeklemmten Hausanschlussleitungen eingespeist wird. 35 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen 3.1 Press-Ziehverfahren Bei diesem Verfahren wird das Altrohr auf einen Spaltkegel geschoben, zerbrochen und in Scherben aus der Maschinengrube entnommen. Die Neurohre mit längskraftschlüssigen Verbindungen – z.B. Buderus BLS® – werden mittels Zugkopf am Ende des letzten Altrohres angehängt und in den freiwerdenden Hohlraum nachgezogen. Beide Teilschritte finden gleichzeitig statt. Nach dem Herstellen und Verbauen der erforderlichen Gruben werden die darin enthaltenen alten Leitungsabschnitte herausgetrennt und ausgebaut. Speziell vorbereitete Montagegruben erleichtern die Rohrmontage und vermeiden den Eintrag von Verunreinigungen (Bild 3.4 und 3.5). Zunächst wird ein kuppelbares Zuggestänge in die Altleitung eingeschoben und am Ende der Altleitung an einem Übergangsadapter verankert, so dass die alten Rohre beim Auswechselvorgang aus dem Erdreich geschoben werden. Es verbleiben keine Scherben in der Bettungszone der neuen Rohrleitung. Das neue Rohr wird ebenfalls am Übergangsadapter befestigt und simultan mit dem Rohrausbau hinterher gezogen. Bild 3.4 Montage in der Baugrube 36 Bild 3.5 BLS®-Einsteckende, -Muffe und Riegelsatz vor der Montage Press-Ziehverfahren Die Zugkräfte werden über das Zuggestänge am Übergangsadapter als axiale Druckkräfte in das Ende der Altleitung eingeleitet. Auf den neu einzuziehenden Rohrstrang wirken somit nur die Zugkräfte aus dem Eigengewicht und der Mantelreibung. Das Arbeitsblatt GW 322-1 schreibt eine kontinuierliche Messung und Aufzeichnung dieser Kräfte vor, damit die neue Leitung nicht über die maximal zulässigen Zugkräfte beansprucht wird. Die Zugkraftmessung ist der Nachweis dafür, dass die zulässige Belastung während des Auswechselvorganges nicht überschritten wurde (Qualitätssicherung). Die Muffe wirkt ähnlich wie ein Aufweitkörper, wodurch sich im Allgemeinen nur dort die Kräfte aus Mantelreibung entfalten, während der im Durchmesser kleinere, 6 Meter lange Rohrschaft keinen Beitrag für die Entstehung von Mantelreibungskräften liefert. Akustische Überlastsicherungen, Sollbruchstellen oder ähnliche Provisorien bieten keine ausreichende Sicherheit. An der Rückwand der Zielbaugrube stützt sich das hydraulische Press-/Ziehgerät über eine stählerne Widerlagerplatte ab (Bild 3.6). Sie ist auf die Reaktionskräfte und die Nennweite bemessen und lässt nur einen geringen Überschnitt am Rohr zu, damit möglichst kein Erdreich in die Grube gefördert wird. Bild 3.6 Hydraulikmaschine Zwischenbaugrube 1. Ziehabschnitt Startbaugrube neue Rohrleitung Zugkopf Spaltkegel Zwischenbaugrube alte Rohrleitung Maschinenbaugrube bzw. Zielbaugrube mit Press-/Ziehmaschine Zuggestänge Widerlagerplatte Bild 3.7 Das Verfahren in drei Arbeitsschritten 37 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen Die hydraulischen Vorschubzylinder des Press-/Ziehgeräts gestatten ein erschütterungsund ruckfreies Herausschieben der alten Rohre. In den Zwischenbaugruben (Bilder 3.7 und 3.8) wird das Altrohr über einen Spaltkegel geschoben oder mit einem automatischen Rohrknacker zertrümmert (Bild 3.9). Die Scherben werden mit Hilfe von Gefäßen zur Oberfläche gefördert. Beim letzten Ziehabschnitt wird das in die Zielgrube gezogene Altrohr in der Regel beim Rückwärtshub der Vorschubzylinder zerkleinert (Bild 3.10). 2. Ziehabschnitt neue Rohrleitung Zugkopf Spaltkegel alte Rohrleitung Zuggestänge Widerlagerplatte Bild 3.8 Weitere Arbeitsschritte: Umsetzen des Spaltkegels in den Zwischenbaugruben Bild 3.9 Hydraulischer Rohrknacker 3. Ziehabschnitt neue Rohrleitung ZugWiderlagerkopf platte alte Rohrleitung Bild 3.10 Letzter Schritt: Umsetzen des Spaltkegels in die Zielgrube 38 Spaltkegel Zuggestänge Hilfsrohrverfahren 3.2 Hilfsrohrverfahren Beim Hilfsrohrverfahren ist der Auswechslungsvorgang in mehrere Arbeitsschritte aufgeteilt. Ebenso wie bei dem in 3.2 beschriebenen Press-/Ziehverfahren sind auch hier eine Maschinenbaugrube und eine Montagebaugrube sowie die Zwischenbaugruben bei Hausanschlüssen bzw. Abzweigen erforderlich. Die Abstände der einzelnen Gruben sind ebenfalls ähnlich. Im ersten Arbeitsschritt werden die Bau- und Zwischengruben errichtet, die Hausanschlussleitungen abgeklemmt und an die Notversorgungsleitungen angeschlossen (Bild 3.11). Maschinenbaugrube mit Rohrauswechselungsgerät Hydraulik Hilfsrohr Zwischenbaugrube Altrohr Zwischenbaugrube Altrohr Rohrbaugrube Altrohr Bild 3.11 Herstellen der Baugrube und Trennen des Altrohrs in den Zwischengruben Fehlende Stücke des Altrohres, die durch Heraustrennen von Hausanschlüssen oder sonstigen Formstücken entstanden sind, werden durch Übergangsstücke ersetzt. Danach drückt die Maschinenpresse die Altrohre mittels längskraftschlüssiger Hilfsrohre aus Stahl in die Montagegrube, bis sie komplett entfernt sind (Bild 3.12). Maschinenbaugrube mit Rohrauswechselungsgerät Hydraulik Hilfsrohr Zwischenbaugrube Altrohr Zwischenbaugrube Rohrbaugrube ÜbergangsÜbergangsstück Altrohr stück Altrohr Bild 3.12 Herausschieben des ersten, zweiten und dritten Altrohrabschnittes mittels Hilfsrohr 39 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen Dabei kann es hilfreich sein, mittels hydraulischer Pressen einzelne Abschnitte zu lösen, bevor der ganze Altrohrstrang zur Baugrube geschoben wird. Da in dieser Grube bis 6 Meter lange Teilabschnitte ausgebaut werden können, bietet sich das Verfahren auch gut für das Auswechseln alter Stahlrohre an, weil diese nicht über einen Spaltkegel geborsten werden können (Bild 3.13). Bild 3.13 Altrohre in ganzer Länge Nach der vollständigen Entfernung des letzten Altrohres ist die Trasse mit den wieder verwendbaren Hilfsrohren belegt (Bild 3.14). Sie übernehmen jetzt die Lasten aus der Überdeckung und der Verkehrslast und sichern so den Rohrkanal. Maschinenbaugrube mit Rohrauswechselungsgerät Hydraulik Zwischenbaugrube Zwischenbaugrube Hilfsrohr Bild 3.14 Hilfsrohre in gesamter Trasse 40 Rohrbaugrube Hilfsrohrverfahren Im letzten Arbeitsschritt wird an die im Rohrkanal befindlichen „Hilfsrohre“ das neue Rohr mittels Zugkopf mit integrierter Zugkraftmesseinrichtung angekoppelt. Die Hilfsrohre werden in die Maschinengrube zurückgezogen und damit die neue Leitung in den vorhandenen Rohrkanal eingezogen (Bild 3.15). Parallel zu Demontage und Ausbau der Hilfsrohre in der Maschinengrube verläuft die Montage der Neurohre in der Rohrbaugrube. Mit einem aufweitenden Zugkopf können auch größer dimensionierte neue Rohre eingezogen werden. Üblicherweise wird mit einem geringen Überschnitt von 10 bis 15 Prozent über Muffenaußendurchmesser gearbeitet. Falls das Altrohr die hohen zu erwartenden Presskräfte nicht aufnehmen kann, wird es in den Zwischengruben getrennt und in kurzen Rohrstücken entnommen. Die zulässigen Zugkräfte des neuen Rohrs einschließlich seiner Verbindungen dürfen nicht überschritten werden. Maschinenbaugrube mit Rohrauswechselungsgerät Hydraulik Hilfsrohr Zwischenbaugrube Zwischenbaugrube Rohrbaugrube Zugkopf mit Zugkraftmessung Neurohr Bild 3.15 Rückzug des Hilfsrohrs und Einzug der Neurohre 41 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen Bilder 3.16a und 3.16b Baustelleneinrichtung an der Zielgrube und Zielgrube mit Zugmaschine während des Rückzuges des Hilfsrohres 3.3 Referenzen Da sich die beiden zuvor beschriebenen Bauverfahren, das Press-Zieh-Verfahren und das Hilfsrohrverfahren bisher fast ausnahmslos auf das Versorgungsgebiet der Berliner Wasserbetriebe (BWB) konzentrierten, ist die Referenzliste denkbar übersichtlich, aber gleichwohl aussagekräftig. Im Stadtgebiet von Berlin wurden seit dem Jahr 2007 bereits mehr als 30.000 m duktile Gussrohre der Nennweiten DN 80 bis DN 300 mit BLS®-Verbindung und Zementmörtel-Umhüllung der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH mit diesen Verfahren erfolgreich verlegt. Neben dem Versorgungsgebiet der BWB findet das Press-Zieh-Verfahren auch noch in weiten Teilen der Schweiz und West-Europas Anwendung. In den letzten Jahren wurden allein in der Schweitz ca. 10.000 m duktile Gussrohre mit BLS®-Verbindung und Zementmörtel-Umhüllung mit diesem Verfahren eingebaut. 42 Anforderungen an das Neurohr 3.4 Anforderungen an das Neurohr Das Neurohr mit seiner Verbindung muss hohen Zugkräften widerstehen und dabei noch hohe Sicherheitsreserven aufweisen. Das Rohr muss einen robusten Außenschutz aufweisen, da nicht abgesichert werden kann, dass sich Trümmer, Steine oder Scherben in der Rohrleitungszone befinden. Wichtig ist die schnelle und unkomplizierte Montierbarkeit sowie Demontierbarkeit bei der Bergung des Zugkopfes, auch unter schlechtesten Witterungsbedingungen. Rohr und Verbindungen müssen wurzelfest und langlebig sein. Da manche Trassen nicht exakt geradlinig verlaufen, ist eine mögliche Abwinkelung der Muffen zwingend notwendig. Mit Montagegruben von maximal 7 Meter Länge ist im innerstädtischen Bereich das Verhältnis zwischen Baugrubengröße und zu montierender Muffenanzahl sehr günstig. Da oft grabenlose und offene Bauverfahren kombiniert werden, müssen die Materialien kompatibel sein und über ein komplettes Formstücksortiment auch für den Ausbau der Zwischenbaugruben verfügen. All diese unabdingbaren Voraussetzungen erfüllen duktile Gussrohre mit Zementmörtel-Umhüllung und BLS®-Verbindungen von Buderus. Damit sind sie die idealen Rohre für grabenlose Auswechslung von Rohrleitungen. Überdies können durch leicht zu montierende und demontierende Formstücke auf einfachste Art Dichtheitsprüfungen realisiert werden. Die Anforderungen an die zulässigen Zugkräfte, Abwinkelbarkeiten und minimalen Kurvenradien entsprechend DVGW-Regelwerk sowie dem internen Regelwerk der Berliner Wasserbetriebe sind in den Tabellen 2.1 und 2.2 im Kapitel 2 aufgeführt. Bei der Anwendung des Verfahrens in sandigen Böden hat sich die äußere Form der Muffe mit ihrem schulterförmigen Übergang zum Schaft gut bewährt. Bei Böden mit rolligem Material neigen einzelne Kieselsteine dazu, während des Einziehvorganges an diesem Übergang unter den Rohrschaft zu rollen, wodurch sich eine Aufwärtsbewegung des gesamten Rohrstranges beim Einziehen einstellt. Die Folge können unerwünscht geringe Überdeckungen der Rohrleitung bis zum Hochdrücken der Oberflächenbefestigung sein. Buderus hat für diese Sonderfälle das ZMU-PLUS-Rohr entwickelt, bei dem der Übergang zwischen Schaft und Muffe durch zusätzliche Lagen der ZementmörtelUmhüllung aufgefüttert wird, damit die beschriebene Aufwärtsbewegung unterbleibt. (Bild 3. 17). 43 Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserleitungen 3.5AnforderungenaufderBaustelle Es versteht sich von selbst, dass bei grabenlosen Bauverfahren neben dem Rohrmaterial und dem Zubehör hohe Ansprüche an die Maschinentechnik und an das qualifizierte Fachpersonal der ausführenden Firmen auf der Baustelle gestellt werden. Ein ausgefeiltes Qualitätssicherungssystem bietet hierbei einen hohen Sicherheits- und Qualitätsstandard für die neue Leitung. Der Nachweis der Qualifikation des Fachunternehmens wird durch eine entsprechende Zertifizierung nach DVGW Arbeitsblatt GW 301 [3.] in der Zusatzgruppe GN 1 nachgewiesen. Damit wird sichergestellt, dass die grabenlos erstellte Rohrleitung nicht nur unter Kostenaspekten für die Errichtung, sondern über den gesamten geforderten Nutzungszeitraum hinaus ihre Anforderungen dauerhaft erfüllt. Die Buderus Giesserei Wetzlar GmbH stellt leihweise gegen Kaution Ziehköpfe, die auch bei den anderen grabenlosen Bauverfahren eingesetzt werden, zur Verfügung. Inzwischen können über Maschinenanbieter auch diverse Zugkopfvarianten bezogen werden. Bild 3.17 ZMU PLUS Literaturnachweise 3.6 Literaturnachweise [3.1] DVGW Arbeitsblatt GW 322-1: Grabenlose Auswechslung von Gasund Wasserrohrleitungen – Teil 1: Press-/Ziehverfahren – Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung) [3.2] DVGW-Arbeitsblatt GW 322-2: Grabenlose Auswechslung von Gas- und Wasserrohrleitungen – Teil 2: Hilfsrohrverfahren – Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung [3.3] DIN EN 545: Rohre, Formstücke, Zubehörteile aus duktilem Gusseisen und ihre Verbindungen für Wasserleitungen – Anforderungen und Prüfverfahren [3.4] DVGW-Arbeitsblatt GW 301: Qualifikationskriterien für Rohrleitungsbauunternehmen 45 Berstlining 4. Berstlining 4.1 Allgemeines Das Berstlining wird zur grabenlosen und trassengleichen Erneuerung von Rohrleitungen eingesetzt. Hierfür wird die vorhandene Altrohrleitung mittels eines Berstkopfes zerstört, gleichzeitig in das umgebende Erdreich verdrängt und der neue Rohrstrang eingezogen. Man unterscheidet beim Berstlining das dynamische und das statische Verfahren. Das Berstlining wurde in seiner dynamischen Arbeitsweise (Bild 4.1) aus der Bodenrakete mit Aufweitkopf entwickelt und diente ursprünglich der Erneuerung von Abwasserkanälen aus Steinzeug. Bei zu geringen Abständen zu benachbarten Leitungen und Bauwerken waren diese jedoch durch die entstehenden Erschütterungen gefährdet. Bild 4.1 dynamisches Berstlining Deswegen entwickelte sich in der Folge das statische Berstlining. Hierbei wird ein Aufweitkopf (Bild 4.2), dessen erste Stufe mit Brechrippen bestückt sein kann (Bild 4.3), durch stetig und erschütterungsfrei arbeitende Ziehgeräte durch die Altrohrleitung gezogen und diese dadurch aufgeborsten. Die neuen Rohre werden unmittelbar an den Berst-/Aufweitkopf angekoppelt und in den mit etwa 10 Prozent Überschnitt aufgeweiteten Kanal gezogen. 46 Allgemeines Beide Berstliningverfahren, das statische sowie das dynamische, finden in der heutigen Praxis Anwendung und sind weit verbreitet. Diesem Umstand hat der DVGW mit dem Merkblatt GW 323 [4.3] Rechnung getragen und damit Kriterien zur Verfahrensdurchführung mit den damit verbundenen Anforderungen und Gütersicherungen geschaffen. Berstlining eignet sich besonders gut für Altrohre aus sprödem Material wie Asbestzement, Steinzeug oder Grauguss. Aber auch Rohre aus Stahl oder duktilem Gusseisen können mit dem statischen Verfahren mit Hilfe spezieller Schneidköpfe geborsten werden. Das neu eingezogene Rohr kann in gleicher Nennweite wie das Altrohr oder, je nach Größe des verwendeten Aufweitkopfes, in größeren Dimensionen eingezogen werden. Bei duktilen Gussrohren ist ein Aufweitmaß größer dem Muffendurchmesser zu wählen. Bild 4.2 Aufweitkopf mit Gussrohr Bild 4.3 Berstkopf mit Brechrippen Ein weiterer Vorteil des Berstlinings von Altrohren aus Asbestzement kann darin gesehen werden, dass die problematische und arbeitsschutztechnisch schwierige Bearbeitung der Altrohre bei einem Auswechseln im offenen Graben entfällt [4.2]. Dies gilt für den Fall der nennweitengleichen oder -größeren Auswechslung. Eine Nennweitenvergrößerung bis zu zwei Stufen ist möglich. Kann die Neurohrleitung kleiner sein als die Altrohrleitung, bietet sich das Langrohrrelining als Alternative an (siehe Kapitel 7). Im Bereich von Verteilungsnetzen ist der Einsatz des Berstlinings (bzw. jedes grabenlosen Auswechselns) in erster Linie von der Anzahl der erforderlichen Zwischenbaugruben abhängig. Zwischenbaugruben für Hausanschlüsse, Armaturen, Richtungs- und Querschnittsänderungen und Abzweige sollten angelegt werden. Bögen bis 11° können gewöhnlich durchfahren werden. Bei zu enger Abfolge von Hausanschlussleitungen kann die Auswechslung im offenen Graben wirtschaftlicher sein [4.4]. Genau so wichtig ist die Genauigkeit der Dokumentation der bestehenden Altleitung. Treten hier zu viele „Überraschungen“ während der Bauphase auf, kann sich der Bauherr schnell einer Fülle von Nachträgen gegenüber sehen. 47 Berstlining 4.2 Verfahrensbeschreibung Wie bereits beschrieben, unterscheidet man das dynamische und statische Verfahren. Bei beiden werden unter Verwendung eines Berstkopfes Kräfte in die Altrohrleitung eingeleitet, die dadurch zerstört wird. Spröde Werkstoffe werden in Scherben (Bild 4.4) aufgeborsten, alle anderen aufgeschnitten (Bild 4.5). Die Scherben bzw. das aufgeschnittene Rohr wird in das umgebende Erdreich verdrängt. Bild 4.4 Grauguss-Scherben Bild 4.5 Kontrolliert aufgeschnittenes Altrohr 4.2.1 Dynamisches Verfahren Die zum Bersten notwendige Krafteinleitung erfolgt in Rohrlängsrichtung durch eine Art Erdrakete. Diese wird durch einen Kompressor angetrieben, der über einen Schlauch mit ihr verbunden ist. Zur Führung des Berstkopfes wird dieser mit einem Zugseil, das durch das Altrohr gezogen wird, durch eine Winde von der Zielgrube aus gezogen. Das dynamische Verfahren ist besonders für stark verdichtete und steinige Böden sowie spröde Altrohre geeignet. 4.2.2 Statisches Verfahren Hier wird die Kraft in den Berstkopf durch ein Zuggestänge eingeleitet, das von der Zielgrube aus durch die Altrohrleitung von der Zugmaschine bis zum Berstkopf geführt wird (Bild 4.6). Bild 4.6 statisches Verfahren 48 Verfahrensbeschreibung Die Zugmaschine stützt sich während des Zugvorganges gegen die Grabenwand der Zielgrube ab. Das Zuggestänge wird sukzessive zurückgebaut. Das statische Verfahren eignet sich für gut verdrängbare, homogene Böden. Bild 4.7 Schneidrad für duktile Werkstoffe Bild 4.8 Rollenschneidmesser mit Aufweitstufe Inzwischen liegen auch Praxiserfahrungen mit der Auswechslung duktiler Rohrwerkstoffe (GGG und Stahl) durch Rohre aus duktilem Gusseisen vor. Hier werden die Altrohre mit speziellen Perforier- und Schneidrädern (Bild 4.7 und 4.8) aufgeschnitten (Bild 4.5) und mit dem nachfolgenden Aufweitkopf so weit aufgebogen, dass die Neurohrleitung nachgezogen werden kann. Der Einsatz bis zur Nennweite 400 ist erprobt [4.1]. Bild 4.9 Zugkopf für paralleles Einziehen von zwei Rohren Vereinzelt wurden auch Kombinationen aus duktilen Gussrohren für die Wasserleitung und einem Kunststoffrohr als begleitendes Kabelschutzrohr in ein aufgeschnittenes Stahlrohr eingezogen (Bild 4.9). 49 Berstlining 4.3 Rohrleitungsmaterialien Wegen der meist unbekannten Bodenverhältnisse und vor allem wegen der beim Berstlining unweigerlich entstehenden scharfkantigen Scherben (Bild 4.4) sollte darauf geachtet werden, dass ein gegen solche Einflüsse unempfindliches Rohrleitungsmaterial zum Einsatz kommt. 4.3.1 Außenbeschichtung Die bei duktilen Gussrohren verwendete kunststoffmodifizierte Zementmörtelumhüllung (ZMU) bietet hier einen überragenden Schutz gegen die bereits erwähnten Risiken. Die Muffenverbindung wird mit einer ZM-Schutzmanschette oder einer Schrumpfmanschette versehen und mit einem Stahlblechkonus geschützt (Bild 4.10). Bild 4.10 Duktiles Gussrohr mit BLS®-Verbindung, Zementmörtel-Umhüllung, Schrumpfmanschette und Stahlblechkonus in einem aufgeschnittenen Altrohr aus Stahl Kunststoffrohre dürfen nur mit Schutzmantel eingesetzt werden. (Bemerkung: die in GWF 3/2000 [4.4] beschriebenen Untersuchungen geben deutliche Hinweise dafür, dass auch dieser Schutzmantel kein universelles Hindernis gegenüber Schädigungen des Kernrohres durch Punktlasten darstellt.) 50 Rohrleitungsmaterialien 4.3.2 Verbindung Wie bei praktisch allen grabenlosen Einbauverfahren treten auch beim Berstlining nicht unerhebliche Kräfte an den Rohrverbindungen und am Rohrkörper auf. Deswegen bietet es sich an, hier mit der BLS®-Steckenmuffen-Verbindungen die Verbindung mit den höchsten zulässigen Zugkräften aller gängigen Rohrwerkstoffe (vlg. Seite 22 Bild 2.19) zu wählen. Gerade in stark verdichteten und felsigen Böden ist dies von besonderer Wichtigkeit, da hier extrem hohe Zugkräfte auftreten können. Zulässige Zugkräfte für die BLS®-Verbindung können dem DVGW-Arbeitsblatt GW 323 bzw. Tabelle 2.1, Seite 20 entnommen werden. Generell gilt: Die Einhaltung der maximal zugelassenen Zugkräfte ist online zu messen und zu dokumentieren. Dabei sind die Temperatur- und Zeitabhängigkeit von Kunststoffrohren von der Abminderung der zulässigen Zugkräfte zu beachten. 4.4 Zusammenfassung Duktile Gussrohre mit Zementmörtel-Umhüllung und BLS®-Verbindung sind in besonderer Weise für das Berstlining geeignet. Die wesentlichen Faktoren hierfür sind die besonders hoch belastbare BLS®-Verbindung und die extrem widerstandsfähige Zementmörtel-Umhüllung, so dass man sich sicher sein kann, eine dauerhaft sichere Leitung zu bekommen. Tabelle 4.1 Auszug aus der Referenzliste von Berstlining-Objekten mit duktilen Gussrohren der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Objekt Nennweite DN Länge [m] Jahr Erfurt 150 125 2001 Gladenbach Erdhausen 150 700 2004 100 50 2004 Bad Laasphe 100 600 2005 200 400 2007 Ober Rabenstein 250 3000 2006/07 Zittau 200 600 2007 Siegen 150 250 2007 Wien 200 450 2007 150 754 2008 300 484 2008 150 530 2009 200 300 2008 Salzburg 51 Berstlining 4.5 Literaturnachweise [4.1] Levacher, R. Erneuerungen einer Verbindungsleitung DN 400 zwischen zwei Wasserwerken im Berstlining- und Spülbohrverfahren GUSSROHRTECHNIK 40 (2006), p. 17 [4.2] Klemm, K. und Rink, W.: Einbau duktiler Gussrohre DN 250 mit dem Berstlining-Verfahren in Nähe der Burg Rabenstein bei Chemnitz GUSSROHRTECHNIK 41 (2007), p. 67 [4.3] DVGW–Merkblatt GW 323, Grabenlose Erneuerung von Gas- und Wasserversorgungsleitungen durch Berstlining ; Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung, Juli 2004 [4.4] Emmerich, P. und Schmidt, R.: Erneuerung einer Ortsnetzleitung im Berstliningverfahren [4.5] GWF Heft Wasser/Abwasser, 141. Jahrgang, Oldenburg Industrieverlag München, März 2000 – Punktbelastung an Kunststoffrohren von Uhl, Haizmann (FHW Oldenburg) 52 Literaturnachweise 53 Horizontal-Spülbohrverfahren 5. Horizontal-Spülbohrverfahren 5.1 Allgemeines Die Entwicklung dieses Verfahrens ist seit Beginn der 90er Jahre eng mit den Rohren aus duktilem Gusseisen verbunden. Bereits 1993 hatte Nöh [5.1] in orientierenden Versuchen 60 m lange Leitungen DN 150 mit formschlüssiger Verbindung eingebaut und zur Beurteilung der Oberflächenbeanspruchung wieder aus dem Bohrkanal herausgezogen. Die hervorragenden Ergebnisse bildeten die Grundlage für einen Doppeldüker 2x DN 150 von rund 200 Meter Länge, der 1994 bei Kinheim unter der Mosel, teilweise durch felsigen Untergrund, eingezogen wurde. Bild 5.1 vormontierte Rohrleitung DN 500 54 Bild 5.2 Ankunft in der Zielgrube Allgemeines Nach diesen positiven Erfahrungen ging es mit der Entwicklung rasant weiter: 1996 waren es Rohre DN 500 [5.2] (Bilder 5.1 und 5.2), 2000 rückt die Marke auf DN 600 [5.3] und 2003 wurden Rohre DN 700 in den Niederlanden mit dem Horizontal-Spülbohrverfahren eingezogen [5.4]. Zurzeit steht der Rekord – gehalten durch Rohre der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH mit BLS®-Verbindung und ZMU – bei ca. 500 Meter DN 900 in Valencia, Spanien (Bilder 5.3 bis 5.5). Parallel verlief die Entwicklung des technischen Regelwerks des DVGW mit dem Arbeitsblatt GW 321, Steuerbare horizontale Spülbohrverfahren für Gas- und Wasserrohrleitungen – Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung, welches im Oktober 2003 veröffentlicht wurde [5.5]. Bild 5.3 Montage des Rohrstrangs DN 900 im Flutgraben Bild 5.4 Im Flutgraben schwimmender Rohrstrang DN 900 Bild 5.5 Einzugsbeginn mit Barrelreamer vor dem Rohrstrang 55 Horizontal-Spülbohrverfahren 5.2 Verfahrensbeschreibung Das steuerbare horizontale Spülbohrverfahren (Horizontal Directional Drilling, HDD), im Folgenden Spülbohrverfahren genannt, ist das am weitesten verbreitete grabenlose Verfahren für die Neulegung von Druckrohrleitungen für die Gas- und Wasserversorgung. Das DVGW-Arbeitsblatt GW 321 regelt hierfür im Sinne der Qualitätssicherung Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung. Der Arbeitsablauf des Spülbohrverfahrens unterteilt sich in der Regel in die drei aufeinander folgenden Arbeitsschritte: • Pilotbohrung • Aufweitbohrung(en) • Einzug 5.2.1 Pilotbohrung Sie ist der erste Schritt zur Herstellung eines Bohrkanals von der Startstelle zur Zielgrube, in den der Rohrstrang eingezogen werden kann. Die Pilotbohrung wird mittels eines Bohrkopfes an der Spitze eines Bohrgestänges gesteuert vorgetrieben. Hierbei tritt am Bohrkopf unter hohem Druck eine wässrige Bentonitsuspension, die so genannte Bohrspülung aus, die von der Bohrmaschine durch das Bohrgestänge bis an den Bohrkopf gepumpt wird. Die Bohrspülung dient gleichzeitig dem Abtransport des gelösten Materials und der Stützung des Bohrkanals. Der Bohrkopf ist für alle Bodenarten unterschiedlich ausgebildet. Bei Sandböden reichen im Allgemeinen die Austrittsdüsen für Bild 5.6 Bohrkopf für Pilotbohrung 56 Verfahrensbeschreibung Lösen und Abtransport des Bohrkleins aus. In felsigen Böden können mit Rollenmeißeln ausgerüstete Bohrköpfe eingesetzt werden. Gesteuert wird die Pilotbohrung durch kontrolliertes Drehen der abgeschrägten Steuerfläche des Bohrkopfes, deren Ausweichbewegung durch Rotation in die gewünschte Richtung gedrängt werden kann (Bild 5.6). Die Ist-Position des Bohrkopfes wird mittels Funksignalen eines im Bohrkopf untergebrachten Senders oberhalb der Trasse angepeilt. Abweichungen von der Soll-Linie werden durch entsprechende Steuerbewegungen korrigiert. Die Steuerungsgenauigkeit ist heute so hoch, dass es gelingt, Pilotbohrungen nach über 1000 Meter Länge in einem nur einem Quadratmeter großen Zielfeld ankommen zu lassen. Bild 5.7 Werkzeug für erste Aufweitstufe Bild 5. 8 Werkzeug für zweite Aufweitstufe 5.2.2 Aufweitbohrung(en) Mit der Aufweitbohrung wird die Pilotbohrung, falls erforderlich, in mehreren Schritten mittels geeigneter Werkzeuge auf einen Durchmesser gebracht, der für den Einzug des Medienrohres ausreicht. Hierzu wird an das Pilotgestänge ein Aufweitkopf montiert, dessen Größe und Gestalt sich nach den jeweiligen Bodenverhältnissen und der Dimension des später einzuziehenden Rohres richtet (Bilder 5.7 und 5.8). Der Aufweitkopf wird unter ständiger Rotation durch das Bohrloch gezogen und weitet so die Pilotbohrung auf. Der abgebaute Boden wird mit der Bohrspülung ausgetragen, gleichzeitig stützt sie den Bohrkanal. Der Aufweitvorgang wird solange mit immer größeren Köpfen wiederholt, bis der gewünschte Innendurchmesser des Bohrkanals erreicht ist. 57 Horizontal-Spülbohrverfahren 5.2.3 Einzug Nachdem der Bohrkanal seinen endgültigen Durchmesser erreicht hat, kann der Rohrstrang eingezogen werden. An das immer noch im Bohrkanal befindliche Bohrgestänge wird ein Räumwerkzeug (Bild 5.9), anschließend ein Drehgelenk, das das Mitdrehen des Rohrstranges verhindert, und ein auf das einzuziehende Rohrleitungsmaterial abgestimmter Ziehkopf montiert (Bild 5.10). Der Ziehkopf wird kraft- und formschlüssig mit dem Rohrstrang verbunden. Die Länge des Rohrstranges hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Bei räumlich stark eingeengten Verhältnissen kann auch eine Teilstrang- oder Einzelrohrmontage erfolgen. Dafür wird der Einziehvorgang nach der jeweils möglichen Stranglänge gestoppt und ein weiterer Teil des Rohrstranges angekoppelt. Auch beim Einziehen wird Bohrspülung durch das Bohrgestänge gepumpt. Sie tritt am Räumwerkzeug aus, sorgt dabei für den Abtransport des Bohrgutes und vermindert gleichzeitig die Reibungskräfte. Die beim Einziehen auf den Neurohrstrang wirkenden Kräfte sind zu messen und zu protokollieren. Bild 5.10 Zugkopf DN 900-BLS® Bild 5.9 Räumwerkzeug 58 Allgemeine Anforderungen 5.3 Allgemeine Anforderungen Die mit der Ausführung von Spülbohrmaßnahmen beauftragten Unternehmen müssen die erforderliche Befähigung besitzen. Diese gilt als nachgewiesen, wenn das Unternehmen über ein DVGW-Zertifikat nach DVGW-Arbeitsblatt GW 301 [5.6] bzw. 302 [5.7] in der entsprechenden Gruppe GN 2 verfügt. Darüber hinaus muss in dem Unternehmen eine gemäß DVGW-Arbeitsblatt GW 329 [5.8] qualifizierte Fachaufsicht angestellt sein. 5.3.1 Rohrleitungsmaterialien Rohre und Verbindungen müssen für die verfahrensbedingten Belastungen geeignet sein. Zulässige Zugkräfte, Biegeradien bzw. Abwinkelbarkeiten sind im Anhang A des Arbeitsblattes GW 321 für die üblichen Rohrwerkstoffe Stahl, PE-X, PE 100 und GGG festgelegt (siehe auch Tabelle 2.2 im Kapitel 2). Je nach Werkstoff sind die Rohre mit einem geeigneten Außenschutz zu versehen, der das Rohr gegen Beschädigung, wie z.B. Riefenbildung, schützt. 5.3.2 Rohre aus duktilem Gusseisen Duktile Gussrohre nach DIN EN 545 (Trinkwasser) bzw. DIN EN 598 (Abwasser) sind in besonderer Weise für die grabenlose Verlegung mittels Spülbohrverfahren geeignet. Als erstes maßgebliches Merkmal ist der Rohrwerkstoff selbst zu nennen. Duktiles Gusseisen besitzt die Fähigkeit, extreme Belastungen schadlos aufzunehmen. Dementsprechend ist es auch nahezu ausgeschlossen, dass die Rohrwand jemals Schaden durch im Erdreich verborgene Gegenstände nimmt. Ein weiteres überragendes Merkmal ist die Außenbeschichtung. Duktile Gussrohre für das Spülbohrverfahren sind mit einer fünf Millimeter dicken kunststoffmodifizierten Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) nach DIN EN 15 542 [5.9] versehen. Sie verhindert wirksam eine Beschädigung des Rohrkörpers und ist für Böden beliebiger Aggressivität geeignet (DIN 30 675-2 [5.10]). Die dritte Voraussetzung für den Einsatz duktiler Gussrohre beim HDD-Verfahren ist die BLS®-Steckmuffen-Verbindung. Die form- und längskraftschlüssige BLS®-Steckmuffen-Verbindung vereinigt Funktionalität, Robustheit sowie einfache, schnelle und sichere Montage. Sie ist innerhalb weniger Minuten, selbst unter widrigsten Bedingungen, wie Eis und Schnee, ohne großen 59 Horizontal-Spülbohrverfahren Aufwand zu montieren und senkt so die Stillstandzeiten des Einzugvorgangs bei Teilstrang- oder Einzelrohrmontage auf ein kaum zu unterbietendes Minimum. Gleichzeitig besitzt sie gemäß DVGW-Arbeitsblatt GW 321 von den üblichen im Wasserleitungsbau verwendeten Rohrwerkstoffen die höchsten zulässigen Zugkräfte. Diese zulässigen Zugkräfte stehen unmittelbar nach der Verbindungsmontage ohne Abminderung sofort zur Verfügung. Abkühlzeiten oder Abminderungen der Zugkraft wegen erhöhter Rohrwand- bzw. Umgebungstemperaturen bzw. wegen längerer Einzugszeiten sind bei der Montage von Rohren aus duktilem Gusseisen unbekannt. Zulässige Zugkräfte, Betriebsdrücke und Abwinkelungen sind in Tabelle 2.1 in Kapitel 2 aufgeführt. Für die in der Tabelle aufgeführten zulässigen Zugkräfte ist in den Nennweiten DN 80 bis 250 der Einsatz eines zusätzlichen Hochdruckriegels vorgeschrieben. Die angegebenen Betriebsdrücke und Zugkräfte basieren auf einer Wanddickenklasse K9. Höhere Werte, sowohl für Betriebsdruck als auch für Zugkraft, sind z.B. durch Erhöhung der Wanddickenklasse möglich. Bei Abwinklungen ≤ 0,5° pro Verbindung können die angegebenen Werte um weitere 50 kN angehoben werden. Durch die möglichen Abwinklungen von bis zu 5° in jeder Verbindung kann ein minimaler Kurvenradius von nur 69 Meter realisiert werden. Hinsichtlich des Verbindungsschutzes stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: • Manschette aus wärmeschrumpfendem Material nach DIN 3072 • Manschette aus wärmeschrumpfendem Material nach DIN 3072 mit Stahlblechkonus • ZM-Schutzmanschette mit Stahlblechkonus Die Wahl des Muffenschutzes hängt maßgeblich vom gewählten Einbauverfahren ab. Rohre aus duktilem Gusseisen können grundsätzlich in zwei Verfahrensvarianten eingezogen werden: 1. Rohrstrang- bzw. Teilstrangeinzug 2. Einzelrohreinzug Für die erste Variante, den Rohrstrangeinzug, spricht, dass ein Rohrstrang zunächst aus einzelnen Rohren zusammengefügt, mit Wasser gefüllt und druckgeprüft wird, bevor er dann in den inzwischen fertig gestellten Bohrkanal eingezogen wird. Lange Zeit war diese Variante sogar von Bauversicherungen vorgeschrieben worden, weil diese Variante für die sicherste gehalten wurde. Während des Einzuges wird der Zug nur noch für die Zugstangendemontage auf der Maschinenseite kurzzeitig unterbrochen. Diese Zeit muss so kurz wie möglich gehalten werden, damit nicht der Thixotropie-Effekt an der Bohrspülung einsetzt, bei dem sie sich verfestigt. 60 Allgemeine Anforderungen Voraussetzung für dieses Verfahren ist ausreichend Platz zum Aufbau des Rohrstranges oder von nebeneinander liegenden Teilsträngen. Nachteilig wirkt sich das Gesamtgewicht des Rohrstranges aus, welches die erforderlichen Zugkräfte wegen der Reibung des Stranges auf dem Untergrund erhöht. Sie kann z.B. durch mit Gleitmittel eingefettete Blechbahnen vermindert werden, auf denen der Rohrstrang montiert wird, oder durch aufgeblasene Gummirollen. Stehen mit Wasser gefüllte Kanäle zur Verfügung, kann der Strang darin schwimmen (Bild 5.4). Generell kann festgestellt werden, dass der Strangeinzug (Bild 5.1) den Vorteil der Punktbaustellen grabenloser Einbauverfahren zunichte macht. Dies gilt grundsätzlich für Rohre aus allen Rohrwerkstoffen. Die zweite Variante, der Einzelrohreinzug wiederum, ist für kleine, punktuelle Baustellen bestens geeignet. Dabei ist zu beachten, dass bei Rohren, welche durch Schweißen zu Leitungssträngen gefügt werden müssen, der Rohreinzeleinzug generell nicht angewandt werden kann, weil die Zeitdauer für das Schweißen, Abkühlen und Prüfen der Schweißung zu lang ist. Das Festwerden der Bohrspülung infolge der Thixotropie ist die unvermeidbare Folge. 7-8m Bild 5.11 Prinzipskizze einer Montagegrube Genau hier liegt der Vorteil der BLS®-Verbindung. Die Montagedauer der BLS®-Verbindung von Buderus ist ähnlich kurz wie die Zeit, die für die Demontage des Zuggestänges auf der Maschinenseite benötigt wird (siehe Tabelle 2.4 in Kapitel 2). Damit bekommen Rohre aus duktilem Gusseisen mit BLS®-Verbindung einen uneinholbaren Vorsprung vor den Rohren aus anderen Werkstoffen, wenn man von den als Ringbundware gelieferten PE-Rohren absieht. Der Platzbedarf an der Rohreinzugseite ist nur unwesentlich größer als eine Rohrlänge, meist reichen Baugruben von sieben bis acht Meter Länge aus (Bild 5.11), oder die Rohre werden auf einer Montagerampe gefügt. Die punktuelle Baustelle wird mit diesen Rohren möglich. Es müssen keine Kräfte aus Reibung auf dem Untergrund berücksichtigt werden, meist kann sogar die nächst kleinere Maschine eingesetzt 61 Horizontal-Spülbohrverfahren werden, was ebenfalls positive Auswirkungen auf der Kostenseite zur Folge hat. Die Einzelrohrmontage auf einer Rampe hat zudem den Vorzug, dass die Arbeiten in Augenhöhe, quasi unter Werkstattbedingungen, ausgeführt werden können, was vom ergonomischen Gesichtspunkt von Bedeutung ist (Bild 5.12). Außerdem ist die Verbindungsmontage auf einer Rampe mit einigem Abstand vom Schmutz und Schlamm hinsichtlich der trinkwasserhygienischen Randbedingungen und der späteren Freigabe von unschätzbarem Vorteil. Bild 5.12 Montagerampe Bild 5.13 ZM-Schutzmanschette mit Stahlblechkonus Es leuchtet ein, dass der Geschwindigkeitsgewinn der geschilderten Verfahrensvariante nicht durch die Applikation einer wärmeschrumpfenden Manschette zunichte gemacht werden darf. Hier ist die Domäne der einfach und schnell zurückstülpbaren ZM-Schutzmanschette, die mit einem Blechkonus vor den unbekannten Rauigkeiten im Bohrkanal geschützt wird. Dieser wird zusammen mit der ZM-Schutzmanschette vor der Rohrmontage über die Rohrmuffe geschoben und nach Montage der Verbindung in Position gebracht (Bild 5.13) und ggf. umgebördelt. 62 Allgemeine Anforderungen Die Tabelle 5.1 gibt einen Überblick über die Möglichkeiten der Nachumhüllung bei den unterschiedlichen Verfahrensvarianten: Tabelle 5.1: Möglichkeiten der Nachumhüllung der Verbindung Variante Außenschutz Verbindungsschutz Einzelrohreinzug ZMU ZM-Schutzmanschette mit Stahlblechkonus (Teil-)Rohrstrangeinzug ZMU ZM-Schutzmanschette oder Schrumpf-Manschette mit Stahlblechkonus 1) 1) Informationen hierzu sind unseren Produktkatalogen zu entnehmen. Schrumpfmanschetten aus Bandmaterial sollten, wenn möglich, bei Spülbohrobjekten vermieden werden. Die beiden bereits erwähnten Einbaumethoden, die Einzelrohrmontage und das Einziehen eines vormontierten (Teil-)Rohrstrangs, werden je nach Platzangebot der Baustelle praktiziert. In innerstädtischen, bebauten Bereichen kommt größtenteils die Einzelrohrmontage in Betracht. Hierfür ist eine Startgrube von ca. sieben bis acht Meter Länge erforderlich. Die Montage und der Muffenschutz finden in der Baugrube statt. Noch geringer kann der Eingriff in die Straßenoberfläche werden, wenn die Rohre auf einer ortsbeweglichen Rampe gefügt werden. Abhängig von den Randbedingungen, wie Nenndurchmesser, Untergrund und Vorbereitung der Gleitfläche des Rohrstrangs, sind Längen von einigen hundert Metern einziehbar. Beispiel: GGG DN 200 mit Zementmörtel-Umhüllung, BLS®-Verbindung und Hochdruckriegel, Wanddickenklasse K9 • zulässige Zugkraft Fzul: 350 kN (PFA 64 bar) • Rohrgewicht GRohr: 271,5 kg = 45,25 kg/m ≈ 0,46 kN/m • Reibungsbeiwert µ = 1,0 Somit ergibt sich eine zulässige Länge des Rohrstrangs nach der Formel: Lzul = Fzul / (GRohr * µ) = 350 kN / (0,46 kN/m * 1,0) ≥ 760 m In vielen Fällen stellt sich ein Reibungsbeiwert µ von deutlich unter 1,0 ein, so dass noch wesentlich größere Längen realisierbar wären. So wurden bei einer Reihe von Zugkraftmessungen an Rohren DN 400 Reibbeiwerte zwischen 0,55 und 1,0 gefunden, im Mittel war µ = 0,78. [5. 11] 63 Horizontal-Spülbohrverfahren 5.4 Zusammenfassung Duktile Gussrohre mit kunststoffmodifizierter Zementmörtel-Umhüllung und BLS®Steckmuffen-Verbindung der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH sind in ihrer heutigen Form nicht nur für den Einbau im offenen Graben geeignet, sondern darüber hinaus eine interessante Alternative, wenn es um moderne grabenlose Einbau-Verfahren, wie das steuerbare horizontale Spülbohren, geht. Sie vereinigen einfachste, schnell und unter fast allen Bedingungen zu montierende, aber gleichzeitig auch hoch belastbare Verbindungstechnik mit einem den Anforderungen gewachsenen Beschichtungssystem. Darüber hinaus widersteht das Rohr praktisch allen beim Spülbohren auftretenden externen Belastungen und weist die mit Abstand längste technische Nutzungsdauer aller Rohrwerkstoffe gemäß DVGW-Hinweis W 401 [5.12] auf. Duktile Gussrohre sind die richtige Wahl, wenn es darum geht, eine nachhaltige Investition zu tätigen. Dass sich diese Tatsache bereits herumgesprochen hat, beweist eine Vielzahl von Objekten, die in den letzten Jahren und Jahrzehnten mittels der steuerbaren horizontalen Spülbohrtechnik realisiert wurden. Die in Tabelle 5.2 aufgeführte Referenzliste kann hiervon nur einen kleinen Teil der interessantesten Spülbohrprojekte aufzeigen. 64 Referenzliste Tabelle 5.2: Referenzliste der wichtigsten HDD-Projekte der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Nennweite DN Länge [m] Jahr Berlin – Stahnsdorf Objekt 250 600 2008 Gent – Belgien 600 384 2008 Valencia, Spanien 900 540 2007 Blankenfelde Mahlow, Kreuzung L40 300 90 2006 Schwante, Dorfstraße 300 192 2006 Nieder Neuendorf, Düker Havelkanal 200 360 2006 Wolfenbüttel 500 246 2006 Halle, Maxim-Gorki-Straße 150 286 2006 Rügen, Prora 3. BA 300 250 625 450 2005 Großbeeren, Kleinbeerener Straße 300 126 2005 Nieder Neuendorf, 1 BA 200 366 2005 Eichwalde 300 126 2004 Berlin Frohnau 100 78 2004 Münster bei Dieburg 100 90 2004 Dieburg, Groß-Umstädterstr. 150 208,50 2004 Pegau 300 300 1998 Schönebeck, Abwasserdruckleitung 500 220 1997 Rostock 500 180 1997 Wutha 400 550 1997 Henningsdorf 500 422 1996 Oranienburg 500 432 1996 Frankfurt am Main 100 180 155 90 80 70 1996 Offenbach 100 100 270 280 1995 Kinheim, Moseldüker 150 2 x 172 1994 Diese Referenzliste stellt lediglich einen kleinen Auszug der mit Rohren aus duktilem Gusseisen realisierten Spülbohrobjekte dar und soll einen Überblick über die Möglichkeiten und unseren Erfahrungsschatz bei solchen Baumaßnahmen geben. 65 Horizontal-Spülbohrverfahren 5.5 Literaturnachweise [5.1] [5.2] [5.3] [5.4] [5.5] 66 Nöh, H.: Moseldüker Kinheim, grabenloser Einbau von Gussrohrleitungen mit der FlowTex-Großbohrtechnik GUSSROHRTECHNIK 30 (1995) p. 25 Hofmann, U. u. Langner, T.: Einziehen eines 432 m langen Rohrstranges DN 500 mit gesteuerter Horizontalbohrtechnik – ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz in Oranienburg an der Havel GUSSROHRTECHNIK 32 (1997) p. 5 Fitzthum, U.; Jung, M. u. Landrichter, W.: Eine Baumaßnahme der besonderen Art: 1100 m Leitungsbau mit duktilen Gussrohren DN 600 blieb von den Anliegern in Fürth unbemerkt GUSSROHRTECHNIK 35 (2000) p. 33 Renz, M.: Rekordpremiere mit duktilen Gussrohren DN 700 im Spülbohrverfahren in den Niederlanden GUSSROHRTECHNIK 37 (2003) p. 36 DVGW Arbeitsblatt GW 321: Steuerbare horizontale Spülbohrverfahren für Gas- und Wasserrohrleitungen – Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung, Okt. 2003 Literaturnachweise [5.6] DVGW Arbeitsblatt GW 301: Qualifikationskriterien für Rohrleitungsbauunternehmen Juli 1999 [5.7] DVGW Arbeitsblatt GW 302: Qualifikationskriterien an Unternehmen für grabenlose Neulegung und Rehabilitation von nicht in Betrieb befindlichen Rohrleitungen, Sept. 2001 [5.8] DVGW Arbeitsblatt GW 329: Fachaufsicht und Fachpersonal für steuerbare horizontale Spülbohrverfahren; Lehr- und Prüfplan, Mai 2003 [5.9] DIN EN 15542: Rohre, Formstücke und Zubehör aus duktilem Gusseisen – Zementmörtelumhüllung von Rohren – Anforderungen und Prüfverfahren, Juni 2008 [5.10] DIN 30675-2: Äußerer Korrosionsschutz von erdverlegten Rohrleitungen; Schutzmaßnahmen und Einsatzbereiche bei Rohrleitungen aus duktilem Gusseisen., April 1993 [5.11] Renz, M.: Premiere des Spülbohrverfahrens mit duktilen Gussrohren DN 400 bei Einzelmontage in den Niederlanden GUSSROHRTECHNIK 40 (2006) p. 13 [5.12] DVGW Hinweis W 401: Entscheidungshilfen für Rehabilitation von Wasserrohrnetzen 67 Raketenpflugverfahren 6. Einbau von Rohren aus duktilem Gusseisen mit dem Raketenpflugverfahren 6.1 Allgemeines Seit längerem werden im ländlichen Raum in Trassen ohne bisher vorhandene Infrastruktur oder sonstige Hindernisse Kabel und Kunststoffrohrleitungen von der Trommel aus eingepflügt. Dies geschieht vorzugsweise entlang von Wirtschaftswegen am Rande landwirtschaftlich genutzter Flächen. Im Jahre 2000 wurde das Verfahren mit Rohren aus duktilem Gusseisen erstmalig im Rahmen eines Forschungsprojektes erfolgreich erprobt und in der Zwischenzeit zum Standardverfahren weiterentwickelt, welches nun auch im Technischen Regelwerk des DVGW und der DWA Einzug gehalten hat. Für den Einbau von duktilen Gussrohren wird das Nachziehpflugverfahren nach ATVDVWK-Merkblatt M 160 [6.1] und DVGW Arbeitsblatt GW 324 [6.2] angewandt. 6.2 Verfahrensbeschreibung Durch einen raketenkopfförmigen Aufweitkörper am unteren Ende eines Pflugschwertes wird ein Hohlraum erzeugt. In diesen Hohlraum wird im gleichen Arbeitsschritt der an dem Aufweitkörper angehängte Rohrstrang eingezogen. Bild 6.1 zeigt das Prinzip des Verfahrens. Es ist bisher mit den Nennweiten DN 80 bis DN 300 eingesetzt worden. Die erforderliche Maschinentechnik besteht aus einem Zugfahrzeug (Bild 6.2) und einem Pflug (Bild 6.3) mit Pflugschwert. Zur vertikalen Konstanz der Rohrtrasse bei wechselndem Geländeprofil kann die Eintauchtiefe des Schwertes hydraulisch gesteuert werden. Rohrstrang mit zugfester Verbindung Startgrube AufweitTrassenwarnband körper Bild 6.1 Raketenpflugverfahren 68 Raketenpflug Zugfahrzeug Seilwinde Pflugschwert Zugseil Stützschwert Verfahrensbeschreibung Bild 6.2 Zugfahrzeug Bild 6.3 Pflug auf Tieflader Bild 6.4 Zugfahrzeug mit Stahlseil Der Pflug wird über ein Stahlseil (Bild 6.4) mit dem Zugfahrzeug verbunden, welches sich zur Abtragung der Zugkräfte in den Baugrund mittels Schild auf dem Boden abstützen kann. Die längskraftschlüssig verbundene Leitung aus duktilen Gussrohrleitungen wird entlang der Trasse ausgelegt. Anschließend wird der Rohrstrang an den Aufweitkörper (Bild 6.5) angehängt und über eine Startgrube mit geneigter Rampe (Bild 6.6) in den Boden (Bild 6.7) eingepflügt. Die Länge der Startgrube ist abhängig von der Abwinkelbarkeit der längskraftschlüssigen Steckmuffenverbindung. Bild 6.6 Startgrube Bild 6.5 Pflugschwert mit Aufweitkörper Bild 6.7 Einpflügvorgang 69 Raketenpflugverfahren 6.3 Außenbeschichtung Für das Raketenpflugverfahren kommt dem Rohraußenschutz eine besondere Bedeutung zu, da der angehängte Rohrstrang zumeist ohne Gleitmittel (Bentonit o.ä.) in den anstehenden Boden eingepflügt wird. Da die genauen Untergrundverhältnisse zumeist nicht exakt bekannt sind, ist eine hoch belastbarer Rohraußenbeschichtung erforderlich, die auch bei extremer mechanischer Belastung unbeschädigt und somit für die Lebensdauer der Rohrleitung wirksam bleibt. Für duktile Gussrohre wird hierfür eine mit Kunststoff modifizierte Zementmörtel-Umhüllung (Bild 6.8) nach DIN EN 15 542 [6.3], eingesetzt. Als Muffenverbindungsschutz wird PE-Schrumpfmaterial (Bild 6.9) nach DIN 30 672 [6.4] mit einem zusätzlichen Blechkonus (Bild 6.10), als mechanischem Schutz des Schrumpfmaterials während des Einziehvorganges, oder eine ZM-Schutzmanschette mit mechanisch schützendem Stahlblechkonus eingesetzt. ZementmörtelUmhüllung ZementmörtelAuskleidung duktiles Gusseisen Zink-Überzug Bild 6.8 Kunststoffmodifizierte ZementmörtelUmhüllung Bild 6.9 Verbindungsschutz Bild 6.10 Stahlblechkonus 70 Außenschutz, Verbindung, Zugkräfte, Kurvenradien 6.4 Verbindung Für das Raketenpflugverfahren wird die längskraftschlüssige BLS®-Steckmuffenverbindung (Bild 6.11) verwendet. Im Nennweitenbereich DN 80 bis DN 250 wird diese BLS®Verbindung zur Maximierung der Zugkraftübertragung durch einen Hochdruckriegel (Bild 6.12) ergänzt. Sicherung Riegel links Riegel rechts Hochdruckriegel Bild 6.11 BLS®-Verbindung Bild 6.12 Verbindung mit Hochdruckriegel 6.5 Zulässige Zugkräfte und minimale Kurvenradien Die zulässigen Zugkräfte und die minimalen Kurvenradien sind im DVGW Arbeitsblatt GW 324 und im ATV-Merkblatt ATV-DVWK-M 160 (Tabelle 1) angegeben bzw. siehe Tabelle 2.1 in Kapitel 2. Die in dem DVGW-Arbeitsblatt und ATV-DWA-Merkblatt aufgeführte VRS-Verbindung entspricht dabei, in Bezug auf die Konstruktion der längskraftschlüssigen Verbindungselemente, zu 100 Prozent der BLS®-Steckmuffenverbindung. Bild 6.13 BLS®-Zugkopf 71 Raketenpflugverfahren 6.6 Einsatzbereiche und Vorteile des Einbauverfahrens Das Raketenpflugverfahren ist besonders für den Einbau von Rohrleitungen in ländlichen Gebieten und Wasserschutzgebieten geeignet. Die Kreuzung kleiner, flacher Gewässer und der Einbau in Böschungen stellen für dieses Einbauverfahren keine technischen Probleme dar. Der Einbau unter dem Grundwasserspiegel ist ebenfalls möglich. Das Gelände muss unbefestigt sein und darf keine größeren Hindernisse im Trassenbereich aufweisen. Die genaue Lage der kreuzenden Leitungen muss im Vorfeld genau bekannt sein. Das Raketenpflugverfahren eignet sich sehr gut in Bodenarten, die sich leicht verdrängen lassen. Zu den verdrängbaren Böden zählen Kies-Schluff-Gemische, Kies-Ton-Gemische, SandSchluff-Gemische, Sand-Ton-Gemische in lockerer Lagerung. Mit dem Einzug der Rohrleitung können gleichzeitig zusätzliche Schutzrohre, Kabel und Warnbänder eingebaut werden (Bild 6.14). Zur Verfüllung des Ringraums oder zur Verringerung der Reibungskräfte kann eine Bentonitsuspension eingebracht werden. Einzelne Rohrleitungsstränge werden untereinander mittels U-Stücken (Bilder 6.15 und 6.16) verbunden. Bild 6.14 Rohrleitung, Schutzrohr und Warnband Bild 6.15 Verbindung der Rohrleitungsstränge Bild 6.16 Verbindung mittels U-Stück Bild 6.17 Geländeoberfläche nach dem Einzug 72 Einsatzbereiche, Vorteile, Referenzen Die nach dem Einzug der Rohrleitung vorhanden Oberflächenverwerfungen (Bild 6.17) werden anschließend durch Überfahren mit dem Bagger wieder geglättet. Weitere Vorteile des Raketenpflugverfahrens sind: • geringe Einbaukosten gegenüber konventioneller Bauweise • kurze Bauzeiten • kein Oberbodenabtrag nötig • geringe Trassenbreiten (bis ca. sechs Meter) • keine Bodenvermischung • Einbautiefen bis zwei Meter. Hervorzuheben sind die erzielbaren Einbaugeschwindigkeiten: sie liegen in der Regel zwischen zwei und sieben Metern pro Minute. Tabelle 6.1 enthält einige der in den letzten Jahren ausgeführten Leitungsbauprojekte mit dem Raketenpflugverfahren Tabelle 6.1: Auszug aus der Referenzliste „Einpflügen duktiler Gussrohre“ Lfd. Nr Ort Nennweite Länge Laue-Poßdorf (bei Delitzsch) 200 1.248 m 2 Impfingen 150 797 m 3 Hergenstadt 150 2.500 m 1 4 Untersollbach 150 2.037 m 5 Bad Wimpfen im Tal 200 800 m 73 Raketenpflugverfahren 6.7 Literaturnachweise [6.1] DVGW Arbeitsblatt GW 324 – Fräs- und Pflugverfahren für Gas- und Wasserrohrleitungen; Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung, August 2007 [6.2] ATV-DVWK-Merkblatt M 160 Fräs- und Pflugverfahren für den Einbau von Abwasserleitungen und -kanälen, Oktober 2003 [6.3] DIN EN 15542: Rohre, Formstücke und Zubehör aus duktilem Gusseisen – Zementmörtelumhüllung von Rohren – Anforderungen und Prüfverfahren, Juni 2008 [6.4] DIN 30672: Organische Umhüllungen für den Korrosionsschutz von in Böden und Wässern verlegten Rohrleitungen für Dauerbetriebstemperaturen bis 50° C ohne kathodischen Korrosionsschutz – Bänder und schrumpfende Materialien, Dez. 2000 74 Literaturnachweise 75 Langrohrrelining 7. Erneuerung von Ver- und Entsorgungsleitungen mit Rohren aus duktilem Gusseisen nach dem Relining-Verfahren 7.1 Allgemeines Bei der Leitungserneuerung mittels Reliningverfahren wird eine neue Leitung in eine vorhandene Leitung eingezogen oder eingeschoben. Dies führt immer zu einer Verkleinerung des hydraulischen Leitungsquerschnittes. Beim Relining mit Rohren aus duktilem Gusseisen hängt die Verkleinerung des Leitungsquerschnittes vom Muffenaußendurchmesser der neuen Leitung ab. Die hydraulische Leistungsfähigkeit der Leitung wird reduziert. Dies wird zum Teil durch die glatte Innenoberfläche (geringe Wandrauheit) der neuen Leitung kompensiert. Alte Leitungen sind innen oft inkrustiert und besitzen daher eine große Wandrauheit. Das Relingverfahren kann für Trinkwasserleitungen, Brauchwasserleitungen, Abwasserdruckleitungen und Abwasserfreigefälleleitungen eingesetzt werden. In Deutschland geht der Trinkwasserverbrauch der Bevölkerung und der Industrie zurück. Daher bringt eine Verkleinerung des hydraulischen Querschnittes einer Leitung oft Vorteile für die Betreiber, weil die Fließgeschwindigkeit des Wassers wieder angehoben und die Verweilzeit des Trinkwassers in der Leitung verkürzt wird, wodurch oft hygienische Probleme vermieden werden können. Auch bei Abwasserleitungen erhöht sich mit dem Relining die Fließgeschwindigkeit, wodurch in vielen Fällen ein Absetzen der im Abwasser mitgeführten Feststoffe vermieden wird. Wegen abgesetzter Feststoffe müssen Abwasserleitungen oft in relativ kurzen Intervallen mittels Hochdruckspülung oder Molchen gereinigt werden. Bei allen Leitungen mit nicht zu kurzen Abständen von Richtungsänderungen oder seitlichen Anschlüssen ist eine Erneuerung mit dem Reliningverfahren immer wirtschaftlicher als die Erneuerung durch eine Neulegung im offenen Rohrgraben. Dies gilt vor allem für Leitungstrassen unter befestigten Oberflächen (z. B. Verkehrsflächen) oder in bebauten Gebieten. 76 Verfahrensbeschreibung, Einziehen 7. 2 Verfahrensbeschreibung Rohre aus duktilem Gusseisen nach DIN EN 545 [7.1] oder DIN EN 598 [7.2] werden beim Reliningverfahren in die alte, vorhandene Leitung auf den Muffen schleifend eingezogen oder eingeschoben. Wichtig ist dabei eine gute Vorbereitung der Altleitung. Bei den in der Vergangenheit durchgeführten Maßnahmen hat es sich gezeigt, dass sich bei einer guten Vorbereitung der Altleitung – Entfernen von Inkrustierungen (Bild 7.1), Verschließen von Muffenspalten in der Rohrsohle, Auftragen von Gleitmittel in der Rohrsohle usw. – immer ein Reibbeiwert von µ < 1,0 erzielen lässt. Im Regelfall wird der zwischen Altrohr und Neurohr verbleibende Ringraum mit einem alkalischen Dämmer verfüllt. Geschieht dies, sind duktile Gussrohre mit Außenbeschichtung, Zinküberzug und Deckbeschichtung ausreichend (Bild 7.2): Anderenfalls sind Rohre mit Zementmörtel-Umhüllung einzusetzen. Bild 7.1 Hochdruckreinigung der alten Leitung Bild 7.2 Verdämmen des Ringraums 7.2.1 Einziehen Beim Einziehen ist die formschlüssige längskraftschlüssige BLS®-SteckmuffenVerbindung (Bild 7.3) einzusetzen. Bild 7.3 Schnittdarstellung der BLS®-Steckmuffen-Verbindung DN 80 bis 500 und DN 600 bis DN 1000 77 Langrohrrelining Die zulässigen Zugkräfte, die maximale mögliche Abwinkelbarkeit der BLS-Steckmuffen-Verbindung sowie der mögliche Mindestradius können der Tabelle 2.2 im Kapitel 2, bzw. dem DVGW Arbeitsblatt GW 320-1 [7.3] entnommen werden. Höhere Werte, sowohl für Betriebsdruck als auch für Zugkraft, sind z.B. durch Erhöhung der Wanddickenklasse möglich. Bei Abwinklungen ≤ 0,5° in der Muffe können die angegebenen Werte um weitere 50 kN angehoben werden. Bewährt hat sich das Einziehen des neuen Rohrstranges mit Zugstangen (Bild 7.4). In [7.4] wird darüber berichtet. Das Einziehen mit Seilwinde und Stahlseil wird ebenso wie der Einsatz von reibschlüssigen, längskraftschlüssigen Verbindungen nicht empfohlen. Zum Einziehen des neuen Rohrstranges wird immer ein Zugkopf benötigt. Dieser wird aus einer BLS®-Steckmuffe gefertigt (Bild 7.5). Zugköpfe können den ausführenden Unternehmen von der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH leihweise gegen eine Kaution und eine Leihgebühr zur Verfügung gestellt werden. Bei der Erneuerung mit dem Reliningverfahren sind stets mindestens zwei Baugruben erforderlich. Deren Größe hängt von der eingesetzten Zugeinrichtung ab. Aufgrund der Rohrlänge von sechs Meter sollte die Montagegrube mindestens acht Meter lang sein. Die Breite der Montagegrube richtet sich nach der einzubauenden Nennweite (Bild 7.6). Bild 7.4 Darstellung Rohr mit Zugkopf und Zuggestänge 78 Bild 7.5 BLS® -Zugkopf Verfahrensbeschreibung, Einschieben 7.2.2Einschieben BeimEinschiebenwerdenRohreausduktilem Gusseisen mit der nicht längskraftschlüssigen TYTON®-Steckmuffen-Verbindung in die alte Leitung eingeschoben. Dabei wird die axiale Schubkraft über die Stirnfläche des Einsteckendes in den Muffengrund der TYTON®-Muffe übertragen. Da die Einsteckenden der Rohre angeschrägt (angefast) sind, steht nicht der gesamte Rohrwandquerschnitt (Bild 7.7) zur Übertragung der axialen Schubkraft zur Bild 7.6 Darstellung einer Baugrube Verfügung. Des Weiteren muss der nach DIN EN kleinstmögliche Außendurchmesser der Rohre berücksichtigt werden. Die Druckfestigkeit von duktilem Gusseisen beträgt σD = 0 N/mm². Ohne Berücksichtigung eines Sicherheitsbeiwertes ist damit eine Presskraft von P = σD x AWand möglich, wobei AWand die Querschnittsfläche der kraftübertragenden Gusswand darstellt. Bild 7.7 Kraftübertragung beim Einschieben 79 Langrohrrelining Die zulässigen Einschubkräfte sind im DVGW-Arbeitsblatt GW320-1 vom Januar 2009 hinterlegt. Die dort angegebenen Werte enthalten keine Sicherheitsbeiwerte. Vor Planung bzw. Baubeginn empfehlen wir, sich mit unserer Anwendungstechnik zur Abstimmung der jeweiligen Werte in Verbindung zu setzen. Je nach Trassenverlauf (Steigung, Radien) und Zustand der Altleitungen sind unterschiedliche Sicherheitsbeiwerte zu wählen. Tabelle 7.1 Zulässige Einschubkräfte nach DVGW-Arbeitsblatt GW320-1 von Rohren aus duktilem Gusseisen (muffenunabhängig, ohne Sicherheitsbeiwert – dieser muss den örtlichen Gegebenheiten, d. h. insbesondere den Kurvenradien und Abwinkelungen, angepasst und mit der Anwendungstechnik der BGW abgestimmt werden). DN 80 Außendurchmesser ds [mm] Wanddickenklasse Wanddicke smin [mm] zul. Druckspannung σzul [N/mm2] zul. Einschubkraft Fzul [kN] 80 98 K 10 4,7 550 138 100 118 K 10 4,7 550 168 125 144 K9 4,7 550 206 150 170 K9 4,7 550 244 200 222 K9 4,8 550 339 250 274 K9 5,2 550 513 300 326 K9 5,6 550 723 350 378 K9 6 550 968 400 429 K9 6,4 550 1246 500 532 K9 7,2 550 1912 600 635 K9 8 550 2750 700 738 K9 8,8 550 2425 800 842 K9 9,6 550 3350 900 945 K9 10,4 550 4330 1000 1048 K9 11,2 550 5500 Verfahrensbeschreibung, Einschieben Bild 7.8 Einschieben eines Rohres In [7.5] und [7.6] wird über Reliningmaßnahmen nach diesem Verfahren berichtet. (Bild 7.8) Beim Einschieben wird stets das Einsteckende voran in die Muffe des zuletzt eingebauten Rohres geschoben. Das Einsteckende des ersten eingebauten Rohres ist mit einem Zentrierkopf (Bild 7.9) zu versehen. Dieser kann von der Buderus Giesserei Wetzlar GmbH leihweise zur Verfügung gestellt werden. Wie beim Einziehen sind mindestens zwei Baugruben erforderlich. Die Größe der Pressund Montagegrube ist abhängig von der Rohrlänge (üblicherweise sechs Meter), der eingesetzten Presseinrichtung und der Nennweite der einzubauenden Rohre. Die Größe der Zielgrube hängt von der Nennweite und evtl. sonstiger Einbauten ab. Bild 7.9 Zentrierkopf mit Gleitkufen 81 Langrohrrelining 7.3 Außenbeschichtung Wird der zwischen Altrohr und Neurohr verbleibende Ringraum mit einem alkalischen Dämmer verfüllt, benötigen die Rohre lediglich die Außenbeschichtung aus einem Zink-Überzug mit Deckbeschichtung. Die Muffe wird mittels Stahlblechkonus geschützt (Bild 7.10). Wird der verbleibende Ringraum nicht verfüllt, empfehlen wir Rohre mit Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) nach DIN EN 15 542 [7.7] einzusetzen. Die Muffenverbindungen werden mit ZM- Schutzmanschetten aus Gummi oder PE-Schrumpfmaterial nach DIN 30 672 [7.8] geschützt. Die Muffenverbindungen erhalten beim Einziehen und Einschieben zusätzlich einen mechanischen Schutz (Bild 7.10). Bild 7.10 Duktiles Gussrohr mit Stahlblechkonus 7.4 Vorteile duktiler Gussrohre Bild 7.11 Duktiles Gussrohr mit ZMU, Duktile Gussrohre sind hoch belastbar. Es Schrumpfmuffe und Stahlblechkonus ist sichergestellt, dass alle von außen und innen auf die Leitung einwirkenden Kräfte wie bei einer neuen, im offenen Rohrgraben eingebauten Leitung problemlos aufgenommen werden. Dies ist unabhängig vom Zustand, dem Verhalten und der Standsicherheit der alten Leitung. Bei Rohren aus Kunststoff ist dies nicht immer sichergestellt. Der wirtschaftliche Vorteil ergibt sich aus der schnell und sicher zu montierenden TYTON®-Steckmuffen-Verbindung. Je nach Leitungsart und Nennweite müssen in den meisten Fällen bei Stahlrohren und auch bei Kunststoffrohren die Verbindungen geschweißt werden. Dies ist in der Regel sehr zeitaufwändig. Während geschweißt wird, muss das restliche Baustellenpersonal pausieren, alle Maschinen und sonstigen Einrichtungen stehen still. Des Weiteren spricht die lange technische Nutzungsdauer für Buderus-Rohre aus duktilem Gusseisen. 82 Außenschutz, Vorteile, Referenzen 7.5 Referenzen Lfd. Nr. Ort Jahr Altrohr Neurohr Länge [m] Verfahren 1 Berlin, Togostraße 2003 DN 1000 AZ DN 800 GGG 160 Einziehen 2 Berlin, B 101 Landesgrenze 2005 Doppelleitung- 2x DN 1000, GG u. Stahl 2x DN 800 GGG 2x 1100 Einschieben 3 Berlin, Berliner Allee 2005 DN 1000 Stahl DN 800 GGG 300 Einschieben 4 Leipzig Mölkau 2004 DN 1100 GG DN 900 GGG 372 Einschieben 5 Leipzig, Fernleitung Thallwitz 2005 DN 1100 GG DN 900 GGG 354 Einschieben 6 FWV ElbaueOstharz Güsten 2006 DN 1000 StB DN 800 GGG 762 Einziehen 7 Briesen, Frankfurt/Oder 2008 DN 800 Beton DN 500 GGG 16000 Einziehen 8 Berlin, Bornholmer Str. 2009 DN 900 GG DN700 GGG 750 Einziehen 9 Berlin Hauptstr. 2009 DN 1000 GG DN 800 GGG 500 Einziehen 10 Frankfurt/M 2009 DN 700 GG DN 400 GGG 1250 Einziehen 83 Langrohrrelining 7.6 Literaturnachweise [7.1] DIN EN 545 Rohre, Formstücke, Zubehörteile aus duktilem Gusseisen und ihre Verbindungen für Wasserleitungen – Anforderungen und Prüfverfahren [7.2] DIN EN 598 Rohre, Formstücke, Zubehörteile aus duktilem Gusseisen und ihre Verbindungen für die Abwasser-Entsorgung Anforderungen und Prüfverfahren [7.3] DVGW-Arbeitsblatt GW 320-1 Erneuerung von Gas- und Wasserleitungen durch Rohreinzug oder Rohreinschub mit Ringraum, Februar 2009 84 Literaturnachweise [7.4] Rink, W.: Langrohrrelining mit duktilen Gussrohren DN 800 [FGR-Heft 38] [7.5] Schnitzer, G.; Simon, H. und Rink, W.: Langrohrrelining DN 900 in Leipzig – Mölkau [FGR-Heft 39] [7.6] Bauer, A.; Simon, H. und Rink, W.: Sanierung der Thallwitzer-Fernleitung DN 1100 mit Langrohrrelining DN 900 GUSSROHRTECHNIK 40 (2006), p. 28 [7.7] DIN EN 15 542: Rohre, Formstücke und Zubehör aus duktilem Gusseisen – Zementmörtelumhüllung von Rohren – Anforderungen und Prüfverfahren, Sept. 2006 [7.8] DIN 30 672: Organische Umhüllungen für den Korrosionsschutz von in Böden und Wässern verlegten Rohrleitungen für Dauerbetriebstemperaturen bis 50° C ohne kathodischen Korrosionsschutz – Bänder und schrumpfende Materialien, Dez. 2000 85 Gesteuerter Pilotvortrieb 8. Einbau mit gesteuertem Pilotvortrieb 8.1 Allgemeines Eine interessante Variante des grabenlosen Einbaus neuer Rohrleitungen aus duktilem Gusseisen war erst im Jahr 2006 auf der Messe Wasser Berlin zu sehen [8.1]: mittels einer Vortriebsmaschine für das Microtunneling wurde eine gesteuerte Pilotbohrung über etwa 70 Meter zur Zielgrube aufgefahren. In einem zweiten Schritt wurde diese Bohrung unter Bodenentnahme durch Hilfsrohre mit Schneckenförderung auf 480 Millimeter Durchmesser aufgeweitet. Der dritte Schritt bestand im Zurückziehen dieser Hilfsrohre unter gleichzeitigem Einzeleinzug duktiler Gussrohre. Die erzielbare Genauigkeit dieser Verfahrensvariante ist so hoch, dass sogar die hohen Anforderungen des Entwurfs des DWA-Arbeitsblattes A 125 [8.2] für Freigefällekanäle erreicht wurden. 8.2 Verfahrensbeschreibung Der erste Schritt ist die Pilotbohrung. Das Pilotrohr wird vom Startschacht aus in die Zielbaugrube durch den verdrängungsfähigen Boden gepresst. Mit Hilfe einer optischen Gasse, einem Steuerkopf, einem Theodolit mit CCD-Kamera und Monitor gelingt eine zielgenaue Ansteuerung unter ständiger Kontrolle von Richtung und Neigung (Bild 8.1). 1. Pilotierung OK Gelände Startschacht Bohrtec BM 400 Bild 8.1 Schritt 1: Pilotbohrung 86 Zielschacht Pilotvortrieb Verfahrensbeschreibung Im zweiten Schritt wird die Pilotbohrung durch das Vorpressen einer Stahlschutzverrohrung mit einem Außendurchmesser von 420 Millimeter erweitert (Bild 8.2). Mit den Stahlschutzrohren werden die Rohrstücke der Pilotbohrung zum Zielschacht geschoben, dort demontiert und geborgen. Das bei der Bohrlocherweiterung entstehende Aushubmaterial wird mit einer Förderschnecke, bestehend aus ein Meter langen Teilstücken, zum Startschacht zurückgefördert. Hier wird der Boden in einem Behälter aufgenommen, mit dem Baustellenhebezeug gehoben und in Containern zur Abfuhr gesammelt (Bild 8.3). Bild 8.2 Ablassen des Mantelrohrs 2. Einpressen Mantelrohr OK Gelände Startschacht Zielschacht Mantelrohr Ø 420 zzgl. Schläuche für Bentonit Bohrtec BM 400 Aushub Förderschnecke Bild 8.3 Schritt 2: Einpressen des Mantelrohrs 87 Gesteuerter Pilotvortrieb Im dritten Arbeitsschritt wird das erste Produktrohr GGG DN 300 mit BLS®-Verbindung in den Zielschacht abgelassen (Bild 8.4) und an den Ziehkopf des vordersten Mantelrohrs gekoppelt. Die längskraftschlüssig verbundenen Mantelrohre werden nun zum Startschacht zurückgezogen; hier werden sie mit der Förderschnecke zusammen geborgen. Alle weiteren Produktrohre werden innerhalb kürzester Zeit an das bereits eingezogene Rohr gekoppelt (Bilder 8.5 und 8.6). Der Ziehkopf trägt eine Zugkraftmesseinrichtung, mit der die am Rohrstrang wirkenden Einziehkräfte gemessen und über einen späteren Ausdruck dokumentiert werden. 3. Einziehen des Produktenrohr: Startschacht Bohrtec BM 400 OK Gelände Mantelrohr Ø 420 Zielschacht GGG DN 300 Ziehkopf Zugkraft-Messeinrichtung Mantel- und Produktenrohre müssen längskraftschlüssig ausgerüstet sein Bild 8.4 Schritt 3: Einziehen der Produktenrohre Bild 8.6 Ankoppeln neues Rohr Bild 8.5 Ablassen eines Rohres in den Zielschacht 88 Außenbeschichtung, Verbindung, Sonstiges 8.3 Außenbeschichtung Die Außenbeschichtung der duktilen Gussrohre besteht bei diesem Verfahren aus kunststoffmodifiziertem Zementmörtel (ZMU) nach DIN EN 15 542. Der Verbindungsbereich ist mit einer Schrumpfmanschette zu versehen. Hierbei sollten Schrumpfmanschetten aus Bandmaterial vermieden werden. 8.4 Verbindung Da das Medienrohr beim gesteuerten Pilotvortrieb eingezogen wird, ist auch hier der Einsatz der BLS®-Verbindung notwendig. Zulässige Zugkräfte und Betriebsdrücke der BLS®-Verbindung sind in Kapitel 2, Tabelle 2.1 aufgeführt. Allerdings ist auf Grund des Überschnittes nicht mit allzu großen Zugkräften zu rechnen. 8.5 Sonstiges Die einzelnen Leitungsabschnitte können im Anschluss konventionell in den Montagegruben (ehemalige Start- und Einziehbaugruben) mit Hilfe von Standardformstücken verbunden werden. Für vollständig längskraftschlüssig ausgeführte Leitungen stehen längskraftschlüssige BLS®Überschiebemuffen nach Werksnorm zur Verfügung (Bild 8.7). Für Druckproben werden die Abschnitte mit schubgesicherten Formstücken aus dem BLS®-Programm verschlossen (Bilder 8.8, 8.9 und 8.10). Damit kann eine Abstützung der Endstücke im Verbau entfallen. Mit 420 Millimeter ist der Außendurchmesser des Mantelrohres so eingestellt, dass ein kleiner Überschnitt für die 420 Millimeter große Gussrohrmuffe entsteht. Der Schaft-Außendurchmesser der Gussrohre beträgt einschließlich der ZementmörtelUmhüllung ca. 336 Millimeter. Bild 8.7 BLS®-U-Stück Bild 8.8 BLS®-EU-Stück 89 Gesteuerter Pilotvortrieb Der daraus entstehende Ringspalt von etwa 40 Millimeter füllt sich je nach Bodenart von selbst. Zu Beeinträchtigungen der Oberfläche durch Setzungen ist es bisher nicht gekommen. Das Verfahren ist technisch ausgereift. Es kombiniert das bekannte und im Bereich des Baus von Abwasserkanälen bewährte Verfahren des gesteuerten Rohrvortriebs mit dem Einzugsverfahren längskraftschlüssiger duktiler Gussrohre. Verkehr und Umwelt werden nur geringfügig beeinträchtigt. Aufgrund der kurzen Herstellungszeiten, der Einsparung von Tiefbauarbeiten, wie z. B. verbauter Rohrgraben, Bodenzwischenlagerung, An- und Abtransport und Oberflächenwiederherstellung, Schonung der angrenzenden Infrastruktur und emissionsarmer Bauweise erweist sich dieses Verfahren als sehr wirtschaftlich. 90 Bild 8.9 BLS®-F-Stück Bild 8.10 BLS®-P-Stopfen Literaturnachweise 8.6 Literaturnachweise [8.1] Richter, D. und Rau, L.: Grabenloser Einbau von Druckrohren DN 300 im Einzug nach gesteuerter Pilotbohrung GUSSROHRTECHNIK 40 (2006), p. 52 [8.2] DWA Arbeitsblatt – A 125 Rohrvortrieb, 09/96 91 Einschwimmen 9. Einschwimmen 9.1 Allgemeines Das Einschwimmen von duktilen Gussrohren stellt wohl die außergewöhnlichste Möglichkeit des „grabenlosen“ Einbauens dar. Ab DN 250 ist der Auftrieb eines Gussrohres so groß, dass es ohne weiteren Auftriebskörper schwimmen kann. Hieraus resultieren die zwei grundsätzlichen Möglichkeiten einen Rohrstrang auf und letztendlich auch unter das Wasser zu bekommen. Bis einschließlich DN 200 sind je nach Wanddickenklasse zusätzliche Schwimmkörper notwendig, ab DN 250 kann der Rohrstrang selbsttätig schwimmend eingebracht werden. Generell sollten, auf Grund von nicht absehbaren Belastungen aus Wellengang, Absenkvorgang, Untergrundbeschaffenheit und späteren Untergrundbewegungen, etc., für das Einschwimmen nur Rohre mit der formschlüssigen BLS®-Steckmuffen-Verbindung zum Einsatz kommen. Dies wiederum bedingt, dass die Rohrleitung eingezogen werden sollte, damit die Verbindung gestreckt und damit sicher verriegelt bleibt. 9.2 Verfahrensbeschreibung 9.2.1 Einschwimmen bis DN 200 Wie bereits angedeutet, ist ein duktiles Gussrohr der Wanddickenklasse K9 bis einschließlich DN 200 nicht in der Lage selbsttätig zu schwimmen. Das heißt sein durchschnittliches Gewicht pro Meter ist größer als die zu erwartende Auftriebskraft die aus der Verdrängung des Wassers durch den Rohrkörper resultiert. Bei DN 200 ist nahezu ein Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Gewicht hergestellt. Um Rohre der Dimensionen DN 80 bis DN 200 schwimmender Weise über ein Gewässer ziehen zu können sind folglich zusätzliche Auftriebskörper erforderlich. Dies können spezielle Schwimmsäcke sein oder auch an beiden Enden verschlossene PERohrabschnitte (siehe Bilder 9.1 und 9.2). Die Auftriebskörper sind entsprechend des Rohrstranggewichtes und der Auftriebskraft der verwendeten Nennweite zu dimensionieren. 92 Verfahrensbeschreibung Bilder 9.1 und 9.2: Zugkopf mit PE-Rohren als Schwimmkörper und Schwimmsäcke für Rohrleitung DN 200 Die Tabelle 9.1. zeigt die theoretischen Gewichte (FAb) pro Meter Rohrstrang aus duktilem Gussrohr, Wanddickenklasse K9 mit BLS®-Steckmuffen-Verbindung und ZinkÜberzug und Deckbeschichtung. Weiterhin kann die theoretische Auftriebskraft (FAuf) der jeweiligen Nennweite unter Annahme einer Wichte von 10 kN/m³ des verdrängten Wassers, sowie die Differenz der beiden Werte (∆F) und das Volumen des benötigten Schwimmkörpers pro 6 m-Rohr (VSK) entnommen werden. Tabelle 9.1: Theoretische Werte für Auf- und Abtrieb, sowie für das Schwimmkörpervolumen pro Rohr DN da [mm] FAb [kN/m] FAuf [kN/m] ∆F [kN/m] VSK [m³/Rohr] 80 98 0,155 0,075 0,08 0,048 100 118 0,191 0,109 0,08 0,049 125 144 0,235 0,163 0,07 0,043 150 170 0,279 0,227 0,05 0,031 200 222 0,384 0,387 0,00 0,000 Die Schwimmkörper werden sinnvoller Weise entweder im Bereich hinter jeder Muffe platziert oder es werden mehrere Schwimmkörper pro Rohr verteilt. Des Weiteren sollte darauf geachtet werden, dass die Schwimmkörper kontrolliert zu fluten oder zu entfernen sind, damit ein koordiniertes Absenken der Leitung möglich ist. 93 Einschwimmen Je nach Platzverhältnissen oder sonstigen Zwängen, wie z.B. Gezeiten, Wetter, Terminen, kann bei duktilen Gussrohren relativ frei zwischen Einzelrohr- oder (Teil-) Strangmontage gewählt werden. Auf Grund der sehr kurzen Montagezeiten (siehe Tabelle 2.4) ist es nicht unbedingt notwendig, einen kompletten Strang aufzubauen und anschließend im Ganzen einzuziehen. Eine kompakte Baustelleneinrichtung ist durch die unkomplizierte BLS®-Verbindungstechnik ohne große Abstriche an Einzuggeschwindigkeit durchaus möglich. Die Bilder 9.3 und 9.4 zeigen Einzelrohrmontagen verschiedener Nennweiten mit BLS®-Verbindung. Bilder 9.3 und 9.4: Einzelrohrmontagen auf einem Ablaufsteg bzw. auf Rollenböcken. Nachdem der Rohrstrang durch das Gewässer bis an das andere Ufer gezogen und noch eine entsprechende Strecke dort verlängert wurde, kann nach erfolgter Dichtheitsprüfung mit dem Absenkvorgang begonnen werden. Für die Prüfung von Druckleitungen stehen im BLS®-Formstückprogramm spezielle Formstücke, wie der P-Stopfen (Bild 9.5), EU- oder F-Stücke zur Verfügung. Hierdurch kann auf einfachste Weise eine Druckprüfung ohne zusätzliche Widerlager realisiert werden. Bild 9.5: Druckprüfung an einer Leitung DN 200 mit BLS®-P-Stopfen 94 Einschwimmen Für den Absenkvorgang werden nun die Schwimmkörper kontrolliert geflutet bzw. nacheinander entfernt. Die Rohrleitung sollte jetzt zu sinken beginnen. Alternativ kann das Sinken auch durch das Füllen der Leitung mit Wasser oder durch eine Kombination aus Beiden eingeleitet werden. Sobald die Rohrleitung auf dem Grund des Gewässers liegt kann nun optional mit dem Verankern der Leitung begonnen werden. Ob dies notwendig ist hängt von den örtlichen Gegebenheiten, wie Topographie und Strömungsverhältnissen ab. Alternativ zum Verankern der Leitung kann die Leitung auch mit einem Damm oder in einen vorher gebaggerten Graben überschüttet werden (siehe Bild 9.6). Bild 9.6: Schwimmbagger 9.2.2 Einschwimmen ab DN 250 Ab DN 250 sind duktile Gussrohre der Wanddickenklasse K 9 in der Lage zu schwimmen. Das heißt, ihr Auftrieb ist größer als ihr Gewicht. Folglich werden keine weiteren Auftriebskörper benötigt, es sei denn im Leitungsverlauf befinden sind Formstücke, wie Zugkopf oder EU-Stücke, die mit ihrem Gewicht die Rohre nach unten ziehen würden. Im diesen Fall ist wie auf Bild 9.1 zu verfahren. Die Montage des Rohrstranges kann, wie schon unter Punkt 9.2.1 beschrieben, Rohr für Rohr erfolgen und anschließend jeweils um 6 Meter weitergezogen werden oder es wird ein Teilstrang oder gar der gesamte Rohrstrang auf Land vorgestreckt und anschließend in das Gewässer eingebracht. 95 Einschwimmen Der wesentliche Unterschied zu den kleineren Durchmessern besteht darin, dass für das Absenken der Rohrleitung nur das Befüllen der Rohrleitung genutzt werden kann. Hierfür sind wiederum Befüll- und Entlüftungsventile (Bilder 9.7 und 9.8) vorzusehen. Bild 9.7: Befüllventile Bild 9.8: Entlüftungsventile Nachdem die Rohrleitung auf Dichtheit geprüft und anschließend abgesenkt wurde, kann sie nun abhängig von den jeweiligen Randbedingungen in ihrer Lage gesichert werden. Hierfür spielt u.a. die Überlegung eine Rolle, dass eine Leitung ab DN 250 aufschwimmen könnte, wenn sie komplett entleert werden würde. Besteht diese Wahrscheinlichkeit sollte der Rohrstrang unbedingt dagegen gesichert werden. Neben dem Überschütten oder dem Beschweren mit z.B. Betonankern, kann auch, wie auf Bild 9.9 und Bild 9.10 zu sehen, eine Tiefgründung mit Pfahlschuhen und Spannband zum Einsatz kommen. Bilder 9.9 und 9.10: Darstellung einer Tiefgründung (Verankerung) eines duktilen Gussrohres DN 1000 und Einbringen der Rammpfähle 96 Das Rohrleitungsmaterial Falls die Gefahr einer Entleerung der Leitung nicht besteht und liegen auch sonst keine weitern Gründe für eine Lagesicherung vor, so kann davon ausgegangen werden, dass ein vollgefülltes duktiles Gussrohr nicht aufschwimmen wird. 9.3 Das Rohrleitungsmaterial 9.3.1 Die Rohrverbindung Grundsätzlich sollten für grabenlose Einbauverfahren, wie es das Einschwimmen im weitesten Sinne darstellt, nur formschlüssige Verbindungen – also die BLS®-SteckmuffenVerbindung – zum Einsatz kommen. Grund hierfür sind die teilweise nicht absehbaren Belastungen, die beim Einschwimmen vor allen aus Brandung, Wellengang, Strömungen, Windlast sowie dem meist nicht ebenen und oftmals instabilen Untergrund resultieren. Auch der Absenkvorgang selbst kann erhebliche Kräfte erzeugen. Die Bilder 9.11 und 9.12 zeigen sehr anschaulich, welche Belastungen schon bei geringsten Strömungen auf einen Rohrstrang wirken können. Bilder 9.11 und 9.12: Einschwimmen einer Rohrleitung DN 1000 in die Ostsee vor Binz 97 Zusammenfassung Wie auf dem vorhergehenden Bildern zu sehen ist, ist die BLS®-Verbindung keineswegs starr, sondern kann, je nach Nennweite, bis zu 5° abgewinkelt werden. Das bedeutet einen minimalen Kurvenradius von rund 70 m. Weitere Vorteile der Verbindung sind: die einfache Montage hohe Verlegeleistungen (siehe Seite 26) zulässige Betriebsdrücke bis über 100 bar (siehe Seite 20) extrem hohe Zugkräfte (siehe Seite 20) unfangreiches Formstückprogramm, inkl. Schieber, Be- und Entlüftungen 9.3.2 Klappen, Hydranten, Außenbeschichtung Neben der Verbindungsart stellt die Außenbeschichtung ein entscheidendes Kriterium dar. Für das Einschwimmen bieten sich drei verschiedene Beschichtungen an: Zink-Überzug mit Deckbeschichtung (Buderus Duktil) Zink-Aluminium-Überzug mit Deckbeschichtung (Buderus Zink-PLUS) Zink-Überzug mit Zementmörtel-Umhüllung Welche dieser Beschichtungen zum Einsatz kommt hängt beim Einschwimmen im Wesentlichen von der Lage des Rohres zum (Grund-) Wasserspiegel und der Art des Wassers ab. Liegt das Rohr komplett unter Wasser, ist normalerweise ein Zink-Überzug mit Deckbeschichtung ausreichend. Die Zementmörtel-Umhüllung dagegen ist im Wechselbereich von Luft und Wasser unabdingbar. Weiterhin wird sie benötigt, wenn die Rohre nach dem Versenken mit groben Materialien überschüttet werden sollen. 9.4 Zusammenfassung Duktile Gussrohre für die Trinkwasserversorgung (DIN EN 545) oder für die Abwasserentsorgung (DIN EN 598) können bis DN 200 nicht schwimmen und müssen deshalb mit Auftriebshilfen versehen werden. Darüber hinaus schwimmen Gussrohre selbstständig. Sobald das Rohr gefüllt ist und auf dem Grund des Gewässers liegt, kann es durch sein Eigengewicht nicht mehr aufschwimmen. Durch die BLS®-Verbindung kann der Rohrstrang in kürzester Zeit montiert werden, ist abwinkelbar und widersteht auch außerplanmäßigen Belastungen. 98 Referenzliste 9.5 Referenzliste Lfd. Nr Ort 1 Gstaad-Schweiz 2 Binz a. Rügen Nennweite Länge [m] Baujahr DN 200 1200 2007 DN 1000 462 2008 99 Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren 10.Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren Im landläufigen Sinn wird heutzutage ein Verfahren zum Einbau von Rohren meist dann als wirtschaftlich bezeichnet, wenn die damit gebaute Rohrleitung zum niedrigsten Preis angeboten und gebaut werden kann. In dieser Betrachtungsweise kommen höchst selten die Betriebs- und Instandhaltungskosten der Rohrleitung vor, geschweige denn die Kosten für die Wiederbeschaffung nach Ablauf der regulären Nutzungsdauer. Dabei interpretieren auch heute schon Fachkommentare die Forderung der VOB/A §23 Nr. 2, wonach die Angebote wirtschaftlich zu prüfen sind, wie folgt: Die wirtschaftliche Prüfung von Angeboten steht in engem Zusammenhang mit der technischen Prüfung. Ein angemessener Preis bestimmt sich aus dem günstigsten Preis-Leistungs-Verhältnis, unter Einbeziehung der Nutzungsdauer, der Betriebs- und Instandhaltungskosten sowie weiterer gegenwartsnaher und -ferner Kosten. In VOB/A §25, Nr. 3, Abs. 2 und 3 heißt es sogar: „… bei der Beurteilung der Angemessenheit sind die Wirtschaftlichkeit des Bauverfahrens, die gewählten technischen Lösungen oder sonstige günstige Ausführungsbedingungen zu berücksichtigen.“ „… soll der Zuschlag auf das Angebot erteilt werden, das unter Berücksichtigung aller Gesichtspunkte, wie z. B. Preis, Ausführungsfrist, Betriebs- und Folgekosten, Gestaltung, Rentabilität oder technischer Wert, als das wirtschaftlichste erscheint. Der niedrigste Angebotspreis allein ist nicht entscheidend.“ [10.1]. Nicht betrachtet werden bis heute im Allgemeinen diejenigen Kosten, die durch den Leitungsbau in seiner Umgebung verursacht werden und von der Allgemeinheit in Form von Verkehrsbehinderungen, Lärmbelästigungen und Umweltverschmutzung stillschweigend ohne Aussicht auf Erstattung getragen werden. Insofern ist es kaum möglich, die grabenlosen und offenen Verfahren finanziell fair miteinander zu vergleichen, weil die von der Allgemeinheit getragenen „sozialen“ Kosten zwar durchaus bezifferbar sind, jedoch bei der Auftragsvergabe nicht berücksichtigt werden. Wenn allerdings die äußeren Randbedingungen den Einbau einer Rohrleitung im offenen Graben bautechnisch erschweren, dann haben die grabenlosen Verfahren zunehmend bessere Chancen. Die Fülle von heute zu hoher Reife entwickelten Verfahrensvarianten erlaubt es, für jedes Projekt das geeignete und wirtschaftliche Verfahren auszuwählen. 100 Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren Das Sicherheitsbedürfnis des Betreibers eines Trinkwassernetzes spiegelt sich im DVGWHinweis W 409 „Auswirkungen von Bauverfahren und Bauweise auf die Wirtschaftlichkeit von Betrieb und Instandhaltung (operative Netzkosten) der Wasserverteilungsanlagen“ [10.2] wieder. Aus betrieblicher Sicht bietet der Rohrleitungsbau im offenen Graben deshalb Vorteile, weil hierfür umfangreiche und gesicherte Erfahrungen vorliegen: Vorhandene Leitungsbestände sind sichtbar, vorgegebene Mindestabstände können gezielt eingehalten werden. Die Rohrleitung kann unter „Sichtkontrolle“ eingebaut, druckgeprüft und eingemessen werden. Nachteilige Einwirkungen auf das neue Rohr (z. B. durch Steine) können nahezu ausgeschlossen werden. Alle Rohrverbindungen können vor der Wiederverfüllung überprüft werden. Hydranten oder Anschlussleitungen können jederzeit nachträglich eingebaut werden. Bei Rohrschäden kann entsprechend dem Stand der Technik Leckortung ohne Einschränkung vorgenommen werden. Geplante Vorgaben zu Hoch- und Tiefpunkten sowie zu seitlichen Abständen können ohne weiteres baulich umgesetzt werden. Schäden an Anlagen Dritter sind weitestgehend ausgeschlossen. Für die grabenlosen Verfahren macht W 409 hingegen den Vorbehalt, dass aufgrund der unvollständigen Inaugenscheinnahme der erneuerten oder sanierten Rohrleitung ein erhöhter Aufwand für Bauüberwachung und Qualitätskontrolle geleistet werden muss. Trotzdem setzt sich allmählich die Erfahrung durch, dass grabenlose Einbau- und Erneuerungsverfahren generell wirtschaftlicher sein können als die konventionellen offenen Verfahren, wenn sich der regionale Wettbewerb um die angefragten Leitungsbauprojekte darauf einstellt. So wird z. B. von einem regionalen Gas- und Wasserversorgungsunternehmen ein Vergleich zwischen offener und geschlossener Bauweise entsprechend Tabelle 10.1 veröffentlicht. 101 Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren Konventionelle Bauweise Geschlossene Bauweise Leitungslänge 100% 100% Oberfläche Tiefbau 100% 15% Bauzeit 100% 30% Kosten 100% 50 - 70% Nutzungsdauer 100% 70 - 100% 20% 80% Ressourcenschonung Lärm, Umwelt, Beeinträchtigung 100% Ideeller Gewinn Tabelle 10.1 globaler Vergleich der offenen mit der geschlossenen Bauweise [10.1] Ein überschlägiger Vergleich der Kosten von geschlossenen Erneuerungsverfahren mit denen der offenen Bauweise zeigt ebenfalls deutliche Einsparpotenziale der geschlossenen Verfahren auf (Tabelle 9.2). Offene Bauweise 100% Geschlossene Bauweise Bersten Raketenvortrieb Press-Ziehverfahren 70% 70% 80% Relining Mit Ringraum Ohne Ringraum Schlauch 60% 70% 60% Tabelle 10.2: grober Kostenvergleich der Bauverfahren [10.1] Ein größeres in Friedrichshafen ausgeführtes Projekt einer Kanalerneuerung durch Berstlining beziffert die Kostenreduzierung gegenüber der konventionellen Ausführung mit 34 Prozent und bestätigt somit die in [10.1] gemachten Angaben [10.3]. Eine nennweitengleiche Auswechslung von 800 Meter duktiler Gussrohre DN 400 durch das statische Berstlining zeigte eine Kostenersparnis von 22 Prozent [10.4]. Die geschlossenen Verfahren kommen dann an ihre wirtschaftlichen Grenzen, wenn die Dichte der Hausanschlüsse ein gewisses Maß überschreitet, weil dann der Aufwand für Tiefbau und Oberflächenwiederherstellung überproportional anwächst [10.5]. Zur Sicherung der Ausführungsqualität grabenlos eingebauter oder erneuerter Trinkwasserleitungen hat der DVGW in den letzten Jahren mit der Reihe GW 321 ff. ein umfangreiches Technisches Regelwerk erarbeitet, das genau diesem Bedürfnis Rechnung trägt. Für 102 Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren die gängigen grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren sind die qualitätsrelevanten Parameter beschrieben und mit Grenzwerten und Messvorschriften festgelegt worden. Der DVGW-Hinweis W 409 unterstreicht den überragenden Einfluss, den die Wahl des Rohrsystems im Zusammenhang mit der Wahl des Bauverfahrens ausübt. Die Schwerpunkte für die Wahl des Rohrsystems werden wie folgt genannt: 1.Bettungs- und Nutzungsbedingungen (z. B. Diffusionsverhalten, Leistungsreserven) 2.Funktionalität der Korrosionsschutzsysteme und Verbindungstechnik 3.vorliegende positive Erfahrungen mit bestimmten Systemen 4.angemessene Verfügbarkeit (Lieferfristen, Lagerhaltung, Systemkontinuität) Im Folgenden soll das System aus duktilen Gussrohren mit BLS®-Verbindung und Zementmörtelumhüllung auf die Erfüllung dieser vier Hauptanforderungen näher untersucht werden. Zu 1.: Die Empfindlichkeit gegenüber Bettungsfehlern ist bei Rohren aus duktilem Gusseisen erfahrungsgemäß am geringsten. Der Nachteil der geschlossenen Bauverfahren, ihre nicht mögliche Kontrolle der Rohrbettung, spielt bei diesem Rohrtyp die geringste Rolle, was nicht zuletzt durch die hervorragenden Ergebnisse der DVGW-Schadensstatistik Wasser [10.6] belegt wird. Das Diffusionsverhalten duktiler Guss-Rohrsysteme überlässt ihnen in kontaminierten Böden den Vorzug vor den Kunststoffrohren [10.7]. Aufgrund ihres hohen Arbeitsvermögens besitzen Rohre aus duktilem Gusseisen die größten Leistungsreserven, sowohl hinsichtlich statischer und dynamischer Lasten aus Innendruck oder Erdüberdeckung als auch hinsichtlich der zulässigen Zugkräfte (siehe Kapitel 2). Zu 2.: Für die grabenlosen Einbauverfahren mit ihren unbekannten und nicht kontrollierbaren Bettungs- und Auflagerungsbedingungen werden Rohre aus duktilem Gusseisen grundsätzlich mit der Zementmörtelumhüllung nach DIN EN 15 542 eingesetzt. Auf eine Zinkauflage von 200 g/m² wird dabei eine mindestens fünf Millimeter dicke Auflage aus kunststoffmodifiziertem Zementmörtel mit einer Netzbandagierung aufgebracht. Diese Umhüllung ist mechanisch extrem belastbar und gegen Riefenbildung durch spitze Scherben beim Berstlining oder Steine beim Horizontalspülbohren beständig. Für den unwahrscheinlichen Fall einer Beschädigung dieser Schicht steht der aktive Schutz der Zinkauflage mit einer Fernwirkungsreichweite bis zu 20 Millimeter zur Verfügung. Die Verbindungstechnik mit der längskraftschlüssigen BLS®-Steckmuffen-Verbindung ist der am weitesten reichende Vorteil duktiler Gussrohre. 103 Wirtschaftliche Betrachtung der grabenlosen Verfahren Dies rührt zum ersten von der höchsten zulässigen Zugkraft aller in der Wasserversorgung eingesetzten Rohrwerkstoffe her (Kapitel 2, Bild 2.19), was sich positiv auf erforderliche Teilstreckenlängen auswirkt. Zum zweiten ist jedoch die kurze Montagezeit für die BLS®-Verbindung die wichtigste Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit. Die Einzelrohrmontage ermöglicht kurze Baugruben, punktförmige Baustellen und Einbaugeschwindigkeiten, die durch den Wechsel des Bohr- und Zuggestänges auf der Maschinenseite bestimmt werden. Unmittelbar nach der kurzen Montage der Verbindung stehen die zulässigen Zugkräfte ohne Abkühlzeit und ohne temperaturbedingte Abminderung in vollen Umfang zur Verfügung. Diese Faktoren sind der Schlüssel zum wirtschaftlichen Erfolg bei der Anwendung duktiler Gussrohre mit den grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren. Zu 3.: Gusseisen ist der älteste Werkstoff industriell hergestellter Wasserleitungsrohre. Etwa die Hälfte des liegenden Wasserversorgungsnetzes besteht aus Rohren dieser Werkstoffgruppe. Die Beständigkeit duktiler Gussrohre und ihre Langlebigkeit sind die Basis für ausgezeichnete Praxiserfahrungen, wie sie auch in jüngster Zeit wieder bekräftigt werden konnten [10.7 und 10.8]. Zu 4.: Buderus Giesserei Wetzlar GmbH ist ein bedeutender Hersteller innerhalb der deutschen Gussrohrindustrie und hat sich gerade in jüngster Zeit mit seinen Technischen Entwicklungen für die grabenlosen Einbauverfahren als Vorreiter profiliert, ohne dabei seine Verbundenheit mit den traditionellen Bauweisen aus dem Blick zu verlieren. Für Buderus Giesserei Wetzlar GmbH sind Liefertreue und Systemkontinuität schon immer höchstes Gebot einer kundenorientierten Geschäftsstrategie gewesen, die auch in Zukunft zum Erfolg der Firmengruppe beitragen wird. 104 Literaturnachweise 10.1 Literaturnachweise [10.1] Steinhauser, P.: Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, Betrachtungen bei der grabenlosen Erneuerung. Vortragsskript des Seminars NO DIG-Grabenlose Erneuerung bei alter, schadhafter Kanalisation, Technische Akademie Hannover, 18. 01.2007 [10.2] DVGW-Hinweis W 409: Auswirkungen von Bauverfahren und Bauweise auf die Wirtschaftlichkeit von Betrieb und Instandhaltung (operative Netzkosten) der Wasserverteilungsanlagen, Jan. 2007 [10.3] Sommer, J.: NODIG-WALKING-Friedrichshafen Markus Mendek von der Stadtentwässerung Friedrichshafen erhält Goldenen Kanaldeckel 2005 für Erneuerung im Berstlining-Verfahren [10.4] Levacher, R.: Erneuerung einer Verbindungsleitung DN 400 zwischen zwei Wasserwerken im Berstlining- und Spülbohrverfahren GUSSROHRTECHNIK 40 (2006), S. 17 [10.5] Emmerich Peter, Schmidt Rainer: Erneuerung einer Ortsnetzleitung im Berstlining-Verfahren GUSSROHRTECHNIK 39 (2005), S. 16 [10.6] DVGW Wasser-Information Nr. 64: DVGW-Schadenstatistik Wasser Auswertungen für die Erhebungsjahre 1997-1999 [10.7] Hannemann, B. und Rau, L.: Duktile Gussrohre aktuell wie eh und je GUSSROHRTECHNIK 41 (2007), S. 56 [10.8] Barthel, P.: Moderne Wasserversorgung – natürlich mit Gussrohren! GUSSROHRTECHNIK 41 (2007), S. 52 105 Technische Datenblätter 11.Technische Datenblätter Muffendruckrohre mit BLS®-Steckmuffen-Verbindung nach DIN EN 545/598 Innen: Zementmörtel-Auskleidung (ZMA) Außen: Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) Baulänge = 6 m DN [bar] Maße [mm] Ø d1 PFA 1) ZMA s Masse [kg] ≈ ZMU pro 6 mRohr ein Rohr2) Baulänge 6m 803) 98 4 110 19,5 1003) 118 4 100 24 113,6 92,2 100 28 139,7 75 33 166,1 125 144 4 150 170 4 200 222 4 63 43 228,5 250 274 5 44 52 304,2 300 326 5 40 63 386,1 400 429 5 30 82 589,6 500 523 5 30 101 807,5 600 635 5 32 121 1037 700 738 6 25 140 1344 800 842 6 16/25 3) 160 1654 900 945 6 16/253) 179 2005 1000 1048 6 10/25 199 2382 3) PFA: zulässiger Bauteilbetriebsdruck in bar, DN 80 - DN 250 inkl. Hochdruckriegel, höhere Drücke auf Anfrage 2) inkl. ZM-Auskleidung und Schubsicherungskammer, Wanddickenklasse K 9 3) Wanddickenklasse K 10 1) 106 Technische Datenblätter BLS®-Steckmuffen-Verbindung DN 80 bis DN 500 Sicherungskammer Schweißraupe Riegel links TYTON® -Dichtung Muffe Sicherung Riegel rechts Maße [mm] DN Ø d1 Ø D1) t PFA 2)* mögliche Abwinkelung 3) Anzahl der Riegel Riegelgarnitur [kg] 80** 98 156 127 110 5° 3 0,70 100** 118 182 135 100 5° 3 0,83 125 144 206 143 100 5° 3 1,13 150 170 239 150 75 5° 3 1,36 200 222 293 160 63 4° 3 1,94 250 274 357 165 44 4° 3 2,70 300 326 410 170 40 4° 4 2,70 400 429 521 190 30 3° 4 4,40 500 523 636 200 30 3° 4 5,50 Richtwert PFA: zulässiger Bauteilbetriebsdruck in bar, bis DN 250 inkl. Hochdruckriegel 3) bei Nennmaß *) Berechnungsgrundlage Wanddickenklasse K 9, höhere Drücke auf Anfrage **) Wanddickenklasse K 10 1) 2) 107 Technische Datenblätter BLS®-Steckmuffen-Verbindung DN 600 bis DN 1000 Sicherungskammer Schweißraupe VerriegelungsSegment Muffe Maße [mm] DN Ø d1 Ø D1) t TYTON® -Dichtung PFA 2) mögliche Abwinkelung Anzahl der Verriegelungssegmente Verriegelungssegmente [kg] 600 635 732 175 32 2° 9 9 700 738 849 197 25 1,5° 10 11 800 842 960 209 16/253) 1,5° 10 14 900 945 1073 221 16/253) 1,5° 13 13 1000 1048 1188 233 10/25 1,5° 14 16 3) Richtwert PFA: zulässiger Bauteilbetriebsdruck in bar Berechnungsgrundlage Wanddickenklasse K 9, höhere Drücke auf Anfrage 3) Wanddickenklasse K 10 Hinweis: Die Verriegelungssegmente sind mit Spannband zu fixieren! Siehe Einbauanleitung. 1) 2) 108 Technische Datenblätter 109 Einbauanleitungen 12.Einbauanleitungen 12.1 Allgemeines Geltungsbereich Diese Einbauanleitung gilt für Rohre und Formstücke aus duktilem Gusseisen mit längskraftschlüssiger BLS®-Steckmuffen-Verbindung DN 80 - DN 500. Gegebenenfalls ist die Einbauanleitung für Rohre mit Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) zu beachten. Bei sehr hohen Innendrücken (z.B. Beschneiungsanlagen) und grabenlosen Einbauverfahren (z.B. Press-Zieh-, Raketenpflug-Verfahren oder Horizontal-Bohrtechnik) ist zusätzlich ein Hochdruckriegel zu verwenden. (siehe Punkt Hochdruckriegel) Die Zahl der zu sichernden Verbindungen ist bei erdverlegten Leitungen gemäß DVGWArbeitsblatt GW 368 festzulegen. Zulässige Zugkräfte für grabenlose Einbauverfahren sind in den DVGW-Arbeitsblättern GW 320-1, GW 321, 322-1, 322-2, 323 und GW 324 festgelegt, bzw. siehe Kapitel 2, Seite 20. Bündelung, Transport und Lagerung Rohre bis DN 350 werden gebündelt geliefert. DN 80 100 125 150 200 250 300 350 Rohr je Bund 15 15 10 6 6 4 4 4 Um Beschädigungen an der Rohrumhüllung sowie Verschmutzung der Rohre zu vermeiden, sind sowohl beim Zwischenlagern als auch beim Auslegen der Rohre an der Trasse Unterlag- bzw. Zwischenhölzer zu verwenden. Das Entfernen der Stahlbänder an Rohrbündeln darf nur mit einer Blechschere oder einem Seitenschneider erfolgen. Meißel, Brechstange oder gar Pickel beschädigen den Rohraußenschutz. 110 Allgemeines Die Rohre sollen: • nicht stoßartig abgesetzt werden, • nicht vom Fahrzeug abgeworfen werden, • nicht geschleift und nicht über längere Strecken gerollt werden. Für das Be- und Entladen von Rohren sind Gurte zu verwenden. Sofern einzelne Rohre mit Kranhaken abgeladen werden, muss dies mit breiten und abgepolsterten Haken, die an den Kopfenden eingehängt werden, geschehen, da sonst die örtliche Pressung in der Zementmörtelschicht zu groß wird. Besonders bei größeren Rohren muss ein der Rohrform angepasster Schuh zum Schutz der Zementmörtel-Auskleidung vor Beschädigung unter den Kranhaken gesetzt werden. Werden duktile Gussrohre im Stapel gelagert, so sind sie auf Holzbalken von mindestens 10 Zentimeter Breite, ca. 1,5 Meter von den Rohrenden entfernt, abzusetzen. Beschädigungen des Innen- und Außenschutzes sind sofort und sorgfältig auszubessern. Maximal zulässige Stapelhöhe DN Lagen 80 - 150 15 200 - 300 10 350 - 600 4 700 -1000 2 Stapelhöhen über 3 Meter sind aus Gründen der Unfallverhütung zu vermeiden. 111 Einbauanleitungen Rohrverschlüsse Rohre nach DIN EN 545 mit ZM-Auskleidung werden mit Rohrverschlüssen geliefert, die ein Verschmutzen des Rohrinneren verhindern sollen. Die Verschlüsse sind erst unmittelbar vor der Rohrmontage zu entfernen. Behandlung der Dichtungen auf der Baustelle Um die Betriebssicherheit der Rohrleitung sicherzustellen, ist es erforderlich, nur den Gütevorschriften entsprechende Dichtungen, die vom Gussrohrhersteller mitgeliefert werden, einzubauen. Die Dichtungen sind kühl, trocken und unverformt zu lagern. Sie sind vor direkter Sonneneinstrahlung zu schützen. Es ist darauf zu achten, dass sie nicht beschädigt werden und nicht verschmutzen. Die Dichtungen erfahren bei Temperaturen unter 0° C eine gewisse Härtezunahme. Bei Außentemperaturen unter 0° C sind die Ringe daher zur Erleichterung der Montage bei einer Temperatur von über 10° C zu lagern. Die Dichtungen sind erst unmittelbar vor Montage der Lagerstelle zu entnehmen. Rohrgraben und Rohrbettung Der Rohrgraben ist entsprechend den bestehenden technischen Vorschriften anzulegen. Zu beachten sind u.a.: DIN EN 805, DIN EN 1610, DIN 18 300, DIN 4124, DIN 50 929 Teil 3, DIN 30 375 Teil 2, DVGW Arbeitsblätter W 400-2 bzw. GW 9 ATV DVGWArbeitsblatt 139 und das Merkblatt für das Verfüllen von Leitungsgräben. Einbau Der Einbau der Rohre und Formstücke ist entsprechend unseren Einbauanleitungen vorzunehmen. Ist der anstehende Boden aggressiv (siehe hierzu DIN 50 929, Teil 3 und DVGW-Arbeitsblatt GW 9), sollte eine einwandfreie Sandumhüllung eingebracht werden. Beim Einbau in stark aggressiven Böden empfehlen wir Rohre mit Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) nach DIN EN 15 542. Die Rohrumhüllungen sind entsprechend den Einsatzbereichen nach DIN 30 675-2 festzulegen. 112 BLS® DN 80 - DN 500 Verfüllen des Rohrgrabens Der Rohrgraben im Straßenkörper ist entsprechend dem „Merkblatt für das Verfüllen von Leitungsgräben“ der Forschungsgesellschaft für das Straßen- und Verkehrswesen e.V. (FGSV) in Köln, sowie die „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau“ (ZTV E – StB 94), auszuführen. Druckprüfung Für die Durchführung von Druckprüfungen von Wasserleitungen ist die DIN EN 805 bzw. das DVGW Arbeitsblatt W 400-2 maßgebend. Abwasserleitungen sind gemäß DIN EN 1610 bzw. ATV-DVWK-Arbeitsblatt A 139 zu prüfen. Sicherungskammer 12.2 Einbauanleitungen BLS® DN 80 - DN 500 Schweißraupe TYTON®-Dichtung Riegel links Muffe Aufbau der Verbindung DN 80 - DN 500 Sicherung Reinigen Einsteckende Riegel rechts Die mit Pfeil gekennzeichneten Flächen an Dichtungssitz, Haltenut, Sicherungskammer und die Riegel sind zu reinigen und eventuelle Anstrichhäufungen zu entfernen. Zum Reinigen der Haltenut einen Kratzer, z.B. einen umgebogenen Schraubendreher, verwenden. Einsteckende reinigen. 113 Einbauanleitungen Nur die gerastert gekennzeichnete Dichtfläche mit dem vom Rohrhersteller mitgelieferten Gleitmittel sorgfältig und dünn bestreichen. Zusammenbau der Verbindung Einlegen der TYTON®-Dichtung TYTON®-Dichtung reinigen und herzförmig zusammendrücken. TYTON®-Dichtung so in die Muffe einsetzen, dass die äußere Hartgummikralle in die Haltenut der Muffe eingreift. Anschließend die Schlaufe glattdrücken. Macht das Glattdrücken der Schlaufe Schwierigkeiten, dann an der gegenüberliegenden Seite eine zweite Schlaufe ziehen. Diese beiden kleinen Schlaufen lassen sich dann ohne Mühe glattdrücken. 114 BLS® DN 80 - DN 500 Die TYTON®-Dichtung darf mit der inneren Hartgummikante nicht über den Zentrierbund herausragen. richtig falsch Auf die TYTON®-Dichtung eine dünne Schicht Gleitmittel auftragen. Einsteckende – besonders an der Anfasung – dünn mit Gleitmittel bestreichen und dann soweit in die Muffe einführen, bis es an der TYTON®-Dichtung zentrisch anliegt. Die Achsen des liegenden und des einzuziehenden Rohres oder Formstückes müssen eine gerade Linie bilden. Lage der Muffenfenster im Rohrgraben DN 80 bis DN 250 DN 300 bis DN 500 Zum Einlegen der Riegel bzw. Verschrauben des Klemmringes empfiehlt sich die Lage der Muffenfenster wie abgebildet. Bei den Formstücken ergibt sich deren Lage auf Grund der Einbausituation. 115 Einbauanleitungen Einsteckende mit Schweißraupe Das gereinigte Einsteckende – besonders an der Anfasung – dünn mit Gleitmittel bestreichen und dann bis zum Muffengrund (Anschlag) einziehen oder einschieben. Die Rohre dürfen beim Einziehen und Einlegen der Riegel nicht abgewinkelt sein. 1) Riegel „rechts“ (1) in das Muffenfenster einlegen und nach rechts bis zum Anschlag verschieben. 2.) Riegel „links“ (2) in das Muffenfenster einlegen und nach links bis zum Anschlag verschieben. 3.) Sicherung (3) in das Muffenfenster hineindrücken. Ab DN 300 sind die Schritte 1 bis 3 zwei mal auszuführen, da hier 2x2 Riegel und zwei Sicherungen eingesetzt werden. Hebevorrichtung erst entfernen wenn die Verbindung hergestellt ist Für grabenlose Einbauverfahren ist in DN 80 - DN 250 grundsätzlich ein Hochdruckriegel zu verwenden (Vgl. S. 114) Einsteckende ohne Schweißraupe (nicht für den grabenlosen Einbau geeignet!) 3 1 2 1.) Einlegen des geteilten Klemmringes. Die zwei Klemmringhälften werden zuerst getrennt in die Schubsicherungskammer eingelegt und mit den zwei Schrauben lose verbunden. 2.) Einstecktiefe (Muffentiefe) am Spitzende markieren. 3.) Einziehen des Einsteckendes. Das gereinigte Einsteckende – besonders an der Anfasung – dünn mit Gleitmittel bestreichen und dann bis zum Muffengrund (Anschlag) einziehen oder einschieben. Die Rohre dürfen beim Einziehen nicht abgewinkelt sein. Die vorher aufgebrachte Markierung auf dem Einsteckende sollte nach dem Einziehen nahezu deckungsgleich mit der Muffenstirn sein. 4.) Den Klemmring so weit wie möglich in Richtung Muffenstirn ziehen und anschließend die Schrauben mit mind. 50 Nm festziehen! 116 BLS® DN 80 - DN 500 Einbau von Klemmringverbindungen Beim Einbau von Klemmringen sollte darauf geachtet werden, dass diese nicht in Muffenbögen, EN-Stücken o.a. eingebaut werden! Das geschnittene Passrohr mit zwei glatten Enden wird dabei zum Einbau um 180° gedreht, so dass das Ende mit Schweißraupe in der Muffe des Krümmers eingebaut wird. Vor dem Einbau des verbliebenen Kurzrohres mit Muffe wird ein ungeschnittenes Rohr verlegt, in dessen Muffe dann erst das Spitzende ohne Schweißraupe verwendet wird. werkseitige Schweißraupe Baustellenschnitt Klemmringverbindung (ohne Schweißraupe) ungeschnittenes Rohr mit Schweißraupe Verlegerichtung Riegelverbindung (mit Schweißraupe) Klemmringverbindung (ohne Schweißraupe) Riegelverbindung (mit Schweißraupe) Hinweis beim Einbau von Klemmringen Vor dem Einsatz in Düker- und Brückenleitungen, sowie vor dem Einbau in Steilhängen, Schutzrohren oder Kollektoren sollte unsere Anwendungstechnik angesprochen werden. Der Einbau von Klemmringen ist hier und bei grabenlosen Einbauverfahren zu vermeiden. Erforderliche Passrohre sollten mit Schweißraupen versehen werden. (siehe Punkt „Nachträgliches Aufbringen von Schweißraupen“) 117 Einbauanleitungen Verriegeln Das Rohr bis zur Anlage der Riegel bzw. des Klemmrings in der Sicherungskammer aus der Muffe herausziehen bzw. herausdrücken, z.B. mit einem Montagegerät. Jetzt ist die Verbindung längskraftschlüssig. Abwinkeln Nach Fertigstellung der Verbindung können Rohre bei Nennmaß wie folgt abgewinkelt werden: DN 80 bis DN 150 – 5° DN200 bis DN 300 – 4° DN400 undDN 500 – 3° 1° Abwinkelung ergibt auf eine Rohrlänge von 6 Meter ca. 10 Zentimeter Abweichung von der Achse des zuvor eingebauten Rohres oder Formstückes; z.B. bei 3° = 30 Zentimeter. 118 BLS® DN 80 - DN 500 Montagehinweis Es ist zu beachten, dass in Abhängigkeit vom Innendruck und von den Verbindungstoleranzen Reckungen bis etwa acht Millimeter je Verbindung auftreten können. Um dem Reckweg der Leitung bei der Druckaufgabe Rechnung zu tragen, werden die Verbindungen an den Bogen mit der max. zulässigen Abwinkelung negativ eingestellt. Lage nach Reckung 45° Lage nach Einbau Kürzen von Rohren Auf Schnittfähigkeit der Rohre ist zu achten. Bis einschl. DN 300 ist jedes Rohr bis ein Meter vor der Muffe schnittfähig. Ab DN 400 sind schnittfähige Rohre gesondert durch einen weißen Längsstrich bzw. durch den Aufdruck „SR“ auf der Muffenstirn gekennzeichnet. 1m Werkzeuge Zum Trennen von duktilen Gussrohren eignen sich am besten Trennschleifgeräte mit verschiedenen Antriebsarten, wie z.B. Pressluft-, Elektro- oder Benzinmotoren. Als Trennscheibe empfehlen wir Scheiben vom Typ C 24 RT Spezial aus Siliziumcarbid. Dies sind Trennscheiben für Stein, die sich in der Praxis zum Trennen von duktilem Gussrohren bewährt haben. Beim Trennen der ZM-ausgekleideten oder ZM-umhüllten Rohre sind Schutzbrille und Atemschutz zu tragen. 119 Einbauanleitungen Anfallende Späne sind sorgfältig aus dem Rohrinneren zu entfernen. Kantholz Bei Rohren größerer Nennweite kann es vorkommen, dass nach dem Kürzen die neu entstandenen Einsteckenden etwas oval sind. Gegebenenfalls sind solche Einsteckenden mit geeigneten, innen oder außen angesetzten Vorrichtungen z.B. hydraulische Pressen oder Schellen zu runden. Die Vorrichtung ist erst nach dem Fertigstellen der Verbindung zu entfernen. Kantholz Bearbeiten von Schnittflächen Auf der Baustelle gekürzte Rohre müssen an den Schnittflächen entsprechend dem Originaleinsteckende angefast werden. Die Anfasung muss gemäß folgender Skizzen ausgeführt werden. DN 80 - DN 600 DN 700 - DN 1000 10-12 20-22 5-6 3-4 leicht gerundet leicht gerundet Die blanke Metallfläche wird mit Bitumenlack bzw. einem dem Außenschutz des Rohres entsprechenden Lack nachgestrichen. Dafür eignet sich eine schnelltrocknende Deckbeschichtung, die den Anforderungen des Lebensmittelgesetzes entspricht. Zur schnelleren Trocknung empfiehlt es sich, vorher die Rohrenden und anschließend den Anstrich mit einer Gasflamme zu behandeln. 120 BLS® DN 80 - DN 500 Nachträgliches Aufbringen von Schweißraupen Müssen Rohre auf der Baustelle gekürzt werden, so ist die für BLS®-Steckmuffen-Verbindung erforderliche Schweißraupe mit einer vom Hersteller vorgeschriebenen Elektrode aufzubringen. Ausführung der Schweißarbeiten nach Merkblatt DVS 1502. Abstand vom Einsteckende und Raupengröße sind gemäß nachstehender Tabelle einzuhalten. Elektrodentyp: z.B. Castolin 7330-D. DN 80 100 125 150 200 250 300 400 500 a 86±4 91±4 96±4 101±4 106±4 106±4 106±4 115±5 120±5 9±2 10±2 10±2 b 8±2 8±2 8±2 8±2 9±2 c 5 +0,5 -1 5 +0,5 -1 5 +0,5 -1 5 +0,5 -1 5,5 +0,5 -1 9±2 +0,5 5,5 -1 5,5 +0,5 -1 6 +0,5 -1 6 +0,5 -1 a Um eine gute und gleichmäßige Ausführung Kupferklemmring b der Schweißraupe zu gewährleisten, muss c zum Aufbringen der Schweißraupe ein Kupferklemmring im vorgesehenen Abstand (siehe Tabelle) auf dem Einsteckende befestigt werden. Die Schweißzone muss metallisch blank sein. Verunreinigungen bzw. Zinküberzüge müssen durch Feilen oder Schleifen entfernt werden. Nach dem Entfernen des Kupferklemmringes ist die Schnittkante am Einsteckende gemäß ursprünglicher Ausführung herzustellen und diese, als auch der Schweißraupenbereich zu reinigen. Diese Bereiche sind abschließend mit dem entsprechenden Schutzüberzug zu versehen. Demontage Das Rohr axial bis zum Anschlag in die Muffe einschieben. Sicherung aus Muffenfenster herausnehmen. Riegel verschieben und aus dem Muffenfenster entfernen. Falls vorhanden, Hochdruckriegel mit einem flachen Gegenstand (z.B. Schraubendreher) aus der Sohle heraus zum Muffenfenster schieben und entnehmen. 121 Einbauanleitungen Demontage von Klemmringverbindungen Das Rohr axial bis zum Anschlag in die Muffe einschieben. Nach dem Entfernen der Klemmschrauben sind die Klemmringhälften durch Hammerschläge zu lockern. Während der Demontage ist auf die lose Lage der Klemmringhälften zu achten (falls erforderlich Vorgang während des Ausziehens des Einsteckende wiederholen). Durch das Einspannen eines Vierkanteisens zwischen den Spannlaschen kann ebenfalls das Verklemmen am Einsteckende bei der Demontage verhindert werden. Keinesfalls Hammerschläge auf Muffe oder Rohrschaft! Hochdruckriegel Bei sehr hohen Innendrücken (z.B. Beschneiungsanlagen, Turbinenleitungen) und grabenlosen Einbauverfahren (z.B. Press-Zieh-, Raketenpflug-Verfahren oder Horizontal-Bohrtechnik) ist zusätzlich ein Hochdruckriegel zu verwenden. Der Hochdruckriegel wird vor dem Einsetzen des linken und rechten Riegels durch das Muffenfenster in die Sicherungskammer eingelegt und in der Sohle positioniert. Nun können die Riegel eingelegt werden, so dass der Hochdruckriegel zwischen deren glatten Enden liegt. Anschließend werden, wie üblich, die Riegel mit der Sicherung fixiert. In der Abbildung unten ist eine komplett montierte BLS®-Muffe inkl. Hochdruckriegel dargestellt. Der Hochdruckriegel wird für Nennweiten DN 80 bis DN 250 eingesetzt Sicherung Riegel rechts Riegel links Hochdruckriegel 122 BLS® DN 600 - DN 1000 12.2 Einbauanleitung BLS® DN 600 - DN 1000 Geltungsbereich Diese Einbauanleitung gilt für Rohre und Formstücke aus duktilem Gusseisen mit längskraftschlüssiger BLS®-SteckmuffenVerbindung. Gegebenenfalls ist die Einbauanleitung für Rohre mit Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) zu beachten. Die Zahl der zu sichernden Verbindungen ist bei erdverlegten Leitungen gemäß DVGWArbeitsblatt GW 368 festzulegen. Zulässige Zugkräfte sind in den DVGW-Arbeitsblättern GW 321, 322-1, 323 und 324 (Entwurf) festgelegt, bzw. siehe Kapitel 2, Seite 20, Tabelle 2.1. Aufbau der Verbindung DN 600 - DN 1000 Sicherungskammer Schweißraupe TYTON® -Dichtung Verriegelungssegment Muffenfenster Muffe X Ansicht X Einsteckende Spannband Anzahl der Verriegelungssegmente je Verbindung DN 600 700 800 900 1000 n 9 10 10 13 14 123 Einbauanleitungen Reinigen Die mit Pfeil gekennzeichneten Flächen an Dichtungssitz, Haltenut, Sicherungskammer und die Verriegelungssegmente sind zu reinigen und eventuelle Anstrichhäufungen zu entfernen. Zum Reinigen der Haltenut einen Kratzer, z.B. einen umgebogenen Schraubendreher, verwenden. Einsteckende reinigen. Zusammenbau der Verbindung Einlegen der TYTON®-Dichtung (Vgl. S. 106-107) Das Fenster in der Muffenstirnseite muss grundsätzlich im Rohrscheitel liegen. Mit dem Montagegerät ist das Rohr mit seinem Einsteckende bis zum Anschlag in die Muffe des bereits eingebauten Rohres einzuschieben. 124 BLS® DN 600 - DN 1000 Einlegen der Verriegelungssegmente Beim Einbau der Verriegelungssegmente darf die Verbindung nicht abgewinkelt sein. Zunächst die Verriegelungssegmente durch die Muffenfenster einführen und im Wechsel links/rechts über den Rohrumfang verteilen. Anschließend alle Segmente nach einer Seite so weit drehen, dass das letzte Segment durch das Muffenfenster eingesetzt und in eine verriegelungssichere Position gebracht werden kann. Die Höcker des letzten Verriegelungssegmentes dürfen in dem Muffenfenster nur geringfügig sichtbar sein. Bei eventuellem Klemmen von Segmenten sind diese durch Bewegen des am Gurt hängenden Rohres und durch leichte Hammerschläge in ihre vorgesehene Position zu bringen. Keinesfalls Hammerschläge auf Muffe oder Rohrschaft! Verriegeln Alle Segmente nach außen bis zum Anschlag gegen die Schräge der Schubsicherungskammer zurückziehen. Anschließend das Spannband wie dargestellt über den Segmenten anbringen. Das Spannband dabei nur so leicht spannen, dass sich die Verriegelungssegmente noch verschieben lassen. Die Verriegelungssegmente nun ausrichten. Sie müssen vollflächig auf dem Rohrschaft anliegen und dürfen nicht überlappen. Anschließend das Spannband so fest spannen, dass die Verriegelungssegmente fest über den ganzen Rohrumfang anliegen. Die Verriegelungssegmente lassen sich nun nicht mehr verschieben. Das Rohr durch axialen Zug (z.B. mittels Verriegelungsschelle) soweit aus der Verbindung ziehen, bis die Schweißraupe an den Segmenten zur Anlage kommt. Im nicht abgewinkeltem Zustand müssen die Längsabstände der Verriegelungssegmente zur Muffenstirn annähernd gleich sein. 125 Einbauanleitungen Sicherungskammer Verriegelungssegment Spannband Schweißraupe TYTON® -Dichtung Muffe Einsteckende Benutzerinformationen für Spannband mit Ratsche Spannen: 1.Spannband einführen 2.Auf die gewünschte Länge von Hand durchziehen (vorspannen) 3.Durch Auf- und Abbewegen des Spanngriffes das Spannband spannen Lösen: 4.Durch Ziehen der Sperrklinke und gleichzeitiges Umlegen des Spanngriffes in 180°-Stellung 5.Spannband von Hand herausziehen Allgemeine Verwendungshinweise Das Spannband mit Ratsche darf nicht durch die Segmentecken negativ beeinflusst werden. Geeignet für folgende Temperaturbereiche: PES -40° C bis 100°C / PA -40° C bis 100° C / PP -40° C bis -80° C. Die Temperaturbereiche können sich in chemischer Umgebung verändern (ggf. Hersteller oder Lieferant um Rat bitten). Lagerung: In sauberer, trockener und gut belüfteter Umgebung, fern von Wärmequellen. Kontakt mit Chemikalien und Rauchgasen vermeiden. Nicht direkter Sonneneinstrahlung oder anderer ultravioletter Strahlung aussetzen. Spannbänder dürfen nicht als Anschlagmittel verwendet werden! Spannbänder vor dem Einsatz auf Beschädigung prüfen, niemals verwenden bei: beschädigtem Spannband, starkem Abrieb, Einriss, Scheuerbruch, Bruch/Verformung oder starker Korrosion eines Verbindungs- oder Spannelementes. • Zulässige Zugkräfte (siehe Etikett) niemals überschreiten • Bänder nicht verdrehen, knoten 126 BLS® DN 600 - DN 1000 Abwinkeln Nach Fertigstellung der Verbindung können Rohre bei Nennmaß abgewinkelt werden: DN600 – 2,0° DN 700 – 1,5° DN 800 – 1,5° DN 900 – 1,5° DN1000 – 1,5° 1° Abwinkelung ergibt auf eine Rohrlänge von sechs Meter ca. zehn Zentimeter Abweichung von der Achse des zuvor eingebauten Rohres; z.B. bei 3° = 30 Zentimeter. Montagehinweis Es ist zu beachten, dass durch Anpassung der Verriegelungssegmente in Abhängigkeit vom Innendruck Reckungen bis etwa acht Millimeter je Verbindung auftreten können. Um dem Reckweg der Leitung bei der Druckaufgabe Rechnung zu tragen, werden die Verbindungen an den Bogen mit der max. zulässigen Abwinkelung negativ eingestellt. Lage nach Reckung 45° Lage nach Einbau 127 Einbauanleitungen Kürzen von Rohren Auf Schnittfähigkeit der Rohre ist zu achten. (Vgl. S. 111) Schnittfähige Rohre sind durch einen weißen Längsstrich bzw. durch den Aufdruck „SR“ auf der Muffenstirn gekennzeichnet. Müssen Rohre auf der Baustelle gekürzt werden, so ist die für BLS®-Steckmuffen-Verbindung erforderliche Schweißraupe mit einer vom Hersteller vorgeschriebenen Elektrode aufzubringen. Ausführung der Schweißarbeiten nach Merkblatt DVS 1502. Abstand vom Einsteckende und Raupengröße ist gemäß nachstehender Tabelle einzuhalten. Elektrodentyp: z.B. Castolin 7330-D DN 600 700 800 900 1000 a 117-20 135-20 144-20 150-20 160-20 b 8±1 8±1 8±1 8±1 8±1 c 6 +0,5 0 6+0,5 0 6+0,5 0 6+0,5 0 6+0,5 0 Kombination von Formstücken anderer Systeme mit BLS® Bei der Kombination von Rohrenden mit Formstückmuffen anderer Systeme ist unsere Anwendungstechnik anzusprechen. Kupferklemmring b a c Um eine gute und gleichmäßige Ausführung der Schweißraupe zu gewährleisten, muss zum Aufbringen der Schweißraupe ein Kupferklemmring im vorgesehenen Abstand (siehe Tabelle) auf dem Einsteckende befestigt werden. Die Schweißzone muss metallisch blank sein. Verunreinigungen bzw. Zinküberzüge müssen durch Feilen oder Schleifen entfernt werden. Nach dem Entfernen des Kupferklemmringes ist die Schnittkante am Einsteckende gemäß ursprünglicher Ausführung herzustellen und diese, als auch der Schweißraupenbereich zu reinigen. Diese Bereiche sind abschließend mit dem entsprechenden Schutz-überzug zu versehen. 128 BLS® Demontage Demontage Das Rohr axial bis zum Anschlag in die Muffe einschieben und Verriegelungssegmente durch Muffenfenster herausnehmen. Montagegeräte und Hilfsmittel Für die Montage von Rohren und Formstücken sind folgende Montagegeräte und Hilfsmittel notwendig: Montagegeräte DN 80 100 125 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 Rohre Hebel Montagegerät Formstücke MMA, MMB, MMR und EU: Hebel Muffenbogen: Montagegerät (z.B. Typ 1) Typ 1 Typ 1 Typ 2 (ZMU) Typ 2 + Bügel mit Kette von V 301 Kettenzuggerät Kettenzuggerät Hilfsmittel: Handfeger, Putzwolle, Drahtbürste, Spachtel, Kratzer (z.B. umgebogener Schraubendreher), Pinsel, Gleitmittel, Taster 129 Einbauanleitungen 12.3 Einbauanleitung für Rohre aus duktilem Gusseisen mit ZementmörtelUmhüllung (ZMU) Geltungsbereich Diese Einbauanleitung gilt für den Einbau von Rohren aus duktilem Gusseisen nach DIN EN 545 mit Zementmörtel-Umhüllung (ZMU) nach DIN EN 15 542. Zur Herstellung der Rohrverbindungen ist die jeweils gültige Einbauanleitung zu beachten. Im übrigen gelten die Richtlinien der DIN EN 805 und des DVGW-Arbeitsblattes W 400-2 (für Wasserleitungen) bzw. der DIN EN 1610 und des ATV-DVWK A 139 (für Abwasserleitungen) Einbau Der Einbau muss so erfolgen, dass die ZMU nicht beschädigt wird. Zum Schutz der Muffenverbindungen stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung: • ZM-Schutzmanschette, • Schrumpfmaterial oder Schutzbänder (nach DIN 30 672), • Mörtelbandage (z.B. Fa. Ergelit) für Sonderanwendungen. ZM-Schutzmanschetten ZM-Schutzmanschetten können für TYTON®- und BRS®-Steckmuffen-Verbindungen bis DN 700 und BLS®-Steckmuffen-Verbindungen bis DN 600 eingesetzt werden. Vor der Montage der Verbindung wird die Manschette umgestülpt und – mit dem größeren Durchmesser voran – auf das Einsteckende soweit aufgezogen, dass die ZMU ca. 100 Millimeter vorsteht. Die Montage kann durch Gleitmittel auf der ZMU erleichtert werden. Nach der Montage der Verbindung und Prüfen des Dichtungsitzes mit dem Taster wird die Manschette umgeklappt, bis an die Muffenstirn herangezogen und über die Muffe gestülpt. Sie liegt dann eng und fest an. 130 ZMU Schrumpfmaterial und Schutzbänder Alternativ zur ZM-Schutzmanschette kann der Verbindungsbereich auch mit Schrumpfmaterial oder Schutzbändern geschützt werden. Das Schrumpfmaterial muss für die Abmessungen der jeweiligen Verbindung geeignet sein. ~ 100 Aufbringen der Schrumpfmuffe Die Schrumpfmuffe ist vor dem Herstellen der Verbindung über das Muffenende zu ziehen. Die zu umhüllende Oberfläche gemäß DVGW-Merkblatt GW 15 vorbereiten, d.h. den Bereich von Rost, Fett, Schmutz und losen Partikeln befreien. Die Fläche mit einer weich eingestellten Propangasflamme auf ca. 60° C vorwärmen und damit trocknen. Danach wird die Schrumpfmuffe mittig über die Verbindung gezogen und anschließend die Schutzeinlage auf der Innenseite entfernt. Mit einer weich eingestellten Propangasflamme wird die Schrumpfmuffe in Höhe der Muffenstirn ringsherum solange gleichmäßig erwärmt, bis der Schrumpfprozess einsetzt und sich die Muffenkontur abzeichnet. Dann wird unter gleichmäßiger Temperaturführung, wobei der Brenner fächelnd in Umfangsrichtung geführt werden soll, zuerst der Muffenteil aufgeschrumpft, dann von der Muffenstirn ausgehend der Teil des Rohrschaftes. 131 Einbauanleitungen Der Vorgang ist einwandfrei durchgeführt wenn: • die Muffe vollständig auf die Rohrverbindung aufgeschrumpft ist, • sie glatt, ohne Kaltstellen und Luftblasen anliegt, der Dichtungskleber an beiden Enden herausgepresst wurde, • die geforderte Überlappung von 50 Millimeter auf die Zementmörtel-Umhüllung eingehalten wurde. Umwickeln mit Mörtelbandage (Fa. Ergelit) Mörtelband in einem wassergefüllten Eimer durchtränken bis keine Luftblasen austreten. Maximal zwei Minuten. Nasses Band entnehmen und leicht ausdrücken. Band auf den zu umhüllenden Bereich (ZMU ≥ 50 mm überdecken) aufwickeln und der Kontur anpassen. Für sechs Millimeter Schichtdicke Bandage zweimal umwickeln bzw. 50 Prozent überlappen. Nach ca. einer bis drei Stunden ist die Nachisolierung mechanisch belastbar. Verfüllen des Rohrgrabens Die Bettung der Rohre ist gemäß DIN EN 805/DVGW W 400-2 bzw. DIN EN 1610/ATVDVWK A 139 vorzunehmen. Als Verfüllmaterial kann praktisch jedes Aushubmaterial, selbst Böden mit Steineinschlüssen bis zum Größtkorn von 100 Millimeter, eingesetzt werden (siehe DVGW-Arbeitsblatt W 400-2). Eine Sandumhüllung bzw. Umhüllung mit Fremdmaterial ist nur in besonderen Fällen notwendig. Im Bereich von Verkehrsflächen ist das Merkblatt für das Verfüllen von Leitungsgräben (Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen, Köln) zu beachten. Die mit ZM-Schutzmanschetten oder Schrumpfmaterial geschützten Steckmuffen-Verbindungen sind mit feinkörnigem Material zu umhüllen oder mit Rohrschutzmatten zu schützen. Kürzen von Rohren Bis DN 300 sind die gelieferten Rohre im Bereich des Rohrschaftes, bis ein Meter von der Muffenstirn entfernt, schnittfähig, so dass eine Verbindung hergestellt werden kann. Über DN 300 sind nur Rohre mit einem weißen durchgehenden Längsstrich schnittfähig. Solche Rohre (Schnittrohre) müssen gesondert bestellt werden. 132 ZMU Zusätzliches Kennzeichen für ein Schnittrohr ist ein „SR“ an der Muffenstirnseite. Vor dem Schneiden sollte die ZMU auf der Länge 2 L bzw. 2 LS entsprechend der nachstehenden Tabelle entfernt werden. (Bei Überschiebern ist das Maß für das „Überschieben“ zusätzlich zu berücksichtigen). Ls 2 Ls L 2L DN 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 TYTON®/BRS® L (mm) BLS® LS (mm) 95 100 100 105 110 115 120 120 120 130 145 205 220 230 245 165 175 185 190 200 205 210 – 230 245 300 315 330 345 360 ZMU-freie Einsteckendlänge TYTON® gilt für Muffen entsprechend DIN 28 603 bis DN 600 Form A ab DN 700 Form B (Langmuffe) Die ZMU wird über den gesamten Rohrumfang bis etwa zur Hälfte der Schichtdicke der ZMU eingeschnitten. Dabei ist darauf zu achten, dass das Gussrohr nicht beschädigt wird. Dann wird die ZMU in Längsrichtung zwischen den beiden Umfangsschnitten ebenfalls eingeschnitten. Anschließend werden alle Schnitte mit einem Meißel getrennt. Danach lässt sich die ZMU ringsum durch leichte Hammerschläge – beginnend an der Längstrennstelle – ablösen. Bei Rohren DN 700 - DN 1000 könnte es erforderlich 133 Einbauanleitungen werden, vor dem Ablösen der ZMU diese mit einer Propangasflamme zu erwärmen. Das Einsteckende ist mit Schaber und Drahtbürste zu säubern. Die Rohre können nun mit Trennschleifgeräten geschnitten werden. Zum Schneiden eignen sich Trennscheiben für Stein, z.B. Typ C 24 RT Spezial. Beim Trennen der Rohre sind Schutzbrille und Atemschutz zu tragen. Die Schnittkante wird mit einer Handschleifmaschine entsprechend dem Originaleinsteckende angefast. Anfallende Späne sind aus dem Rohrinnern zu entfernen. Die entstandenen, verzinkten Spitzenden sind unbedingt mit einer geeigneten Deckbeschichtung nachzustreichen! Montage von Anbohrarmaturen Bei der Montage von Anbohrarmaturen sollte im Bereich der Dichtfläche die ZMU so entfernt werden, dass die Dichtung der Anbohrschelle gegen die gesäuberte Oberfläche des Rohres abdichtet. Nach dem Anbringen der Anbohrarmatur ist die noch freiliegende Rohroberfläche entsprechend nachzuisolieren. Alternativ kann die ZMU im Bereich des Bohrloches bis unter die Netzbandage mit einer Handschleifmaschine oder einer Raspel geglättet werden. Eine auf die ZMU abgestimmte Anbohrarmatur wird anschließend auf diesen Bereich gesetzt und dichtet auf der ZMU ab. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Anbohrarmaturen, die im Bohrloch abdichten. Siehe auch DVGW-Merkblatt W 333. Baustellenseitiges Ausbessern der ZMU Abgelöste Stellen der ZMU dürfen nur mit dem vom Rohrhersteller mitgelieferten Reparatur-Set ausgebessert werden. Das Reparatur-Set enthält ein Zement-Sand-Kunststofffaser-Gemisch, Gazeband und Mörtelvergütung. Der Inhalt des Reparatur-Sets wird gemischt, bis ein spachtelfähiger Mörtel entsteht. Dabei kann je nach Außentemperatur mit Wasser angereichert werden. Die schadhaften Stellen der ZMU werden gesäubert, angefeuchtet und mit Mörtel ausgespachtelt. Größere Schadstellen (ab Handtellergröße) müssen nach dem Mörtelauftrag mit Gazeband abgedeckt werden. Für Rohre mit reparierter Zementmörtel-Umhüllung wird empfohlen, mindestens zwölf Stunden bis zum Einbau zu warten oder die Reparaturstelle ausreichend vor mechanischer Belastung zu schützen. 134 135 136 07/09 Buderus-Handbuch Buderus Giesserei Wetzlar GmbH Gussrohrtechnik Postfach 1240 35573 Wetzlar Telefon: 0 64 41 - 49-24 01 Telefax: 0 64 41 - 49-14 55 E-Mail: [email protected] www.gussrohre.com Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre Buderus-Handbuch © BGW/RV • 049 • 07/09 • d 2 500 • DN Grabenloser Einbau duktiler Gussrohre 07/09