DE202019004835U1

DE202019004835U1 - Tunneldränagerohr mit dreischichtigem Wandaufbau

Info

Publication number: DE202019004835U1
Application number: DE202019004835.9U
Authority: DE
Original assignee: IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Current assignee: IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2029-11-28

Abstract

TunnelDränagerohr aus Kunststoff, wobei das Dränagerohr- einen dreischichtigen Wandaufbau hat, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste (innere) Schicht, bezeichnet als Medienrohr (1), aus einem flexiblen Kunststoff mit geringer Wanddicke besteht, dass die zweite (mittleren) Schicht, bezeichnet als weiche poröse Schicht (2) sich nach außen anschließt und aus wasserdichtem Kunststoff besteht, und dass die dritte (äußere) Schicht, bezeichnet als Mantelrohr (3), aus Kunststoff bestehend, zur Übernahme der statischen Belastungen beim Einbau und beim Gebrauch dient, wobei Medienrohr (1), weiche poröse Schicht (2) und Mantelrohr (3) Schlitze besitzen.

Description

TunnelDränagerohr mit dreischichtigem Wandaufbau, bestehend aus einem stabilen Außenrohr, einer weichen porösen Innenschicht und einem flexiblen Innenrohr, mit der Eignung zur sanften Entfernung von Sintermaterial durch Vibrationsspülung.
Die Erfindung betrifft ein dreischichtiges mit Schlitzen versehenes TunnelDränagerohr, bei dem die Schichten des Wandaufbaus so gestaltet sind, dass der Reinigungseffekt eines Vibrationsspülkopfes dahingehend unterstützt wird, dass durch Vibration auf der Innenschicht des Dränagerohres anhaftendes Sintermaterial leicht entfernt werden kann.
Aktueller Stand der Technik
TunnelDränagerohre sollen einen Tunnel frei von Druckwasser aus dem umgebenden Berg halten. Dazu wird der Horizont des Grundwasserspiegels bis auf das Niveau der Tunnelsohle mittels Dränagerohren abgesenkt. Damit gewährleisten die TunnelDränagerohre, dass die Tunnelwand trocken bleibt und ermöglichen die prognostizierte Lebensdauer von 100 Jahren. Je nach der Chemie des Bergwassers fällt in den Dränagerohren Sinter aus, der kann erhärten und die Funktion des Dränagerohres wird gemindert oder fällt ganz aus. Sollte dies der Fall sein, so würde der Grundwasserspiegel wieder ansteigen und den Tunnel unter Druckwasser setzen. Aus diesem Grund müssen diese Ablagerungen in regelmäßigen Abständen mittels Spülung (im schlimmsten Fall mittels Fräsen) entfernt werden.
Die „Richtlinie für BergwasserDränagesysteme von Straßentunneln“ [1] stellt fest: Der Bau und Betrieb von Straßentunneln mit BergwasserDränagesystemen stellt eine wirtschaftliche und funktionssichere Lösung dar. Versinterungserscheinungen und damit Ablagerungen in den Dränageleitungen können jedoch einen Spülaufwand zum Entfernen der Ablagerungen erfordern, der einen nicht unerheblichen Teil der Wartungskosten ausmacht. Für die Planung und Ausführung zukünftiger Tunnelbauwerke wird dabei ein funktionssicheres und wartungsarmes Grundsystem als Mindeststandard vorgegeben, bei dem alle wasserfassenden und - ableitenden Einzelkomponenten eine möglichst geringe Versinterungsneigung und hohe Robustheit gegen mechanische Beschädigungen besitzen. Das Versinterungsverhalten und der Zustand des Dränagesystems einschließlich der Revisionsschächte ist möglichst frühzeitig zu ermitteln, um eventuell erforderliche Systemverbesserungen noch vor der Verkehrsfreigabe des Tunnels durchführen zu können.
Eine Patentrecherche über das DPMAregister/Patente ergab keinen Hinweis auf die untersuchten TunnelDränagerohre. Rohre mit mehrschichtigem Wandaufbau sind in den Patenten wie folgt kurz dargelegt.

- DE 10 2008 036 602 A1 „Rohr zum Transport strömender Medien“ . Hier wird ein dreischichtiges Rohr beschrieben, bei welchem die zwei inneren weiche Schichten sind. Damit sollen durch nachgeben der zwei inneren Schichten Druckstöße so abgemindert werden, dass es nicht zu einem Übergang des laminaren Strömens in turbulente Strömung kommt.
- DE 100 57 990 A1 „Mehrschichtrohr“ beschreibt ein dreischichtiges Rohr zum Transport von Kraftstoff mit chemischen und thermischen Anforderungen.
- EP 1 401 937 B1 „Polyolefin-Mehrschichtrohr“ beschreibt ein Herstellverfahren von einem mehrschichtigen Polyolefin-Rohr der Steifigkeit SN 4.

Gegenwärtig werden TunnelDränagen ausschließlich aus Vollwandrohren aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) mit einer Mindestringsteifigkeit nach DIN EN ISO 9969 [2] von SN 8 ausgeführt. Die Schlitzbreiten der Rohre sollen mindestens 5 mm betragen, durchgesetzt haben sich aber Schlitzbreiten von 10 mm. Diese breiten Schlitze neigen kaum dazu zu versintern. Der Sinter fällt jedoch an der Rohrsohle an und kann im Extremfall das ganze Rohr verschließen.
Der Einbau der TunnelDränagerohre erfolgt nach [1]. Mittels Hochdruckspülung und/oder Frästechnik werden diese Rohre gereinigt. Eine Vorschrift für die Reinigung der Rohre gibt es nicht. Der maximal zulässige Spüldruck am Spülkopf ist jedoch auf 100 bar begrenzt. Jede Spülfirma wendet ihr eigenes Reinigungskonzept an.
Die dargestellten Lösungen gelten als Mindeststandard, d.h. Verbesserungen sind willkommen. Hier setzt die Erfindung an.
Beschreibung der Erfindung
Bei Spülversuchen mit verschiedenen Spülköpfen im Jahre 2004 wurde ersichtlich, dass eine Vibrationsdüse den Sinter in Tunneldränagen wirksam lösen kann. Dabei ist nur ein geringer Spüldruck erforderlich. Der geringe Spüldruck schont die Rohrwandung innen. Zusätzlich ist eine Vibration der Rohrwand förderlich für das Abplatzen des Sintermateriales von der Rohrinnenwand. Da TunnelDränagerohre nach der geltenden Richtlinie [1] im ungeschlitzten Bereich in Beton eingebettet werden, vibrieren diese Rohre beim Spülvorgang nicht.
Deshalb muss ein mehrschichtiger Rohrwandaufbau geschaffen werden, welcher eine Vibration des Innenrohres ermöglicht, ohne dass das Außenrohr animiert wird. Das Außenrohr übernimmt nach wie vor den statischen Druck aus dem Berg. Es sollte sehr steif sein. Die mittlere Schicht aus weichem Material übernimmt die Pufferfunktion für die Vibration des Innenrohres. Damit wird die Vibration nicht auf das Außenrohr übertragen.
Die Aufgabe wird mit einem Dränagerohr dieser Art gelöst, welches durch den speziellen dreischichtigen Wandaufbau die Möglichkeit der sanften Entfernung von Sintermaterial durch Vibrationsspülung erlaubt.
Die Erfindung betrifft ein dreischichtiges TunnelDränagerohr (8), bestehend aus einem stabilen Außenrohr (Mantelrohr 3), einer weichen Innenschicht (weiche poröse Schicht 2) und einem flexiblen Innenrohr (Medienrohr 1), jeweils mit Schlitzen (4) versehen, dadurch derart gestaltet, dass der Reinigungseffekt eines Vibrationsspülkopfes dahingehend unterstützt wird, dass durch Vibration das Sintermaterial auf der Schicht des Medienrohres (1) leicht entfernt werden kann ohne das Mantelrohr (3) zu deformieren.
Schadensbilder an eingebauten Kunststoffrohren zeigen, dass sich die Tunneldränagen aus Rohren SN 8 oberhalb der Einbettung in Beton verformt haben. Aus diesem Grunde wird ein steiferes Außenrohr verwendet. Vermutlich ist der Betonierdruck aus der Tunnelwand dafür verantwortlich, dass sich die Rohre SN 8 verformten.
Die Haftung des Sintermaterials an der Rohrwand wird beeinflusst durch die Oberflächenrauheit der Rohrwand. Es gilt die Oberflächenrauheit so gering wie möglich zu halten. Dazu sind die innen glatten Vollwandrohre aus PE, PP und ähnlichen Materialien geeignet.
Eine optimale Schlitzgestaltung gewährleistet, dass sich im umgebenden Filtermaterial, hier der Filterkies (6), kein Sinter absetzt. Dazu ist ein Schlitzbild wie bei Deponiesickerrohren gefordert ideal. Die Schlitze (4) sind oberhalb der Betoneinbettung (7) so gestaltet, dass sie in einem Winkel von ca. 3% zur Rohrsohle innen geneigt sind. Die Schlitze beginnen oberhalb des Bettungsbetones und reichen über einen Winkel von 220°. Die breiten Schlitze von 8 mm, 10 mm oder 12 mm neigen nicht mehr zur Versinterung.
Der Vibrationsspülkopf wird über eine Düse, welche sich hinter dem Schlagkranz befindet und sich im Kreis dreht, immer leicht angehoben. So entsteht eine leichte Schlagwirkung. Die Vibration setzt sich durch die neue Rohrwandung des Medienrohres (1) auch auf die Innenschicht (weiche poröse Schicht 2) fort und löst so den harten Sinter in Scherben vom Innenrohr (Medienrohr 1). Durch die Treiberstrahlen am Spülkopf wird der gelöste Sinter in Richtung Zugangsschacht getrieben und kann dort mittels Saugschlauch abgesaugt werden.
Vorteil dieses Verfahrens sind der geringe Spüldruck und die sanften Schläge auf das Sintermaterial. Sollte der Spülkopf auf nicht versinterte Rohrabschnitte einschlagen, so wird das Medienrohr (1) nicht beschädigt. Die sanften Schläge beschädigen das Medienrohr (1) durch seine Nachgiebigkeit nicht.
Das neue TunnelDränagerohr (8) gemäß Schutzanspruch 1 entspricht den Anforderungen aus dem Ziel der Entwicklung. Aus spültechnischer Sicht sind TunnelDränagen mit einem Mindestinnendurchmesser von 200 mm herzustellen. Die Schlitze (4) sollten so breit wie möglich gewählt werden um ein Versintern der Schlitze zu vermeiden. Weiterhin zeigen die Schlitze entsprechend des Schlitzbildes von Deponiesickerrohren leicht geneigt zur Fließsohle.
Das Mantelrohr (3) weist eine Mindest-Ringsteifigkeit nach DIN EN ISO 9969 von 8 kN/m² auf; besser ist aber 16 kN/m². Das Mantelrohr fängt die Belastungen aus der Betoninnenwand (5), welche auf das Tunneldrainrohr wirken, ab. Das Mantelrohr besteht aus Kunststoff. Die Rohrverbindung gewährleistet, dass die Rohre untereinander ohne Spalt und ohne Rohrversatz eingebaut werden. Die Rohrverbindungen sind wasserdicht.
Im Innenrohr soll die Oberflächenrauheit so gering wie möglich sein. Dabei ist es von Vorteil das Medienrohr (1) innen zu beschichten. Diese Beschichtung hält aber mindestens 200 Spülzyklen stand (auch unter Entfernung von Versinterungen). Die Innenseite des Medienrohres (1) ist so weich, dass eine Vibration erzeugt wird, aber auch so fest, dass es nicht beschädigt wird. Auch hier wird eine eventuelle Beschichtung des Medienrohres den Belastungen standhalten. Die Rohrinnenfläche ist glatt und eben, somit kommt es zu keinen Verwirbelungen, welche die Sinterbildung erhöht. Das Medienrohr wird ohne Spalt und ohne Rohrversatz eingebaut. Die Rohrverbindungen sind wasserdicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. 1 zeigt einen Schnitt durch das TunnelDränagerohr mit den drei Schichten und der Schlitzung. 2 zeigt eine geschnittene Ansicht des Rohres, ebenfalls mit Schichtenaufbau und Darlegung der Schlitze. 3 zeigt schematisch die Position des Dränagerohres und die Schichtung der Wand im Tunnelbereich.
Zitierte Nichtpatentliteratur

[1] RI-BWD-TU: „Richtlinie für BergwasserDränagesysteme von Straßentunneln“ (Bundesanstalt für Straßenwesen)
[2] DIN EN ISO 9969:2016-06: Thermoplastische Rohre - Bestimmung der Ringsteifig keit

Bezugszeichenliste

(1): Medienrohr
(2): weiche poröse Schicht
(3): Mantelrohr
(4): Schlitz
(5): Betoninnenwand Tunnel
(6): Filterkies
(7): Betoneinbettung Dränagerohr
(8): TunnelDränagerohr als Dreischichtrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008036602 A1 [0005]
DE 10057990 A1 [0005]
EP 1401937 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 9969 [2] [0006]
DIN EN ISO 9969 [0019]
DIN EN ISO 9969:2016-06 [0021]

Claims

TunnelDränagerohr aus Kunststoff, wobei das Dränagerohr - einen dreischichtigen Wandaufbau hat, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste (innere) Schicht, bezeichnet als Medienrohr (1), aus einem flexiblen Kunststoff mit geringer Wanddicke besteht, dass die zweite (mittleren) Schicht, bezeichnet als weiche poröse Schicht (2) sich nach außen anschließt und aus wasserdichtem Kunststoff besteht, und dass die dritte (äußere) Schicht, bezeichnet als Mantelrohr (3), aus Kunststoff bestehend, zur Übernahme der statischen Belastungen beim Einbau und beim Gebrauch dient, wobei Medienrohr (1), weiche poröse Schicht (2) und Mantelrohr (3) Schlitze besitzen.
TunnelDränagerohr aus Kunstsoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medienrohr (1) zwischen 5 mm und 10 mm dick ist.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandrauhigkeit des Medienrohres (1) kleiner als 0,02 mm ist.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche poröse Schicht (2) zwischen 5 mm und 20 mm dick ist.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (3) einem Rohr der SN-Klasse 16 (mindestens SN-Klasse 8) entspricht.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Winkel von 220° im Rohrscheitel die Schlitze (4) eingebracht sind und eine geschlossene Fließsohle von 140° gewährleistet ist.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) eine Breite von mindestens 8 mm, bzw. 10 mm oder 12 mm haben und eine Wassereintrittsfläche pro Meter Rohr von ≥ 100 cm² gewährleistet ist.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) an ihren Enden abgerundet sind.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) zur Fließsohle des TunnelDränagerohres um mindestens 3% geneigt und geradlinig sind.
TunnelDränagerohr aus Kunstsoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Innendurchmesser des TunnelDränagerohres (8) ≥ 200 mm beträgt.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das TunnelDränagerohr eine glatte Fließsohle hat.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die TunnelDränagerohre wasserdicht verbunden sind.
TunnelDränagerohr aus Kunststoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das TunnelDränagerohr eine Reinigungsempfehlung beigelegt ist.