FERNSEMINAR ROHRVORTRIEB 2. Fortsetzung am

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1 2. Fortsetzung Seite 1 FERNSEMINAR ROHRVORTRIEB 2. Fortsetzung am Eine Anwenderinformation für alle am Rohrvortrieb Interessierten von: Dr.-Ing. Max Scherle in Zusammenarbeit mit Dipl.-Ing. Uwe Rößler, Fa. Herrenknecht AG, Tunnelvortriebstechnik und Norddeutscher Wirtschaftsverlag GmbH. - Pressschächte Thema:

2 2. Fortsetzung Seite 2 Hinweis für die Anwender Mit diesem Seminar stellt der Autor, Dr.-Ing. Max Scherle, allen am Rohrvortrieb Interessierten und Beteiligten Anregungen und Arbeitshilfen zur Verfügung. Die Seminarunterlagen wurden von ihm auf der Grundlage seiner Ausbildung zum Maschineningenieur und zum Bauingenieur, seiner langjährigen Erfahrungen im Tiefbau im Allgemeinen und im Rohrvortrieb im Besonderen, seiner eigenen Forschungen und Veröffentlichungen, seiner früheren Seminare und den damit verbundenen Diskussionen, seiner neunzehnjährigen Tätigkeit als Obmann des gemeinsamen Arbeitskreises Rohrvortrieb der Abwassertechnischen Vereinigung und des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches nach bestem Wissen und Gewissen mit einem Höchstmaß an Sorgfalt erstellt. Mit der Anwendung der Seminarunterlagen entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln. Regressansprüche gegen den Autor oder gegen die an der Gestaltung und Durchführung des Seminars Mitwirkenden sind ausgeschlossen.

3 2. Fortsetzung Seite 3 Dr.-Ing. Max Scherle Meine sehr verehrten Damen, meine sehr geehrten Herren, ich begrüße Sie, die Sie vielleicht schon zum dritten Mal an unserem Fernseminar teilnehmen wollen, zugleich im Namen meines Kollegen, Herrn Dipl.-Ing. Uwe Rößler, und des gesamten Teams, das an der Vorbereitung und Gestaltung des Eingangsseminars und an der 1. Fortsetzung schon mitgewirkt hat. Und nun steht bereits die 2. Fortsetzung an. Vielleicht fragen Sie: Müssen denn die Abstände von einer Fortsetzung zur anderen jeweils 2 Monate betragen? Warum geht es nicht schneller, dann wäre doch der Zusammenhang besser gewahrt. Doch das geht leider nicht. Jeder Seminarbeitrag soll doch ein Unikat sein, das neu entsteht, das erst handschriftlich konzipiert und skizziert wird, dann ins Reine geschrieben und gezeichnet und zuletzt in das Internet eingegeben wird, das alles braucht seine Zeit ich bitte daher um Ihr Verständnis. In diesem Beitrag wird über die Pressschächte berichtet. Pressschächte sind nur Baubehelfe und deshalb kaum der Rede wert. Und doch ist so viel dabei zu bedenken, welche Abmessungen müssen sie haben und wie tief müssen sie sein, damit sie allen Aufgaben gerecht werden. Mit einigen Tausend kn drücken die Hauptpressen den Rohrstrang vor sich her und stützen sich dabei auf die Rückwand des Pressschachtes wird sie auch diese Belastung aushalten? Das ist nicht selten die bange Frage. Die Planung und Ausführung des Pressschachtes ist Sache der Vortriebsfirma und da bleibt zwischen dem Auftragseingang und dem Baubeginn meist nur wenig Zeit viel zu wenig Zeit für komfortable erdstatische Berechnungen. Mit diesem Seminarbeitrag gibt der Autor eine praxisgerechte, jedoch völlig ausreichende Näherungslösung für den Nachweis der Standsicherheit der Druckwände.

4 2. Fortsetzung Seite 4 Dr.-Ing. Max Scherle Pressschächte für Rohrvortriebe Pressschächte - auch Startbaugruben genannt - sind, soweit sie nicht der späteren Aufnahme von bleibenden Bauwerken dienen, nur Baubehelfe, die nach Abschluss des Vortriebes ihre Funktion erfüllt haben und, soweit dies technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar ist, beseitigt werden. Während ihrer Nutzungsdauer haben sie vielfältige Aufgaben zu erfüllen: 1. Im Pressschacht sind die Vortriebspressen - Hauptpressen - untergebracht. 2. Im Pressschacht wird die schwellend wirkende Reaktionskraft aus den Vortriebspressen über ein Pressenwiderlager, auch Druckwand genannt, in den Boden eingeleitet. 3. Auf der Sohle des Pressschachtes befindet sich das Rohrauflager, auf dem Rohre nach Höhe und Seite ausgerichtet und zusammengeführt werden. 4. Im Pressschacht ist bei Vortrieb in Druckluft und bei Vortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust eine Rücklaufsperre erforderlich. 5. Im Pressschacht befindet sich die Ausfahröffnung und gegebenenfalls eine Ausfahrwand mit einer Ausfahrdichtung. 6. Im Pressschacht wird die Vortriebsrichtung nach Höhe und Seite vorgegeben und kontrolliert. Das dazu erforderliche Gerät, meist ein Lasergerät, ist so anzuordnen, dass es durch die schwellende Belastung des Baugrundes aus der Reaktionskraft der Vortriebspressen nicht beeinflusst wird. 7. Im Pressschacht ist die Hydraulikanlage für die Hauptpressen und für die Zwischenpressstationen installiert. 8. Im Pressschacht ist die Steuereinrichtung für die Hauptpressen und für die Zwischenpressstationen untergebracht. 9. Im Pressschacht sind die Geräte zur Messung und Aufzeichnung der Vorpresskräfte an den Hauptpressen und Zwischenpressstationen untergebracht. 10. In den Pressschächten werden die Rohre auf das Rohrauflager abgelassen. 11. Aus den Pressschächten wird das Haufwerk zutage gefördert.

5 2. Fortsetzung Seite In den Pressschächten erfolgt der Wechsel von Rohr zu Rohr mit Unterbrechung und Wiederzusammenführung der - Hydraulikleitungen (Vor- und Rücklauf) zur Betätigung der Zwischenpressstationen und gegebenenfalls der Steuerpressen. - Stromleitungen für Kraft und Licht. - Mess- und Regelkabel. - Telefonleitung. - Druckluftleitung für Druckluftwerkzeuge (erforderlichenfalls) - Druckluftleitung bei Vortrieb in Druckluft. - Luftleitung zur Belüftung der Vortriebsstrecke. - Wasserleitung bei offener Wasserhaltung. - Bentonitleitung für Bentonitsuspension als Stütz- und Gleitmittel. - Bentonitleitungen für - Vorlauf - Rücklauf bei flüssigkeitsgestützter Ortsbrust. 13. In den Pressschächten sind die Einrichtungen für eine offene Wasserhaltung mit - Pumpensumpf - Pumpe mit Stromversorgung und Steuereinrichtung - Wasserableitung unterzubringen. 14. In den Pressschächten sind verkehrssichere Zu- und Abgänge für die Mannschaft und für die Aufsicht in Form von Leitern, Treppen und Podesten unterzubringen.

6 2. Fortsetzung Seite 6 Pressschächte werden in - nicht wasserführenden, - vorübergehend wasserführenden, - ständig wasserführenden Böden in - nicht überflutungsgefährdeten, - überflutungsgefährdeten Böden von - Lockergestein bis zum - Festgestein ausgeführt. Pressschächte werden - in offener Bauweise mit senkrecht umspundeten Baugrubenwänden - mit 1-stufigem Verbau - mit mehrstufigem Verbau - als Senkkasten - ohne Wasserhaltung - mit Wasserhaltung - unter Druckluft hergestellt. Pressschächte können beim Bau und/oder im Betrieb durch austretendes Wasser aus Wasserversorgungsleitungen - nicht gefährdet, - gefährdet werden. Pressschächte können beim Bau und/oder im Betrieb durch Rückstau aus Abwasserkanälen - nicht gefährdet, - gefährdet werden. Die Auflistung zeigt die Vielfalt der Einflüsse und der Funktionen, die in einem Pressschacht zu berücksichtigen sind und die seine Abmessungen bestimmen. Von außen wirken auf den Pressschacht bzw. können auf ihn wirken - der Erddruck - die Verkehrslast aus der Kranbahn zum Ablassen der Rohre - der Wasserdruck (gegebenenfalls). Die äußeren Lasten und Kräfte bestimmen in Verbindung mit den Reaktionskräften aus der Vorpresskraft die Bemessung der Pressschächte.

7 2. Fortsetzung Seite 7 Für die Festlegung der Abmessung und für die Bemessung der Pressschächte sind nachstehende Angaben bzw. Vorgaben durch den Auftraggeber erforderlich: - Geländehöhe - Rohrsohle = Wasserlauf Bei Sohlauskleidung oder Sohlgerinne ist der Wasserlauf der Sohlauskleidung oder des Sohlgerinnes die maßgebliche Rohrsohle! - Nennweite der Rohre DN - Grundwasserstände während der vorgesehenen bzw. vorgegebenen Bauzeit - minimal - maximal zu erwarten. - höchst anzunehmender Grundwasserstand - höchst anzunehmender Hochwasserstand Durch den Auftragnehmer sind einvernehmlich mit dem Auftraggeber festzulegen: - Innendurchmesser der Rohre d i - Wanddicke der Rohre s - Länge der Rohre l Mit diesen Angaben legt der Auftragnehmer die Abmessungen der Pressschächte fest und bemisst sie. Die Tiefe des Pressschachtes ergibt sich aus der Geländehöhe und dem Wasserlauf zuzüglich - Konstruktionsmaß des Rohrauflagers - Betonsohle als Arbeitsfläche - wasserdichte und auftriebssichere Betonsohlplatte, soweit erforderlich. Die Breite des Pressschachtes ergibt sich aus dem - Außendurchmesser der Rohre - Arbeitsraum auf der Abgangsseite - Arbeitsraum auf der Gegenseite zum Abgang. Die Arbeitsräume müssen ein unfallsicheres Arbeiten und einen ungehinderten Ablauf der einzelnen Arbeitsgänge, insbesondere beim Rohrwechsel, ermöglichen. Als Richtwerte können für DN = 1,50 m - auf der Seite der Zu- und Abgänge Rohraußenseite + 2,00 m - auf der Gegenseite Rohraußenseite + 1,50 m Abstand zur Innenseite des Verbaues gelten. Für DN < 1,50 m können die Werte unter Aufrechterhaltung der Sicherheit und der ungehinderten Ablaufes der Arbeitsgänge entsprechend verringert werden. Für DN > 1,50 m sind die Werte angemessen zu erhöhen.

8 2. Fortsetzung Seite 8 Die Länge des Pressschachtes zwischen den Innenseiten des Verbaues bzw. zwischen den Innenseiten der Senkkastenwände ergibt sich - soweit vorhanden - als Summe aus: 1. Ausfahrwand (Brillenwand) 2. Ausfahrdichtung 3. Rücklaufsperre 4. Rückfederweg der Rohrstrecke 5. Überstand des Stahlführungsringes 6. ½ Einbauspiel 7. Rohrlänge zwischen den Rohrendflächen 8. Überstand des Stahlführungsringes 9. ½ Einbauspiel 10. Druckausgleichsring 11. Druckring 12. Pressenlänge eingefahren 13. Druckwand

9 2. Fortsetzung Seite 9 Schema einer Presse mit Zwischenstücken

10 2. Fortsetzung Seite 10 Der erforderliche Pressenhub errechnet sich aus vorstehender Aufstellung als Summe: ohne Einfluss 4. Rückfederweg 5. Überstand des Stahlführungsringes 6. ½ Einbauspiel 7. Rohrlänge zwischen den Rohrendflächen 8. Überstand des Stahlführungsringes 9. ½ Einbauspiel 10. Druckausgleichsring ohne Einfluss Der erforderliche Pressenhub kann durch 1-stufige Pressen 2-stufige Pressen - mechanisch teleskopierbar - hydraulisch teleskopierbar aufgebracht werden. Reicht der vorhandene Gesamtpressenhub, 1-stufig oder 2-stufig nicht aus, den erforderlichen Pressenhub aufzubringen, werden Verlängerungsstücke erforderlich. Da Ein- und Ausbau von Verlängerungsstücken arbeitsintensiv und zeitraubend ist, wird angestrebt, mit 1-stufigen oder 2-stufigen Pressen ohne Verlängerungsstücke auszukommen. Dazu ist zu prüfen, bis zur welcher Rohrlänge 1-stufige oder 2-stufige Pressen ohne Verlängerungsstücke ausreichen, den erforderlichen Pressenhub aufzubringen.

11 2. Fortsetzung Seite 11 Die maximale Rohrlänge für Pressen ohne Verlängerungsstücke errechnet sich max l ohne Verlängerung Rohr = Pressenhub gesamt (1-stufig oder 2-stufig - teleskopierbar) - (Rückfederweg + 2mal Überstand der Stahlführungsringe + Einbauspiel + Druckausgleichsring). Ist die vorgegebene Rohrlänge l gegeben größer als max l ohne Verlängerungen erforderlich, deren Länge sich errechnet als l Verlängerung = l Rohr Rohr gegeben - max l ohne Verlängerung l Verlängerung kann beliebig unterteilt werden. Verlängerung, sind Die Länge von Verlängerungsstücken darf - in einem Stück oder in Teilen - höchstens betragen max l ohne Verlängerung = oder < max l ohne Verlängerung Rohr Die zulässige Gesamtrohrlänge darf höchstens betragen l gesamt Rohr = l ohne Verlängerung Rohr + l Verlängerung Durch Einsatz von Verlängerungsstücken kann die zulässige Gesamtrohrlänge verdoppelt werden. Die Gesamtrohrlänge geht als Rohrlänge in die Ermittlung der Länge des Pressschachtes ein. Hinweise zu den Einrichtungen in Pressschächten 1. Ausfahrwand Ausfahrwände, die meist aus Stahlbeton hergestellt werden, reichen von einer Längsspundwand zur anderen und sind dort ausreichend einzubinden. Die Ausfahröffnung bzw. die Ausfahröffnungen bei Parallelvortrieben (deshalb Brillenwand) ermöglichen beim Start die Einhaltung der planmäßigen Lage des Schildes oder Schneidschuhes mit Millimetergenauigkeit nach Höhe und Seite. Alle Rohre werden bei der Ausfahrt aus dem Pressschacht geführt und können weder nach der Höhe noch nach der Seite ausweichen. Ein Spiel von 1,0 cm bei Rohren kleiner Nennweiten und 2,0 bis 3,0 cm bei Rohren größerer und großen Nennweiten, jeweils auf den Radius des Schildes unter Beachtung des Überschnittes bezogen, kann als Richtwert gelten. Auf die Toleranzen des Schildes ist zu achten.

12 2. Fortsetzung Seite 12 Die Ausfahrwand ist eine wertvolle Hilfe bereits beim Start. Ohne Ausfahrwand wird im Startschacht der Schild an die Spundwand herangeschoben. Im Schutze des Schildes werden die Spundbohlen in der Größe der Ausfahröffnung ausgebrannt. Erst wenn die Ausfahröffnung voll hergestellt ist, kann der Schild eingeschoben werden. Ein Nachfall von Boden an der Ortsbrust ist dabei nicht zu vermeiden. Ist eine Ausfahrwand vorhanden, kann der Schild in die Ausfahröffnung soweit eingeschoben werden, bis er an den Spundbohlen anliegt. Die Ortsbrust wird in voller Größe mit Sandsäcken verdämmt. Dann können die Spundbohlen einzeln bis zum Scheitel der Ausfahröffnung hochgezogen werden. Ein Nachbruch an der Ortsbrust kann bei ausreichender Dämmung ausgeschlossen werden. Mit dem Hochziehen der Spundbohlen ist der Start freigegeben. Besonders schwierig ist das Ausbrennen der Spundbohlen bei Schilden mit enger Fächerteilung. Hier bietet die Ausfahrwand mit ihrer Ausfahröffnung in Verbindung mit dem Hochziehen der Spundbohlen eine besondere wertvolle Hilfe. Unverzichtbar ist die Ausfahrwand mit Ausfahröffnung bei Vortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust in Verbindung mit einem Schneidrad, da hier ein Ausbrennen der Spundbohlen so gut wie unmöglich ist. Der Schild mit dem Schneidrad wird in die Ausfahröffnung eingeschoben, die Spundbohlen werden hochgezogen und der Vortrieb kann starten. 2. Ausfahrdichtung 3 Widerstände sind beim Rohrvortrieb zu überwinden - der Brustwiderstand - die Mantelreibung - der hydraulische Widerstand beim Einschieben der Zwischenpressstationen. Die Summe aus Brustwiderstand und Mantelreibung bestimmt die Kraft, die von der Hauptpressstation bis zum Einbau der ersten Zwischenpressstation aufzubringen ist. Ist die erste Zwischenpressstation eingebaut und wird sie betätigt, übernimmt diese die Summe aus Brustwiderstand und Mantelreibung der vor ihr liegenden Teilstrecke. Nach Einbau und Betätigung der ersten Zwischenpressstation hat die Hauptpressstation vorrangig die Mantelreibung aus der vor ihr liegenden Teilstrecke bis zur ersten Zwischenpressstation zu übernehmen. Hinzu kommt der Widerstand der beim Einfahren der ersten Zwischenpressstation entsteht. Dieser Widerstand, mit hydraulischem Widerstand bezeichnet, wird im Abschnitt Hydraulik erläutert.

13 2. Fortsetzung Seite 13 Ausfahrdichtung

14 2. Fortsetzung Seite 14 Nach Einbau und Betätigung der zweiten Zwischenpressstation übernimmt diese die Mantelreibung aus der vor ihr liegenden Teilstrecke bis zur nächsten Zwischenpressstation. Hinzu kommt der hydraulische Widerstand beim Einfahren der vor ihr liegenden Zwischenpressstation. Dieses Spiel wiederholt sich von einer Zwischenpressstation zur anderen. Aufgabe der Vortriebsplanung und Ausführung ist die Minimierung aller Vortriebswiderstände. Der wichtigste von ihnen ist die Mantelreibung - und gerade sie lässt sich sehr stark beeinflussen - sei es positiv oder negativ. Darüber wird im Abschnitt Vortriebswiderstände berichtet. Es wird dort auch berichtet und begründet, dass der Einsatz einer Bentonitsuspension als Stütz- und Gleitmittel unmittelbar nach der Ausfahrt des Schildes und aller weiteren Rohre aus dem Pressschacht erfolgen sollte, um eine lückenlose, optimale Schmierung aufzubauen. Die Wirklichkeit sieht häufig anders aus. Wird die Ausfahröffnung durch Ausbrennen der Spundbohlen erzeugt und würde die Einpressung der Betonitsuspension unmittelbar nach der Ausfahrt des Schildes und aller weiteren Rohre erfolgen, würde sich diese nicht um die Rohre verteilen und den stützenden Gürtel aufbauen - sie würde in den Pressschacht wirkungslos eindringen. Dort würde sie eine absolut negative Wirkung zeigen - sie würde zum Gleitmittel für die Mannschaft werden. Ein Verstopfen der Ausfahröffnung mit Holzwolle oder dergleichen hilft hier nur sehr wenig. Die Folge ist: Der Einsatz der Bentonitsuspension geschieht erst in einem beträchtlichen Abstand außerhalb des Pressschachtes. Damit bleibt die Anfangsstrecke über den gesamten Vortrieb ungestützt und ungeschmiert. Anstelle der Flüssigkeitsreibung als Grundlage der Ermittlung der Vortriebswiderstände herrscht in der Anfangsstrecke ständig trockene Reibung vor. Der Reibungsbeiwert bei trockener Reibung, z. B. Beton auf Kies oder Sand, beträgt etwa das dreifache gegenüber der Flüssigkeitsreibung. Die Mantelreibung steigt dementsprechend im Bereich der ungestützten und ungeschmierten Teilstrecke dreimal schneller an, als bei Bentoniteinpressungen. Entsprechend schneller wird die zulässige Vorpresskraft erreicht und entsprechend früher ist die erste Zwischenpressstation einzubauen und in Betrieb zu nehmen. Dies gilt nun nicht nur für den Einsatz der ersten Zwischenpressstation, sondern auch für alle weiteren Zwischenpressstationen bei ihrer Ausfahrt aus dem Startschacht. Damit verkürzt sich nicht nur der Abstand vom Startschacht bis zur ersten Zwischenpressstation, sondern es verkürzen sich auch die Abstände aller Zwischenpressstationen von Station zu Station. Die Folge ist der Bedarf zusätzlicher Zwischenpressstationen mit erhöhten Vorhalte- und Betriebskosten. Die Einpressung einer Bentonitsuspension als Stütz- und Gleitmittel noch bevor der Schild und alle folgenden Rohre den Startschacht verlassen haben, ermöglicht eine Ausfahrdichtung - bei umspundeten Pressschächten in Verbindung mit einer Ausfahrwand. Bild 12 zeigt ein Beispiel hierfür. Bei Ausführung des Pressschachtes als Senkkasten entfällt die Ausfahrwand, da die Ausfahrdichtung an der Wand des Senkkastens unmittelbar angebracht werden kann.

15 2. Fortsetzung Seite Rücklaufsperre Bei Vortrieb in Druckluft in Verbindung mit Schleusen vor Ort und bei Vortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust übt die Druckluft über die Schleusenwand bzw. die Stützflüssigkeit über die Trennwand eine dem Luftdruck bzw. dem Flüssigkeitsdruck entsprechende Reaktionskraft auf die dahinterliegenden Rohre aus. Während des Vortriebes wird diese Kraft als Teil der Vortriebswiderstände von der Hauptpressstation und - soweit vorhanden - von den Zwischenpressstationen überwunden. Bei Stillstand des Vortriebes wird die Reaktionskraft zur Aktionskraft, die die vorgepresste Vortriebsstrecke zurückdrängen will. Sie finden ihren Widerstand in der nun in entgegengesetzter Richtung wirkenden Mantelreibung. Reicht die Mantelreibung zur Aufnahme der gesamten Reaktionskraft nicht aus, dann stützt sie sich auf die Hauptpressen ab, solange diese am Einschieben gehindert werden. Werden die Hauptpressen zum Einlegen eines neuen Rohres eingefahren, dann entfallen sie als Stütze für die rückwärts drängende Reaktionskraft. Ist in diesem Zustand die Reaktionskraft größer als die Mantelreibung der insgesamt vorgepressten Rohrstrecke, dann schiebt die Reaktionskraft die gesamte vorgepresste Strecke um mindestens eine Rohrlänge in den Pressschacht zurück, bis das zuletzt vorgepresste Rohr wieder am Druckring anliegt. Da die gesamte Rohrstrecke zurückgeschoben wird, entsteht gleichzeitig vorne am Schild bzw. an der Vortriebsmaschine ein ungestützter Hohlraum vom Volumen mindestens eines Vortriebsrohres. Schwere Schäden im Bereich der Ortsbrust und des Pressschachtes wären die Folge. Vor allem aber wäre die Mannschaft im Pressschacht und insbesondere vor Ort in höchstem Maße gefährdet. Die Gefahr des Rücklaufes der Rohrstrecke ist beim Start eines Vortriebes in Druckluft in Verbindung mit Schleusen vor Ort und beim Start eines Vortriebes mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust am größten, da hier die Mantelreibung am geringsten ist. Der Gefahr des Rücklaufes der Rohrstrecke wird durch eine Rücklaufsperre begegnet. Dazu wird um das in den Pressschacht ragende Ende des zuletzt vorgetriebenen Rohres eine Bandage gelegt und angepresst, welche die volle Reaktionskraft solange in den Pressschacht einleitet, bis die Wandreibung mit ausreichender Sicherheit die Reaktionskraft übernehmen kann. Bei der Größe der Gefahr und bei der Unsicherheit der Annahmen für die Mantelreibung - sie soll ja möglichst klein sein - ist mindestens mit zweifacher Sicherheit zu rechnen. Die auftretenden Kräfte und die Länge der erforderlichen Sicherheitsstrecke verdeutlicht das nachstehende Zahlenbeispiel DN = 3,00 m d a = 4,00 m p = 2,0 bar M = 5,0 kn/m²

16 2. Fortsetzung Seite 16 Reaktionskraft = 40², x 4 x 2,0 x 100 = 2513 kn Mantelreibung je Meter Rohrlänge = 4,0 x x 5,0 = 63 kn/m Zur Aufnahme der Reaktionskraft ist bei 2-facher Sicherheit eine Teilstrecke von L Sicherheit = 2 x erforderlich = 80 m Das bei der Ermittlung der erforderlichen Länge eines Pressschachtes anzusetzende Maß für die Rücklaufsperre ergibt sich aus deren Konstruktionszeichnung. 4. Rückfederweg der Rohrstrecke Die Druckausgleichsringe, meistens aus Holz in Dicken zwischen 12 und 36 mm, unterliegen, wenn auch mit Einschränkung, dem Hookeschen Gesetz. Ihre Dicke verkürzt sich beim Anpressen und sie strebt bei Entlastung der Pressen - Hauptpressen oder Zwischenpressen - dem ursprünglichen Maß wieder zu, soweit sie nicht durch die Mantelreibung der Rohre daran gehindert wird. Das Maß der Zusammendrückung setzt sich aus der - bleibenden Zusammendrückung bei der Erstbelastung - elastischen Zusammendrückung bei schwellender Belastung zwischen einem Höchstwert und Null zusammen. Die bleibende Zusammendrückung findet ihre Berücksichtigung beim Ansatz der Dicke des Druckausgleichsringes in der statischen Berechnung der Vortriebssohle. Auf den Rückfederweg hat sie keinen Einfluss. Der Rückfederweg wird allein durch die elastische Verformung bestimmt. Diese hängt - vom Material, der Dicke und dem scheinbaren Elastizitätsmodul des Druckausgleichsringes - von der Flächenpressung aus der Vorpresskraft - von der Anzahl der Druckausgleichsringe = Anzahl der Fugen - von der Mantelreibung ab.

17 2. Fortsetzung Seite 17 Bei der Vielzahl der Einflüsse ist eine Vorberechnung wenig sinnvoll. Als Richtwert kann angenommen werden, dass der Rückfederweg = 0,05 x Dicke x Anzahl der Druckausgleichsringe ist. Beispiel: Vortriebslänge = 300 m Rohrlänge = 3,0 m Dicke der Druckausgleichsringe = 25 mm Rückfederweg = 0,05 x 25 x 300 3,0 = 125 mm Der Rückfederweg ist als Verlustweg bei jedem Rohrwechsel neu zu überwinden - jedoch in voller Länge erst beim zuletzt vorzutreibenden Rohr. Da er proportional zur Vortriebslänge ist, beginnt er beim ersten Rohr mit Null und steigt bis zu seinem Höchstwert linear an. Bei kurzen Vortriebsstrecken ist der Rückfederweg vernachlässigbar klein. Bei großen Vortriebsstrecken wird er zum Kalkulationsfaktor! Der Rückfederweg kann mit einer Rücklaufsperre gestoppt werden. 5. und 8. Überstand des Stahlführungsringes Der Überstand des Stahlführungsringes ergibt sich aus der Fugenzeichnung. Im Abschnitt Rohrverbindungen werden Hinweise für das Maß des Überstandes in Abhängigkeit vom Nenndurchmesser der Rohre gegeben. Danach ist mit einem Überstand von 100 mm bei DN = 1400 mm oder kleiner bis 175 mm bei DN = 3500 mm oder größer zu rechnen. 6. und 9. Einbauspiel Das Spiel, das zwischen dem Stahlführungsring des zuletzt vorgetriebenen Rohres und dem Spitzende des neu einzubauenden Rohres sowie zwischen dem Stahlführungsring des neu einzubauenden Rohres und dem Druckring nach Bild 80b - dort jeweils mit ½ Einbauspielraum bezeichnet - beim Einbau jedes neuen Rohres gebraucht wird, unterliegt mehrfachen Einflüssen: - Hebezeug - Bagger als Hebezeug ausgerüstet - Portalkran - Können des Bagger- oder Kranfahrers - Können der Mannschaft im Pressschacht - Verbindung zwischen Bagger- oder Kranfahrer und Mannschaft - Sichtverbindung - Funkverbindung

18 2. Fortsetzung Seite 18 - Tiefe des Pressschachtes - Gewicht der Rohre. Unter Berücksichtigung aller Einflüsse ist das Einbauspiel bei der Vortriebsplanung abzuschätzen. Es sollte für keinen Fall unterschätzt werden, da Schäden an den Rohren beim Einbau weitaus schwerer wiegen als einige Dezimeter bei der Länge des Pressschachtes. 7. Rohrlänge Die Länge der Rohre ist in Abstimmung zwischen den Anforderungen der Vortriebsplanung und denen der statischen Berechnung der Rohre unter Zustimmung des Auftraggebers festzulegen. 10. Druckausgleichsring Der Druckausgleichsring, meisten aus Holz, der die Vorpresskraft von Rohr zu Rohr zu übertragen hat, übt mit seiner Dicke von ca. 12 bis 36 mm nur einen untergeordneten Einfluss auf die Länge des Pressschachtes aus. Er sollte aber aus Gründen der Vollzähligkeit nicht unerwähnt bleiben. 11. Druckring Der Druckring hat die Aufgabe, die Kraft der Vortriebspressen gleichmäßig in die Vortriebsrohre einzuleiten. Sein Maß in Längsrichtung des Pressschachtes ergibt sich aus der Konstruktionszeichnung bzw. aus dem Angebot des Herstellers. 12. Pressenlänge eingefahren Die Pressenlänge eingefahren ergibt sich aus den Angaben des Herstellers, wobei es für die Ermittlung der Länge des Pressschachtes unerheblich ist, ob es sich um 1-stufige, 2-stufige, mechanisch teleskopierbare 2-stufige, hydraulisch teleskopierbare Pressen handelt. Beidseitige Gelenke an den Pressen gehören zur Pressenlänge eingefahren. Verlängerungsstücke sind ohne Einfluss auf die Länge des Pressschachtes.

19 2. Fortsetzung Seite Druckwand Herzstück des Pressschachtes sind die Vortriebspressen. Vier Pressen mit bis zu 3000 kn Presskraft je Presse sind normal. Die Anordnung von sechs bis acht Pressen ist bei Rohren mit entsprechender Belastbarkeit möglich. Die Reaktionskräfte der Vortriebspressen muss der Baugrund im Rahmen seiner Belastbarkeit aufnehmen. Dazu ist die punktförmige Belastung der Pressen auf eine entsprechende Fläche zu verteilen. Dies geschieht über Druckwände. Bei Vortrieb von einem senkrecht umspundeten Pressschacht (Startbaugrube) zu einem Zielschacht (Zielbaugrube) und bei Vortrieb von einem senkrecht umspundeten Doppelpressschacht (Doppelstartbaugrube) zu zwei gegenüber liegenden Zielschächten (Zielbaugruben) können die Druckwände - aus Stahlträgern - aus Stahlbeton hergestellt werden. Die Ausführung der Druckwand aus Stahlträgern ist einfach, Stahlträger sind schnell eingebaut, sofort belastbar, schnell ausgebaut und beliebig oft wiederverwendbar. Bei Druckwänden aus Stahlträgern ist es jedoch schwierig, die Reaktionskraft aus den Vortriebspressen gleichmäßig auf die Spundbohlen zu übertragen und damit gleichmäßig in den Baugrund einzuleiten. Bewegungen im Verbau bei jeder Be- und Entlastung der Vortriebspresse können nicht ausgeschlossen werden. Druckwände aus Stahlbeton passen sich den Spundwänden sehr gut an. Ein gleichmäßiger Eintrag der Reaktionskräfte aus den Vortriebspressen in den Baugrund ist gesichert. Bewegungen im Verbau können auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Druckwände aus Stahlbeton erfordern jedoch Zeit zum Einschalen, Bewehren und Betonieren. Vor allem erfordern sie Zeit bis zu ihrer Belastbarkeit (theoretisch 28 Tage). Besonders aufwendig ist der Abbruch und die Beseitigung von Spundwänden aus Stahlbeton. Eine Wiederverwendung scheidet aus. Bei Vortrieb von einem Startschacht zu einem Zielschacht liegen sich im Startschacht eine Ausfahröffnung, gegebenenfalls eine Ausfahrwand, und eine Druckwand gegenüber. Bei Doppelpressschächten (Doppelstartbaugruben) erfolgt der Vortrieb aus einem Startschacht in zwei, meist etwa entgegengesetzte Richtungen. Dazu sind zwei Druckwände erforderlich, da es unzulässig ist, die zuerst vorgepresste Rohrstrecke nach Abschluss des Vortriebes als Widerlager für den Vortrieb in entgegengesetzter Richtung in Anspruch zu nehmen. Wenn auch das letzte Rohr der zuerst eingebauten Rohrstrecke die volle Vorpresskraft zu übertragen hatte und wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Reaktionskraft aus den Vortriebspressen bei Vortrieb in entgegengesetzter Richtung etwa gleich groß ist wie die vorher aufgebrachte Vortriebskraft, so wäre die Beanspruchung des zuletzt eingebauten Rohres durch Reaktionskräfte eine

20 2. Fortsetzung Seite 20 wesentliche höhere, da diese Reaktionskräfte mit einer hohen Lastwechselzahl von Null bis zum Höchstwert schwellend wirken. Für schwellende Beanspruchung aber sind Vortriebsrohre nicht bemessen. Beide Druckwände in Doppelpressschächten, die hier nur aus Stahlbeton sein können, erhalten je eine Ausfahröffnung und gegebenenfalls eine Ausfahrdichtung. Sie stellen somit eine Kombination von Ausfahrwand und Druckwand dar. Standsicherheits- und Tragfähigkeitsnachweis Für Druckwände ist nachzuweisen, dass sie standsicher sind, das heißt, dass der Baugrund in der Lage ist, die Reaktionskräfte aus den Vortriebspressen ohne schädliche Bewegung aufzunehmen. Aus dem Standsicherheitsnachweis ergeben sich die Breite und Höhe der Druckwand als Grundlage für den Tragfähigkeitsnachweis. Im Tragfähigkeitsnachweis ist die Dicke der Druckwand und, bei Ausführung in Stahlbeton, die Bewehrung unter schwellender Belastung von Null bis zum Höchstwert der Last bei häufigem Lastwechsel festzulegen. Als Belastung ist mindestens die zulässige Vorpresskraft, verteilt auf die Anzahl der Pressen, zugrundezulegen. Ein angemessener Sicherheitszuschlag ist geboten, da nicht auszuschließen ist, dass in Notsituationen die zulässige Vorpresskraft überschritten wird. Nicht nur beim Standsicherheitsnachweis, auch beim Tragfähigkeitsnachweis sind Ausfahröffnungen besonders zu berücksichtigen. Die so ermittelte Dicke der Druckwand geht in die Ermittlung der Länge des Pressschachtes ein. Der Tragfähigkeitsnachweis erfolgt nach den allgemeinen Regeln der Tragwerksplanung. Für den Standsicherheitsnachweis sind nachstehend Empfehlungen gegeben.

21 2. Fortsetzung Seite 21 Standsicherheitsnachweis der Druckwand Nach dem Rammen der Spundwände und dem Aushub der Baugrube bei gleichzeitigem Verbau derselben wirkt der Baugrund horizontal auf die Spundwand mit dem aktiven, horizontalen Erddruck (Bild 4a). Gleichzeitig wirkt im Einspannbereich unterhalb der Baugrubensohle ein entgegengesetzt gerichteter aktiver Erddruck. (Bild 4a und b) Bild 4: aktiver horizontaler Erddruck

22 2. Fortsetzung Seite 22 Nach Bild 5a würde unter weggedachter Spundwand die Kraft P, die gleich der gesamten Vorpresskraft V ist, rechteckförmig verteilt unter P p = = F P b x h 2 auf den Baugrund wirken. Die Spundwand übermittelt jedoch die Kraft P und verteilt sie entsprechend ihrer elastischen Verformung auf den Baugrund. Die in Bild 5b angedeutete Belastungskurve mag zwar unter entsprechendem Rechenaufwand berechenbar sein doch lohnen wird sich dieser Aufwand sicher nicht, denn das Ergebnis würde von so vielen Annahmen abhängen, so dass es höchst unsicher wäre. Deshalb wird die Belastungslinie nach Bild 5c mit hinreichender Genauigkeit durch ein Vieleck ersetzt, das aus 2 Dreiecken und einem Viereck gebildet wird. Bild 5

23 2. Fortsetzung Seite 23 Aus Bild 5c, das für einstufigen Vorbau gilt, ergibt sich Für einstufigen Verbau gilt demnach

24 2. Fortsetzung Seite 24 Für zweistufigen Verbau, bei dem die oberste Stufe des Belastungsbildes nicht angesetzt werden darf, gilt gleich wie für einstufigen Verbau nach Bild 6 Bild 6: Belastungsbild für zweistufigen Verbau

25 2. Fortsetzung Seite 25 Eine Druckwand ist dann standsicher, wenn die Linie der Belastung innerhalb der Linie des Erdwiderstandes liegt. Maßgeblich ist der kritische Punkt A. Daraus errechnet sich der Sicherheitsbeiwert S. Formelzeichen für Standsicherheitsnachweis

26 2. Fortsetzung Seite 26 Bodenkennwerte für Standsicherheitsnachweis

27 2. Fortsetzung Seite 27 Standsicherheitsnachweis für einstufigen Verbau

28 2. Fortsetzung Seite 28 Standsicherheitsnachweis für zweistufigen Verbau

29 2. Fortsetzung Seite 29 Rechenbeispiel für einstufigen Verbau Bodenart Kies/Sand Vorpresskraft kn Variante I Variante II γ ow = 19 kn/m³ γ ow = 19 kn/m³ ζ = 35 ζ = 35 λ p = 3,69 λ p = 3,69 h 4 = - h 4 = - h 3 = 4,00 h 3 = 4,00 h 2 = 3,00 h 2 = 3,00 h 1 = 1,00 h 1 = 2,00 (geändert) b = 4,00 b = 5,00 (geändert) Variante I λ p x γ x h 3 x (h1 + 2 x h 2 + h 3) x b S I = 2 x P = 3,69 x 19,0 x 4,00 (1, x 3,00 + 4,00) x 4,00 2 x = 0,77 nicht ausreichend Variante II S II = 3,69 x 19,0 x 4,00 (2, x 3,00 + 4,00) x 5,00 2 x = 1,05 ausreichend

30 2. Fortsetzung Seite 30 Rechenbeispiel für zweistufigen Verbau Bodenart Kies/Sand Vorpresskraft kn Variante I γ ow = 19 kn/m³ ζ = 35 λ p = 3,69 h 4 = 4,00 h 3 = 4,00 h 2 = 3,00 h 1 = 1,00 b = 4,00 Variante I λ p x γ x (h 3 + h 4 ) x (h1 + 2 x h 2 + h 3 ) x b S I = 2 x P 3,69 x 19,0 x (4,00 + 4,00) x (1,0 + 2 x 3,00 + 4,00) x 4,00 = = 1,54 2 x ausreichend

31 2. Fortsetzung Seite 31 Meine sehr verehrten Damen, meine sehr geehrten Herren, für Ihre Aufmerksamkeit und Ihr Interesse an diesem Seminar zu den Pressschächten danke ich Ihnen zugleich im Namen meines Partners, Herrn Dipl.-Ing. Rößler, und verabschiede mich für heute. Wir hoffen, dass wir Ihre Erwartungen erfüllen konnten und würden uns freuen, wenn wir Sie wieder bei der nächsten Fortsetzung, das wäre die 3. Fortsetzung am zu dem Thema: Steuerung von Rohrvortrieben begrüßen dürften. Dazu laden Sie ein Max Scherle Uwe Rößler Herrenknecht AG Norddeutscher Wirtschaftsverlag Fragen zur Diskussion dieses Beitrages und Anregungen zu den Folgebeiträgen bitte an Fax 0621/