Düker-Premiere unter schwierigen Bedingungen an der Nežárka

HERTEN, 22.05.2019 – In Tschechien sind zum ersten Mal duktile Gussrohre DN 600 zur Unterquerung eines Flusses im Horizontalspülbohrverfahren eingebaut worden. Besonderes Augenmerk bei der Verlegung der Trinkwasserversorgungsleitung musste auf die „harten“ Bedingungen gelegt werden.

Von Ivan Demjan, Talpa RPF s.r.o., und Petr Krejčí, Duktus litinové systémy s.r.o.

Blick auf die Baustelle rechts und links der Nežárka; dazwischen: die in die Jahre gekommene, über die Nežárka-Brücke geführte Trinkwasserleitung
Blick auf die Baustelle rechts und links der Nežárka; dazwischen: die in die Jahre gekommene, über die Nežárka-Brücke geführte Trinkwasserleitung

Die Trinkwasserleitung Chotýany-Zlukov, die vom Südböhmischen Wasserverband (Jihoeský vodárenský svaz) betrieben wird, ist eine der wichtigsten Transportleitungen der Region. In der Nähe von Veselí nad Lužnicí überquerte sie bislang als oberirdische Leitung an einer Stahlbrücke hängend den Fluss Nežárka.
Die Nachteile dieser oberirdisch geführten Leitung wurden in besonderem Maße deutlich, als sich im Jahr 2002 infolge von Hochwasser die Wassermassen unterhalb der Brückenkonstruktion aufstauten. Angesichts der dadurch sehr begrenzten Lebensdauer der Brücke sowie des erheblich gestiegenen Instandhaltungsaufwands und des zunehmenden Vandalismus beschlossen die Verantwortlichen, die Trinkwasserleitung hier unter den Fluss hindurch zu verlegen.

Hohe Zugkräfte

Gelöst wurde die Unterquerung der Nežárka mit dem Bau eines Dükers, der als 71 m lange Leitung aus duktilen Gussrohren DN 600, geliefert von der Duktus litinové systémy s.r.o. (GmbH), mit der grabenlosen Horizontalspülbohrtechnik eingezogen wurde. Die Gesamtlänge der Bohrungen, einschließlich der Pilotbohrungen, betrug 113 m.
Der Dükerbogen profitiert dabei von der Abwinkelbarkeit der Muffenverbindungen von jeweils 2 Grad. Entscheidend ist, dass bei diesem Einbauverfahren die Muffenverbindungen bei hoher Flexibilität auch gleichzeitig den hohen Zugkräften standhalten, die während des Rohreinzugs von der Bohranlage ausgehen. Für die verwendeten duktilen Gussrohre DN 600 mit längskraftschlüssiger BLS-Steckmuffen-Verbindung sind Zugkräfte von bis zu 1.525 kN zulässig. Der Außendurchmesser der Muffen beträgt 742 mm; die formschlüssige Verbindung mit Schweißraupe und Verriegelungssegmenten hält einem Betriebsdruck PFA = 32 bar stand.

Mit einer Ditch Witch JT60 wurde das Bohrloch schrittweise auf 400 mm, 500 mm, 700 mm und schließlich auf 950 mm aufgeweitet.

Aufbau der längskraftschlüssigen BLS-Steckmuffen-Verbindung DN 600

Sicherer Außenschutz

Aus den genannten Anforderungen wird ersichtlich, dass die Beurteilung zur Eignung eines Rohrsystems für eine Wasserleitung allein nach dem geplanten Betriebsdruck nicht ausreicht, sondern dass weitere Kriterien die Qualität und Haltbarkeit eines Wasserversorgungssystems beeinflussen. Bei der Anwendung grabenloser Technologien ist es z.B. erforderlich, Rohrsysteme mit hochwertigem mechanischem Außenschutz und gleichzeitig starkem Korrosionsschutz auszuwählen.
So kamen duktile Gussrohre mit faserverstärkter Zementmörtel-Umhüllung (ZM-U) zum Einsatz, die das Rohr beim grabenlosen Einzug vor mechanischen Beschädigungen schützt. Die Muffen aller Verbindungen werden durch eine Gummi- oder Thermoschrumpfmanschette und einem Blechkonus geschützt, der ein Abstreifen der Gummimanschette sowie Beschädigungen der Muffe durch Schleifen verhindert.

Bohrung durch hart und weich

Der Rohrstrang wurde mit einem speziellen Einzugskopf, der Muffenform entsprechend, eingezogen. Er ist längskraftschlüssig mit Verriegelungssegmenten an der Schweißraupe des ersten Rohres angeschlossen.
Ein wichtiger Parameter, der den Erfolg der gesteuerten Horizontalbohrtechnik maßgeblich beeinflusst, ist die geologische Zusammensetzung und die Beschaffenheit des Untergrundes am Einsatzort. Hier an der Nežárka-Unterquerung waren die Rahmenbedingungen kompliziert: Auf der Startseite haben sich lockere Flusssedimente abgelagert, auf die in einer Tiefe von etwa 3 m leicht verwitterter Paragneis und danach harter Granit folgen. Am gegenüber liegenden Zielufer, das ca. 2,5 m tiefer liegt, haben sich ebenfalls lockere Flusssedimente abgelagert, allerdings deutlich mächtiger. Das darunter liegende Profil ist ähnlich dem auf der Startseite. Der Grundwasserspiegel befindet sich in ca. 1,2 m Tiefe. Entsprechend der Planung wurde von der Startseite durch die harten Gesteinsschichten gebohrt; auf etwa halber Strecke der Bohrung durchbohrte man die sandigen Flusssedimente.

11 Tage für Vortrieb und Aufweitung

Am 13. April 2018 begannen die Bohrarbeiten. Mit einem Horizontalbohrgerät „Ditch Witch AT30“ (mit einer max. Zugkraft von 150 kN) wurde die Pilotbohrung mit einem Rollenmeißel vorgetrieben und in einem zweiten Durchgang auf 300 mm aufgeweitet.
Mit der wesentlich größeren Bohrmaschine, einer „Ditch Witch JT60“, wurde dann zwischen dem 17. und 23. April 2018 das Bohrloch schrittweise auf 400 mm, 500 mm, 700 mm und schließlich auf 950 mm aufgeweitet. Für die Aufweitungen setzten die Fachleute einen Bohrer des Typs Kodiak ein, dessen großes Rotationsgewicht den Karbidblättern das gleichmäßige Bohren durch relativ hartes Gestein (hier Paragneis und Granit) ermöglicht. Der größte verwendete Bohrkopf wog 1 ½ t.
Probleme während der Bohrarbeiten traten an den Übergängen von dem relativ weichen, verwitterten Paragneis zu dem viel härteren Granit auf. Aber auch dieses Problem auf den letzten 5 m der Bohrstrecke hatte die erfahrene Mannschaft – trotz der großen Rohrdimension – gut im Griff.

Mit einer Ditch Witch JT60 wurde das Bohrloch schrittweise auf 400 mm, 500 mm, 700 mm und schließlich auf 950 mm aufgeweitet.

Entscheidende Aufgaben der Bohrspülung

Um ein duktiles Gussrohr DN 600 mit einem Muffen-Außendurchmesser von 742 mm einziehen zu können, ist eine Öffnung von ca. 950 mm erforderlich. Das Volumen eines Bohrlochs mit einem Durchmesser von 950 mm und einer Länge von 71 m entspricht 50 m3.
Damit der Rohrstrang durch das Bohrloch gezogen werden kann, muss Erdreich dieses Volumens jeweils zu den Start- und Zielgruben transportiert werden. Das Bohrloch muss während jedes einzelnen Aufweitungsvorganges soweit wie möglich entleert werden. Das ist die Hauptaufgabe der Bohrspülung. Diese enthält hauptsächlich Bentonit und Zusatzstoffe, die – je nach Art des darunter liegenden Erdreichs – hinzugefügt werden, um für bessere Transporteigenschaften zu sorgen. Gleichzeitig sorgt die Spülflüssigkeit für die Stabilität des Bohrlochs während des Aufweitens und während des Einziehens der Rohre.
Eine korrekt eingestellte Spülflüssigkeit bestimmt zu einem großen Teil den Erfolg des Rohreinzugs; gleichfalls ergeben sich beim Horizontalspülbohrverfahren die größten Kosten durch den Einsatz und die Wiederaufbereitung der thixotropen Bentonitsuspension ergeben – so auch in diesem Fall.

Startgrube und der bereit liegende Rohrstrang, der in einem Stück eingezogen wurde | Fotos: Duktus
Startgrube und der bereit liegende Rohrstrang, der in einem Stück eingezogen wurde | Fotos: Duktus
Einzug des Rohres in das Bohrloch
Einzug des Rohres in das Bohrloch

Versorgung gesichert

Während der schrittweisen Aufweitung des Bohrlochs auf die Durchmesser 500 mm, 700 mm und 950 mm wurden insgesamt rund 350 m3 Bentonit für die Spülung gebraucht, die einer Recyclinganlage zur Wiederverwendung zugeführt werden konnten. Die Aufweitung wurde am 23. April 2018 abgeschlossen, so dass am folgenden Tag die duktilen Gussrohre DN 600 mm eingezogen werden konnten. Dazu wurden die Rohre vormontiert und ohne Probleme in einem Stück eingezogen.
Mit diesem erfolgreich abgeschlossenen Projekt hatte der Südböhmische Wasserverband ein brennendes Problem gelöst: Durch den Bau eines Dükers unter der Nežárka konnte die wichtige Trinkwasserleitung vor Hochwasser, Vandalismus und sonstigen zerstörenden Einflüssen geschützt und die ungestörte Versorgung einer ganzen Region gesichert werden.