Felsbohrungen mit Klein- und Kleinstbohranlagen

02.02.2007

Felsbohrungen im HDD-Verfahren werden im Allgemeinen mit der Großbohrtechnik, also mit Bohranlagen ab der 35-t-Klasse aufwärts, ausgeführt. Mit Mudmotoren, das sind Bohrlochsohlenmotoren nach dem Moineau-Prinzip, kann bei entsprechendem Bohrmeißelaufsatz nahezu jedes Hartgestein verlaufsgesteuert, horizontal oder schräg, in beliebiger unterirdischer 3D-Raumlage, durchbohrt werden. Mit eigens für das HDD-Verfahren entwickelten „Hole Openern“ können die HDD-Bohrungen aufgeweitet und auf die gewünschten Enddurchmesser gebracht werden. Seit über drei Jahren ist es überdies technisch möglich, auch mit Kleinbohranlagen ab der 10-t-Klasse mit leistungsstarken, aber verbrauchsarmen (=spülungsarmen) LowFlow-Mudmotoren nahezu alle Felsformationen zu durchbohren.

Nicht nur für Dükermaßnahmen, Straßenund Bahnquerungen, Bohrungen unter Natur- und Landschaftsschutzgebieten, Hangentwässerungen etc. werden diese Mudmotoren eingesetzt, sondern auch für innerstädtische Leitungsverlegungen bei Böden mit Felsanteilen mit Geröllen und Geschieben oder bei groben Auffüllungen im Untergrund (z.B. Trümmerschutt, Schlacken, Grobsplitt oder Abrissschutt). Lediglich für Hausanschlüsse und kurze Querungen bzw. Bohrstrecken suchte man noch nach geeigneten Felsbohrmöglichkeiten.
Grubenbohrgeräte (Pit-Bohrgeräte)
Seit über 35 Jahren gibt es Bodendurchschlagshämmer (Erdraketen) zum Verlegen von Hausanschlüssen in verdrängungsfähigen Lockergesteinsböden. Die Firma Tracto-Technik hat hier wegweisend die Entwicklung leistungsfähiger und richtungsstabiler Erdraketen bestimmt. Seit über 8 Jahren kamen Kleinstbohranlagen (sogenannte Baugrubenbohrgeräte = GrundoPit-Bohranlagen) hinzu, die in wenig verdrängungsfähigen, schweren Böden die Kreuzungen und Hausanschlüsse herstellen.
Auch Auffüllböden, häufig in dicht besiedelten Gebieten, die nicht zu grob sind, können mit GrundoPit-Anlagen durchbohrt werden. Durch die Verspannmöglichkeit der Grubenbohranlage und durch die Leistung des Drehantriebs (600 Nm bzw. 1000 Nm) können verlaufsgesteuerte, das heißt auch um Kurven gelenkte Bohrungen bis zu 80 m Länge erstellt werden. GrundoPit- Bohranlagen sind daher Standard-Geräte für Querungen und Hausanschlüsse in mittelschweren bis schweren natürlichen Böden oder Auffüllungen, die noch dem Lockergesteinsbereich zuzuordnen sind. Wie immer, wenn eine Technik gut, zuverlässig und leistungsstark funktioniert, wird eine Erweiterung des Einsatzspektrums gewünscht, hin zu Bereichen und Leistungsklassen, die bisher nicht möglich waren. Gesteinsbänke, Fels, grober Kies und Geröll sowie schwere und grobe Auffüllungen sollten ebenfalls bohrbar werden, allerdings ohne die Gerätetechnik zu schwer und zu kompliziert werden zu lassen. Tracto-Technik hat daraufhin einen kleinen schlanken Felsbohrkopf, die Hammerbohrlanze, entwickelt, mit der erstaunliche Leistungsspektren möglich sind.
Arbeitsweise der TT-Felsbohrlanze
Die Felsbohrlanze sollte klein aufbauend, handlich tragbar, schnell montierbar, robust und verschleißfest sein. Ein Flüssigkeitsantrieb, wie er beim Mudmotor notwendig ist, schied wegen der erforderlichen Aufbaulänge von mehreren Metern aus. Die TT-Felsbohrlanze wird daher druckluftgetrieben. Der Nutzerwunsch nach Ortbarkeit konnte trotz des schlagenden Druckluftantriebs durch umfangreiche Dämpfungselemente für den Bohrkopfsender zur Positionsbestimmung realisiert werden. Da konventionelle schlagende Felsbohrkronen nur bei geringen Querschnitten eine hohe Vortriebsleistung zeigen und weiterhin auch nur bei sehr starkem Energieeintrag, hohem Bohrkleinaustrag und durch starke Luftspülung auch größere Querschnitte vortriebsstark bewältigen, musste hier ein neuer, unkonventioneller Weg gewählt werden.
Die mehrfach geschützte TT-Felsbohrlanze benutzt ein schlagendes Vorbohrsystem, welches zunächst einen Segmentausschnitt aus dem Vortriebsquerschnitt der Gesteinsfront herauslöst. Abstands- und zeitversetzt werden die hier gelösten Gesteinspartikel (cuttings) nochmals mit der Hauptfront der Felsbohrlanze zertrümmert, während gleichzeitig schon wieder der nächste Segmentausschnitt aus der Gesteinsfront mit dem Vorbohrsystem herausgelöst wird.
Dieses Vorbohrsystem, ein fingerartiger Schlagzapfen innerhalb der Felsbohrlanze, wirkt hocheffektiv beim vorauseilenden Herauslösen von vertiefenden Frontschneideabschnitten. Das übrige Gesteinsgefüge wird hierdurch entscheidend geschwächt und kann mit der Hauptfront der Felsbohrlanze somit leichter zertrümmert werden. Durch die Kombination von vorauseilendem Schlagzapfen und Nachzertrümmerung durch die Hauptfront der Bohrlanze kann mit relativ wenig Energieeintrag eine sehr schnelle und leistungsstarke Gesteinslösearbeit für den Gesamtbohrquerschnitt erreicht werden.
Hausanschlüsse mit Pit-Bohrgeräten
Viele Hausanschlüsse in Hanglagen haben bei zum Teil kräftigem Gefälle stark variierende Anschlusslängen von bis zu 40 bis 50 m. Dies trifft vor allem für ältere und engere Bebauungslagen zu. Häufig müssen hier Hausanschlusserneuerungen mittels Neubau vorgenommen werden, da die Versorgungsleitungen ins Haus oft schon viele Jahrzehnte ihre Dienste geleistet haben. Sowohl die Enge der baulichen Anordnung als auch das Alter der Gebäude sprechen jedoch gegen offene Eingriffe im engen Straßenraum und vor den Häusern.
Mit kleinen Bohrgeräten aus der GrundoPit-Reihe sind nach Herstellung einer kleinen Startgrube (1,3 m x 0,65 m), auch in steifen bis festen Lockergesteinsböden Bohrlöcher in Hangneigung für Hausanschlüsse nach kurzer Bohrzeit herstellbar, in die entweder mittels Bohrgerät oder per Hand die neuen Leitungen eingezogen werden können.
Hausanschlüsse im felsigen Untergrund
Im Gegensatz zu den weichen, kriechenden Lockergesteinssituationen am Hang findet man in Mittelgebirgsbereichen häufig Situationen, bei denen im Haus- und Gartenuntergrund Felsbänke in weichen Gesteinslagen eingelagert sind oder in denen durchgehend felsiger Untergrund vorhanden ist. Solche Hausanschlüsse konnten vor wenigen Jahren nur in offener Bauweise erstellt werden, da die Felsbohrtechnik mittels Mudmotoren nur für lange Bohrungen mit großen Anlagen geeignet war. Felsbänke wurden mittels Aufbruchhammer durchörtert oder „klassisch“ durchbrochen, geschürft, gesprengt oder gerissen, um dann aufwendig ausgehoben und abgefahren zu werden. Neues Wiedereinfüllmaterial musste antransportiert werden und mit Querverbau eingebaut werden.
Bild 6: Einsatzbeispiele für Grubenbohrgeräte in Hanglagen bei unterschiedlichen Bodenbedingungen: Das obere Beispiel zeigt eine verlaufsgesteuerte Lockergesteinsbohrung, das mittlere eine Felsbohrung durch Wechsellagen von harten und weichen Gesteinsbänken und das untere Beispiel gibt eine Felssituation mit anstehendem Granitfels unter einem Verwitterungssaum wieder (Grafik: Tracto-Technik)
Seit wenigen Jahren können Felsbohrungen mit sehr kleinen Horizontalbohranlagen (ab der 10-t-Klasse) und mit kleinen Mudmotoren durchgeführt werden – auch kurze Bohrstrecken ab etwa 40 m Länge sind inzwischen wirtschaftlich realistisch. Sind nur einzelne harte Lockergesteinszonen bohrtechnisch zu durchfahren, so waren und sind die „schlagenden“ Bohrgeräte (d.h. Bohranlagen mit Schlagwerk) immer eine Möglichkeit, solche Untergrundsituationen zu bewältigen.
Die dritte Möglichkeit, nämlich die für kurze Wege und für Hausanschlüsse, ist die Kleinbohranlage „GrundoPit Power“, die mit der Felsbohrlanze in trockener Bohrtechnik Durchmesser bis 80 mm auf bis zu 20 – 25 m Länge im reinen Fels mit Druckfestigkeiten bis maximal 240 MPas (=MegaPascal) mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit bewältigen kann. Notwendig ist lediglich eine Startgrube von 1,3 m Länge auf 0,65 m Breite, in der das GrundoPit-Bohrgerät abgesenkt werden kann. Von dort aus kann das entsprechende Haus geradlinig angesteuert werden. Mit einer speziellen Felsbohrlanze kann dieses Gerät auch durch Fundamentmauern bis in den Hauskeller hineinbohren. In wechselndem Untergrund (Felslagen in Wechselfolge mit weichen Gesteinen, z.B. Mergeln) können GrundoPit-Bohrgeräte mit Felsbohrlanze auch bis zu 30 m lange Hausanschlüsse bewältigen.
Die Baustellenfotos (Bilder 4 und 5) zeigen typische Anwendungssituationen für die Felsbohrtechnik auf GrundoPit-Basis. In einem Wohngebiet, in dem die gesamte Versorgungsnetzstruktur des Trinkwassers erneuert wird und in dem gleichzeitig ein Erdgasnetz aufgebaut wird, werden alle Hausanschlüsse in der Häuserreihenfolge hintereinander mit neuen Trinkwasseranschlussleitungen und neuen Erdgashausanschlussleitungen versorgt. Wie häufig in Süddeutschland zeigt auch hier der Baugrund ab 60 bis 80 cm Tiefe Wechsellagerungen von Mergel und Tonabfolgen mit eingeschalteten Felsbänken. Diese Felsbänke, zum Teil aus Sandstein, zum Teil aus Kalksteinen und zum Teil aus Kalksandsteinen bestehend, sind wenige Zentimeter bis mehrere Dezimeter dick und würden bei offener Bauweiseschwere Gerätschaften mit Aufbruchwerkzeugen erforderlich machen. Die Hausanschlussverlegung mit der Felsbohrtechnik durch solche Gesteinswechselfolgen oder auch längere Felsaufbrüche im Untergrund erfordern hingegen keinerlei Geräte oder Bohrwerkzeugwechsel – alle Hausanschlussstrecken werden hier mit der Felsbohrlanze aufgefahren, wobei mehrere Hausanschlüsse mit bis zu 80 m Gesamtlänge in einer Arbeitsschicht bewältigt werden können. Die GrundoPit-Anlagen mit Felsbohrlanzen sind für solche Hausanschlüsse in Reihenanordnung nicht selten über Monate im Dauereinsatz und versorgen ganze Stadtteile mit neuen Hausanschlüssen.
Vorteile des grabenlosen Bauens mit GrundoPit-Geräten
Mit der grabenlosen Leitungsverlegung sind sowohl für die Leitungsneuverlegung als auch für die Leitungserneuerung – im ebenen Gelände wie auch in Hanglagen – klare Vorteile erreichbar. Besondere Aufwendungen des klassischen Tiefbaus, wie zum Beispiel Handschachtungen oder spezielle Schreitbagger am Hang, Sicherungsmaßnahmen, Verbau, Sicherung des Erdaushubes, Verstrebungen im Graben, Verdichtungsarbeiten beim Wiedereinfüllen von Erdaushub und aufwendige landschaftspflegerische Nachsorgearbeiten können komplett entfallen. Bei der Leitungserneuerung wird mit der grabenlosen Bautechnik eine über Jahre sorgsam aufgezogene und gepflegte Gartenvegetation erhalten und in ihrem Wurzelbodengefüge nicht verletzt. In kritischen Hanglagen, die aufgrund von quellfähigen Tonmineralanteilen oft eine Leitungserneuerung mit flexiblen Kunststoffleitungen nötig haben, sind mit der grabenlosen Bauweise zusätzliche Vorteile gegeben, die hangberuhigend und hangstabilisierend wirksam sein können.


Literatur
Bayer, H.-J., Koch, E. (2003): Felsbohrtechnik mit hochleistungsfähigen und spülungsarmen Mudmotoren. IRO-Schriftenreihe Bd. 27, S. 644-655, Vulkan-Verlag, Essen.

Bayer, H.-J. (2004): Hausanschlüsse am Hang – Einfacher und besser mittels Bohrtechnik; 3R Int. 43/2, S.117-119, Essen.

Bayer, H.-J. (2005): HDD-Praxis-Handbuch, 196 S., Vulkan-Verlag, Essen.

Stein , D. (2003): Grabenloser Leitungsbau, 1144 S., Ernst & Sohn, Berlin.


Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung der tis Tiefbau Ingenieurbau Straßenbau. Mehr Informationen unter http://www.tis-online.info/.

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