Außensanierung von erdverlegten Rohrleitungen mittels Horizontalbohrtechnik

Es gibt eine enorme Vielfalt an Verfahren für die Rohrinnensanierung von bestehenden, unter Betrieb befindlichen Rohrleitungen im Erdreich. Viele Rohrleitungen im Gas-, Wasser- und Abwasserbereich weisen jedoch Probleme im Außenbereich auf, welche durch mangelnde Bettung, Hohlräume zwischen Leitung und Erdreich und z.B. durch Korrosionen und Außenbeschädigungen anderer Art bedingt sein können. Der bisher übliche Weg der Beseitigung von Mängeln und Schäden im Außenbereich ist die Aufgrabung und oft auch der Austausch.

Der hier vorgestellte neue Weg vermeidet das Aufgraben. Mittels Horizontalbohrtechnik werden zum schadhaften Rohraußenbereich die Sanierungszonen vorgetrieben, und mittels der Bohrtechnik werden korrosionsschützende, hohlraumfüllende und befestigende Injektionsstoffe außen um die Rohrleitung eingebracht (Abb. 1). Die Rohrleitung erhält hierdurch ihre ursprünglich zugedachten Eigenschaften zurück.

Schadensbilder
Bei Rohrleitungsinspektionen mit dem TV-Roboter ist anhand des Schadensbildes überwiegend eine Ursachenherleitung möglich. Auf vielen Schadensbildern ist zu erahnen, dass die Schadensursache an der Außenwandung der Rohrleitung liegen wird. Absenkungen von Rohrstücken, Scherbenbildungen mit Setzungen zum Sohloder Wandbereich lassen auf begleitende Hohlräume außerhalb der Rohrleitung schließen. Solche Hohlräume direkt neben der Rohrleitung können diverse Ursachen haben, z.B. Mängel in der Bettung der Leitung oder Mängel im Rohrmaterial, die zu Rissbildungen und damit zu Ausspülungen führen können. Diese werden durch Senkungen im Erdreich, z.B. durch Abströmungen durch begleitendes Grundwasser mit der akuten Gefahr einer In- und Exfiltration durch die defekte Rohrleitung verursacht (Abb. 2).

Manche Mängel im unmittelbaren Außenbereich von Rohrleitungen sind durch TV-Inspektionen nicht erfassbar, sondern müssen mit anderen Verfahren, z.B. Ultraschalluntersuchungen oder durch indirekte Hinweise erkannt werden. Solche Hinweise sind Gefälleveränderungen in der Rohrleitungslage, seitliche Verschiebungen von Rohrelementen und Setzungsdurchpausungen bis an die Straßenoberfläche, wo es zu Kantenrissen und rinnenartigen Einbuchtungen im Asphalt kommen kann (Abb. 3).

Sind Risse und Scherbenbildungen im Rohrmaterial sichtbar, wie es bei spröden Rohrwerkstoffen der Fall sein kann (z.B. Gussrohr, Beton- und Steinzeugrohre), so können die Scherben auf Grund ihrer Verhakungen ineinander die Rohrgeometrie vollkommen erscheinen lassen. Der Bettungsbereich um das Rohr herum kann jedoch teilweise schon fehlen. Häufig gibt es ein Defizit von mehreren Zentimetern im vertikalen und lateralen Umgebungsbereich. Unter der permanent vibrierenden Auflast von Straßenfahrzeugen wird die Rohrsubstanz durch solche Hohlräume immer weiter und immer stärker beansprucht, bis sie letztendlich zermürbt und zerstört ist. Ein Hinterfüllen solcher Begleithohlräume bei Rohrleitungen kann diesen fortlaufenden Zerstörungsprozess beenden und gibt dem Rohr ein statisch stabiles Bettungsgefüge.

Heutige Form der Rohrsanierung bzw. -erneuerung
Wenn die TV-Inspektion eine Schadenskategorie erfasst, die baldiges Handeln erforderlich macht, so wird heutzutage in Relation zum Schadensbild das defekte Rohr entweder von innen saniert oder durch offenen Eingriff von der Straße her ausgegraben und durch neues Rohrmaterial ersetzt. Der Weg der grabenlosen Außensanierung von noch zu erhaltenden Rohren ist bislang leider nicht bekannt.

Bei der Rohr-Innensanierung wird das Rohr entweder mit einem Spachtel oder Schleuderroboter von innen mit Mörtel überzogen, sodass ein Mörtelsaum die Risse überzieht und wieder einen geschlossenen und dichten Rohr-Hohlraum herstellt. Die Hauptschadensstrukturen außen am Rohr bleiben erhalten. Bei Belastungen von oben oder von außen können mit der Zeit wieder Rissbildungen auftreten. Die Variante der Rohrsanierung mit Inliner-Material bietet ebenfalls einen Kunststoff-Rohrüberzug im Innenbereich und eine Abdichtung des Rohres, die Gefügerisse im Altrohranteil selbst bleiben erhalten.

Die Rohr-Innensanierung überdeckt in manchen Fällen die eigentliche Schadensursache, welche in ihrem Ablaufmechanismus weiterwirken kann. Durch die Innensanierung wird das Rohr abgedichtet, der Schaden überdeckt und das Rohr ist für einen gewissen Zeitraum weiter funktionsfähig, bis die Außenwirksamkeit der Schadensursache auf das Rohr wieder zurückgreift.

Die Variante eines Neurohreinzuges dicht am bestehenden Altrohr (TIP-Verfahren: Tight in Pipe) bietet von der Statik und der Dauerhaftigkeit schon eine entscheidende Verbesserung und kommt nahezu einer Neuverlegung gleich. Das umgebenden Altrohr sorgt für einen zusätzlichen Schutz des neuen Rohres.

Eine weitere Variante eines Neurohreinzuges kann durch Berstlining geschehen, wobei das alte Rohr zerborsten wird, während, angehängt am Berstkörper, das neue Rohr sukzessiv eingezogen wird.

Der offene Eingriff in den Straßenkörper für den Rohraustausch ist der größte und aufwändigste "Sanierungsfall", denn das Rohr muss in diesen Abschnitten ausgetauscht und neu verlegt werden. Diese abschnittsweise Neuverlegung ist letztendlich teurer als eine grabenlose Neuverlegung mit einer parallelen Horizontalbohrung, in der ein neues Rohrsegment verlegt werden kann.

Dieser sehr teure offene Eingriff wird immer dann gemacht, wenn der Rohrleitungsabschnitt nach heutiger Sicht nicht mehr zu retten ist. Verkehrsbeeinträchtigungen, Baulärm, Aushubmassen, Neuverdichtung oder der Wiederverschluss der Straßendecke sind immense Aufwendungen, um Rohrabschnitte von oftmals wenigen Metern auszutauschen.

Methode der Rohraußensanierung
Die hier vorgeschlagene Methode der Rohraußensanierung setzt dickwandiges (Beton, Steingut, Keramik, etc.) oder metallisches Rohrmaterial voraus, welches mögliche Berührungen bei einer Außensanierung gut verträgt. Kunststoff ist entsprechend ungeeignet. Weiterhin setzt die vorgeschlagene Methode gewisse Kenntnisse über den vorhandenen Begleithohlraum und über das zu erwartende Schadensbild im Außenbereich voraus (Abb. 4). Sondierungen von der Straßenoberfläche oder geophysikalische Erkundungen (z. B. mit Georadar, Ultraschall, Feuchtesonden, usw.) helfen das Schadensbild zu erkennen und einzugrenzen.

Die verlaufsgesteuerte Horizontalbohrtechnik (HDD) hat in den letzten 15 Jahren ihre Wertschätzung in der Leitungsneuverlegung gefunden, nur ist diese Bohrtechnologie noch erheblich vielseitiger einzusetzen. Seit über 10 Jahren werden durch die Horizontalbohrtechnik auch Filterbrunnen für die Trinkwassergewinnung eingebaut, Sanierungsbrunnen für die Umwelttechnik gebaut, Sohldichtungen und unterirdische Grundwassersperren installiert, Bewässerungsleitungen verlegt, Hebungsinjektionen für abgesenkte Bahndämme durchgeführt, nachträgliche Dichtungsinjektionen für Staudämme oder z.B. Ankerbohrungen zur Baugruben- oder Gebirgssicherung vorgenommen. Da mit der Horizontalbohrtechnik, welche im Wesentlichen hydromechanisch das Locker- und mechanisch das Festgestein schneiden kann, an Stelle des Betriebes mit Bohrspülung auch Injektionsstoffe zum und aus dem Bohrkopf gefördert werden können, bietet die HDD-Technologie, zumindest in Lockergesteinen, auch die Möglichkeit für Injektionen bis zu 100 bar (bei entsprechenden Pumpeinbauten auch bis zu 400 bar). Zwischen 5 bis 100 bar sind bei normalen HDDSystemen die Druckstufen modulierbar und der Injektionsstoff ist, solange er keine klebenden Eigenschaften beim fluiden Transport hat, frei wählbar (Abb. 5).

Von einem Geräteaufstellpunkt neben der Straße, nahe der zu sanierenden Leitung, werden verlaufsgesteuerte Horizontalbohrungen in mehrfach wiederholter und paralleler Anordnung in den Begleithohlraum und den Außensaum der schadhaften Rohrleitung sackgassenförmig hineingelenkt, wobei jeweils bei der Rückwärtsfahrt der Bohrungen aus den Bohrkopfdüsen ein Abdicht- und Verfestigungsstoff ausgesprüht wird (Abb. 6).

Dieser Abdichtstoff ist von plastischer bis zähplastischer Konsistenz, verteilt sich jedoch bis in Poren- und Rissräume hinein, härtet weit gehend, jedoch nicht vollkommen aus, sodass eine vibrationselastische Festigkeit gegeben ist. Diese Injektionen aus den Bohrkopfdüsen werden solange vollzogen, bis ein sättigender Injektionsrückfluss am Startbohrloch erscheint und damit angezeigt wird, dass der Begleitraum zur Rohraußenwand kein Hohlraumpotenzial mehr bietet.

Das außen ehemals schadhafte Rohr wird durch den anhaftenden Injektionskörper, der sich quasi abschnittsweise um das Rohr herumschmiegt, rissverschlossen und versiegelt, mehr als ausreichend stabilisiert, lagerungsgebettet und deutlich verstärkt. Sofern die Ursachenbereiche der Setzungen mit verschlossen und verfüllt wurden, was in der Regel der Fall ist, können die außensanierten Leitungen nun für lange Zeit wieder ihren Dienst leisten und es kann ein normales Abschreibungsalter für sie angesetzt werden.

HDD ? eine kostengünstige Alternative
Durchgeführt werden sollten solche Außensanierungen nur von injektionserfahrenen HDD-Bohrunternehmen, welche auch nach DVGW-Arbeitsblatt GW 321 zertifiziert sind. Jedes neue Verfahren macht nur dann Sinn, wenn es weniger oder maximal genauso viel kostet wie bisherige Lösungswege.

Gegenüber dem offenen Eingriff von oben mit dem damit verbundenen Rohraustausch und allen dazugehörigen Begleitmaßnahmen ist die Rohraußensanierung mit HDD eine echte Alternative. Keine kosten- und aufwandsmäßige Alternative stellt dieses hier vorgestellte Verfahren gegenüber einer parallelen Neuverlegung (langer Bypass) mittels HDD dar. Diese ist unvergleichlich viel günstiger, da sie nur eine Pilotbohrung und mehrere Aufweitvorgänge sowie den abschließenden Neurohreinzug beinhaltet. Bei Rohrerneuerungen sollte diese Alternative immer eine Kalkulation wert sein. Sie wird die Versorgerseite immer, die Entsorgerseite manchmal bis häufig, in angenehmes Erstaunen versetzen.

Erschienen in bbr 11/04.
Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung der bbr - Redaktion und Dr. H.-J. Bayer.