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Patente Lösung für den Rohrvortrieb

09.03.2004

Vortrieb von Leitungen

S&P hat neue Grundlagen für ein "dynamisches" Berechnungsverfahren für die Berechnung von Vortriebsrohren in Richtung der Rohrlängsachse entwickelt. Zugunsten einer Optimierung von Sicherheit und Wirtschaftlichkeit werden dabei die Vereinfachungen der bekannten Berechnungsverfahren bereinigt.

Die statische Berechnung von Vortriebsrohren erfolgt hierzulande auf Basis des Arbeitsblatts ATV-A 161 "Statische Berechnung von Vortriebsrohren". Als besonders problematisch gilt hierbei jedoch die Berechnung in Richtung der Rohrlängsachse: Die Übertragung der sehr hohen Kräfte zwischen den einzelnen Rohren, die zum Vorschub des Rohrstrangs erforderlich sind, erfolgt im Allgemeinen über Druckübertragungsringe aus Holz oder Holzwerkstoffen. Diese Druckübertragungsringe (nachfolgend auch Holzring genannt) gleichen die Abwinklungen zwischen den Rohren, die insbesondere durch Kurvenfahrten und Versteuerungen, aber auch durch Ungenauigkeiten der Rohrspiegel auftreten, aus und ermöglichen eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Kraft auf die Rohrstirnflächen.
Problematik der Berechnung
Die Problematik der Druckübertragungsringe aus Holz liegt in ihrer Verhärtung im Vortriebsverlauf durch plastische Verformungen infolge der starken und wechselnden Belastungen besonders bei Kurvenfahrten und längeren Vortrieben. Durch diese Verhärtung nimmt die Qualität der Spannungsverteilung durch den Holzring ab; nach der Verhärtung kann sich dieser einer neuerlichen Kurvenfahrt oder Versteuerung nicht mehr wie zuvor anpassen. So wird die kraftübertragende Teilfläche der Rohrspiegel kleiner und in der Folge werden die auftretenden Spannungen größer.
Das ATV-A 161 sieht eine Erfassung der Verformungseigenschaften des Holzrings über einen konstanten Elastizitätsmodul vor. Ein konstanter E-Modul kann die im Vortriebsverlauf veränderlichen Holzringeigenschaften jedoch nicht abbilden. Um trotzdem eine ausreichende Sicherheit der statischen Berechnung zu gewährleisten, ist es deshalb erforderlich, dass der E-Modul relativ hoch gewählt wird (je nach Bedingungen zwischen 100 und 150 N/mm2). Diese Berechnung ist somit von hoher Ungenauigkeit geprägt und infolge der großen erforderlichen Sicherheiten relativ unwirtschaftlich.
Sicher und wirtschaftlich
S&P hat aufgrund dieser sehr hohen Ungenauigkeiten ein neuartiges Berechnungsverfahren entwickelt, das die wahren Verformungseigenschaften des Holzrings sowie den tatsächlichen Trassenverlauf des Vortriebs berücksichtigt. Ausgangsbasis der Berechnung ist ein Belastungsversuch eines Probestücks des Holzrings. Durch diesen Versuch werden die Spannungs- Stauchungseigenschaften des Holzrings ermittelt. Diese Eigenschaften gehen dann direkt in die Berechnung ein: Zum Nachweis des Vortriebsrohres in Rohrlängsachse wird die Fahrt einer Rohrfuge simuliert. Die Fuge folgt dabei dem Verlauf der Vortriebstrasse und nimmt die entsprechenden wechselnden Abwinklungen durch Kurvenfahrten und Versteuerungen ein. Gleichzeitig wird eine Vortriebskraft vorausgesetzt. Aus der Abwinklung und der anliegenden Vortriebskraft wird über die gemessenen Spannungs-Stauchungseigenschaften des Holzrings die Stauchung des Rings und daraus der Spannungsverlauf in der Fuge berechnet. Diese Berechnung erfolgt über die gesamte Vortriebstrasse unter Berücksichtigung der Vorbelastung des Holzrings und seiner veränderlichen Eigenschaften. So lässt sich der Vortrieb hinsichtlich Trassenverlauf durch Kurvenfahrt und Versteuerungen, anliegender Vortriebskraft, verwendetem Holzring und Ungenauigkeit der Rohrspiegel unter den Gesichtspunkten von Sicherheit und höchstmöglicher Wirtschaftlichkeit optimieren.

Genau kalkulierbar
Dabei können auch außerplanmäßige Sonderfälle wie eine kurzfristige Vortriebskrafterhöhung oder eine stärkere Abwinklung der Rohre und deren Spätfolgen berücksichtigt werden. Sollten solche unbeabsichtigten Planabweichungen während einer Vortriebsmaßnahme auftreten, lassen sich mit dem neuen "dynamischen" Verfahren Sicherungskonzepte für den Vortrieb kalkulieren und nachweisen.
Parallel zu dem neuen Verfahren zur Berechnung der zulässigen Vortriebskraft entwickelt S&P ein Verfahren, das die auftretenden Vortriebskräfte in einem Vortrieb mit Zwischendehnern möglichst genau kalkuliert. Mit beiden Verfahren ist S&P in der Lage, insbesondere Vortriebe mit erhöhtem Schwierigkeitsgrad unter den Gesichtspunkten Wirtschaftlichkeit und Sicherheit simulierend zu berechnen, begleitend umzusetzen und damit Schäden an Vortriebsrohren zu vermeiden.

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