Über eine vor Ort eingerichtete Internetverbindung hatte das Bauunternehmen zusätzlich zur vortriebsbegleitenden Kontrolle der Pressenkräfte einen ständigen Einblick in den aktuellen Belastungsgrad der Vortriebsrohre und damit in den Fortschritt des gesamten Projekts.

Belastung von Vortriebsrohren

Online Load Control (OLC)

Diese Lücke schließt eine Entwicklung der INKA, die unter anderem in einem aktuellen Projekt der Gergen Hochund Tiefbau GmbH & Co. KG, Saarwellingen zum Einsatz kam: Das Überwachungssystem OLC kann die aktuelle, schadlos von den Rohren aufnehmbare Vorpresskraft der jeweiligen Pressstation ermitteln und die Spannungsverteilung in den Rohrfugen kontrollieren. Kritische Rohrbelastungen, die zu Schäden führen könnten, werden frühzeitig erkannt.

Da sämtliche Werte kontinuierlich aktualisiert werden, liefert OLC Bau ausführenden Unternehmen wie Bauherren einen objektiven Nachweis darüber, dass das Projekt durch den Einsatz von OLC an Qualität, Arbeitssicherheit und Wirtschaftlichkeit gewonnen hat.

Projekt „Mittleres Saartal“

Das Unternehmen Gergen Hochund Tiefbau GmbH & Co. KG, Saarwellingen hat in Bous Schwalbach, einer Gemeinde im Landkreis Saarlouis (15 km nordwestlich von Saarbrücken) drei Vortriebstrecken aufgefahren, die den Bommersbach zum Teil unterqueren. Die Baumaßnahme „Mittleres Saartal“, Hauptsammler Bommersbach, LOS 2 erfolgte im Auftrag des Entsorgungsverbands Saar Abwasserwirtschaft Saarbrücken.

Die geologischen Verhältnisse des Bauvorhabens wurden vorwiegend von Schichten aus Bundsandstein und Rotliegendem/Karbon bestimmt. Die Schichten von Buntsandstein waren im Bereich der aufzufahrenden Trasse größtenteils stark verwittert bis zersetzt und wiesen nur eine geringe Festigkeit auf. Von einer standsicheren Ortsbrust konnte demnach nicht ausgegangen werden

Die Schichten von Rotliegendem/Karbon hingegen waren auf Höhe der geplanten Vortriebsstrecke zu halbfesten bis festen Tonen zersetzt. Einige Teilstrecken wiesen Störzonen mit geradezu breiigen Konsistenzen auf, die zur Annahme führten, dass die Ortsbrust nicht standfest sein würde. Die gesamte Trassenführung zeichnete sich durch eine sehr starke Durchnässung aus, weshalb der Rohrvortrieb unter Druckluft bereits in der Ausschreibung des Projekts zur Bedingung gemacht wurde. Des Weiteren verläuft der Hauptsammler Bommersbach zum größten Teil innerhalb einer Wasserschutzzone: Ein weiteres Argument für automatischen Rohrvortrieb mit Hydroschild und Druckluftpolsterregelung. Zum Einsatz kam eine Herrenknecht Tunnelvortriebsmaschine vom Typ AVND1600.
Die aufzufahrenden Vortriebsstrecken lagen größtenteils im Übergangsbereich von Lockerboden zu Festgestein, aus diesem Grund lag das Augenmerk des Maschinenfahrers besonders auf Abweichungen der Maschine von der Sollachse in vertikaler Richtung.

Bei drei Haltungen betrug die Vortriebslänge insgesamt 984 Meter und wies zwei enge Kurvenradien von 191 bzw. 220 Metern auf. Jeder Meter wurde dabei vom Überwachungssystem OLC begleitet. Die statische Berechnung der Vortriebsrohre (DN1600) erfolgte gemäß der Regelwerke ATV A 125, ATV A 161 und DIN 1045 bzw. EC2. In den Bereichen des geraden Vortriebes wurden Rohre mit einer Länge von 3 Metern verbaut, in Kurvenstrecken wurden Rohrlängen von 2 Metern verwendet. Für die Rohre im Bereich der ersten Pressstrecke, mit einer verwendeten Rohrlänge von drei Metern, wurden Fugenzwischenlagen aus Pressspan mit einer Stärke von 22 Millimetern verwendet. Die Fugenzwischenlagen im Kurvenbereich der zweiten und dritten Vortriebstrecke bestanden im Unterschied zur ersten Strecke aus Vollholz und betrugen eine Stärke von 36 Millimeter: Genug, um auch im Kurvenbereich eine ausreichende Last übertragende Fläche im Fugenbereich zu gewährleisten. Vortriebsstrecke Schacht Nr. Haltungslänge Trassenführung 25-27 361m Gerade 27-28 231m 121m Gerade; 110m Kurve R=191m 30-28 392m 307m Gerade; 85m Kurve R=220m .

Das Auffahren des ersten Teilstücks (Schacht 25-27) begann im April 2007. Der Vortrieb wurde besonders durch die bereits beschriebenen Schichten von Rotliegendem/Karbon erschwert, die laufend eine Verklebung des Schneidkopfes verursachten. Zur Sicherheit wurden ferner zwei Zwischenpressstationen eingesetzt und im Abstand von ca. 100 Metern passiv mit geschoben. Bei einer drohenden Überschreitung der zulässigen Vorpresskraft hätten die Zwischenpressstationen aktiviert und die aufzubringenden Kräfte reduziert werden können. Trotz der schwierigen geologischen Bedingungen konnte der Zielschacht bereits nach wenigen Wochen erreicht werden. Die Einrichtung der zuvor beschriebenen Messtechnik zur vortriebsbegleitenden Pressenkraftüberwachung erfolgte für alle drei Haltungslängen gleichermaßen. Zur Aufnahme der Rohrabwinkelungen bzw. der Fugenspaltmaße wurden die Doppelmessfugen in den Rohren unmittelbar hinter der Vortriebsmaschine angeordnet. Um vor Ort eine einfache Montage ohne Beschädigung der Rohre zu ermöglichen, wurden spreizbare Stahlringe eingesetzt, die im Rohrinnern durch Verspannen fixiert werden konnten. An den Stahlringen selbst wurden die Peripheriegeräte zur Messung befestigt. Die Messtechnik wurde vor dem Einbau der Vortriebsrohre vormontiert, so dass der Einbauvorgang der Rohre nur unwesentlich behindert wurde (Bild 6).

Die erste Messebene wurde zwischen dem ersten und zweiten Vortriebsrohr installiert, die zweite Messebene zwischen dem zweiten und dritten Vortriebsrohr. Die Fugenspaltmaße wurden pro Messebene von vier Wegmesssensoren erfasst, die an gleichmäßig über den Rohrdurchmesser verteilten Stellen auf den Spannringen fixiert waren. Anschließend wurde die Information über Messumsetzer an den im Vortriebscontainer aufgestellten Rechner weitergeleitet. Unter Berücksichtigung der Belastungshistorie ermittelte der Rechner zeitgleich die aktuell resultierende und die zulässige Vorpresskraft für die Vortriebsrohre. Der Maschinenfahrer im Steuerstand erhielt in Echtzeit die zulässige sowie die tatsächlich aufgebrachte Vorpresskraft angezeigt. Dank der OLCAnzeige auf der Herrenknecht-Datenvisualisierung am Steuerstand konnte auf einen Blick erkannt werden, wie hoch der prozentuale Auslastungsgrad der Pressenkräfte mit Bezug auf die Belastung der Vortriebsrohre ausfielt und ob bzw. welche Reserven vorhanden waren. Einer Überlastung der Rohre konnte somit vorgebeugt werden, da der Maschinenfahrer jederzeit die Gelegenheit hatte, vorausschauend entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Hierzu würden in erster Linie die rechtzeitige Aktivierung der Dehner sowie eine verstärkte Schmierung des Rohrstranges zählen.
Die Verwinkelungen der zuerst aufgefahrenen Vortriebsstrecke wiesen die für einen geraden Vortrieb typischen Pendelbewegungen aus Korrektursteuerungen um die Nullachse auf. Die vom OLC-System ermittelten maximal zulässigen Vorpresskräfte wurden zu Beginn des Vortriebs beziffert. Durch auftretende Fugenabwinkelungen reduzierten sich diese nach einigen Metern um ca. 2 Prozent. Die maximal aufgebrachte Pressenkraft erreichte nur 72 Prozent der zu Anfang bestimmten Werte. Somit wurden die zulässigen Pressenkräfte zu keinem Zeitpunkt des Vortriebs überschritten und auf einen Einsatz der passiv mitgeführten Zwischenpressstationen konnte verzichtet werden. Um beim Einfahren in die Kurven der beiden nachfolgenden Teilstrecken die korrekten Steuerbewegungen zum richtigen Zeitpunkt einzuleiten bedurfte es der langjährigen Erfahrungen des Pressenmeisters. Auch beim Vortrieb dieser Haltungen waren vorab die maximal zulässigen Vorpresskräfte der Hauptpressen ermittelt worden. Durch die Einfahrt in die Kurven und den damit verbundenen Rohrverwinkelungen reduzierten sich die zulässigen Vorpresskräfte um 4 bzw. 10 Prozent

In den ersten Metern der Pressstrecken stiegen die gemessenen Vorpresskräfte stark an und fielen dann wieder ab, um für den weiteren Verlauf der Strecke nahezu kontinuierlich zuzunehmen. Das plötzliche Abfallen der gemessenen Vorpresskräfte resultierte wahrscheinlich aus einem Wechsel der geologischen Verhältnisse und/oder einer intensiveren Schmierung des Rohrstrangs. Dank der gezielten Aktivierung einer von insgesamt zwei mitgeführten Dehnerstationen konnte bei der dritten Haltung einer drohenden Überbelastung der Vortriebsrohre im Bereich der Kurve gezielt entgegengewirkt werden.

Während des Auffahrens der gesamten Vorpressstrecke wurde zu keiner Zeit die in Bezug auf die Rohrbelastungen jeweilige maximal zulässige Vorpresskraft überschritten.

Fazit und Ausblick

Obwohl der Einsatz der vortriebsbegleitenden Pressenkraftberechnung nicht Bestandteil der Ausschreibung für diese Baumaßnahme war, entschied sich Gergen Hochund Tiefbau GmbH & Co. KG zusätzlich für das Überwachungssystem OLC: Damit erfüllte das Bauunternehmen bereits zu diesem Zeitpunkt alle Anforderungen an die Überwachung und Dokumentation von Vorpresskräften, die die DWA in ihren aktuellen Entwürfen der Arbeitsblätter A 161 und A 125 für die Zukunft fordert. Für das Bauunternehmen konnte durch den Einsatz von OLC ein objektiver Nachweis dafür erbracht werden, dass das Projekt an Qualität, Arbeitssicherheit und Wirtschaftlichkeit gewonnen hat und somit in mehr als einer Hinsicht erfolgreich umgesetzt wurde.Mit der Entwicklung von OLC haben die Herrenknecht AG und INKA ein System geschaffen, das das Auffahren von Rohrvortrieben trotz anspruchsvollster Trassenführung und schwierigster geologischer Bedingungen wesentlich erleichtert. Die kontinuierliche Dokumentation der Rohrverwinkelungen, der Rohrbelastungen und der Vortriebsparameter durch OLC führt einen neuen Qualitätsmaßstab für den Rohrvortrieb mit hydraulischen Pressen ein. Das Maschinenpersonal ist dank der Echtzeit-Übertragung der Messdaten an den Rechner im Steuerstand jederzeit in der Lage, im Falle einer drohenden Überlastung der Vortriebsrohre umgehend und rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen und somit möglichen Schäden vorzubeugen. Durch das Überwachungssystem OLC haben außerdem sämtliche am Bau beteiligten Personen die Möglichkeit, sich rund um die Uhr über Ablauf und Fortschritt des Unternehmens zu informieren. Die unkomplizierte Integration und die einfache Handhabung des Systems sowie die übersichtliche Bedienerführung seiner Technik lässt die Ausführung des Bauvorhabens ferner mit einem Mindestmaß an Vortriebsbegleitenden Ingenieurleistungen auskommen. Insgesamt beweist sich das Online Load Control System als ein Instrument, das dem Rohrvortrieb von morgen schon heute Vorschub leistet.

Auf einen Blick

Technik:

Qualitätssicherung:

Wirtschaftlichkeit:

Literaturhinweise

ATV-Arbeitsblatt 125: Rohrvortrieb, Abwassertechnische Vereinigung e.V.GFA, September 1996 ATV-Arbeitsblatt 161: Statische Berechnung von Vortriebsrohren, Abwassertechnische Vereinigung e.V.GFA, Januar 1990 DWA-Arbeitsblatt 125 (Entwurf): Rohrvortrieb und verwandte Verfahren, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Februar 2007 Girmscheid, G.: Baubetrieb und Bauverfahren im Tunnelbau, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2000 Schumann, W.: Mineralien, Gesteine – Merkmale, Vorkommen und Anwendung, BLV Verlagsgesellschaft mbH, München 1997