Sammler-Sanierung:

Schlauchlining unter erschwerten Bedingungen

OER-ERKENSCHWICK, 20.11.2015 – Die Einbaulänge, ein im Scheitel des Betonrohres verlegtes Medienrohr und die Inversion gegen die Fließrichtung mit einem Höhenunterschied von 2,6 m waren wesentliche Herausforderungen bei der Sanierung eines Mischwasserhauptsammlers mittels Schlauchlining in Oer-Erkenschwick.

Von Dipl.-Ing. Sibylle Prinz, Stadt Oer-Erkenschwick, und Dipl.-Ing. Ulrich Henschel, Ingenieurbüro Henschel

Leerrohr durchquert Schachtbauwerk
Leerrohr durchquert Schachtbauwerk (Tiefpunktschacht) | Foto: Stadt Oer-Erkenschwick

Bei einer TV-Untersuchung im Rahmen der Selbstüberwachung des Kanalnetzes in Oer-Erkenschwick war bereits im Jahr 2008 biogene Schwefelsäure-Korrosion in dem Mischwasser-Hauptsammler aus Stahlbeton, DN 1100, festgestellt worden. Der im Jahr 1982 im Vortriebsverfahren hergestellte Kanal dient als Hauptsammler zwischen dem Stadtteil Oer und der Verbandkläranlage des Lippeverbandes in Datteln. Die Sanierung war laut Abwasserbeseitigungskonzept der Stadt Oer-Erkenschwick 2009 für das Jahr 2013 vorgesehen.

Kanal- und Schadenssituation

Der insgesamt etwa 340 m lange Sanierungsabschnitt besitzt im Hochpunkt einen runden Stahlbetonschacht, DN 3750, mit zwei Zuläufen DN 1100. In Fließrichtung unterquert der Mischwassersammler zunächst eine Hauptverkehrsstraße und verläuft dann im Böschungsbereich einer ehemaligen Zechenbahntrasse in Tiefen (Sohltiefe) von ca. 6–9 m. Nach etwa 293 m folgt ein gemauerter Zwischenschacht und es schließt sich eine weitere Haltung mit ca. 47 m Länge an. Aufgrund der Geometrie des Schachtes im Hochpunkt kam als Startschacht für die Linerinversion nur der im Tiefpunkt des zu sanierenden Kanalabschnitts vorhandene Revisionsschacht, DN 2500, für die Linerinversion infrage.
Bei dem im Rahmen der Untersuchungen zur Kanal-Selbstüberwachung festgestellten Schadensbild im Sanierungsabschnitt handelt es sich um biogene Schwefelsäurekorrosion, die auf zwei oberhalb der Sanierungsstrecke eingebundene Mischwasserdruckrohrleitungen, DN 400 und DN 200, zurückzuführen ist.

Tieflader mit Eis
Der Liner ist auf dem Tieflader in Eis gepackt. | Foto: Ingenieurbüro Henschel

Bauumfeld und örtliche Besonderheiten

Der im Hochpunkt vorhandene Revisionsschacht der Sanierungsstrecke vereinigt zwei Zuläufe der Nennweite DN 1100, von denen einer etwa 3,65 m oberhalb der Schachtsohle einbindet und über einen innen liegenden Untersturz (Trockenwetterabfluss) bzw. eine Kaskade (Mischwasserabfluss) entwässert. Der vom Schachtbauwerk abgehende und zu sanierende Kanal DN 1100 besitzt eine Sohltiefe von -8,92 m. Da es sich bei diesem Kanalabschnitt um einen unterirdisch hergestellten Vortriebskanal handelt, ist der Trassenverlauf zwischen Hochpunkt- und Tiefpunktschacht nicht gradlinig und weist einen Bogenstich von ungefähr doppelter Nennweite, also ca. 2 m, auf.
Darüber hinaus wurde in der Vergangenheit innerhalb des zu sanierenden Kanals eine Glasfaserleitung in einem Leerrohr DN 32 verlegt, die den Baubetriebshof der Stadt sowie die Hauptfeuerwache mit dem Server im Rathaus verbindet. Innerhalb der Haltungen ist das Leerrohr im Rohrscheitel im Abstand von ca. 1 m mittels verdübelter Rohrschellen fixiert. Unmittelbar vor und hinter den Schachtbauwerken verschwenkt die Leerrohrtrasse auf Kämpferhöhe des Stahlbetonkanals und durchquert im Bermenbereich die Schachtbauwerke.
Ferner waren bei der Sanierung zwei Zuläufe, DN 150 und 300, zu berücksichtigen, über die jeweils das Mischwasser eines kleinen Wohngebietes abgeschlagen wird.

Ergebnisse der Vorplanung

Die Stadt beauftragte das Ingenieurbüro Henschel, welches bereits mehrere Sanierungsmaßnahmen erfolgreich für die Stadt Oer-Erkenschwick durchgeführt hatte, mit der Variantenuntersuchung, der Verfahrensauswahl und der Ausführungsplanung.
Auf Grundlage der gewonnenen Ergebnisse aus der Vorplanung entschied sich die Stadt Oer-Erkenschwick gemeinsam mit dem Ingenieurbüro für den Einsatz des Schlauchliningverfahrens.
Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen örtlichen Randbedingungen, wie nicht gradliniger Kanalverlauf, Kanaleinbauten und eingeschränkte Zugänglichkeit im Hochpunktschacht, entschieden sich die planenden Ingenieure, einen Nadelfilzschlauch im Inversionsverfahren (Warmwasserhärtung) vom Tiefpunkt aus gegen die Fleißrichtung einzubauen. In diesem Zusammenhang erfolgte auch die Prüfung, ob das vorhandene Leerrohr mit dem Glasfaserkabel im Kanal verbleiben und vom Inliner „überfahren“ werden konnte, ohne dabei durch die beim Inversieren auftretenden Druckbelastungen oder durch die bei der Aushärtung auftretenden Temperaturbelastungen Schaden zu nehmen.
Darüber hinaus sollte der Liner zum Schutz vor den scharfkantigen Rohrschellen des Leerrohres eine stärkere Außenfolie erhalten und aufgrund der vorgegebenen „nicht-runden“ Innenkontur des Kanals (Vorverformung durch Leerrohr) eine stärkere, statisch wirksame Wanddicke aufweisen. Die durch diese Linerverstärkungen bedingten zusätzlichen Kosten wurden der alternativen Vorgehensweise, Demontage des Leerohres und Wiedereinbau nach der Sanierung, gegenübergestellt. Nach Abwägung aller Einflüsse und der damit einhergehenden Risiken entschieden die Beteiligten, das Leerrohr bei der Linerinversion im Kanal zu belassen.
Bei dem im Tiefpunkt der Sanierungsstrecke vorhandenen Stahlbetonschacht handelt es sich um ein monolithisches Schachtunterteil DN 2500 mit Kurvengerinne DN 1100 – 800, Abdeckplatte und aufgesetztem Domschacht DN 1000.

Linerinversion
Linerinversion | Foto: Stadt Oer-Erkenschwick

Wasserhaltung

Die oberhalb der Sanierungstrecke einmündenden Druckrohrleitungen entwässern den Stadtteil Oer, der über ein Rückhaltebecken mit 800 m³ Stauvolumen einschließlich eines Notüberlaufs (Vorfluter) angeschlossen ist. Ferner sind weitere Wohngebiete im Mischwasserabfluss oberhalb der Sanierungsstrecke angeschlossen.
Parallel zur vorgesehenen Sanierungsstrecke verläuft ein städtischer Mischwasserkanal DN 800, der jedoch bei Regenwetter im Unterlauf starke hydraulische Überlastungen aufweist. Da für die Wasserhaltung während der Sanierungsausführung keine andere Vorflut zur Verfügung stand, musste die Sanierung zwingend bei Trockenwetter erfolgen. Aufgrund dieser starken Abhängigkeit zwischen Durchführbarkeit der Sanierung und Wetterlage sowie unter Berücksichtigung des relativ kleinen Zeitfensters von 10 Tagen zwischen Imprägnierung des Liners und spätest möglichem Einbau, wurde bauherrenseitig die Wetterentwicklung im November kritisch beobachtet.
Um den Zulauf von Abwasser während der Arbeiten im Kanal zu unterbinden, war die Installation mehrerer Wasserhaltungsmaßnahmen erforderlich. Dabei wurde das anfallende Mischwasser in den Schachtbauwerken oberhalb der Sanierungsstrecke zurückgestaut, mittels Tauchmotorpumpen gefördert und in die Schächte des parallelen Mischwasserkanals DN 800 übergeleitet. Darüber hinaus konnte der Mischwasserzufluss über die Pumpstation und das Rückhaltebecken im Stadtteil Oer temporär zwischengespeichert werden, so dass der Bemessung der Wasserhaltung (Pumpendimensionierung) lediglich die Trockenwetterabflüsse gemäß Bestandshydraulik zugrunde gelegt werden mussten.

Linereinbau

Die Inversion des Liners in den zu sanierenden Kanal erfolgte „klassisch“ per Wasserdruck. Dazu wurde der mittels Schwerlasttransporter angelieferte Schlauchliner über ein Förderband auf die obere Arbeitsbühne des Inversionsturms in 5 m Höhe transportiert und das umgestülpte Linerende kraftschlüssig mit dem Inversionstopf verbunden. Danach erfolgte bei stetiger Wasserzugabe über mehrere C-Rohr-Anschlüsse und bei regelbarer Laufgeschwindigkeit des Transportbandes das Einstülpen des harzgetränkten Liners vom Startschacht im Tiefpunkt bis zum Zielschacht im Hochpunkt des Sanierungsabschnittes. Insgesamt waren mehr als 330 m³ Wasser für die Inversion erforderlich.
Der Einbau des seit den frühen Nachstunden des 3. Dezembers bereitstehenden Liners erfolgte dann ab der Mittagszeit und konnte innerhalb von 5 Stunden abgeschlossen werden. Im direkten Anschluss erfolgte die Kopplung der bei der Inversion mit eingezogenen Vor- und Rücklaufschläuche mit der mehrere Tausend kW starken, dieselbefeuerten, mobilen Heizanlage. Die Temperaturentwicklung wurde während der Aushärtephase an mehreren Stellen innerhalb der Sanierungsstrecke kontinuierlich aufgezeichnet. Für die Aushärtung war eine Wassertemperatur von mindestens 53 °C über mindestens 7 Stunden erforderlich.
Mit Beendigung des gesteuerten Aushärtevorgangs konnte der Liner im Tiefpunkt zunächst provisorisch geöffnet und dann entleert werden. Im Anschluss erfolgte der Ausbau des Linerkopfes im Hochpunkt und der Schlauchsäule im Tiefpunkt der sanierten Strecke. Aufgrund der großen Länge des Schlauches erhielt er innerhalb der Sanierungsstrecke zwei radiale Entlastungsschnitte zum Abbau der Eigenspannungen. Bis zum Abklingen der Eigenspannungen erfolgte die ebenfalls provisorische Öffnung der beiden seitlichen Zuläufe in der Sanierungsstrecke.

Heizanlage
Vor- und Rücklaufschläuche der Heizanlage | Foto:
Ingenieurbüro Henschel

Stutzensanierung und Schachtanbindungen

Nach Abklingen der Linereigenspannungen fräste die ausführende Firma Aarsleff Rohrsanierung GmbH die provisorisch geöffneten Zuläufe vollständig auf und band sie mittels Handlaminat an den Liner an. Ebenso wurden die nach dem Einbau ausgeführten Entlastungsschnitte wieder verschlossen und die Schachtanbindungen im Hoch-, Zwischen- und Tiefpunktschacht mittels Handlaminat vorgenommen, da aufgrund der Ausbeulung durch das Medienrohr der Einbau von Linerendmanschetten nicht möglich war.
Im Vorlauf dazu wurde in den Schachtanschlussbereichen der Ringraum zwischen Schlauchliner-Außenkante und Rohrinnenwandung des Stahlbetonkanals sowie der Austrittspunkt des Leerrohres einschließlich Stahlblechabdeckung zusätzlich mit einem Quellband abgedichtet, um Hinterläufigkeiten des Schlauchliners auszuschließen.
Für diese Arbeiten innerhalb des sanierten Kanalabschnittes musste erneut eine Zwischenspeicherung des Mischwasserzulaufes im Rückhaltebecken des Pumpwerkes Oer erfolgen. Kleinere, diffuse Abwassermengen, die trotz Rückhaltung während der händischen Arbeiten im sanierten Kanal anfielen, wurden durch Sandsackbarrieren in der Rohrsohle und kleine Tauchmotorpumpen gezielt übergeleitet.

Abnahme und Schlussbetrachtung

Die abschließende TV-Inspektion der fertig gestellten Sanierungstrecke erfolgte durch den Kanalbetrieb der Stadt Oer-Erkenschwick. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Dichtheit der per Handlaminat hergestellten Schachtanbindungen und verschlossenen Entlastungsschnitte gelegt sowie die Falten- und Beulenbildung im Bereich des überdeckten Leerrohres untersucht.
Alle Arbeiten waren zur Zufriedenheit der Bauherrin ausgeführt worden. Die Schacht- und Stutzeneinbindungen waren dicht. Die Größe vereinzelter optisch erkennbarer Falten im Bereich der inneren Folienbeschichtung betrug etwa 3–5 Millimeter und war somit tolerierbar. Das von Stahlblechen abgedeckte und anschließend vom Liner „überfahrene“ Leerrohr zeichnete sich nur sehr schwach durch eine Ausbeulung im Scheitelbereich des erhärteten Liners ab.
Durch eine umfangreiche Betrachtung aller Randbedingungen in der Planungsphase war die Auswahl des optimalen Verfahrens möglich. Es hat sich gezeigt, dass die Durchführung mit einer Vorbereitung ohne zeitlichen Druck und der engen Zusammenarbeit von Ingenieurbüro, Tiefbauamt und Sanierungsfirma ein einwandfreies Ergebnis zur Folge hatte.

Entlastungsschnitt
Entlastungsschnitt mit sichtbarer Abdeckung des Medienrohres im Rohrscheitel | Foto: Stadt Oer-Erkenschwick


Den vollständigen Bericht lesen Sie in unserer aktuellen Ausgabe (5/15) der bi-UmweltBau.