Maßgeschneiderte Sanierungsverfahren für die Tunnelentwässerung – „DrainRepair“ Teil 2: Ergebnisbericht

Für die Bestandsaufnahme lagen Drainageberichte sowie Bild- und Videomaterial verschiedener Tunnel aus dem Eisenbahn- und Straßentunnelbereich vor. Aus dem Video- und Bildmaterial von Drainagen ging eine beachtliche Vielfalt von Schäden hervor, mit denen der Betrieb und die Wartung von Tunnels konfrontiert sind. Eine pauschale Empfehlung einer notwendigen passenden Sanierungsmethode lässt sich deswegen kaum ableiten. Die verschiedenen Kategorien von Schäden wurden zur Ableitung der relevanten Kategorien mengenmäßig erfasst. Die Bestandsdaten zur Zustandserfassung von Drainagen hinsichtlich Rohrschäden sind inhomogen, wobei das angewandte Kodiersystem für optische Systeme [6] großes Potenzial zur automationsunterstützten zentralen Erfassung von Drainageschäden birgt. Schnittstellen wie Isybau XML sind dazu bereits implementiert. Die Durchsicht der Bestandsdaten zeigt jedoch auch die große Relevanz der vom Bedienpersonal der Kamerabefahrungen hinzugefügten Kommentare [5].

Bei der objektiven Erfassung von Schäden mittels Kamerabefahrung muss die Komponente eines von unterschiedlichen Videoqualitäten beeinflussten subjektiven Personals berücksichtigt werden, wie in Abb. 1 anhand der Dokumentation der gleichen Schäden im Abstand von zwei Jahren ersichtlich ist [5]. Dabei wurden die gleichen Schäden aufgrund anderer Optik und Interpretation unterschiedlich bewertet. Daher wäre es von Betreiberseite her notwendig, die zur Verfügung gestellten Protokolle nach den Befahrungen zentral zu bewerten und auch einer chronologischen Ablage zuzuführen.

Zur Optimierung der Liner-Architektur wurden von der Firma NordiTube Technologies SE verschiedene Aufbauten und Linersysteme in Form gepresster Platten zur Verfügung gestellt. Aus diesen Platten wurden Proben entnommen und mittels bi-axialem Durchstoßversuch nach ISO 6603‑2 [7] hinsichtlich der Energieaufnahme bis zum Versagen untersucht. Dieser Versuch wurde ausgewählt, da in Vorstudien bereits andere Liner und auch Rohrmaterialien derart getestet wurden. Daher konnte die Energieaufnahme bis Bruch mit Systemen verglichen werden, die in der Praxis den Reinigungsmethoden nicht standhalten konnten (Vergleich Abb. 2 Inliner Einbau 1 und Inliner Einbau 2). Diese Liner zeigten im Durchstoßversuch Energieaufnahmen von ca. 15 und 28 J. Der beste getestete Liner im Projekt „DrainRepair“ konnte bei einer Dicke von ca. 6 mm über 100 J Energie bis Bruch aufweisen, was eine massive Erhöhung darstellt [5]. Dadurch kann auch das Potenzial der CIPP Technologie hinsichtlich des Widerstands gegenüber schlagenden Belastungen bei optimierter Auswahl des Systems dargestellt werden.

Basierend auf den vorangegangenen Untersuchungen wurden die überprüften Liner Nordiflow w PP und Combiliner w PE als vielversprechende Kandidaten ausgewählt. Beide Liner verfügten im Durchstoßversuch über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Energieaufnahme bis zum Versagen. Daraufhin wurden beide Liner in 5 m lange uPVC Rohre mit tunnelprofilförmigem Querschnitt installiert. Anschließend erfolgte eine intensive Überprüfung des Widerstands der Liner gegenüber hydraulisch-mechanischer Reinigung. Dazu wurden unterschiedliche Düsen, die für derartige Reinigungen klassischerweise verwendet werden, mit Drücken zwischen 80 und 160 bar eingesetzt. Ziel der Untersuchungen war es Extremfälle zu simulieren, die weit über typische Belastungen während Reinigungsarbeiten hinausgehen und die Inliner an ihre Grenzen führen sollten (vgl. Abb. 3a; [5]).

Beide Inliner hielten den Belastungen ohne Beschädigung mit Ausnahme von Kratzern an der Innenbeschichtung und leichten Ablösungen der Innenschicht im Bereich nachträglich eingebrachter Drainageschlitze stand. Während der Spülarbeiten wurden auch mittels einer angebrachten 3D-Kraftmessdose die auftretenden Kräfte gemessen. Dabei konnten, in Abhängigkeit des verwendeten Drucks und der verwendeten Düse, lokale Kräfte bis 8000 N gemessen werden [5].

Eine zusätzliche Beobachtung, die auch messtechnisch nachgewiesen werden konnte (Abb. 3b) ist die, dass die gemessenen maximalen auftretenden Kräfte bei Spüldrücken > 120 bar rapid abnahmen. Bei den durchgeführten Messungen wurde beobachtet, dass die verwendete Düse mit den höchsten Lasten (Turbopuls 120) ab diesen Spüldrücken aufhörte zu springen und ruhiger lief. Dadurch entfielen die hohen Kraftspitzen (max. 7600 N), und die maximal auftretenden Kräfte entsprechen der gemessenen Grundlast von ca. 2500 N [5].

Basierend auf diesen Ergebnissen wurde der NORDIFLOW W PP für die Installation des Demonstrators am Zentrum am Berg ausgewählt. Der Liner wurde in einer kreisrunden Tunneldrainage DN 250 auf einer Haltungslänge von ca. 85 m erfolgreich installiert (Abb. 4).

Nachfolgend wurde die Drainagewirkung von > 50 cm² pro Laufmeter durch die Einbringung von kreisrunden Drainagebohrungen der Größe DN28 mm wiederhergestellt. Dazu wurden alle 30 cm 3 Löcher in den Positionen 9, 12 und 3 Uhr eingebracht. Eine nachfolgende Probereinigung der Drainage mit intensiver hydraulisch-mechanischer Belastung hat der Inliner problemlos überstanden (Abb. 5; [5]). Zwei Herausforderungen, die es noch zu meistern gilt, sind dabei die entstehenden Grate an den Bohrlöchern, die ein erneutes Aufwachsen von Versinterungen beschleunigen könnten, sowie eine Optimierung der möglichen Geschwindigkeit zur Einbringung der Drainagelöcher mittels Robotertechnologie. Für die Einbringung der Drainagebohrungen auf einer Länge von 85 m wurden im gegenständlichen Fall knapp zwei Schichten à 8 h benötigt. In Anbetracht eventuell notwendiger Gleis- oder Fahrbahnsperren stellt dies aktuell noch ein klares Manko der Technologie dar.

Zur Überprüfung des Alterungsverhaltens der optimierten Liner wurden diese künstlich mittels beschleunigter Ofenlagerung in Luft bei 80 °C gealtert. Proben wurden zu den Auslagerungszeitpunkten t = 0, 3, 6 und 12 Monaten entnommen und mittels mechanischer Tests (bi-axialer Durchstoßversuch nach ISO 6603‑2 [7]) sowie auch Infrarotspektroskopie untersucht. Die mechanischen Untersuchungen zeigten keine signifikante Änderung der Eigenschaften innerhalb 12 Monate Ofenalterung bei 80 °C (Abb. 6). Mittels Infrarotspektroskopie konnten ab einer Auslagerungsdauer von 12 Monaten erste Abbauprodukte an der Oberfläche des Liners festgestellt werden. Daher wurden auch Untersuchungen im Inneren der Probe durchgeführt. Im Gegensatz zur Oberfläche wurden im Inneren der Probe keine signifikanten Alterungsphänomene detektiert. Dies deutet darauf hin, dass die gefundenen Abbauprodukte nach 12 Monaten künstlicher Ofenalterung nur oberflächlich vorhanden sind, was auch die gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften erklärt [5].