Verfahrensbeschreibung

Verfahrensbeschreibung FeedbackE-Mail

Microtunneling ist ein spezielles Verfahren für den grabenlosen Rohrvortrieb bei Neuverlegung in neuer Trasse s. Bild 2). Beispielsweise können Abwasserkanäle im Durchmesserbereich von DN 250 bis DN 1800 unterirdisch und ferngesteuert neu verlegt werden. Von einem Startschacht (Pressgrube) wird mittels eines Vortriebsgerätes mit Presse und Bohrkopf ein neues Kunststoff-Kanalrohr wie z.B. aus GFK vorgetrieben. Je nach Durchmesser und Bodenart kann der Pressdruck bis zu 250 bar betragen. Nachdem der Startschacht ausgehoben wurde, wir ein fernbedienter Vortriebskopf auf der Pressstation, die am Startschachtboden installiert ist, abgelegt und in den umgebenden Erdboden hineingepresst. Je nach geologischen Bodenbedingungen kommen unterschiedliche Bohrköpfe wie Standard-, Mischboden- oder Felsbohrkopf zum Einsatz (s. Bild 1).

Ein Dichtring, der an der Kammerwand angebracht ist, verhindert zuverlässig, dass vorhandenes Grundwasser unkontrolliert in den Schacht dringen kann. Die notwendigen Vortriebskräfte werden von einer hydraulischen Pressstation mit leistungsstarken Vortriebszylindern sowie einem Druckring erzeugt. Dieser drückt die Bohrmaschine über Lasersteuerung in der Richtung und Neigung der geplanten Rohrleitung in den Boden. Im folgenden Schritt wird der Bohrkopf dann von den Vortriebsrohren (z.B. aus Glasfaserverstärktem Kunststoff GFK oder Polypropylen PP-H mit längskraftschlüssiger Verbindungstechnik) weitergeschoben. Diese übertragen den Druck der Pressstation auf die Microtunneling-Vortriebsmaschine. Die Vortriebsrohre werden nach und nach auf den Startschachtboden abgelassen und nacheinander hinter der Vortriebsmaschine installiert. Der Bodenaushub erfolgt kontinuierlich durch den Bohrkopf (s. Bilder 3 und 4). Größere Gesteinsbrocken werden gleichzeitig mechanisch im Brecherraum zerkleinert, bis diese förderfähig sind. Der Bodenaushub erfolgt kontinuierlich durch den Bohrkopf. Der Aushub wird hydraulisch über Abraumrohrleitungen an der Baustelle über Tage gefördert. Dort gelangt der Aushub in ein Container- Absetzbecken. Hier wird das Wasser/ Fördermedium automatisch über das Schwerkraftprinzip getrennt und über Versorgungsleitungen wieder in die Bohrkammer am Bohrkopf zurückgepumpt. Das Beförderungssystem für das Erdreich arbeitet als geschlossener Kreislauf und gestattet somit einen schnellen Fortschritt beim Vortriebsrohr. Weitere Aushub- und Beförderungsmethoden für das Erdreich umfassen Minibagger am Stollenende, Förderschnecken oder ein schienengeführtes Lorensystem.

Ein Gyro- und Lasersteuerungssystem gewährleistet, dass der Zielschacht vom Bohrkopf zielsicher angesteuert und erreicht wird. Die Bohrmaschine wird von einem Bediener in einem Kontroll- und Steuerungscontainer an der Geländeoberfläche in der Nähe des Startschachtes gesteuert. Zahlreiche Sensoren und Geräte übermitteln dem Bediener alle für die Steuerung des Bohrkopfes entlang der geplanten Rohrleitungsachse erforderlichen Daten.

Während des Bohrvorganges und der Rohrinstallation wird die Vortriebskraft aufgezeichnet. Der zulässige Höchstwert für die Vortriebsrohre darf hierbei nicht überschritten werden. Um die Vortriebskraft bei der Rohrinstallation auf längeren Strecken nicht zu überschreiten, schieben zwischengeschaltete Pressstationen ein Vortriebsrohr mit einer bestimmten Länge in den Boden. Sie werden vergleichbar installiert und eingepresst wie die Vortriebsrohre. Um die Installationskosten niedrig zu halten, befinden sich diese Stationen, wenn möglich, in Bereichen, in denen später die Einstiegsöffnungen (Revisionsschächte) nach der Fertigstellung der Rohrleitung geplant sind.

 

Anforderungsgerechte Bohrköpfe für unterschiedliche geologische Bedingungen

Der anstehende Boden wird mit einem auf die geologischen Bedingungen angepassten Bohrkopf abgetragen. Dadurch können die Maschinen nahezu in jedem Baugrund eingesetzt werden. In weichen Böden und Mischgeologien kommen Standard- oder Mischbodenbohrköpfe (s. Bild 1) zum Einsatz. Für Vortriebe in standfestem Gestein wird ein Felsbohrkopf (s. Bild 1) mit Schneidrollen montiert. Ein kegelförmiger Konusbrecher im Abbauraum zerkleinert parallel zum Vortrieb Steine oder andere Hindernisse auf förderfähige Korngrößen. Anschließend fällt das Material durch siebartige Öffnungen vor dem Saugstutzen und wird mit der Suspension über die Förderleitung abgesaugt. Der Bohrdurchmesser kann mittels Aufdoppelmantel und angepasstem Bohrkopf flexibel vergrößert werden. Dadurch können mit einer AVN-Maschine von Herrenknecht AG unterschiedliche Durchmesser realisiert und verschiedene Rohrmaterialien eingesetzt werden.

1. Standard-Bohrkopf für fliesende Boden
Durch auf den Boden abgestimmte Öffnungen im Bohrkopf lässt sich der Bodenaustrag auf die durch die Rohrverdrängung erforderliche Masse regulieren.
Microtunneling Felsbohrkopf
2. Mischboden-Bohrkopf für Steine und Findlinge
Innovative Technologien schaffen neue Möglichkeiten: Durch den Einsatz von Mischbohrköpfen, die mit Messern und Schneiden für bindige Böden ausgerüstet sind sowie Zähne und Rollenmeißel, die Findlinge oder Felslagen zerkleinern können, lassen sich immer schwierigere Böden bohren.
3. Fels-Bohrkopf für Felsen
Neue, unkomplizierte Optionen offerieren die heutigen Techniken auch beim Bohren im Fels mit hohen Härtegraden. Wo früher gesprengt oder gestemmt werden musste, gilt das Microtunneling inzwischen als zuverlässige Alternative. Wenn die Bohrwerkzeuge verschlissen sind, ermöglicht die begehbare Ortsbrust bei Innendurchmessern ab 1200 mm ein einfaches Auswechseln.
  Bild 1: Standard-, Mischboden- oder Felsbohrkopf für Microtunneling
Quelle: Herrenknecht AG

 

AMIJACK Vortriebsrohrsysteme aus GFK (Microtunneling)

Das grabenlose Verlegen von Rohrleitungen mit dem Microtunneling ist eine Technologie, die sich aus Management und Bau urbaner Infrastruktur nicht mehr weg denken lässt und sich wachsender Bedeutung erfreut. Dieses High-Tech-Rohrvortriebsverfahren bedarf aber nicht nur leistungsstarker Verlegetechnik, sondern auch geeigneter Rohrsysteme, die den immensen physikalischen Beanspruchungen dieser Technologie gewachsen sind. Für das Microtunneling (Rohrvortriebsverfahren) dessen Einsatzbereich bis weit in die begehbaren Nennweiten reicht, war bisher das Stahlbeton-Rohr der „Klassiker": Robust, belastbar, zugleich aber auch schwer und massig, setzte es seit Jahrzehnten die Maßstäbe, definierte bislang aber auch die Grenzen des Rohrvortriebs. Die bestehen nicht zuletzt darin, dass zementgebundene Betonrohre beim Bau von Mischwasserkanälen mit ihren potentiell hoch korrosiven Flüssigkeiten nicht die beste Wahl sind. So verwundert es letztlich nicht, dass Beton gerade in diesem Anwendungsbereich seit Jahren Marktanteile an Rohre aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) verliert.

GFK-Rohre, wie sie etwa die Amiantit Germany GmbH mit „AMIJACK-Vortriebsrohre" anbietet, sind nicht nur dauerhaft korrosions- und abrasionsbeständig und daher eine gute Wahl beim Transport aggressiver Abwässer (s. Bilder 5 und 6). Sie verbinden ebenso hervorragende statische Eigenschaften schon bei vergleichsweise geringen Wandstärken mit einem vergleichsweise geringen Metergewicht – vor allem in der vergleichenden Betrachtung mit Stahlbetonrohren. Bei gleicher Wandstärke bieten GFK-Rohre ein Vielfaches der Ringsteifigkeit eines Stahlbetonrohres. Oder anders herum gesehen: Eine definierte statische Tragfähigkeit bietet GFK schon mit weit geringerer Wandstärke als Stahlbeton – und mit erheblich geringerem Gewicht. AMIJACK-Vortriebsrohre bieten Ringsteifigkeiten von SN 32000 bis SN 1000000. Die Rohrdimensionen sind bei GFK-Rohren von AMITECH in den Nennweiten von DN400 bis DN2400 lieferbar.

Sie sind bei gleicher Belastbarkeit leichter bzw. dünnwandiger und lassen sich dadurch meist leichter und schneller einbauen als die schwergewichtigen traditionellen Rohrwerkstoffe. Die zum Vortrieb eines kontinuierlich wachsenden Rohrstranges erforderlichen Kräfte sind bei GFK Vortriebsrohren deutlich reduziert, im Wesentlichen deshalb, weil die Außenreibung des glatten Werkstoffes deutlich geringer ist als bei Beton. Daher kann beim AMIJACK-Einbau mit weniger Zwischenpress-Stationen gearbeitet werden, ein Umstand, der den gesamten Projektablauf erheblich beschleunigt. Gesamtwirtschaftlich betrachtet kann daher ein GFK-basiertes Vortriebsprojekt günstiger sein als die konventionelle Alternative mit dem - im Meterpreis meist preiswerterem - Stahlbetonrohr. Prinzipiell sollten Entscheider stets die Gesamtkosten im Blick haben, d.h. Materialkosten und Verlegungskosten kalkulieren und entsprechend berücksichtigen.

Microtunneling Verfahrensprinzip

Bild 2: Verfahrensprinzip für Microtunneling
Quelle: Ludwig Pfeiffer Hoch- und Tiefbau GmbH & Co.KG

 

Funktionsbeschreibung einer Vortriebsmaschine

Der Bohrkopf (1) löst mit seinen Werkzeugen – Schneiden, Messern, Meißeln oder Disken – den anstehenden Boden. Dieser gelangt dann in den Brecherraum (2). Hier werden eventuell vorhandene Steine zerkleinert. In einem geschlossenen Kreislaufsystem wird eine Bohrsuspension zunächst in den Brecherraum gepumpt, dort reichert diese sich mit dem Erdreich an und wird zurück zur Separieranlage bzw. Aufbereitungsanlage gepumpt. Die Separieranlage trennt dann Bohrsuspension (z.B. Betonit) und Boden. Der Boden wird entsorgt, die Bohrsuspension wird umweltschonend zurück in den Brecherraum gepumpt. Mit den hydraulischen Zylindern des Pressenrahmens kann der Rohrstrang weiter vorgeschoben werden. Mit einem Laserstrahl wird die Lage der Maschine kontrolliert. Die Zieltafel (4) meldet die Lage des Laserpunktes an den Maschinenfahrer im Steuercontainer. Hydraulikzylinder (12) ermöglichen es, den Bohrkopf zu steuern und so die Lage zu korrigieren. Vom Steuercontainer aus bedient der Fahrer die gesamte Anlage.

Microtunneling Vortriebsmaschine Microtunneling Vortriebsmaschine2
Bild 3: Vortriebsmaschine für Microtunneling
Quelle: Ludwig Pfeiffer Hoch- und Tiefbau GmbH & Co.KG
Bild 4: Vortriebsmaschine für Microtunneling
Quelle: Herrenknecht AG

Microtunneling GFK Vortriebsrohre

Bild 5: AMIJACK Vortriebsrohre aus GFK für Microtunneling
Quelle: Amiantit Germany GmbH, Mochau

Microtunneling Startschacht

Bild 6: Startschacht für Microtunneling
Quelle: Amiantit Germany GmbH, Mochau