Fakultät Bauingenieurwesen, Institut Stadtbauwesen und ......-Aushärtung mit Heißdampf ca. 1 -3 Stunden -fest mit der Rohrwand verbundenes Kurzrohr, das die statische 2. Kanalsanierungsverfahren

Kanalsanierungsverfahren

Fakultät Bauingenieurwesen, Institut Stadtbauwesen und Straßenbau, FB Stadtbauwesen und Stadttechnik

Kanalsanierungsverfahren

Dr.-Ing. Torsten Schmidt

Gliederung

1. Allgemeines

Grundlagen, Fachbegriffe

2. Kanalsanierungsverfahren

Dr.-Ing. T. Schmidt Kanalsanierungsverfahren Folie 2

3. Verfahrensauswahl

Warum Rehabilitation?

Alter des Kanalnetzes [DWA; 2011]

1. Allgemeines


Warum Rehabilitation?

Alter und Zustand des Kanalnetzes [DWA; 2011]

1. Allgemeines


(Dringend) sanierungs-bedürftig!

Rehabilitation?

Netz Erweiterung(Rückbau)

Instandhaltung

1. Allgemeines

Inspektion Wartung Sanierung

Instandhaltung

Reparatur Renovation Erneuerung


Fachbegriffe

Sanierung Maßnahmen zur Wiederherstellung oder Verbesserung bestehender Entwässerungssysteme, i.d.R. baulich, aber auch hydraulisch bzw. funktional

Reparatur Maßnahmen zur Behebung örtlich begrenzter Schäden

Renovierung Maßnahmen zur Verbesserung der aktuellen

1. Allgemeines

Renovierung Maßnahmen zur Verbesserung der aktuellen Funktionsfähigkeit von Abwasserleitungen und Kanälen unter vollständiger oder teilweiser Einbeziehung ihrer ursprünglichen Substanz

Erneuerung Herstellung neuer Abwasserleitungen und Kanäle in der bisherigen oder in einer anderen Linienführung, wobei die neuen Anlagen die Funktion der ursprünglichen Anlagen einbeziehen


Verfahren

1. Allgemeines


Anwendung der Verfahren

1. Allgemeines


Verteilung der Sanierungsverfahren[DWA; 2011]

Anforderungen an Sanierung von Kanalisationen

Generelle Anforderungen

Nach DIN EN 752 muss der Sollzustand eines Bauteils nacherfolgter Sanierung mindestens den gleichen Anforderungen genügen,die für neu herzustellende Kanalisationen gelten. Diese sind :

1. Allgemeines

- Dichtheit

- Betriebssicherheit

- Standsicherheit

Grundlage jeder Sanierung ist eine aktuelle Inspektion!

- in der Regel mit optischen Verfahren (Kamerabefahrung)

- „modern“ mit sensorischen Verfahren (Ultraschall, Infrarot, Radar usw.)


Gliederung

1. Allgemeines


Reparatur, Renovierung, Erneuerung



ReparaturverfahrenDienen der örtl. begrenzten oderabschnittsweisen Ausbesserung oder dem Ersatz von Rohren, zur Wiederherstellung der Funktions-fähigkeit, stat. Tragfähigkeit sowieder Dichtheit.



Abdichten örtlich begrenzter Undich-tigkeiten. Einbringen von Injektions-mitteln in Risse, Muffen und Hohlräume mit Zementen, Harzen, etc.

Örtlich begrenzte Massnahmen zur Wiederherstellung der Dichtheit und Stabilisierung der Tragfähigkeit.

Reparaturverfahren in Abwasserkanälen

Injektionsverfahren Injektion von Muffen/Schadstellen

Injektion von Anschlussstutzen

Injektion von Außen mittels Lanzen

Flutungsverfahren

Roboterverfahren Reparatur mittels Roboter


Roboterverfahren Reparatur mittels Roboter

Partielle Inliner Part-Liner

Innenmanschetten

Hutprofile

Manuelle Reparatur Ausbessern von Schadstellen

von außen und von innen Auswechseln einzelner Rohre in offener Bauweise

(bei begehbaren Kanälen) Verfugung von Klinkermauerwerk


Injektionsverfahren für Muffen

- Spezialpacker werde von Hand oder maschinell an der undichten Rohrverbindung platziert

- Injektionslanze wird eingelegt und durch Aufblasen der beiden äußeren Packermanschetten abgedichtet (a)

- Injektion und Verdrängung des Injektionsmittels (z.B. Kunststofflösung)


- Injektion und Verdrängung des Injektionsmittels (z.B. Kunststofflösung) durch Aufblasen der inneren Packermanschette in die Rohrverbindung und das umgebende Lockergestein (b+c)

Quelle: www.visu-sewer.comgelierter Dichtkranz

(a) (b) (c)


Roboterverfahren


c) Injektionsroboter

d) Glättroboter für Harz oder Zementmörtel

Sources: www.santec-gmbh.de; wwww.ka-te.ch

a) Fräsroboter

b) Wurzelschneider

e) Große und kleine Robotereinheiten mit verschiedener Ausrüstung


Edelstahlmanschetten Quick-Lock

- Edelstahlmanschette wird auf Packer montiert und an Schadstelle bewegt

- Packer wird ex-pandiert und weitetdie Manschette, bis die Dichtungen eng

Absorbierende Dichtung

Dichtungsringe


die Dichtungen eng am Altrohr anliegen

- selbstver-schließende Verzahnungrastet ein

Edelstahlmanschette eingebautQuelle: wwww.linkpipe.com

Edelstahlmanschette

Enddichtung

Edelstahlkern Dichtungsringe

Dichtungsringe


Partielle Inliner - partielle Inliner bestehen aus einer epoxidharzgetränkten Gewebemanschette

- werden mit Packer von einem Roboter in der Leitung positioniert und durch Druckluftfüllung des Packers an die innere Rohrwandung gedrückt

- Aushärtung mit Heißdampf ca. 1 - 3 Stunden

- fest mit der Rohrwand verbundenes Kurzrohr, das die statische


- fest mit der Rohrwand verbundenes Kurzrohr, das die statische Tragfähigkeit des Altrohres vergrößert bzw. übernimmt

-Länge der Part-Liner passend für die jeweilige Schadenslänge (ab 0,4m)

b) Vorbereitung Packera) Linerimprägnierung c) Repariertes Rohr

Quelle: www.oberdorfer-ag.de


Renovierung: Beschichtungsverfahren

Aufbringen einer geschlossenenSchicht aus mineral.


AWE III – KanalsanierungsverfahrenDr.-Ing. T. Schmidt Folie 17

Schicht aus mineral. oder kunststoff-modifiziertem Mörtel, i.d.R. zement-gebundene Baustoffe.

Renovierung: Auskleidungsverfahren

Haltungsweise Herstellungselbsttragender und nicht selbsttragender


AWE III – KanalsanierungsverfahrenDr.-Ing. T. Schmidt Folie 18

nicht selbsttragenderTeil- u. Voll-auskleidungen.

Auskleidung mit Rohren

Unter Auskleidung mit Rohren versteht man die haltungsweise Herstellung selbsttragender Vollauskleidungen von Kanälen auf der Basis

- vorgefertigter Rohre- örtlich hergestellter Rohre - örtlich hergestellter und erhärtender Rohre


- örtlich hergestellter und erhärtender Rohre

Die Auskleidung mit vorgefertigten Rohren wird nach ATV-M 143 T3 auch als Rohrrelining bezeichnet bedeutet das Einziehen, Einschieben oder Einfahren von Rohren (Inliner) in die zu sanierende Haltung.

Dabei werden folgende Verfahren unterschieden:

mit Ringraum: - Rohrstrangverfahren- Einzelrohrverfahren

ohne Ringraum: - Verformungsverfahren- Reduktionsverfahren


Rohrstrangverfahren

Einziehen eines vorgefertigten Rohrstranges in das Altrohr


Wellrohr-

Verfahren;

über Schacht

Konventionelles

Rohrstrangverfahren;

Baugrube erforderlich

Thermoline-

Verfahren;

über SchachtDr.-Ing. T. Schmidt Kanalsanierungsverfahren Folie 20

Lang- und KurzrohrverfahrenEinbau von zu verbindenden Rohrstücken in das Altrohr durch Einschieben oder Einziehen



Verschweißen von Langrohren in Baugrube

Kurzrohrsteckverbindungen

Verformungs-/Reduktionsverfahren allgemein

- Einziehen eines durch Vorverformung in seinen Querschnitts-abmessungen reduzierten Kunststoffrohrstranges (Inliner) in die zu sanierende Haltung

- anschließend Aufweiten bis zum Anliegen an der Kanalinnenwand

- Vorteile:


- Vorteile:

- Reduzierung des Querschnittsverlust gegenüber dem Rohrstrangverfahren mit Ringraum- Verfüllen des Ringspaltes entfällt

- Produkte: U-Liner, Compact Pipe, Omega-Liner, NuPipe, Subline

- Materialien: PE-HD und PVC


Verformungsverfahren

- Kunststoffrohrstränge aus speziell modifiziertem PE oder PVC werden werkseitig oder unmittelbar vor dem Einziehen unter Wärmezufuhr im Querschnitt U-, C- oder Ω-förmig vorverformt

- Querschnittsreduzierung von bis zu 40 %

- durch Vorverformung werden gezielt Spannungen in das Rohr eingebaut und



Spannungen in das Rohr eingebaut und durch sehr schnelles Abkühlen des ver-formten Rohres eingefroren

- durch erneutes Erwärmen des vor-verformten Rohres wird der spannungs-freie runde Zustand eingenommen„memory effect“

Reduktionsverfahren – Swage Lining



Verformung: Materialaufheizung auf 70°CQuerschnittsreduzierung: 10%Stauchung, keine Dehnung!

Einsatzbereich: DN 50 bis DN 1200

Haltungslängen: bis 500m

Nachteilig: Baugrube wie beim Strangrohrverfahren erforderlich

Reduktionsverfahren – Roll Down

- mechanische Durchmesserreduzierung durch Halbkugelwalzen

Einsatzbereich: DN 100 bis DN 600

Einzuggeschwindigkeit: 1 m/min

Verformung: gering, mechanisch

Rückformung: Wasserdruck 14 bar

Nachteil: Baugrube wie bei



Nachteil: Baugrube wie bei Rohrstrangverfahren erforderlich

Wickelrohrverfahren

- Herstellung eines selbsttragenden bzw. statisch tragfähigen Inliners unmittelbar beim Einbringen in die Kanalhaltung oder innerhalb derselben durch Verwicklung eines Kunststoffstreifens


durch Verwicklung eines Kunststoffstreifens mit Schlosssystem

- Inliner ist sofort trag- und funktionsfähig

- Einsatzbereich: DN 200 bis DN 1250

- Materialien: PVC, PE-HD, PP

- Wickelgeschwindigkeit: 1 m/min.

- normalerweise mit Ringraum, der verdämmertwerden muss (außer Rib Loc Expanda)

WickelmaschineDr.-Ing. T. Schmidt Kanalsanierungsverfahren Folie 26

Wickelrohrverfahren



Schlauchlining - Generelles Vorgehen

Einbringen eines harzgetränkten Nadelfilz- oder Glasfaserschlauches, der aufgestellt und ausgehärtet wird.

- Aufbau der Wasserhaltung- Einbau des Preliners


- Einbau des Preliners- Einbau von Quellbändern (Abdichtung) und Thermofühlern (Überwachung der Aushärtung) an Schächten- Einbringen des Inliners durch Einziehen oder Eversion- Aufstellen des Inliners (Druckluft oder Warmwasser)- Starten des Aushärtprozess (Kalt-, Warm- oder Lichthärtung)- Öffnen der Anschlüsse- Anbinden der Anschlüsse- Dokumentation durch Kamera-Befahrung


Schlauchlining

12

3

4

1 Schlauchtransporter

2 Förderband

3 mobile Heizanlage


4

5 6 7

3 mobile Heizanlage mit Wassersäule

4 Eversionsschacht

5 Heizschlauch

6 Schlauchliner

7 Preliner Folie


Aushärtungsverfahren

Warmhärtung

- Heißwasser

- Dampf

- „Schnellhärte "-Systeme (weiter reduzierte Verarbeitungszeit


- „Schnellhärte "-Systeme (weiter reduzierte Verarbeitungszeit der Harzvariante, daher Imprägnierung auf der Baustelle)

Lichthärtung mit UV-Licht

(Kalthärtung)


Teilauskleidung



Sohlauskleidung aus Steinzeugplatten

Trockenwetterabflußrinne aus Steinzeugplatten

Vollauskleidung



Erneuerung


Siehe 3. Vorlesung!


Gliederung

1. Zustandsbewertung



Reparatur, Renovierung, Erneuerung


Verfahrens-auswahlSchema nach DIN EN 752



Verfahrensauswahl

Kriterien - technisch

- Randbedingungen der Umgebung (Boden, Grundwasser, Vorflut usw.)

- Parameter Altrohr (Querschnitt, Material, Tiefenlage usw.)

- Schadensbild Altrohr (Art, Anzahl und Lage der Schäden,


- Schadensbild Altrohr (Art, Anzahl und Lage der Schäden, Schadensursachen, Schadensfolgen usw.)

Kriterien – hydraulisch

- hydraulische Randbedingungen (hydraulische Auslastung, Überflutung)

- siedlungspolitische Randbedingungen (Einwohnerentwicklung, Umgang mit Regenwasser usw.)



Verfahrensauswahl

Kriterien - wirtschaftlich

- direkte und indirekte Kosten der Maßnahme

- Wirtschaftlichkeit der Alternative

- Restbuchwertentwicklung, Abschreibungsmöglichkeit- Restbuchwertentwicklung, Abschreibungsmöglichkeit

- Budget

Kriterien - sonstige

- betriebliche Randbedingungen (Art der Reinigung usw.)

- koordinierte Maßnahmen

- politische / unternehmensspezifische Vorgaben



Verfahrensauswahl

Eliminationsprinzip

Ziel:Verringerung der An-zahl der Optionen

Vorgehen:

Grenzwertsetzung für Kriterien zum Ausschluss

Optionen, Varianten, Alternativen

i

Kriterien zum Ausschlussvon Optionen eji

Kriterien

j Substitutionsprinzip

Ziel:Verringerung der An-zahl der Kriterien

Vorgehen:

gewichtete Zusammenfassung verschiedener Kriterien zu „Finalkriterium“


Ökolog. Kriterien:- Einfluss Wasser- Einfluss Boden- Einfluss Luft- Einfluss Flora und Fauna- Ressourcenverbrauch


- Ressourcenverbrauch

Soziale Kriterien:- Störung Verkehr- Störung Handel/Gewerbe/Industrie- Störung öffentliches Leben - Ressourcenverbrauch

Ökonom. Kriterien:- direkte Kosten- indirekte Kosten- Life-Cycle-Costs- Lebensdauer- Ressourcenverbrauch


Verfahren - Ökologie

- Beeinflussung von Boden, Grundwasser, Luft und Vegetation:

- Eintrag chemischer Stoffe- Beschädigung von Wurzeln


- Beschädigung von Wurzeln- Senkung des Grundwasserspiegels- Zerstörung von gewachsenem Boden - Luftverschmutzung, bspw. durch CO2

Musterbaustelle Unterirdischer Vortrieb Offene Bauweise

Kanal DN 400, Tiefe 3,0 m, Länge 200 m CO2-Ausstoß ~ 10,2 t CO2-Ausstoß ~ 29,3 t

Kanal DN 600, Tiefe 4,5 m, Länge 250 m CO2-Ausstoß ~ 22,2 t CO2-Ausstoß ~ 59,2 t

J. Hölterhoff: Vergleich Kanalsanierung in offener und geschlossener Bauweise anhand ihrer umweltbezogenen Auswirkungen. Vortrag auf den 7. Kanalsanierungstagen, DWA, Dortmund, 2008.


Verfahren - Gesellschaft

- Behinderung durch Inanspruchnahme des öffentlichen Raumes

- grabenlose Verfahren klar im Vorteil, da i.d.R.

- weniger Erdarbeiten


- weniger Erdarbeiten- kürzere Bauzeiten - weniger Baustellenverkehr- weniger Lärm- und Staubbelastung- Erhöhung der Verkehrssicherheit- Verbesserung Parkplatzsituation - Verbesserung Zugang für Rettungs-und Entsorgungsfahrzeuge

⇒ ökologische und ökonomische Konsequenzen


Verfahren - Gesellschaft


Dresden

Rohrvortrieb

6m bis 8m tief

DN 1400


Verfahren - Ökonomie

- direkte Kosten: unmittelbar durch Bauvorhaben

- offene Bauweise: große Kostenanteile für Vor- bzw. Nachleistung - Verbau- Bodenaushub, Bodenaustausch, Verfüllung


- Bodenaushub, Bodenaustausch, Verfüllung- Straßenaufbruch sowie –wiederherstellung

Anteil steigt mit Tiefe auf bis zu 80 %!

- geschlossene Bauweise: Verfahrenskostenanteil bis zu 70 %

- Vorteil für grabenlose Verfahren mit zunehmender Tiefe



- soziale oder indirekte Kosten: betreffen Dritte

- schwer zu monetarisieren:- Kosten aus geänderter Verkehrsführung ⇒ Mehrverbrauch, Zeitverlust


⇒ Mehrverbrauch, Zeitverlust- Beeinträchtigungen der Anlieger ⇒ Umsatzeinbußen, Emissionen, Erschütterungen - „Begleitschäden“ ⇒ Lebensdauerverkürzung der Fahrbahn, Gebäude, Leitungen

- Berechnungsansätze in GSTT-Information Nr. 11 „Kostenvergleich offener und geschlossener Bauweisen unter Berücksichtigung der direkten und indirekten Kosten beim Leitungsbau und der Leitungs-sanierung“ (1999, wird überarbeitet)


Dynamische Kostenvergleichsrechnung – Beispiel

Ein alter Kanal mit einer Länge von 50 m kann entweder mit einem Inliner renoviert oder in offener Bauweise erneuert werden. Die Betriebskosten sind bei beiden Varianten gleich. Das Entsorgungs-unternehmen erwartet einen internen Zinssatz von etwa 5%. Welche Maßnahme hat den höheren Projektkostenbarwert?


Maßnahme hat den höheren Projektkostenbarwert?

Renovation: Inliner; 500 €/m; Nutzungsdauererwartung 40 JahreErneuerung: offene BW; 800 €/m; Nutzungsdauererwartung 80 Jahre

Barwert: Σ Itn(1/(1+i)n)

mit Itn Investition in n Jahren

i Zinssatz


Dynamische Kostenvergleichsrechnung Berechnung der Projektkostenbarwerte PKBW - 1

Renovation: Inliner; 500 €/m; Nutzungsdauererwartung 40 JahreErneuerung: offene BW; 800 €/m, NDE 80 Jahre


PKBWERN1 = 50m 800 €/m = 40,000 €

PKBWREN1 = 50m 500 €/m + (50m 500 €/m) (1/(1+0.05)40)= 28,551 €

Die Renovation hat den kleineren Projektkostenbarwert, ist also die wirtschaftlichere Maßnahme.


Dynamische Kostenvergleichsrechnung Berechnung der Projektkostenbarwerte PKBW - 2

Firmeninterne Erfahrungen zeigen, dass die bisherigen Nutzungsdauer-annahmen unzutreffend waren. Die Annahmen werden abgeändert, zusätzlich wird die interne Verzinsung auf 2 % abgesenkt .

Renovation: Inliner; 500 €/m; Nutzungsdauererwartung 30 JahreErneuerung: offene BW; 800 €/m, NDE 90 Jahre


Erneuerung: offene BW; 800 €/m, NDE 90 Jahre

PKBWERN2 = 50m 800 €/m = 40,000 €

PKBWREN2 = 50m 500 €/m + (50m 500 €/m) (1/(1+0.02)30) + (50m 500 €/m) (1/(1+0.02)60)= 46.421 €

Die Erneuerung ist aus wirtschaftlicher Sicht auf Grund der niedrigeren Projektkostenbarwerte vorzuziehen.



- Gesamtkosten Bauvorhaben = direkte + indirekte Kosten

- wirtschaftlichste Kombination durch dynamische Kosten-vergleichsrechnung nach LAWA ermitteln


- Life-Cycle-Costs

= Gesamtkosten Bau + Betriebskosten + Entsorgungskosten

Bezogen auf einheitliche Gesamtnutzungsdauer!

Stellschrauben Berechnung: Zinssatz, Nutzungsdauer!


Vielen Dank.

Dr.-Ing. Torsten Schmidt

Institut für Stadtbauwesen und StraßenbauFachbereich Stadtbauwesen und Stadttechnik

0351 / 463 [email protected]

Zertifizierter Kanalsanierungsberater der DWA


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