Bersten von Druckrohrleitungen nach Merkblatt DVGW (M) GW 323

21.04.2005

Im Juli 2004 ist das DVGW Merkblatt GW 323 "Grabenlose Erneuerung von Gas- und Wasserversorgungsleitungen im Berstliningverfahren; Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung" erschienen. Der DVGW stellt mit diesem Blatt den Netzbetreibern, Planern und ausführenden Fachunternehmen praxisorientierte Grundlagen für die Durchführung des Verfahrens und zur Erreichung der jeweiligen Schutzziele bzw. Qualitätsstandards zur Verfügung.

Berstlining (Bild1) ist ein umweltschonendes Verfahren, mit dem Altrohrleitungen grabenlos durch aufbersten oder schneiden zerstört und die Bruchstücke bzw. Schnittsegmente radial in den umgebenden Boden verdrängt werden. In den aufgeweiteten freien Querschnitt werden gleichzeitig neue Schutz- oder Produktrohre gleichen oder größeren Durchmessers eingezogen. Es werden dabei zwei Verfahrensvarianten unterschieden, die beide auch im Hausanschlussbereich angewendet werden: dynamisches Berstlining und statisches Berstlining (Bild 2). Berstlining ist weltweit das am häufigsten eingesetzte grabenlose Erneuerungsverfahren. Es gibt dennoch nur wenige Hersteller, die eine ausgereifte Maschinentechnik für das Rohr-Bersten anbieten und die sich für dieses Verfahren eingesetzt haben.
Für die erfolgreiche Durchführung des Berstverfahrens und für den qualitätsgerechten Einbau der neuen Leitung ist sorgfältige Planung sowie umfangreiche Kenntnis der örtlichen Gegebenheiten erforderlich. Daneben sichern qualifizierte, gut ausgebildete Fachleute und eine hochwertige, an die Aufgabenstellung angepasste Maschinentechnik den Erfolg einer Berstmaßnahme. Im Rahmen dieses Artikels soll auf einige besondere Hinweise aus dem Merkblatt GW 323 eingegangen werden.
Fachunternehmen

Die mit der Erneuerung von Gas- und Wasserrohrleitungen beauftragten Fachunternehmen müssen im Besitz der einschlägigen Zertifizierungen des DVGW sein. Unternehmen, die sowohl Rohrbau als auch Bersten durchführen, werden nach DVGW Arbeitsblatt GW 301 in der Zusatzgruppe GN 3 zertifiziert. Unternehmen, die ausschließlich den Berstvorgang, d.h. keinen Rohrbau durchführen, können nach dem DVGW Arbeitsblatt GW 302 in der Zusatzgruppe GN 3 zertifiziert werden. Zertifizierungen können beim DVGW beantragt werden.
Die zertifizierten Fachunternehmen dürfen nur geschultes und eingewiesenes Personal für die Durchführung des Berstverfahrens einsetzen. Die DVGW Arbeitsblätter GW 301 und GW 302 geben weitere Hinweise zu den Qualifikationsanforderungen.
Alle Prozesse und Tätigkeiten, die für die Durchführung des Verfahrens relevant sind, müssen dokumentiert werden, d.h. sie müssen schriftlich in Arbeits- bzw. Verfahrensanweisungen festgelegt sein. Das eingesetzte Fachpersonal muss selbstverständlich bestens mit diesen Festlegungen vertraut sein. Regelmäßige interne Schulungen sichern bzw. erhöhen die Qualifikation.
Neurohre und ihre Verbindungen

Nahezu alle für grabenlose Verfahren angebotenen Neurohrmaterialien können mit dem Berstverfahren eingebaut werden. In erster Linie sind dies im Druckrohrbereich jedoch Kunststoffrohre (PE, PE-Xa), Stahlrohre (St) und duktile Gussrohre (GGG).
Die neuen Rohre müssen den aus dem Berstverfahren resultierenden Belastungen aus Einziehkräften und Biegeradien schadlos standhalten. Weiterhin müssen die Rohre und Rohrverbindungen einen geeigneten Außenschutz gegen Riefenbildung, resultierend aus Altrohrscherben und Baugrund, haben. Kunststoffrohre aus PE 100 nach GW 335-A2 mit aufaddierter Schutzschicht, z.B. SLM 2.0 Rohre, besitzen einen geeigneten Rohraußenschutz. Auch im Bereich der Rohrverbindungen ist eine außenbündiger Außenschutz zu gewährleisten. Bei PE-Xa Rohren nach GW 335-A3 kann aufgrund der Werkstoffeigenschaften auf zusätzliche Rohraußenschutzmaßnahmen verzichtet werden. Die Rohre, das gilt bei allen grabenlosen Einbauverfahren und bei sandbettfreier Verlegung, müssen auch Punktbelastungen widerstehen. Punktbelastungen entstehen aus der möglichen Einwirkung von Erd- oder Verkehrslasten auf eventuell an der Rohraußenwand anliegenden Steinen oder Altrohrbruchstücken. Für das Bersten von Graugussrohren und Einziehen von PE-Rohren definiert GW 323 weitere werkstoffspezifische Anforderungen an die PE Rohre (vgl. GW 323, Abschnitt 4.4.2.2.), die von den Rohrherstellern einzuhalten sind.
Während des Einbauvorganges sind die auf das Neurohr wirkenden Zugkräfte durch eine kontinuierliche Überwachung mit einem Zugkraftmessgerät zu dokumentieren. Alternativ kann ein Überlastungsschutz in Form einer Sollbruchstelle verwendet werden.
Mit der Entwicklung des statischen Berstverfahrens wurde es erstmals möglich, auch neue Rohre aus duktilem Gusseisen nach DIN EN 545 mit längskraft- und formschlüssigen Verbindungen nach GW 368 und VP 545 im Berstverfahren grabenlos einzubauen. Dabei ist folgendes zu beachten:
Zum Schutz vor mechanischen Belastungen und Beschädigungen des Rohraußenschutzes sind duktile Gussrohre mit Zementmörtelumhüllung nach DIN 30674-2 zu verwenden. Die Rohrverbindungen müssen ebenfalls mit geeigneten Mitteln geschützt werden, z.B. wärmeschrumpfende Umhüllungen, Gummimanschette oder Schutzkonus aus Stahlblech.
Werden Stahlrohre nach DIN 2460 (Wasser) bzw. DIN EN 10208-1 in Verbindung mit DIN 2470-1 (Gas) verwendet, so müssen diese mindestens einen Außenschutz aus Zementmörtelumhüllung in der Sonderausführung S nach DVGW (A) GW 340 aufweisen. Die Schweißverbindungen sind nach DVGW (A) GW 350 auszuführen. Auch die Schweißnahtbereiche sind außenbündig zu umhüllen.
Planung

Bevor mit der Berstmaßnahme begonnen werden kann, ist eine angemessene Planung des Vorhabens notwendig. Hierzu zählt neben einer sorgfältigen Ist-Aufnahme der Altrohrleitung auch eine Erkundung des Leitungsbestandes im Umfeld der Maßnahme. Folgende Kriterien beeinflussen die Anwendbarkeit des Berstverfahrens:
  • Altrohrmaterial, -durchmesser und -zustand
  • Überdeckung
  • Aufweitmaß
  • Struktur der Oberfläche im Baustellenbereich
  • geologische Verhältnisse in der Erneuerungstrasse
  • Abstände zu querenden oder längsverlaufenden Leitungen
Eine sorgfältige Arbeitsvorbereitung mit detaillierter Ablaufplanung steuert die Durchführung der Maßnahme. Dabei ist insbesondere der Zustand der Altrohrleitung sowie mögliche Einflüsse auf die Umgebung der Altrohrleitung zu berücksichtigen.
Zustand der alten Rohrleitung

Aus den Planungsunterlagen und / oder örtlichen Untersuchungen ist die Kenntnis über folgende Gegebenheiten erforderlich:
  • Rohrdurchmesser und Werkstoff
  • Nennweiten- und Werkstoffwechsel
  • Überdeckungshöhe
  • Richtungsänderungen
  • Horizontale und vertikale Rohretagen
  • Abzweige oder Anschlüsse
  • Wassertöpfe
  • Armaturen
  • Betonwiderlager
  • Formstücke, Schellen usw.
  • parallele und querende Leitungsanlagen
Mit dem statischen Berstverfahren können Rohre aus fast allen gängigen Werkstoffen schnell und damit besonders wirtschaftlich erneuert werden. Bei der Ausführung des Verfahrens ist die Auswahl der Berstwerkzeuge auf das Altrohrmaterial und deren Verbindungen abzustimmen. Graugussrohre, wie auch andere spröde Rohrmaterialien (im Druckrohrbereich z.B. Faserzement oder Asbestzement) können mit recht einfachen Berstköpfen mit Brechrippen in Bruchstücke zerbrochen und anschließend verdrängt werden. Die so erzeugten Bruchstücke sollen möglichst klein sein, damit eine gleichmäßige Lastverteilung über den Rohrumfang erreicht wird und ein Verkanten der Scherben möglichst ausgeschlossen wird. Die Berstköpfe sollen auch Reparaturschellen und Rohrverbindungsmuffen brechen können.
Anders als bei spröden Altrohren erfordern duktile Gussrohre (GGG) sowie Stahl- und Kunststoffleitungen Schneidetechniken, welche die Altleitungen aufschneiden, und dabei sogar Muffen und Reparaturschellen zerstören können. Gerade im Muffen- und Reparaturschellenbereich (z.B. Stahlrohre mit Stemmmuffen bzw. nicht verschweißten Verbindungen sowie Flansche und Formstücke aus Stahl oder Duktilguss) ist bei herkömmlichen Schneidetechniken oftmals schnell die Leistungsgrenze erreicht. Zum Schneiden von Stahl- und GGG-Rohrleitungen sind einschnittige Rollenschneidmesser erforderlich (Bild 3), die vorwiegend im unteren Drittel des Altrohrumfanges angreifen. Große Erfahrung bei der Entwicklung von Berstwerkzeugen hat die Firma Tracto-Technik aus Lennestadt. Bei den TT-Werkzeugen sind die Schneidrollen so angeordnet, dass eine optimale Schnittgeometrie erzielt wird. Nur so wird eine Minimierung der erforderlichen Schneid- und Zugkräfte erreicht. Wichtig ist, dass die Schneidkanten des Altrohres nach außen weggebogen werden, damit sie das neue Rohr nicht beschädigen können. Dieses seit Jahren bekannte Verfahren des Erneuerns von zähen Rohrmaterialien wird neuerdings fälschlicherweise auch als "Aufweit-/Ziehverfahren" im Zusammenhang mit dem aus GW 322-1 bekannten "Press-/Ziehverfahren" genannt.
Die dem Rollenschneidmesser nachfolgende Aufweitung biegt das geschnittene Rohr auf, reduziert die auf das neue Rohr wirkende Mantelreibung und schafft Platz für das Neurohr. Dabei ist wichtig, dass die Aufweitwerkzeuge so aufgebaut sind, dass das alte Rohr langsam aufgeweitet wird. Dadurch zerbricht das alte GGG Rohr nicht in großflächige Scherben, welche das neue (insbesondere Kunststoff-)Rohr beschädigen können. Weiterhin sorgt das langsame Aufweiten dafür, dass das Altrohr beim Zurückverformen nicht das neue Rohr "einspannt" und so den Einzug erschwert oder gar unmöglich macht.
Zum Schneiden von PE Rohren oder defekten Inlinern werden besondere Hakenschneidmesser verwendet. Diese verhindern ein Aufschieben des Altrohres und gleiten beim Schneidvorgang durch die Altleitung (Bild 4).
Verfahrensdurchführung

Hindernisse und Reinigung
Sollte sich aus der Ist-Aufnahme der Altrohrleitung ergeben, dass Hindernisse möglicherweise den Berstvorgang verhindern oder erschweren, so müssen diese vor Beginn des Berstprozesses entfernt werden. Querschnittsverengungen infolge von Inkrustierungen, usw. brauchen verfahrensbedingt nicht beseitigt zu werden, sofern sich ein Windenseil einziehen bzw. das Berstgestänge einschieben lässt.
Eine Reinigung der Altrohrleitung kann dennoch erforderlich sein, wenn durch das Zerstören in Bruchstücke Stoffe in einem Ausmaß freigesetzt werden, das umweltschutzrechtlich von Belang ist (z.B. mancherorts bei Gasleitungen). In diesem Falle ist die Reinigung so sorgfältig durchzuführen, dass eine Freisetzung solcher Stoffe nicht eintreten kann.
Aufweitungsmaß, Überschnitt und Abstände
Das Aufweitungsmaß wird definiert als: Außendurchmesser der Aufweitung minus Innendurchmesser der Altrohrleitung. Das Aufweitungsmaß ist wichtig für die Festlegung von Mindestabständen zur Oberfläche, zu anderen Leitungen und Bauwerken. Auch die Bodenbeschaffenheit und die Art der benachbarten Bauwerke und Leitungen spielt eine Rolle. Der lichte Abstand zu parallel verlaufenden Leitungen soll mindestens das 3-fache des Aufweitungsmaßes betragen, es wird jedoch empfohlen, dass dieser Abstand mindestens 40 cm betragen soll. Je nach Bodenverhältnissen bzw. Werkstoff und Art der parallelen Leitungen können ggf. größere Abstände gewählt werden. Bei kritischen Abständen, z.B. zu querenden Leitungen, sind mit dem Betreiber dieser Leitungen besondere Schutzmaßnahmen (z.B. Freilegen der Leitungen) zu vereinbaren.
Der Überschnitt wird definiert als:
Radius der Aufweitung minus Außenradius der Neurohrleitung. Er ist so zu wählen, dass eine Scherbenverkantung minimiert wird. In der Praxis haben sich Überschnitte zwischen 25 und 30% bewährt.
Nach dem Erstellen der Baugruben muss der zu erneuernde Leitungsabschnitt vom Netz und von den Hausanschlussleitungen abgetrennt werden. Hier ist das jeweils gültige einschlägige Regelwerk zu beachten. Unter Umständen ist eine Ersatzversorgung erforderlich. Nach der Installation der Berstausrüstung und dem Einschieben der Berstgestänge in die Altrohrleitung beginnt der Berstvorgang und damit zeitgleich der Einzug des neuen Rohres. Generell werden zwei Arten von Berstgestängen unterschieden: Zum Einen sind dies herkömmliche geschraubte Gestänge, zum Anderen leiterartige, gesteckte Schnellkupplungsgestänge (Bild 5). Durch die leiterartige Form der Schnellkupplungsgestänge kann die Krafteinleitung mit besonderen Schub- und Zugfingern (Bild 6) erfolgen, d.h. durch Einrasten der Finger wird ein Durchrutschen der unter Zugspannung stehenden Gestänge vermieden. Der besondere Vorteil besteht darin, dass die Gestänge sehr schnell durch die Klinkverbindung miteinander verbunden und gelöst werden können und so die Abwicklung der Baustelle um ein vielfaches beschleunigt wird. Schraubgestänge werden im Gegensatz dazu von außen mit Klemmbacken gegriffen und dann gezogen. Bei dieser reibschlüssigen Krafteinleitung besteht die Gefahr des Durchrutschens unter Zugspannung. Die Gestänge unterliegen einer hohen Belastung durch die Klemmbacken. Es droht Verlust des Gestänge-/Rohrstranges im Boden.
Wichtig ist der beschädigungs- und verschmutzungsfreie Einbau des neuen Rohres (wobei bei PE Rohren mit Schutzmantel Beschädigungen des Schutzmantels keinen Mangel darstellen, solange das Kernrohr schadensfrei ist). Beim Durchfahren der Zwischenbaugruben sind die entstandenen Scherben unmittelbar nach der Aufweitung aus dem Einziehbereich zu entfernen. Diese Scherben könnten sich beim Wiedereinfahren ins Erdreich verkanten und evtl. das neue Rohr beschädigen.
Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sei hier beispielhaft auf die Stadtwerke Neuss hingewiesen: Die Stadtwerke Neuss Energie und Wasser GmbH (SWN) wechselten ihre Graugussgasleitungen mit einer Gesamtlänge von rund 31 Kilometern seit dem Jahr 2000 vollständig aus. Als Standardverfahren wurde hier das statische Berstverfahren eingesetzt. Ausschlaggebend für die Entscheidung für das Berstverfahren waren die wesentlich niedrigeren Kosten gegenüber dem klassischen Tiefbau durch die geringen Erdarbeiten. Zudem konnten intakte parallel verlaufende Grauguss-Wasserleitungen erhalten werden.
Durch das Berstverfahren erzielte SWN eine Kostenersparnis von 2,5 Millionen Euro gegenüber einer ersten Schätzung, die von Gesamtkosten in Höhe von 8,5 Millionen Euro ausgegangen ist. Dieser Schätzung lagen folgenden Annahmen zugrunde:
  • Ausschließlich Graugussleitungen werden erneuert.
  • Im Durchschnitt liegen sechzig Hausanschlüsse an einem Kilometer Gasleitung.
  • Hausanschlüsse werden nicht erneuert, sondern lediglich umgebunden.
Die Ersparnis ist vor allem auf den erheblich geringeren Aufwand für Erdarbeiten beim Berstverfahren zurückzuführen. Der Einsatz des Berstverfahrens hat die Erwartungen der Stadtwerke Neuss sowohl im Hinblick auf die zeitliche als auch auf die wirtschaftliche Kalkulation voll erfüllt. Mit konventionellen Methoden hätte das Unternehmen zusätzlich die parallel verlaufenden Wasserleitungen sanieren müssen, wodurch zusätzliche Kosten von vier bis fünf Millionen Euro entstanden wären. Durch das Berstverfahren konnten mit einem Gesamtinvestitionsvolumen von rund sechs Millionen Euro neben den notwendigen Leitungsarbeiten zusätzlich zweitausend Hausanschlüsse saniert werden. Die vorgeschriebene Frist zum Ersatz sämtlicher Graugussleitungen bis Ende 2004 konnte eingehalten werden.
Fazit

Bersten stellt eine echte technische und kostengünstige Alternative zur offenen Bauweise dar, aber auch zu anderen grabenlosen Rehabilitationsverfahren. Die oft schwierigen Einsätzfälle haben zu einer ausgereiften Verfahrens- und Maschinentechnik geführt. Das Verfahren ist schon lange das weltweit am häufigsten eingesetzte grabenlose Erneuerungsverfahren und seit Dezember 2001 lizenzgebührenfrei einsetzbar, da die Patente von British Gas/Advantica mit dem 01.12.2001 abgelaufen sind. Auch in Deutschland setzen das Verfahren bereits viele Kommunen und Bauunternehmer erfolgreich ein. Die Tendenz ist weiter steigend. Insbesondere gibt das nun zur Verfügung stehende DVGW Merkblatt GW 323 Auftraggebern und Auftragnehmern die notwendige Sicherheit für die Ausschreibung und Anwendung dieses Verfahrens.

Kontakt

Dipl.-Ing. Meinolf Rameil, Tracto-Technik GmbH

57386 Lennestadt

E-Mail:

meinolf.rameil@tracto-technik.de

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