Leitfaden Mikrotunnelbau / Hrsg.: MUNLV NRW, Redaktion: Prof. Dr.-Ing. D. Stein, A. Brauer (2005)

Planung

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Bild 11-1:  Vergleich des erforderlichen Bodenaushubs am Beispiel von Steinzeugrohren, berechnet für die offene Bauweise nach DIN EN 1610 [DINEN1610a] [DINEN1610c] in verschiedenen Tiefenlagen (T) (ohne Berücksichtigung der Verbaubreite) sowie für die geschlossene Bauweise (ohne Berücksichtigung des Überschnitts)
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Bild 11-2:  Wurzelsysteme von Bäumen [Milwa] - Tiefwurzeler
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Bild 11-3:  Wurzelsysteme von Bäumen [Milwa] - Typischer Flachwurzeler (85 % der Wurzeln befinden sich innerhalb einer Tiefe von 0,50 m)
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Bild 11-4:  Vergleich der Wurzelschädigung bei der Kanalverlegung in offener (links) und geschlossener Bauweise (rechts) [Verst00]

Die Planung einer Verlegung von Abwasserleitungen und -kanälen unter Verwendung der Verfahren des grabenlosen Leitungsbaus erfordert einschlägige Fachkenntnisse und weitreichende Erfahrungen. Insofern sollten nur Mitarbeiter bzw. Ingenieurbüros mit entsprechender Qualifikation mit der Planung betraut werden.

Für die Planung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden (Kanalisationen) gelten DIN EN 752 Teile 1 bis 4 [DINEN752-1] [DINEN752-2] [DINEN752-3] [DINEN752-4] und in der Bundesrepublik Deutschland ergänzend die zahlreichen einschlägigen ATV- bzw. ATV-DVWK-Arbeits- und Merkblätter.

Alle darin enthaltenen Planungsvorgaben und -anforderungen basieren im wesentlichen auf der Herstellung dieser abwassertechnischen Anlagen in offener Bauweise und berücksichtigen nicht explizit die vielfältigen Möglichkeiten und Vorteile der geschlossenen Bauweise und insbesondere des hier behandelten Pilotrohr-Vortriebs und Mikrotunnelbaus.

Um diesen Verfahren den ihnen gebührenden Platz in der Praxis zu verschaffen, sollten bei jedem Kanalbauvorhaben im Planungsstadium vergleichende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für die offene und geschlossene Bauweise angestellt werden. Dabei sind alle Einflüsse objektiv zu berücksichtigen, die insbesondere die offenen Bauweisen belasten, wie z.B. vorherige Umlegungen von Leitungen, notwendige Lichtsignalanlagen und Straßenaufbrüche sowie deren Wiederherstellungen, Bodenauswechslungen, Grundwasserhaltungen und die Dauer der Bauzeiten. Ergibt eine Wirtschaftlichkeitsberechnung annähernd Kostengleichheit, sollte der Markt mit alternativen Leistungsverzeichnissen herausgefordert werden [Möhri].

Die Wirtschaftlichkeit zu Gunsten der geschlossenen Bauweise kann beeinflusst werden, wenn bei der Planung von Kanalbaumaßnahmen die verfahrenstechnischen Möglichkeiten und Vorteile des Pilotrohr-Vortriebs und Mikrotunnelbaus von vornherein berücksichtigt werden.

Dies betrifft z.B. die:

  • Festlegung der Abstände von Einsteig- und Inspektionsschächten in Abhängigkeit der zu realisierenden Vortriebslängen (Abschnitt 3), auch unter Berücksichtigung von Durchfahr- bzw. Zwischenschächten
  • Anordnung der Einsteig- und Inspektionsschächte und der weiteren Bauwerke der Kanalisation unter Berücksichtigung der Beanspruchung der Verkehrsflächen, um die Vorteile der geschlossenen Bauweise bezüglich der indirekten Kosten der Verkehrsteilnehmer optimal nutzen zu können
  • Ausschreibung von größeren Baulosen, d.h. von mehreren Haltungen bzw. insgesamt längeren Vortriebsstrecken, um dem Auftragnehmer eine hohe Auslastung der relativ teuren Maschinen zu Gunsten einer Reduzierung der Herstellungskosten zu ermöglichen
  • Einbindung von Anschlussleitungen z.B. der Grundstücksentwässerung und der Straßenabläufe in Einsteigschächte an Stelle der gegenwärtig in der Regel praktizierten direkten Einbindung in den nichtbegehbaren Abwasserkanal ("Systementflechtung" z.B. in Form der "Berliner Bauweise" (Abschnitt 9.2)
  • Festlegung der Querschnittsabmessungen begehbarer Abwasserkanäle unter Berücksichtigung der Geräteabmessungen für Anschlussbohrungen aus dem Kanal heraus (Abschnitt 9.1.2.2).

Darüber hinaus ermöglicht der grabenlose Leitungsbau:

Tiefenunabhängige Verlegung von Abwasserleitungen und -kanälen

Grabenlos verlegte Kanäle verteuern sich bei größeren Tiefenlagen fast ausschließlich durch die Schachtbauwerke, weil die Kosten des eigentlichen Vortriebs relativ tiefenunabhängig sind (Abschnitt 15.2). Damit ergibt sich z.B. die Möglichkeit, durch tiefer geplante Kanäle die Größe des Einzugsgebietes nahezu unbeeinflusst von den örtlichen topographischen Verhältnissen festzulegen und gleichzeitig auf sonst erforderliche Pumpwerke zu verzichten. Durch die Reduzierung des Bodenaushubs auf das vom Rohr in Anspruch genommene Volumen (Bild 11-1) ergeben sich gegenüber der offenen Bauweise zusätzliche wirtschaftliche und logistische Vorteile. So lässt sich z.B. im Stadtgebiet oder in dicht bebauten Ortschaften der ausgehobene Boden nur selten in unmittelbarer Nähe der Baustelle lagern, so dass lange Transportwege mit mehrfacher Be- und Entladung entstehen können. Häufig darf der ausgehobene Boden auch nicht wieder verfüllt werden, wenn sich mit ihm die geforderte Lagerungsdichte im Straßenland nicht erreichen lässt. Vielfach wird nicht erlaubt, weder das Straßenaufbruchmaterial noch den Bodenaushub zur freien Verwendung des Bauunternehmers abzufahren; beides sind möglicherweise Bauabfälle, die dann auf ausgewiesene Deponien zu verbringen sind. Entsprechende Untersuchungen mit Eignungsnachweisen müssen erbracht werden [Möhri].

Zeitgleiche Baudurchführungen in allen Straßenzügen eines Einzugsgebietes

Durch den geringen Platzbedarf der Vortriebsanlagen sowie durch die Möglichkeit, die mobilen Baustelleneinrichtungen bei Bedarf kurzfristig zu räumen und die Schächte durch Abdeckungen temporär zu schließen (Bild 11-2) (Bild 11-3), können praktisch in allen Situationen Zugänglichkeit, Verkehrsfluss und damit auch immer ausreichende Zufahrten für Feuerwehren und andere Einsatzfahrzeuge in allen von den Bautätigkeiten betroffenen Straßenzügen gewährleistet werden.

Wegfall von Wasserhaltungsmaßnahmen zur Absenkung des Grundwasserspiegels

Auf Grund der Tauglichkeit einzelner Vortriebssysteme für den Einsatz im Grundwasser können Wasserhaltungsmaßnahmen und damit Kosten für die Entnahme und Einleitung des Grundwassers während der Bauzeit entfallen. In diesem Fall beschränkt sich die Wasserentnahme auf das Abpumpen der mit einer Unterwasserbetonsohle auftriebssicher verschlossenen Start- und Zielschächte (Abschnitt 6.5.2) [Stein03].

Idealer Schutz von Bäumen, Sträuchern und anderen Vegetationsbeständen

Trasse und Gradiente können so gewählt werden, dass die kritischen Wurzelbereiche (Bild 11-2) (Bild 11-3) unterfahren und so vor Beschädigungen sowie Minderversorgung durch Wasser und Nährstoffe bewahrt werden (Bild 11-4). Darüber hinaus entfallen weitgehend die mit der offenen Bauweise häufig verbundenen, in (Tabelle 11-1) aufgeführten Schadensursachen und -folgen.

Tabelle 11-1: 

Mögliche Schäden für Wurzelraum und Bäume durch die offene Bauweise [GSTT8]

Maßnahmen und Folgen der offenen Bauweise Folgen und Schadenssymptome für
Wurzelraum und Baum
Großflächige und −volumige Bodeninanspruchnahme durch
Leitungsgrabenaushub und Böschungs− bzw.
Baugrubensicherungsmaßnahmen
Großflächiger Bodeneingriff im
Kronentraufbereich, Reduktion des
Durchwurzelungsvolumens
Wurzeldurchtrennung−⁄−an−⁄−abrisse durch
Bodenaushubarbeiten mit schweren
MaschinenWurzeldurchtrennung−⁄−an−⁄−abrisse durch
Bodenaushubarbeiten mit schweren Maschinen
Verminderung der Wurzelmasse, Rücktrocknung
der Wurzeln, Totastbildung, Schaderregerbefall,
Fäulnis, Gefährdung der Standsicherheit
Austrocknung des Bodens an den Grabenwänden bei fehlender
Abhängung
Wassermangel, Absterben von Wurzeln,
Totholzbildung, Schaderregerbefall, Fäulnis
Ausfrieren des Bodens im Winter bei fehlender Abdeckung der
Baugrube
Wurzelerfrierungen, Schaderregerbefall und
Fäulnis
Grundwasserabsenkung bei unter dem Grundwasserspiegel
liegender, tiefer Grabensohle
Wassermangel, "Zopftrockenheit",
Schaderregerbefall
Grundwasserstau durch dichte Spundwände, Dichtwände auf
der Talseite und Wiederverfüllung mit undurchlässigem,
bindigem Boden
Vernässung, Wurzelfäulnis, Veränderung des ph−
Wertes des Bodens, Festlegung von Nährstoffen,
Sauerstoffmangel
Bodenverdichtung bei Verfüllung des Leitungsgrabens mit
Maschineneinsatz
Wurzelquetschung, Bodenschäden, Luftmangel
(Anaerobie), Wurzelfäulnis, Wassermangel,
Nährstoffmangel
Schwingungen durch Rüttler und Rammen Wurzelabrisse, Bodensackungen, dadurch
Verdichtungen mit nachfolgendem
Sauerstoffmangel
Bodensenkungen und −sackungen entlang der Grabenwand Wurzelabrisse, Rücktrocknung,
Bodenverdichtungen, Wurzelfäulnis
Langzeitoffenhaltung z.B. bei Großbaustellen Trockenschäden, Bodenschrumpfung mit
Wurzelabrissen, Wurzelerfrierungen,
Schaderregerbefall
Grabenverfüllung mit rolligen, grobkörnigen Erdbaustoffen Zwangsdränagewirkung, Austrocknung am
Grabenrand mit Wurzelabtrocknungen, die
oberirdisch zu Totholzbildung führen
Grabenverfüllung mit undurchlässigen, bindigen Erdbaustoffen,
zusätzlich verdichtet
Bodenverdichtung, Staunässe, Wurzelfäulnis
Grabensohle tiefer als Grundwasserspiegel Zwangsdränagewirkung wie
Grundwasserabsenkung wirkend,
Wurzelabtrocknung

Während bei der offenen Bauweise, bedingt durch die Zerstörung der natürlich gewachsenen Bodenschichten und der Rückverfüllung des Leitungsgrabens mit in der Regel durchlässigerem oder zumindest weniger gut verdichtetem Lockergestein, ideale Wachstumsbedingungen für Wurzeln in diesem Bereich geschaffen werden, beschränkt sich die Störung des Baugrundes beim grabenlosen Leitungsbau nur auf die unmittelbare Umgebung des Rohres. Die darüber befindlichen Bodenschichten bleiben in ihrem natürlichen Zustand erhalten und verhindern das Wachstum der Wurzeln in Richtung des neuverlegten Kanals und ein späteres Hineinwachsen in Abwasserleitungen und -kanäle über Undichtigkeiten und andere Schäden an Rohren und Rohrverbindungen.

Für den Fall, dass ein späterer Wurzeleinwuchs in den Kanal nicht auszuschließen ist [Bosse01a] [Bosse01b], können u.U. Schutzrohre erforderlich sein. Ihr Einsatz bedarf der Abstimmung zwischen den Beteiligten.

Ist durch den Vortrieb oder die Herstellung von Schächten ein Wurzelverlust nicht vermeidbar, sollte ein prozentual entsprechender Kronenrückschnitt vorgenommen werden, da die erfolgte Störung der Wasseraufnahmekapazität durch eine Reduktion des Verbrauches kompensiert werden muss, wenn keine physiologischen Schäden in Kauf genommen werden sollen. Erfolgt der Kronenrückschnitt nicht, verlieren die Bäume unkontrolliert Äste, wodurch sich die Unfallgefahren erhöhen [Stein03].

Leitfaden Mikrotunnelbau / Hrsg.: MUNLV NRW, Redaktion: Prof. Dr.-Ing. D. Stein, A. Brauer (2005)