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In Entwicklung: Neues Prüfverfahren und Vortriebssimulator |
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Die Neuverlegung von Rohren mit Verfahren des Rohrvortriebs findet immer mehr Verbreitung. Neben den vielen Vorteilen, die dieses Verfahren der geschlossenen Bauweise aufweist, treten allerdings ebenso Probleme beim Einbau und Betrieb auf. So zum Beispiel können sich bei Vortriebsrohren aus Stahlbeton auch Risse ausbilden, oder die Rohre weisen Maßtoleranzen in nicht vertretbarer Größe auf, die eine exakte Verlegung erschweren. Beim Vortrieb von Stahlbetonrohren kann es zum Versagen des Stahlbetons sowie zu Undichtigkeiten der Elastomerdichtungen kommen. Als Gründe werden häufig die ungleichmäßige Krafteinleitung und -übertragung der Vortriebskräfte über die Druckübertragungsringe oder nicht bemessungsgerechte Verformungen der Elastomerdichtungen während des Bauzustands angeführt. Klärungsbedarf besteht damit sowohl hinsichtlich der Bemessung, Ausführung und Qualitätssicherung des eigentlichen Rohrkörpers einschließlich Bewehrungsführung als auch der Auswahl und Einsatzmöglichkeiten von Druckübertragungs- und Dichtmitteln. Trotz sorgfältiger Auswahl der Rohrhersteller ist fraglich, ob die Stahlbetonrohre – insbesondere Großrohre – den hohen Anforderungen beim Rohrvortrieb gerecht werden. Es fehlen sichere Informationen und Hinweise über die Qualität und Eignung der einzusetzenden Vortriebsrohre sowie zuverlässige Empfehlungen für die Planung, Bemessung und Ausschreibung, die es ermöglichen, Stahlbetonrohre im Rohrvortrieb mit gleichbleibend hoher Qualität einzubauen. Die Emschergenossenschaft nahm dies zum Anlass ein Forschungsprojekt zu initiieren, das diesen Fragestellungen auf den Grund gehen soll. Projektpartner sind:
Da ein besonderer Schwerpunkt auf Fragen des Stahlbetonbaus liegt, wurde als weiterer fachlicher Berater Dr. Schnütgen, Raesfeld, hinzugezogen. |
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Zielstellung und Vorgehensweise Ziel des gesamten Projektes ist die Entwicklung und der Bau einer Versuchseinrichtung, mit der Vortriebsrohre – insbesondere aus Stahlbeton – auf ihre Eignung überprüft werden können. Durch die realitätsnahe Simulation von Rohrvortrieben sollen Schwachstellen und Qualitätsmängel der Rohre erkannt und Einsatzgrenzen aufgezeigt werden. Auf der Basis weiterführender Rohrprüfungen können dann Empfehlungen und Hinweise sowohl für den Einsatz der Rohre als auch zur Verbesserung der Rohrqualität erarbeitet, notwendige Investitionsentscheidungen unterstützt sowie wesentliche Unsicherheiten und Schwächen des Rohrvortriebs von Stahlbetonrohren ausgeräumt werden. Der Schwerpunkt des Vorhabens ist die Entwicklung einer Versuchskonstruktion für Stahlbetonvortriebsrohre und die anschließende Durchführung entsprechender Versuche im Großversuchsstand des IKT. Grundlage sind Erfahrungen mit typischen oder auch extremen Belastungen aus Einzelbaumaßnahmen. Die Belastungsgeschichten und örtlichen Randbedingungen verschiedener, ausgewählter Baumaßnahmen werden in der Versuchseinrichtung nachgestellt und das Beanspruchungsverhalten des gesamten Rohrstrangs während eines kompletten Rohrvortriebs beobachtet. |
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Konzeption der Versuchseinrichtung Zunächst wurden bereits relevante Randbedingungen von Vortrieben mit Stahlbetonrohren recherchiert und Eckdaten für die Modell- und Großversuche unter Berücksichtigung der versuchstechnischen Möglichkeiten und des geltenden Normen und Regelwerkes festgelegt. Des weiteren erfolgte parallel die Aufbereitung der maßgebenden Randbedingungen für Berechnungen mit der Finite-Element-Methode. Diese Berechnungen dienten der Vorabschätzung der voraussichtlichen Rohrbelastung. Im Ergebnis lagen Spannungen am Rohrumfang vor, welche als Basis für die Entwicklung der Versuchseinrichtung dienten. |
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Versuchskonzept |
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Das hieraus abgeleitete
Versuchskonzept beruht auf einer aufwendigen Mehrfachlagerung der Rohre.
Zunächst wurde der Rohrmantel unter Berücksichtigung der Spannungsverläufe
in Sektoren aufgeteilt und die jeweils in diesen Sektoren wirksamen
Spannungen ermittelt. Die Lagerkonstruktionen der Versuchseinrichtung
werden nun so angeordnet, dass die entstehenden Reaktionskräfte in Größe
und Kraftangriff etwa denen der berechneten Rohrmantelspannungen
entsprechen. Für eine gleichmäßige Krafteinleitung werden hierbei
Druckkissen verwendet. Abwinkelungen oder Scherbelastungen können über
Hydraulikzylinder eingeleitet werden, welche radial auf das Rohr
einwirken. Derzeit läuft die Detailplanung dieses Versuchskonzeptes. Die Versuche im Großversuchsstand des IKT werden Anfang 2005 beginnen. Mit Abschluß des Projekts ist in der zweiten Jahreshälfte 2005 zu rechnen. |
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Für
weitere Informationen
Dipl.-Ing. Martin Liebscher
45886 Gelsenkirchen Internet: www.ikt.de |
