Projekt 27238/01

Qualitätssicherung und Schadensvermeidung an Bauteilen beim unterirdischen Rohrvortrieb durch Einsatz eines neuartigen kontinuierlichen Fugenvermessungssystems

Projektträger

IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur
Exterbruch 1
45886 Gelsenkirchen
Telefon: 02 09 - 17 806 - 0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Systems, welches die Verformungen des Druckübertragungsmittels und somit die Belastung der Rohre bei minimaler Beeinflussung des Bauablaufs erfassen, entsprechende Daten speichern und gegebenenfalls zur Weiterverarbeitung an Berechnungsprogramme übergeben kann. Zudem sollen die Kosten für eine derartige Überwachung durch eine Reduktion des Aufwandes beim Einbau der Messdosen und durch geringeren Folgeaufwand beim Rohrwechsel reduziert werden. Im Ergebnis ist dann mit einer deutlichen Reduzierung der Bauschäden an Vortriebsrohren durch Überbelastung mit ihren Konsequenzen für die Umwelt, wie beispielsweise Undichtigkeiten oder Bergebaugruben zu rechnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZum Erreichen der Zielsetzung wurden die Prototypen an die Praxisbedingungen vor Ort angepasst und das Gesamtsystem inklusive Funkübertragung der Messdaten im Rahmen eines realen Rohrvortriebes mit Stahlbetonrohren DN 1800 in Gelsenkirchen erprobt.
Folgende Arbeitsschritte wurden im Rahmen des Projektes bearbeitet:
Entwicklung, Zusammenstellung und Erprobung des Systems für die drahtlose Übertragung
und Speicherung der Messdaten.
Einbau und Inbetriebnahme des Messsystems in 3 Rohrfugen.
Überwachung der Messwertaufzeichnung vor Ort.
Stichprobenartige Vermessung des gesamten Rohrstranges zur Verifikation der
aufgezeichneten Messwerte.
Vergleichende Bewertung der Kosten für das herkömmliche System mit Wegaufnehmern und
Kabeln gegenüber den Messdosen mit Funkübertragung unter Berücksichtigung sämtlicher
Einflussfaktoren (z.B. Herstellkosten, Einbaukosten).
Zusammenfassung der Ergebnisse in einem wissenschaftlichen Bericht.
Erstellen eines Fachartikels und veröffentlichen der Ergebnisse.


Ergebnisse und Diskussion

Die bereits entwickelten Prototypen wurden an die Praxisbedingungen vor Ort angepasst und das Gesamtsystem inklusive Funkübertragung der Messdaten im Rahmen eines realen Vortriebs von Stahlbetonrohren der Nennweite DN 1800 erprobt.
Der Praxiseinsatz zeigte, dass das verwendete Messsystem bezüglich des Einflusses der Luftfeuchtigkeit im Rohrstrang und hinsichtlich der Reichweite der Funkübertragung modifiziert werden musste. Erste Modifikationen wurden im Rahmen des Projektes bereits umgesetzt und zwei Varianten der Messdosen im Labormaßstab erprobt. Somit liegt nun ein Messsystem vor, welches zur kontinuierlichen Fugenvermessung bei Rohrvortrieben einsetzbar erscheint.
Offen ist lediglich, welche der beiden entwickelten Alternativen im Einzelfall besser für die Messaufgabe im Vortriebsrohr geeignet ist. Dies sollte künftig im Rahmen weiterer Pilotbaumaßnahmen unter besonderer Berücksichtigung der Feuchtigkeitsverhältnisse geklärt werden. Hier sollten dann mehrere Fugen mit den unterschiedlichen Messdosen bestückt und die Messdatensicherheit unter den vorliegenden Randbedingungen im Vortriebsrohr bewertet werden.
Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Einsatzes von Messdosen in Verbindung mit Funkübertragung im Vergleich zur derzeit noch herkömmlichen Technik der Wegaufnehmer mit Datenkabeln zeigt, dass in dem hier betrachteten Fall Messdosen aufgrund der vergleichsweise geringeren Kosten wirtschaftlich zur Qualitätssicherung eingesetzt werden können. Überschlägig ist zu erwarten, dass sich die Kosten für Fugenvermessungen im Rahmen der Qualitätssicherung durch den Einsatz von Messdosen mit Funkübertragung in etwa halbieren lassen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Verbreitung der gewonnenen Ergebnisse ist folgendermaßen möglich:
- Mit der Zeitschrift 3R - International wurde bereits abgestimmt, dass die vorliegenden Ergebnisse dort Ende 2009 veröffentlicht werden können. Die Ausarbeitung dieses Artikels erfolgt, sobald eine Freigabe dieses Abschlussberichts durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt vorliegt.
- Der IKT-eNewsletter informiert monatlich über Aktivitäten und Forschungsergebnisse des IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen und wird an etwa 14.500 Netzbetreiber und Ingenieurbüros in ganz Deutschland versendet. Hier kann noch in diesem Jahr eine entsprechende Veröffentlichung der Ergebnisse geschaltet werden. Die Ausarbeitung dieses Beitrags erfolgt, sobald eine Freigabe dieses Abschlussberichts durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt vorliegt.


Fazit

Trotz des Einsatzes modernster Maschinen- und Steuertechnik und normengerechter Bemessung der Rohre kommt es beim Rohrvortrieb immer wieder zu Schäden, die sich bei Stahlbetonrohren in Form von Rissen oder Abplatzungen an der Betonoberfläche ausbilden. Die Ursache für solche Schäden sind häufig Überbelastungen der Vortriebsrohre durch ungleichmäßige Krafteinleitung über die Druckübertragungsringe infolge von Steuerbewegungen. Dies verdeutlicht die Wichtigkeit der Kenntnis der Verformung des Druckübertragungsmittels während des Vortriebs, weil hierüber auf die Belastung der Rohre geschlossen und Schäden vermieden werden können.
Derzeit verfügbare Systeme zur kontinuierlichen Vermessung der Fugenspaltweiten werden an der Rohrinnenseite montiert und engen somit wesentlich den lichten Querschnitt bzw. den Arbeitsraum ein. Zudem werden bei diesen Systemen die Messwerte via Kabel über Tage befördert. Dies führt durch das erforderliche Ab- und Ankoppeln zu Verzögerungen beim Einbau der Vortriebsrohre in der Startbaugrube. Auch ist die Montage der Wegaufnehmer mit Bohren und Verdübeln recht aufwändig, die Bohrlöcher schädigen die Rohrwand und es sind Vorrichtungen anzubringen, welche ein gegenseitiges Verrollen der Rohre verhindern.
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Systems, welches die Verformungen des Druckübertragungsmittels und somit die Belastung der Rohre bei minimaler Beeinflussung des Bauablaufs erfasst, entsprechende Daten speichert und diese gegebenenfalls zur Weiterverarbeitung an ein Berechnungsprogramm übergibt. Hierfür wurden bereits entwickelte Prototypen an die Praxisbedingungen vor Ort angepasst und das Gesamtsystem inklusive Funkübertragung der Messdaten im Rahmen eines realen Vortriebs von Stahlbetonrohren der Nennweite DN 1800 erprobt. Der Praxiseinsatz zeigte, dass das verwendete Messsystem bezüglich des Einflusses der Luftfeuchtigkeit im Rohrstrang und hinsichtlich der Reichweite der Funkübertragung modifiziert werden musste. Erste Modifikationen wurden im Rahmen des Projektes bereits umgesetzt, sodass nun ein Messsystem vorliegt, welches zur kontinuierlichen Fugenvermessung bei Rohrvortrieben einsetzbar erscheint.
Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Einsatzes von Messdosen in Verbindung mit Funkübertragung im Vergleich zur derzeit noch herkömmlichen Technik der Wegaufnehmer mit Datenkabeln zeigte, dass sich in dem hier betrachteten Fall die Kosten beim Einsatz von Messdosen mit Funkübertragung in etwa halbieren lassen.