Abwassertransport in sensiblen Gebieten | Doppelrohrsysteme PE 100

Der Einsatz von doppelwandigen bzw. semidoppelwandigen Rohrleitungen sowie von Schächten, Behältern und Bauwerken zum Schutz von Gewässern, basiert im Wesentlichen auf dem WHG (Wasserhaushaltsgesetz) sowie der AwSV (Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen).

Die DWA-A 142 konkretisiert die gesetzlichen Anforderungen aus dem WHG technisch für den speziellen Bereich- „Bau und Betrieb von Abwasserkanälen in Wassergewinnungs- bzw. Wasserschutzgebieten“. Die DWA-Regelwerke sind keine Gesetze, sondern anerkannte Regeln der Technik. Sie zeigen, wie die gesetzlichen Anforderungen des WHG praktisch umgesetzt werden können.

In Genehmigungen oder wasserrechtlichen Verfahren wird häufig gefordert, dass Anlagen nach den anerkannten Regeln der Technik geplant und gebaut werden. Die DWA-A 142 dient dabei als technische Grundlage, um z.B. erhöhte Dichtheitsanforderungen an Kanalisationen oder besondere Materialien und zusätzliche Kontroll- und Sicherungsmaßnahmen in Wasserschutzgebieten umzusetzen.

Die Wahl des Ableitungssystems wird in der DWA-A 142 in Bezug auf das Gefährdungspotenzial gesetzt. Besteht ein „sehr hohes“ Gefährdungspotenzial, sollen demnach entweder einwandige Systeme mit deutlich erweiterten Prüf- und Überwachungspflichten oder doppelwandige bzw. semidoppelwandige Systeme mit Lecküberwachung eingesetzt werden. Da die „deutlich erweiterten Prüf- und Überwachungspflichten“ aufwändig und personalintensiv sind, macht es in den meisten Fälle Sinn, doppelwandige bzw. semidoppelwandige Rohre mit kontinuierlicher Lecküberwachung einzusetzen.

Um diese Forderungen zu erfüllen, sind Rohrsysteme aus PE 100 (RC) verfügbar, die im Folgenden vorgestellt werden. Anhand von Praxisbeispielen wird anschaulich aufgezeigt, wie der sichere Transport oder auch die Rückhaltung von Abwasser in Wassergewinnungsgebieten möglich ist.

In der DWA-A 142 werden doppelwandige und semidoppelwandige Rohrsysteme unterschieden. Ein doppelwandiges Rohrsystem besteht aus zwei getrennt hergestellten nicht miteinander verbundenen Rohren (Medienrohr / Mantelrohr). Bei einem semidoppelwandigen System wird durch ein spezielles Herstellverfahren ein Überwachungsraum erzeugt, mit dem die Dichtheit des Systems überprüft werden kann. Diese Überprüfung kann entweder ständig z.B. mittels Unterdrucks oder zu bestimmten Zeitpunkten erfolgen.

Die Wahl des Rohrsystems hängt beispielsweise von unterschiedlichen Parametern ab:

Der Rohrwerkstoff PE 100 zeichnet sich durch eine Vielzahl von Vorteilen aus, die ihn besonders für anspruchsvolle Anwendungen im Leitungsbau prädestinieren. Hervorzuheben ist seine hohe Festigkeit bei gleichzeitig ausgezeichneter Flexibilität, wodurch er sowohl mechanischen Belastungen als auch Setzungen im Boden gut standhält. PE 100 ist zudem äußerst korrosionsbeständig und unempfindlich gegenüber einer Vielzahl chemischer Einflüsse, was seine Lebensdauer deutlich erhöht und den Wartungsaufwand reduziert.

Ein weiterer Vorteil liegt in der glatten Innenoberfläche, die geringe Reibungsverluste ermöglicht und somit die hydraulische Effizienz verbessert. Darüber hinaus ist der Werkstoff sehr gut schweißbar, wodurch homogene und dichte Verbindungen ohne zusätzliche Dichtstoffe hergestellt werden können.

Bei der Gestaltung von Doppelrohrsystemen ist neben der erforderlichen Rohrnennweite auch die statische Belastung und die Schweißbarkeit zu berücksichtigen. Ausgehend von der grundsätzlichen Betriebsart als Druck- oder Freispiegelleitung, wird zunächst der benötigte Leitungsquerschnitt ermittelt. Davon ausgehend erfolgt dann die Festlegung der Druckbelastbarkeit des Medienrohres sowie die statischen Anforderungen an das Mantelrohr.

Das Verschweißen der Doppelrohre erfolgt im Rahmen der Schweißrichtlinie DVS 2210-2 – hierbei sind ebenfalls Parameter bei der Gestaltung des Doppelrohres zu beachten.

Die statische Bemessung des Mantelrohres erfolgt nach der Richtlinie ATV-DVWK-A 127. Hierbei werden neben der Beschaffenheit des Bodens sowie der Grabenform auch die Einflüsse von Grundwasser, Verkehrslasten oder anderen Lasten (z.B. Gebäuden, Bahnlasten) berücksichtigt.

Ausgehend von dem Ergebnis der statischen Berechnung für das Mantelrohr und der Anforderung an das Medienrohr erfolgt dann die Festlegung der Rohrkombination. Hierbei kann auf eine ganze Reihe von Standardkombinationen zurückgegriffen werden. Die häufigste Lieferform bei Doppelrohren ist das System für „Simultanschweißung“. Bei diesem System wird das Medienrohr gemeinsam mit dem Mantelrohr simultan mittels Heizelementstumpfschweißung (HS) geschweißt.

Am Markt sind derzeit verschiedene Rohrsysteme aus PE 100 verfügbar. Beispielhaft werden davon drei Rohrsysteme im Folgenden technisch und praktisch erläutert:

Poly-Flo von Agru ist ein äußerst kompaktes Doppelrohrsystem aus hochwertigem PE 100 RC oder PP. Die Rohre und Formteile des Systems werden komplett in einem Fertigungsvorgang extrudiert bzw. formgespritzt. Durch die erheblich reduzierten Bauteilabmessungen ist eine einfache Montage auch bei beengten Platzverhältnissen möglich. Die Abstandhalter im Rohr werden durchgehend extrudiert, sodass das Rohr beliebig gekürzt werden kann. Das Einschweißen von Abstandhaltern nach dem Kürzen oder auch der Einsatz von Festpunkten zwischen Innen- und Außenrohr ist nicht erforderlich. Das System besitzt eine feste Einspannung über die gesamte Rohr- bzw. Formteillänge und ist vom DIBt unter der Nummer Z-40.23-607 zugelassen.

Im Zuge des Neubaus der Seilbahn „Nord“ wurde am Ochsenkopf in Oberfranken im Jahr 2023 unter anderem auch die Neuverlegung der Abwasserleitungen vom Gipfel bis ins Tal ausgeführt. Da die Leitungsführung teilweise innerhalb von schützenswerten Bereichen verläuft, erfolgte die Ausführung dort mit doppelwandigen Rohren aus PE 100 RC. Die Auswahl viel auf das System „Poly-Flo“ der Frank GmbH in der Hauptdimension d 160, SDR 11 – d 225, SDR 17.

Es wurden auch Kontroll- und Schiebeschächte aus PE 100 ausgeführt. In den Schächten erfolgte der Übergang von Doppel- auf Einzelrohr, da hier der Schacht die zweite Barriere darstellt. Weiterhin dienen die Schächte dem Einbau von Schiebern / Armaturen sowie von der Überwachung der Dichtheit der Doppelrohre. Die Verlegung erfolgte überwiegend im „alpinen“ Gelände. Deshalb war das geringe Gewicht der Rohre und Schächte ein großer Vorteil beim Transport zum Einbauort. Der Einsatz von PE 100 RC als Rohrwerkstoff ermöglichte eine „sandbettfreie“ Verlegung. Der Wiedereinbau des Aushubmaterials mittels Schaufelseparator ersparte den aufwändigen Transport von Verfüllmaterial zum Rohrgraben.

Das Schweißen der Rohre erfolgte mit einer handelsüblichen, hydraulischen Grabenmaschine – WIDOS 4900. Es wurde haltungsweise „vorgestreckt“ und anschließend in den Graben eingezogen. Auch das Anschweißen der Rohre an die Schächte erfolgte mit diesem Schweißverfahren. Die Schweißparameter für die Schweißungen wurden von Herstellern übermittelt und im Rahmen einer ausführlichen Schweißeinweisung (mit Probeschweißung) verifiziert.

In Leingarten (Landkreis Heilbronn) musste die Druckleitung vom Pumpwerk des Abwasserzweckverband Leintal zum Gewerbegebiet Böckingen erneuert werden. Auf Grund des Gefährdungspotentials und der Lage der Leitungen – teilweise in der Wasserschutzzone II - war der Einsatz von doppelwandigen Rohrleitungen vorgeschrieben. Der Lastenkatalog für diese Rohrleitungen mit den Eingangswerten Betriebsüberdruck, hydraulische Leistungsfähigkeit und Schutzeigenschaften führte zum Doppelrohrsystem Agrusafe. Zur Ausführung kamen die Dimensionen d 500, SDR 11 / d 710, SDR 17 sowie d 400, SDR 11 / d 560, SDR 17. Als Rohrwerkstoff wurde PE 100 RC gefordert.

Bereits in der Planung wurden die notwendigen Formstücke, wie Festpunkte, Bögen, Flansche und Sensoranschlüsse projektiert. Die permanente Lecküberwachung wird jeweils am Tiefpunkt der Leitung mittels elektronischer Leckage-Sensoren, die mit einem entsprechenden Sensorkabel bis zum Anzeigegerät verbunden sind, sichergestellt.

Die Herstellung der Druckrohre gem. DIN 8074/75 erfolgte in Stangen à 12 m. Aus den Einzelrohren wurde dann am selben Standort die Doppelrohre und notwendige Formstücke hergestellt. Hierbei wird jeweils an den Enden am Innenrohr ein Überstand gegenüber dem Mantelrohr vorgesehen, was die Vorbereitung zum Schweißen (Hobeln) erleichtert.

Um die Montage vor Ort und die Schweißarbeiten etwas zu vereinfachen wurden im Werk auch Etagenbögen und Übergänge auf Einzelrohr vorkonfektioniert. Dafür wurden entsprechende Werkszeichnungen erstellt und zur Abstimmung und Freigabe an die Projektbeteiligten übergeben.

Die Schweißung auf der Baustelle erfolgte mittels HS-Schweißung mit Stumpfschweißmaschinen – das Doppelrohr d 500 / d 710 mit einer Stumpfschweißmaschine bis d 800 mm und das Doppelohr d 400 / d 560 mit einer Stumpfschweißmaschine bis d 630 mm.

Die Schweißparameter wurden im Rahmen einer Schweißeinweisung vor Ort mit dem Baustellenpersonal abgestimmt. Vereinfacht kann gesagt werden, dass mit den Parametern des Innenrohrs geschweißt wird – der notwendige Fügedruck für das Außenrohr wird zum Fügedruck des Innenrohrs addiert. Um die geraden Rohre vorzustrecken, wurde ein entsprechend großes Schweißzelt eingerichtet. So konnten die Arbeiten mit den stationären Schweißmaschinen auch witterungsunabhängig durchgeführt werden. Das „Durchziehen“ des Rohrstranges wurde mit Hilfe von zwei Baggern sowie dem Einsatz von verstellbaren Rollenböcken ermöglicht.

Das Bauvorhaben in Oberlengenhardt (Landkreis Calw) betraf die Modernisierung der Abwasserinfrastruktur, konkret die Aufdimensionierung (von DN 500 auf DN 700) und Neuverlegung eines bestehenden Kanals. Die Umsetzung der Vorgaben gem. DWA-A 142 für die bestehende Wasserschutzzone II unterhalb der Ortslage machte die hier beschriebene Maßnahme erforderlich.

Die wasserrechtliche Genehmigung sah als Rohrwerkstoff PE 100 und als Rohrtyp ein semidoppelwandiges, überwachbares System (wie z.B. PKS-Secutec) gem. DIN EN 16961 vor. Die Hauptmenge wurde in DN 700 ausgeführt. Nach einem Steilstück erfolgte dann eine Aufweitung in DN 900 bis zum Anschluss an ein bestehendes Regenüberlaufbecken.

Die Kontrollschächte wurden ebenfalls semidoppelwandig und überwachbar ausgeführt. Der Überwachungsraum in den jeweiligen Haltungen setzt sich am Zulaufstutzen an den Schächten fort. Somit wird immer eine Haltung und ein Schacht zu einem Überwachungsraum zusammengefasst. Die Anschlüsse für die Dichtheitsprüfung / Überwachung sind in den Schächten, leicht zugänglich angeordnet. Es kann eine Haltungsweise Überprüfung sowie die Prüfung der Durchgängigkeit im Überwachungsraum erfolgen.

Als Schweißverfahren kam bei den Streckenrohren und teilweise auch an den Schachtanschlüssen das Heizelement-Stumpf-Schweißen zum Einsatz. Dafür wurde eine Stumpfschweißmaschine bis d 1200 mit Sonderspanneinsätzen d 820 mm ausgerüstet. Die Schweißungen erfolgten mit angepassten Parametern für das semidoppelwandige Rohr. Für die Rohranschlüsse an die Schächte wurden im Steilstück beidseitig und grundsätzlich am Schachtzulauf eine Kombination aus Heizwendelschweißung und Warmgasextrusionsschweißung eingesetzt. Durch dieses Verfahren wird auch am Schachtanschluss die Durchgängigkeit des Überwachungsraums über die Rohrverbindung hinweg sichergestellt.

Bei diesem Bauvorhaben konnte „alles aus einer Hand“ geliefert und bereitgestellt werden. Von der Herstellung der Rohre und Schächte, über die Bereitstellung der Schweißmaschinen und die Baustellenbetreuung durch den Autor.

Für die unterschiedlichsten Anwendungen im Bereich der kommunalen Abwasserentsorgung, sind angepasste Rohrsysteme aus PE 100 verfügbar, die eine Ausführung gem. DWA-A 142 und entsprechend den Anforderungen des Wasserhaushaltsgesetzes ermöglichen.

Die modernen PE 100-Werkstoffe verbunden mit einer fachgerechten Verarbeitung sichern hier eine mindestens 100-jährige Gebrauchsdauer zu, sodass die nachfolgenden Generationen weiterhin auf sauberes Wasser als Trink- oder Brauchwasser zurückgreifen können.