Copyright 2012 Steinzeug-Keramo GmbH Steinzeug-Keramo N.V. Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit schriftlicher Genehmigung.

Transkript

1 SONDERPUBLIKATION Weltpremiere mit Steinzeug Erfolgreicher DN 1200-Kurvenvortrieb in Singapur Autorenteam: Dipl.-Ing. Christel Flittner, STEINZEUG Abwassersysteme GmbH Bauass. Dipl.-Ing. Karl-Heinz Flick, STEINZEUG Abwassersysteme GmbH Dipl.-Ing. Andreas Diedrich, Herrenknecht AG Dipl.-Ing. Ulrich Bohle, INKA Ingenieurgesellschaft für Innovationen in der Kanalisationstechnik Osebold & Cie. GmbH

2 Copyright 2012 Steinzeug-Keramo GmbH Steinzeug-Keramo N.V. Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit schriftlicher Genehmigung.

3 Dipl.-Ing. Christel Flittner, STEINZEUG Abwassersysteme GmbH Bauass. Dipl.-Ing. Karl-Heinz Flick, STEINZEUG Abwassersysteme GmbH Dipl.-Ing. Andreas Diedrich, Herrenknecht AG Dipl.-Ing. Ulrich Bohle, INKA Ingenieurgesellschaft für Innovationen in der Kanalisationstechnik Osebold & Cie. GmbH Die Public Utilities Board of Singapore beauftragte 2008 das Ingenieurbüro Meinhardt Infrastructure Pte Ltd., Singapur, mit der Planung zum Neubau eines Abwasserkanals im Nordosten Singapurs, in der Admirality Road in Woodlands Town. Der Einbau von ca m Steinzeug-Vortriebsrohren DN 1200 (als Teil des Projekts) im grabenlosen Verfahren in einer Tiefe von 11 m, aber vor allem der erforderliche Kurvenvortrieb von 115 m und einem Radius von 400 m mit Steinzeug-Vortriebsrohren, stellte alle Baubeteiligten vor eine große Herausforderung. Mit dem Know-how des Ingenieurbüros, des ausführenden Bauunternehmens beraten und vor Ort unterstützt durch Fachkräfte der STEINZEUG Abwassersysteme GmbH, der Herrenknecht AG, sowie durch die begleitende Überwachung der Vortriebskräfte (OLC) durch die INKA GmbH konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden. Singapur hat sich bekanntermaßen in den vergangenen Jahren zu einer quirligen boomtown entwickelt, die mit einer Fläche von 693 km² und 5 Mio. Einwohnern sehr geschickt haushalten muss: Die Häuser der Metropole wachsen deshalb nicht nur nach oben in die Höhe, sondern auch nach unten in die Tiefe, und für das hohe Verkehrsaufkommen sind die Straßen nicht selten mindestens 6-spurig ausgelegt. 1. Rahmenbedingungen und Anforderungen Die Verhältnisse sind eng Für den Bau von Abwasserleitungen stellt diese enge Situation in Singapur ganz besonders hohe Anforderungen an alle Beteiligte: So muss der Einbau der Rohre häufig in großen Tiefen erfolgen, Verkehrsbehinderungen durch Bautätigkeit müssen tunlichst vermieden, mindestens aber reduziert werden und natürlich spielt die Wirtschaftlichkeit des Bauwerks Kanal eine wichtige Rolle (Bild 1). Diese schwierigen Rahmenbedingungen galten auch für die Admirality Road, die eine dieser großen innerstädtischen 6-spurigen Hauptverkehrsstraßen ist, die von hohen und tiefen Wohn- und Geschäftshäusern flankiert wird und in der eine neue Abwasserleitung errichtet werden sollte. Bild 1: Die Platzverhältnisse sind eng sowohl nach oben als auch nach unten. Erschwerend war zudem, dass aufgrund privater Grundstücksgrenzen eine gekrümmte Trasse mit eingeplant werden musste. Die Voraussetzungen sind definiert Die ersten Einbauarbeiten starteten 2009, natürlich kam nur der unterirdische Rohrvortrieb als realisierbare Bauweise in Frage. Das in Singapur ansässige Vortriebsunternehmen Swee Hong Engineering Construction Pte Ltd. hatte zwar umfangreiche Erfahrungen in der grabenlose Bauweise gesammelt, wurde aber dennoch von Fachkräften der Herrenknecht AG, der STEINZEUG Abwassersysteme GmbH sowie der INKA (Ingenieurgesellschaft für Innovationen in der Kanalisationstechnik, Osebold & Cie. GmbH) im Winter 2010 beim Einbau der Steinzeugrohre vor Ort betreut und unterstützt. Vor allem die geplante Kurvenfahrt mit Steinzeug-Vortriebsrohren stellte ein Novum dar und sollte eine Weltpremiere sein (Bild 2). 3

4 1. Rahmenbedingungen und Anforderungen Bild 2: Planskizze der Kurvenfahrt. Fahren einer Anfangsgeraden und dann erst das Einleiten der Kurvenfahrt den Einsatz eines erfahrenen Vortriebsunternehmens den Einbau von Schmierrohren die exakte Kenntnis der Baugrundverhältnisse den Einsatz einer wiedergewinnbaren Dehnerstation, um Spitzendrucke an der Ortsbrust besser zu beherrschen die Erstellung eines Rohrfolgeplans für die einzubauenden Rohre Die STEINZEUG Abwassersysteme- Betreuung ergänzte die Systemvoraussetzungen für die gesamte Vortriebsstrecke und setzte die folgenden Punkte direkt um: Als Voraussetzungen für einen erfolgreichen Kurvenrohrvortrieb definierte das Team: Ausreichende Vortriebskräfte auch in der Kurvenfahrt den Einsatz belastbarer Vortriebsrohre mit V4A-Edelstahlkupplung und Edelstahl verstärkter Druckübertragung (EDÜ) die Online-Überwachung der Vorpresskraft mit OLC Online Load Control den Einsatz eines Kurvenvermessungssystems die Berechnung der Statik für die Rohre und der Nachweis zur Druckübertragung Verbreiterung des Edelstahl-Führungsringes von 143 mm auf 163 mm zur Aufnahme der planmäßigen Verwinkelung und zur Reserve außerplanmäßiger Auswinkelungen Einbau von Bentonitrohren (3 Bentonit-Stutzen/Rohr, jedes 7. Rohr) zur Reduzierung der Vortriebskräfte Erstellung eines Rohrfolgeplanes (optimaler Folgeeinbau für die Rohre 1 bis 60) zur Optimierung der Rohrmantelreibung Berechnung der Statik, Begrenzung der max. zulässigen Vorpresskraft auf kn für die Kurvenfahrt mit Berücksichtigung des Verformungsverhaltens des Druckübertragungsrings unter Belastung, der planmäßigen Verwinkelung und der vortriebsbedingten Steuerbewegungen Einsatz, Betreuung und Auswertung des OLC-Fugenvermessungssystems Die von Swee Hong eingesetzte Herrenknecht-Vortriebsanlage AVN 1200 leistete ganze Arbeit: Knapp m Steinzeug-Vortriebsrohre DN 1200 (Baulänge 4

5 1. Rahmenbedingungen und Anforderungen 2,00 m; Führungsring Typ 2) wurden aus dem in 11 m Tiefe gelegenen Startschacht mit einer max. Vortriebskraft von bis kn gepresst. Die erste Haltung DN 1200 wurde exakt aufgefahren und repräsentierte mit 180 m ein vorzeigbares Ergebnis (Bilder 3 und 4). Bild 3: Blick in den 11 m tief gelegenen Startschacht. Die Kurvenfahrt ist kein Kinderspiel Die eigentliche Herausforderung bestand jedoch, wie oben erwähnt, in der Realisierung der Kurvenfahrt, bei der die Vorpresskraft der Rohrfugenvermessung und der Rückberechnung der Vortriebskraft mit dem OLC Online Load Control-System überwacht wurde (Bild 5). Ihre Dimensionen und Parameter: Steinzeug-Vortriebsrohre DN 1200 (Baulänge 2,00 m) Vortrieb in 11 m Tiefe Baugrund: Ton, schwach toniger Sand (mit Grundwasser 1 m über GOK) 400 m planmäßiger Radius Haltungslänge 115 m kn max. zulässige Vorpresskraft Startschacht mit ca. 6 m Durchmesser aus Stahlbeton (nach GW- Absenkung mit 1-m-Ortbetonringen von oben nach unten gebaut) Pro Schicht konnten 5 bis 8 Rohre vorgepresst werden. Zur Aufnahme der Rohrabwinkelung bzw. der Fugenspaltmaße wurde eine Doppelmessfuge (MF1.1, MF1.2) vorgesehen. Die einzelnen Messfugen wurden wie folgt platziert: Bild 4: Die erste Haltung mit 180 m Länge war schon ein kleines Highlight für sich. Doppelmessfuge: Messung zwischen Rohr Nr. 2 und Nr. 3 (Messfuge 1.1) und zwischen Rohr Nr. 3 und Nr. 4 (Messfuge 1.2) Die je vier Messwertaufnehmer jeder Messfuge wurden in den Viertelspunkten der Rohre bei 45, 135, 225 und 315 (Firste = 0 ) montiert. Vom Bohrkopf bis zum Ende von Rohr 4 waren es 16,5 m (Vortriebslänge). 5

6 2. Die statischen Berechnungen Bild 5: Innenleben der Messstation OLC. Randbedingungen der statischen Berechnungen Aus den zur Verfügung gestellten Unterlagen und Informationen konnten zur Anwendung von ATV-A 161 die notwendigen Angaben ermittelt werden (Tabelle 1). Für die Kurvenfahrt lagen für die Planung folgende Randbedingungen vor (siehe auch Bild 2): Vortriebslänge: 120 m (in der Ausführung; ursprüngliche Planung 200 m) Radius: 400 m Auswinkelung bei R = 400 m: 7 mm Die Daten für das Steinzeug-Vortriebsrohr DN 1200 VT sind in Tabelle 2 zusammengestellt. 2. Die statischen Berechnungen Belastungen, Kräfte und Funktionen Der Begriff Statik stammt vom griechischen statikos ab und bedeutet zum Stillstand bringend. Ehe es aber zum Stillstand kommt, wurden für das Bauvorhaben DN 1200 Kurvenvortrieb in Singapur in Zusammenarbeit mit dem Bauherren und der Bauunternehmung frühzeitig die Möglichkeiten und Grenzen dargestellt. Zwischen der Frage nach der Machbarkeit im März 2009 bis zur Realisierung im Februar 2010 mussten zusätzliche Berechnungen zur Belastung der Rohre und zu Funktionsprüfungen am Bauteil durchgeführt werden. Das aktuell gültige nationale und internationale Regelwerk reichte hierzu nicht aus. Bauherr und Bauunternehmer übernahmen die auf nationalen (deutschen) und europäischen technischen Regeln basierenden Ergebnisse. Die Vorgaben aus der Ausschreibung beinhalteten Funktionsanforderungen an Bauteile und das Bauwerk. Eigene nationale technische Regelwerke aus Singapur waren nicht zu beachten. Angewandte technische Regelwerke DIN EN 295, Steinzeugrohre und Formstücke sowie Rohrverbindungen für Abwasserleitungen und -kanäle - Teil 7: Anforderungen an Steinzeugrohre und Verbindungen beim Rohrvortrieb DWA-A 125 Rohrvortrieb und verwandte Verfahren ATV-A 161 Statische Berechnung von Vortriebsrohren Tabelle 1: Für die Anwendung von ATV-A 161 notwendige Angaben. Bodenart: Grundwasser: Grundwasserstand: G3 (Bindige Mischböden) vorhanden Verkehrsbelastung: SLW 60 Überdeckungshöhe über Rohrscheitel: 9 m über Rohrscheitel 10 m 6

7 2. Die statischen Berechnungen Tabelle 2: Notwendige Daten des Steinzeug-Vortriebsrohres DN 1200 Baulänge über alles: mm Baulänge ohne Druckübertragung: mm Innendurchmesser: mm Ringbiegezugfestigkeit: 14 N/mm 2 Rohre liegt unter Werkstofffestigkeit, und eine Verfüllung des Überschnitts mit Bentonit wurde nicht angesetzt. Die Angaben zur statischen Berechnung liegen insgesamt auf der sicheren Seite. Weitere Nachweise sind für Steinzeugrohre nicht erforderlich. Scheiteldruckfestigkeit: 114 kn/m Ermittlung der Vortriebskraft Druckfestigkeit: Edelstahlverstärkte Druckübertragung: Druckübertragungsring Innendurchmesser: Außendurchmesser: Dicke: Material: Berechnung der vertikalen Belastung Die statische Berechnung von Vortriebsrohren wird häufig durch den Rohrhersteller durchgeführt. Das in Deutschland seit 1990 eingeführte Verfahren nach ATV-A 161 wird in seinen Ergebnissen in sehr vielen Ländern anerkannt und auch dort verwendet. Wie bei statischen Berechnungen üblich, sind die Einbaubedingungen und deren Relevanz maßgebend. 100 N/mm2 Ja 1277 mm 1397 mm 19 mm Holz, Spanplatte P5 Im Ergebnis ist zu erkennen, dass die maximale Rohrspannung im Bauzustand maßgebend erreicht wird (Tabelle 3). Aus der Tabelle 3 ist weiterhin zu entnehmen, dass der Spannungsnachweis resultierend aus dem Verhältnis Ringbiegezugfestigkeit zu maximaler Rohrspannung geführt wird und die Mindestsicherheit nach ATV-A 161 mit 2,20 erfüllt ist. Die rechnerische Sicherheit liegt mit 4,21 auch bei dieser Tiefenlage der Rohrleitung deutlich über der Mindestsicherheit; die relevanten Sicherheitsmerkmale sind vorhanden. Die rechnerische Biegezugfestigkeit der Tabelle 3: Auszug aus dem Ergebnis zur statischen Berechnung. A. Nachweis quer zur Rohrachse (Schnittgrößen nach A 161, 6.2) Überdeckungshöhe min h = 10,00 = max h Das Berechnungsverfahren in ATV-A 161 gilt für den statischen Nachweis von Vortriebsrohren im Lockergestein und für den geraden Vortrieb. (Mit der Veröffentlichung dieses Arbeitsblattes im Januar 1990 befand sich der Mikrotunnelbau noch in der frühen Entwicklung). Zusammen mit den Herstellerangaben wird somit die Vortriebskraft für den geraden Vortriebsverlauf auf folgenden Grundlagen ermittelt: Spezifische Druckfestigkeit Druckübertragungsfläche; ermittelt aus dem Drückübertragungsring mit größtem Außen- und kleinstem Innendurchmesser Gleichmäßige Verteilung der Span- Scheitel Kämpfer Sohle Belastung durch Normalkräfte kn/m kn/m kn/m Bauzustand -22,490-53,929-25,490 Betriebszustand -26,356-53,929-29, Belastung durch Biegemomente knm/m knm/m knm/m Bauzustand 6,893-7,024 7,155 Betriebszustand 6,003-6,134 6,265 Sicherheit max. Rohrspannung: max = 3,32 N/mm² (für Bauzustand, min h, Sohle) = bz / max = 4,21 > 2,2 = erf Der Spannungsnachweis ist erfüllt. 7

8 2. Die statischen Berechnungen nung über den Querschnitt Gerader Vortrieb ohne klaffende Fugen und ohne außermittigen Lastangriff (z/d a = 1,0) Sicherheitsfaktor 2,00 für Steinzeug Sicherheitsfaktor 1,60 beim Einsatz automatisierter und kontrollierter Vortriebsanlagen Für das Steinzeug-Vortriebsrohr DN 1200 ergibt sich daraus eine maximale Vortriebskraft von kn. Der an den Rohrenden vorhandene vorgespannte Edelstahlring wird in den Berechnungen der Vortriebskraft nicht mit einbezogen. Die Druckübertragung erfolgt ausschließlich über die Steinzeug- Querschnittsfläche. Bei der Berechnung der Vortriebskraft in der Kurvenfahrt müssen weitere Randbedingungen beachtet werden, die im ATVA- A 161 nicht berücksichtigt sind. Mit der Kurvenfahrt wird in Abhängigkeit vom Radius die oben beschriebene Mittigkeit des Lastangriffs verlassen, das Spannungsverhältnis aus gleichmäßiger Verteilung zur Randspannung wird größer, und klaffende Fugen treten planmäßig auf. Zusammenwirken der Auswinkelung und dem Verformungsverhalten des Druckübertragungsrings Anwendung eines quadratischen Spannungsverhältnisses gegenüber dem linearen aus größter Randspannung und gleichmäßig verteilter Spannung im Querschnitt Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten für Einwirkungen und Widerstände unter Beibehaltung des gleichen Sicherheitsniveaus von ATV-A 161 Das Berechnungsergebnis ist in Bild 6 wiedergegeben und weist eine Vortriebskraft von kn für den Rohrvortrieb mit einem Radius von 400 m und dem Einsatz einer Mikrotunnel-Vortriebsmaschine aus. Bild 6: Statische Berechnung nach Arbeitsblatt (Entwurf) A 161. Dieses Ergebnis basiert auf Grenzwerten der Maße der Berechnungswerte und liegt damit auf der sicheren Seite. Weitere Ergebnisse dieser Berechnung unter der Belastung von kn sind: Außermittiger Lastangriff mit z/da = 0,475 Resultierende Verwinkelung aus Vortrieb und Trasse mit 0,513 Grad Rechnerische Verformung des Druckübertragungsrings von 4,492 mm Für die Berechnung der Vortriebskraft in der gekrümmten Trasse mit dem Radius von 400 m wurde entschieden, das derzeit in Diskussion zur Überarbeitung des ATV-A 161 befindliche Verfahren bereits anzuwenden und die Statik zusammen mit der INKA GmbH, Aachen, zu erstellen. Damit konnten weitere Parameter mit einbezogen werden: Auswinkelung der Vortriebsmaschine infolge von Steuerbewegungen und Übertragung auf die Rohrverbindungen Verformungsverhalten des Druckübertragungsrings unter dynamischen Belastungen aus dem Rohrvortrieb DN 1200-Vortrieb Gerader Vortrieb Kurvenfahrt mit R = 400 m Vortriebskraft kn kn 8

9 3. Vortriebsanlage implementiert OLC Bewertung der Ergebnisse Die Berechnungen zeigen eindeutig, dass mit den Steinzeugrohren DN 1200 VT erstens die geforderte Kurvenfahrt möglich ist, dass zweitens die ausgewiesenen Vortriebskräfte auch den notwendigen Vorschub der Maschine und Rohre möglich werden lassen und dass drittens auch nach dem Einbau die statische Sicherheit garantiert ist. Weitere Überlegungen wurden hinsichtlich der Möglichkeiten erforderlich, dass die Auswinkelung der Rohre untereinander während des Vortriebs größer wird und dass die Steuerbewegungen lokal ebenfalls zu größeren Auswinkelungen führen. Die Reduzierung der Vortriebskräfte insgesamt stand ebenfalls zur Diskussion, um Reserven für unvorhergesehen auftretende notwendige Pressenkräfte zu haben. Eine Erhöhung der Vortriebskraft durch die Verbreiterung des Druckübertragungsrings wurde auch diskutiert; die dann größere Fuge im Betriebsfall aber abgelehnt. Mit der berechneten Verformung des Druckübertragungsrings, aber insbesondere auch aus der Erfahrung, dass dieser sich in der Praxis sehr wenig verformt, wurde die Konstruktion des Edelstahlführungsrings der Rohrverbindung werksseitig überprüft. Einsatz des Herrenknecht Systems OLC zur Kontrolle der Verwinkelung der Rohrverbindungen während des Vortriebs Verbreiterung des Stahlführungsrings um 20 mm auf insgesamt 163 mm Umsetzung Planung und Konstruktion Die funktionale Anforderung an die Verbindung von Steinzeug-Vortriebsrohren ist in Mindestanforderungen aus dem DWA-A 125 und der DIN EN mit einer maximalen Abwinkelung der Rohrverbindung von 10 mm/m festgelegt. Dies bedeutet hier absolut 20 mm/ Rohrverbindung. Hieraus ergeben sich folgende maßgebenden Randbedingungen zur Überprüfung im Labor: 20 mm zur Funktionsüberprüfung beim geraden Rohrvortrieb (Standardbemessung) 7 mm aus der Abwinkelung zum Vortrieb in der Kurve mit R = 400 m (Bild 7) 14 mm bei lokalen unvorhergesehenen Auswinkelungen in der Kurve mit R = 200 m Bild 7: Berechneter Verlauf der Kurvenfahrt bei einem Radius R = 400 m. 4,5 mm aus der rechnerischen Verpressung des Druckübertragungsrings Dichtheit gegenüber innerem und äußerem Wasserdruck Die möglicherweise unvorhersehbaren größeren Auswinkelungen beim Rohrvortrieb haben dazu bewogen, den Edelstahlführungsring zu verbreitern. Damit wird auch bei größeren Abwinkelungen sichergestellt, dass die beiden Dichtlippen unter dem Edelstahlführungsring positioniert werden. 3. Vortriebsanlage implementiert OLC Bewährte Vortriebstechnik Der grabenlose Tunnelvortrieb ist ein sehr komplexer Vorgang, der von zahlreichen Eigenschaften der zu durchfahrenden Geologie, von der Größe des Bohrlochdurchmessers und von den Werkzeugparametern beeinflusst wird. Als Vortriebsanlage kam bei diesem Bauvorhaben eine Standardmaschine der Herrenknecht AG vom Typ AVN 1200 TB mit entsprechendem Zusatzequipment wie Steuercontainer und Separationsanlage zum Einsatz (Bild 8). Die Reduzierung der Dicke des Druckübertragungsrings zu Gunsten der Konstruktion der Verbindung wurde nicht umgesetzt, da damit die Vortriebskraft dann bei kn gelegen hätte. Aus diesen Ergebnissen heraus entstand das folgende Konzept: Radius (m) Planung Kurvenfahrt DN 1200 VT Radius (m) und Abwinklung (mm) Einsatz von Bentonit-Schmieröffnungen zur Reduzierung der Mantelreibung Abwinkelung (mm) 9

10 3. Vortriebsanlage implementiert OLC Bild 8: Herrenknecht Utility Tunnelling Maschine AVN 1200 TB mit Mischbodenbohrkopf. Messen auf direktem Weg In Abhängigkeit vom Baugrund stehen verschiedene Auswahlmöglichkeiten für die Art des Bohrkopfes und der zu verwendenden Schneidwerkzeuge zur Verfügung. Die hier eingesetzte Slurry Vortriebsanlage war mit einem Mischbodenbohrkopf ausgestattet, der mit einer Kombination aus Lockergesteinsund Hartgesteinswerkzeugen bestückt war (Bild 8). der Baustelle entfernten Lagerplatz vorgehalten; bei Bedarf waren sie zeitnah abrufbar. Bild 9: Baustelleneinrichtung bei minimalen Platzverhältnissen. Bei der Auslieferung der Vortriebsanlage war die Einbindung der Fugenwegmessung noch nicht standardisiert vorgesehen. Daher wurde beim Projekt in Singapur die OLC Messtechnik nach dem Baukastenprinzip in die Systemsteuerung der Vortriebsmaschine teilintegriert. Somit war es möglich, die für die OLC-Berechnungen erforderlichen und bereits existenten Vortriebsdaten direkt vom Steuercomputer abzurufen und in die Berechnungen mit einfließen zu lassen. Für die Ermittlung der Pressenkräfte sowie der Stationierung mussten somit keine zusätzlichen Sensoren installiert werden, was zum einen die Kosten für die Messtechnik herabsetzt und zum anderen eine Reduzierung möglicher Fehlerquellen ausmacht. Die Messdaten aus den Positionssensoren wurden direkt über die integrierte SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) des OLC Systems eingelesen. Engste Baustellenverhältnisse Dass eine Baustelleneinrichtung für den Rohrvortrieb auch auf nur minimalem Raum ihren Platz finden kann, war bei diesem Projekt deutlich erkennbar. Selbst das Dach des Steuercontainers blieb nicht ungenutzt. Zum einen diente dieser als überdachtes Lager für kleinere Ersatzteile, zum anderen als schattige Pausenunterkunft für das Baustellenpersonal (Bild 9). Aufgrund der sehr beengten Platzverhältnisse wurden die Produktrohre auf einem nur wenige hundert Meter von 10

11 3. Vortriebsanlage implementiert OLC Sollte eine Zusammenfügung des Systems mit einer Vortriebsanlage, beispielsweise älterer Bauart, nicht möglich sein, können sämtliche erforderlichen Parameter wie etwa Stationierung, Dehnerwege sowie Dehnerdrücke ebenso wie die Werte aus den Positionssensoren direkt in die SPS des Systems eingelesen werden. Einfache und schnelle Montage Die für die Fugenwegmessung erforderlichen OLC Systemkomponenten ermöglichten vor Ort eine zügige und einfache Installation. Das Produktrohr wird bei der Installation der Doppelmessfuge nicht beschädigt. Zum Einsatz kamen hier Stahlsegmente, die in das Rohrinnere gelegt und mittels Spannschlössern an den Rohrinnendurchmesser angepasst und fixiert wurden. An den Stahlsegmenten selbst wurden alle erforderlichen Peripheriegeräte zur Messung befestigt. Die Messtechnik wurde vorab bereits soweit vormontiert, dass Bild 10: Rohrsegment mit vormontierten OLC-Komponenten. nach dem Einbau des Messrohres lediglich das Kabel zur Datenübertragung gekoppelt werden musste (Bild 10). Der Einbauvorgang des Rohres behinderte die Vortriebsarbeiten nicht. Nachdem das mit der Messtechnik ausgestattete Rohr eingebaut war, konnten die Fugenspaltmaße pro Messebene von vier Wegmesssensoren erfasst werden. Diese waren gleichmäßig über den Rohrdurchmesser verteilt auf den Spannringen befestigt. Im Sekundentakt wurden die Messdaten über eine Tunnelbox gesammelt und über das installierte Datenkabel an die im Steuercontainer aufgestellte OLC-Auswerteeinheit weitergeleitet (siehe auch Bild 11). Unter Berücksichtigung der Belastungshistorie ermittelte der Rechner zeitgleich die aktuell resultierende und die zulässige Vorpresskraft für die Vortriebsrohre. Bild 11: Aufbau einer Doppelmessfuge; Schematische Darstellung von Spannring, Positionssensor, Tunnelbox. Vertrauen ist gut, Betriebssicherheit ist besser Um auch über die sehr große Distanz zwischen Deutschland und Singapur den Überblick über den Projektverlauf zu behalten, wurde die Vortriebsanlage mit einem Modul der Herrenknecht AG zur mobilen Datenübertragung ausgestattet. Mittels MDT (Mobile Data Transmission) konnten zum einen die Daten des OLC-Systems auf jeden beliebigen Rechner übertragen werden, und zum anderen wäre über ein direktes Einloggen auf dem Leitrechner eventuelle Hilfestellung durch den Herrenknecht After-Sales-Service möglich gewesen. Wäre es zu einem Defekt gekommen, hätte mittels Fernwartung direkt auf die Anlage zugegriffen werden können. Dies war während der Baumaßnahme allerdings nicht erforderlich. Genutzt wurde dieses Modul jedoch, um allen am Bauvorhaben beteiligten Personen Passwort geschützt die Möglichkeit zu bieten, sich auf der Homepage der INKA GmbH über den aktuellen Stand des Vortriebs zu infor- 11

12 4. Online-Überwachung der Vorpresskraft mieren. Die kontinuierlich übertragenen Informationen beinhalteten Grafiken über die Pressenkrafthistorie, die für die Vortriebsrohre zulässigen und tatsächlichen Pressenkräfte und ggf. deren Überschreitung, die aktuellen Rohrverwinkelungen an den einzelnen Messfugen und die daraus resultierende Verwinkelungshistorie. 4. Online-Überwachung der Vorpresskraft Die Baustelle ist online Die OLC-Software berechnet während des Vorpressens die zulässigen Vorpresskräfte für jede Presseinrichtung (Hauptpresse und Dehnerstationen) auf Grundlage der gemessenen Rohrabwinkelungen. Um die Rohrbelastung bestimmen zu können, werden zunächst die gemessenen Sensorwerte über Bild 12: Spannungsverteilung in der Rohrfuge. Messumsetzer an die OLC-Software übergeben, in der auf Grundlage dieser Daten die resultierende Fugenabwinkelung berechnet wird. Die aktuelle Vorpresskraft wird aus den erfassten Hydraulikdrücken und den Zylinderflächen bestimmt. Mit diesen Eingangswerten wird für jede Rohrfuge die Abwinkelung und die dort wirkende Pressenkraft bestimmt. Die OLC-Software führt im Anschluss eine Finite-Elemente-Berechnung durch, bei der die Fugenzwischenlage in kleine Elemente unterteilt wird (vgl. Bild 12). Jedem Element wird das zuvor in einer Materialprüfung bestimmte Druckspannungs-Stauchungsverhaten zugewiesen. So kann für jede Fugenzwischenlage kontinuierlich der aktuelle Belastungszustand unter Berücksichtigung der Belastungshistorie berechnet werden. Pressenkräfte im Sekundentakt Mit der genauen Vorbelastungsverteilung und der jeweiligen Fugenabwinkelung wird für jedes Vortriebsrohr die maximal zulässige Vorpresskraft nach dem Entwurf des DWA A 161 berechnet. Hierbei werden die zum Teil weit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen durch die berechneten Werte ersetzt. Aus den zulässigen Pressenkräften der Rohre wird die niedrigste zulässige Pressenkraft für jede Presseinrichtung bestimmt und dem Maschinenfahrer auf dem Vortriebsmonitor visualisiert. Die Berechnung der Anzeige wird im Zwei- Sekundentakt aktualisiert. Neben der Unterstützung des Maschinenfahrers beim schadlosen Auffahren des Kurvenvortriebs standen beim Einsatz des OLC-Systems jedoch auch die lückenlose und unabhängige Erfassung und Protokollierung sämtlicher relevanter Vortriebsparameter während des ersten Kurvenvortriebs mit Steinzeugrohren im Fokus. So konnten alle relevanten Informationen auf der Homepage der INKA GmbH eingesehen werden. Die Bewährungsprobe Die Auswertung der Fugenspaltvermessung ergab, dass die aus dem planmäßigen Radius (400 m) resultierende horizontale Abwinkelung von 0,284 an drei Stellen erheblich überschritten wurde (siehe Bild 13). Die größte gemessene Abwinkelung von 1,9 (entspricht einem Kurvenradius von 60 m) zeigte, dass die im Vorfeld geplante Verlängerung des Edelstahl-Führungsringes angesichts des resultierenden Fugenspalts sehr vorausschauend war. Jedoch führten die enormen Abwinkelungen zu einer erheblichen Reduzierung der zulässigen Vorpresskraft, die von den tatsächlichen Pressenkräften teilweise überschritten wurde. 12

13 5. Die Logistik 6. Ende gut, alles gut Bild 13: Horizontale Abwinkelung der Messfugen 1.1 bis 1.2. Funktionsprüfung der geänderten Verbindung Abstimmung der Montage der OLC- Messeinrichtung auf die Rohre Bereitstellung des Transports mit Container via Antwerpen nach Singapur Abstimmung des verbindlichen Liefertermins zwischen Bauunternehmer / STEINZEUG-Singapur / STEINZEUG-Hasselt (B) Die Rohre konnten deutlich vor Baubeginn in Singapur angelandet werden. Dass die Vortriebsarbeiten dennoch erfolgreich zu Ende geführt werden konnten und nach Abschluss der Vortriebsarbeiten ein schadloser Rohrstrang übergeben wurde, war dem Einsatz der edelstahlverstärkten Druckübertragung zu verdanken. Bei der begleitenden statischen Berechnung mit dem OLC- System war diese Reserve bewusst nicht angesetzt worden. Mit dem OLC- System konnte dann die Presskraft im Bereich der abgewinkelten Rohrfugen durch den zielgerichteten Einsatz von Schmierrohren und der wiedergewinnbaren Zwischenpressstation minimiert sowie eine lückenlose Dokumentation des Vortriebs erstellt werden. 5. Die Logistik Die rund m normaler Rohrvortrieb sowie der 115 m lange Kurvenrohrvortrieb DN 1200 sind Teil eines umfassenden Kanalbauprojektes zur Abwasserbeseitigung. Die Bereitstellung der Rohre seitens der Produktion und das Zusammenfassen aller weiteren Aktivitäten sorgte auch für besondere Randbedingungen in Hinblick auf die Logistik: Produktion der Steinzeug-Vortriebsrohre DN 1200 Änderung der Fräsmaße auf den verbreiterten Edelstahlführungsring 6. Ende gut, alles gut Der Kurvenvortrieb gelang mit der fachlichen, aber auch mit der emotionalen Unterstützung aller Beteiligten und stellt eine Weltpremiere dar, die das Attribut sensationell verdient. Neben den vielfältigen Herausforderungen, die das Projekt zu bieten hatte, stellten vor allem die Betreuung des Einbaus vor Ort, die erforderlichen statischen Berechnungen, die Vortriebstechnik und die Online-Überwachung der Vorpresskraft mit dem OLC, höchste Anforderungen an alle Beteiligten. Die Gesamtbauzeit für das Projekt wurde mit 18 Monaten, die Gesamtkosten mit 3,65 Mio. US Dollar kalkuliert. 13

14 UNSER vortriebsrohrprogramm IN DEN NENNWEITEN DN 150 BIS DN

15 15

16 Steinzeug-Keramo GmbH Alfred-Nobel-Straße Frechen Tel.: Fax: Internet: