PE100-RC-Rohre: Grabenlose wirtschaftliche Verlegung im Pflug- und HDD-Verfahren

PE-Rohre sind vergleichsweise leicht, flexibel in der Handhabung und können durch homogene Verbindungen zu einem Rohrstrang verbunden werden. Kennzeichnend sind auch die hochstabilisierten molekularen Strukturen: Bei der Polymerisation werden die Ethylenmoleküle durch geeignete Katalysatoren chemisch zu Makromolekülen (Polyethylen) verbunden. Um längere Seitenketten zu erhalten, kommen bei der Polymerisation Hexen- oder Buten-Copolymere zum Einsatz. Unter der Bezeichnung RC (Resistance to Crack) werden diese Materialien verwendet, um Rohre mit höchstmöglichen Widerständen gegen Punktbelastungen und langsames Risswachstum zu fertigen.

PE100-RC-Rohre können daher ohne Sandeinbettung verlegt werden. Hierdurch…

Der Widerstand gegen langsames Risswachstum wird im Englischen als „Slow Crack Growth“ (SCG) bezeichnet. Rohre mit einem hohen SCG-Wert sind zäh und reagieren robust auf Beeinflussungen. Riefen und Kratzer auf den Rohroberflächen beeinflussen das Druckrohr daher nicht in der zu erwartenden Lebenszeit von 100 Jahren. Der Widerstand gegen Risswachstum sorgt dafür, dass die außen liegende Beeinflussung nicht zu einem Riss/Crack in der Rohrwandung führt. Slow Crack Growth-Ergebnisse korrelieren mit dem Full Notch Creep Test (FNCT).

Der FNCT-Wert umschreibt das Versagen durch sprödes Risswachstum unter konstanter Last. Genau dies entspricht der Belastung eines PE-Druckrohres in einer sandfreien Bettung. Äußere Belastungen und der Innendruck wirken auf das Druckrohr ein.

Der Full Notch Creep Test dient als beschleunigte Prüfmethode zur Bestimmung des Widerstands gegen langsames Risswachstum. Der FNCT nutzt 10x10x100 mm³ Proben mit 4-Kerben, die in einem oberflächenaktiven Medium bei 80–95 °C geprüft werden, um das Slow Crack Growth Verhalten zu simulieren.

Beispielhaft für die Vorteile dieser Rohre lässt sich hier ein Projekt beim Wasserverband Treene nennen. Dieser übernimmt die Wasserversorgung in 48 Gemeinden in den Kreisen Nordfriesland und Schleswig-Flensburg. Einige Hauptversorgungsleitungen müssen dringend erneuert werden. Häufig verlaufen diese Rohrleitungen durch die Zentren der Gemeinden, an Kirchen und denkmalgeschützten Häusern vorbei. Hier muss gehandelt werden. Es geht darum, die Rohrleitungen sicher und schnell neu zu verlegen und aus den Orten und Verkehrsknotenpunkten herauszukommen.

Drei Verfahren wurden hierfür ausgewählt: Die offene Verlegung, das Horizontalspülbohrverfahren (HDD) und das Pflugverfahren. Als Sondervorschlag hat die Thomsen-Gruppe die Durchführung des Pflugverfahrens optimal auf die bestehenden Örtlichkeiten abgestimmt und die Firma Spiderplow beauftragt. Für die ca. 760 m lange Unterquerung der Treene, die sich mittig zwischen der Nord- und der Ostsee durch Schleswig-Holstein schlängelt, hat die Thomsen-Gruppe eine Spülbohranlage mit 45 to Zugkraft eingesetzt. Der Rohrleitungsbau, die Erdarbeiten sowie weitere Horizontalbohrungen inkl. dem Vorrichten der PE-Stränge und diverser Netzeinbindungen erfolgte durch die Firma H. Iwers & Sohn, in Zusammenarbeit mit dem Wasserverband.

Installiert wurden zwei Dimensionen des dreischichtigen Trinkwasserrohrsystems TS^DOQ von Wavin, ein spezielles PE-Rohr mit integrierten Schutzeigenschaften, dessen hohe FNCT-Werte durch eine zusätzliche Fremdüberwachung abgesichert werden.

Als Auftraggeber verfolgt der Wasserverband Treene das Ziel möglichst kosten- und ressourceneffizent sowie unter Wahrung aller Interessen zu bauen. Die bisherige Trinkwasserversorgung durch eine AZ-Rohrleitung DN 600 mm war bedingt durch diverse Rohrbrüche nicht mehr sicher gewährleistet. Mit Rücksichtnahme auf alle Verkehrs- und Agrarflächen, erfolgte eine neue Trassenplanung, in der zwei DA450-PE-Rohrleitungen und DA355-PE-Teilabschnitte die Versorgung zukünftig sichern sollten.

Die HTI Feldtmann KG, NL Rendsburg, sicherte unmittelbar nach der Beauftragung die engen Zeitvorgaben zu Beginn des Projektes. Alle angeforderten Rohrmaterialien kamen just in time, koordiniert mit den Möglichkeiten der Lagerung / Verarbeitung vor Ort.

Nachdem H. Iwers & Sohn ca. 4 Wochen die Verbindung der Einzellängen zu Rohrsträngen durchgeführt hatte, konnte es losgehen. Sehr effektiv ist die schnelle Verlegung im Pflugverfahren. Ca. 5 km im Pflugverfahren und 3 km durch HDD-Bohrung wurden installiert. Die Rohre DA 450 und DA 355, SDR 11, sind über Wochen stumpfverschweißt und sehr arbeitsintensiv auf der Trasse ausgelegt worden. Der Pflug verlegt sie nun mit einer eindrucksvollen Verlegeleistung von bis zu 1.000 m/Tag.

Der Pflug ist bei diesem Bauprojekt in der Lage, ein TS^DOQ-Rohr DA 450 mm mit maximal 2,5 m Sohltiefe (ca. 2 m Überdeckung) einzupflügen. Hierbei werden zwei Windenfahrzeuge mit Gummikettenantrieb und einem Abstützschild als Widerlager eingesetzt, wobei die eingesetzte Kraft über das Zugseil auf das Pfluggerät bis zu 360 Tonnen (180 to pro Windenmaschine) betragen kann. Das Erdreich wird durch das Schwert seitlich auseinander gedrückt. Durch den dahinterliegenden Einführschacht wird das PE-Rohr im Boden abgelegt. Die Bettung gestaltet sich durch den anstehenden Boden und der Verdichtung durch ein anschließendes Einebnen. TS^DOQ kann diese undefinierte Bettung durch den extrem hohen Widerstand gegen Punktbelastungen und Rissfortpflanzung absichern.

Die Vorteile von Pflugverfahren wie Spiderplow sind:

Thomsen Bohrtechnik und Firma H. Iwers & Sohn führten die notwendigen Unterquerungen von Straßen, Gewässern, Kanälen und Gleisanlagen in verschiedenen Bauabschnitten durch. Besonderer Fokus lag hierbei auf eine umweltschonende Realisierung. Der vorhandene Baumbestand sollte unbeeinflusst bleiben und besondere Rücksicht war geboten, um Einschränkungen für die Anwohner und angrenzenden Liegenschaften zu verhindern. Höchstens einseitig kurze Beeinflussungen der Bundesstraßen waren akzeptabel. Die grabenlose Verlegung im HDD-Verfahren ist in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen.

Auf angrenzenden asphaltierten Zuwegungen und Wendeflächen können die notwendigen Gerätschaften positioniert werden. Durch die hohen Flexibilitäten und Festigkeiten des Werkstoffes Polyethylen konnten die Abschnitte wie geplant verlegt werden. Unter Verkehrsflächen und teilweise unter dem Baumbestand verläuft die neue Trassenführung der PN16-PE-Rohrleitung. Nach der ersten Pilotbohrung wird über das Bohrgestänge mit einem sog. Räumer der Bohrkanal erweitert und im Nachgang das TS^DOQ-Rohr eingezogen. Die finale Bettung im Erdreich ist unbestimmt, daher sind für HDD-Verfahren derartig hochwertige PE100-RC-Rohre einzusetzen.

Für die Stumpfschweißungen sind überdachte Arbeitsbereiche geschaffen worden, um die 12-m-Stangenware definiert zu fügen und zu verschweißen. Bei diesen Arbeiten werden die Vorteile der relativ leichten PE-Rohre im Gegensatz zu Stahl- und Gussrohren schnell offenbar. Ein TS^DOQ-Rohr DA 450, SDR 11, wiegt ca. 36 kg pro Meter. Ein TS^DOQ-Rohr DA 355, SDR 11, wiegt ca. 22 kg pro Meter.

Die außenliegenden Schweißwülste werden entfernt. Die innenliegende Schweißwulst verbleibt im Rohrquerschnitt. Die dadurch entstehenden Druckverluste sind sehr gering und vernachlässigbar. Unser Nachweis ergab bei einem Durchfluss von 250 m³/h in den beiden DA450-Abschnitten einen rechnerischen Druckverlust von nur ~ 0,015 bar durch den Verbleib der Schweißwülste im Rohr. Bei dem Abschnitt 2+317 bis Leitungsende wurden zusätzlich noch vier Bögen à 45° einberechnet. Auch diese bringen keine nennenswerten Druckverluste.

Außergewöhnlich hohe RC- und SCG-Eigenschaften bietet das dreischichtige Wavin TS^DOQ. Der königsblaue Ineos-Rohstoff „Eltex Superstress N 8000“ ist in der KRV-Rohstoffliste aufgeführt. Wavin fertigt dieses Trinkwasserrohr mit DIN EN ISO 15494-/DIN EN 12201-/DIN EN 1555-Nachweisen gemäß DVGW-Arbeitsblatt GW 335. Ein zusätzliches Zertifikat für den Widerstand gegen Rissfortpflanzung und Punktbelastungen ist die PAS 1075-Zertifizierung nach DIN CERTCO ZP-Vorgaben. Die Schutzeigenschaften des Rohres liegen deutlich über den Anforderungen der PAS 1075. Auf Basis der PAS 1075-Zertifizierung bietet TS^DOQ eine zusätzliche „DOQumentierte“ Qualität durch eine Fremdüberwachung von Hessel Ingenieurtechnik. Dieses unabhängige Prüfinstitut prüft die Rohrproduktion jeder Rohstoffharge auf einen FNCT-Wert von ≥ 8760 h.

Die drei Rohrschichten sind koextrudiert und bilden zusammen eine homogene Rohrwandung. Alle notwendigen Schutzeigenschaften sind in der Rohrwandung integriert. Das Rohr benötigt keine zusätzlichen Ummantelungen. Mit der Lieferung erhält der Trinkwasserverband ein Abnahmeprüfzeugnis. Dieses dokumentiert für jede Lieferung aus einer Rohstoffcharge die Eigenschaften des Rohstoffes und auch der gelieferten Rohre mit einem FNCT-Wert von ≥ 8760 h.

Das TS^DOQ-Rohr kann die undefinierten Bettungen im Pflug- und im HDD-Verfahren absichern. Für den Einsatz gibt es keine Einschränkung der Korngröße. Die Vorgaben für die Rohrgraben-Verdichtung durch den Auftraggeber müssen jedoch eingehalten werden.

Beim Pflugverfahren gilt ein besonderes Augenmerk den Biegeradien. Etabliert sind die herkömmlichen Biegeradien von PE-Rohren bei 20 °C (20 x OD) / 10 °C ( 35 x OD) / 0 °C (50 x OD). Bei 20 °C hätte ein PE100-RC Rohr OD (outside diameter) 450, SDR 11, im herkömmlichen Rohrleitungsbau einen Biegeradius von 20 OD = 9.0 m (Tabelle 1.).

Wird der Rohrstrang jedoch in das Pflugschwert eingebracht, so entsteht ein freier Biegeradius. Hier ist es wichtig, PE-Rohre mit ausreichender Wanddicke (SDR 11) und einer homogenen Rohrwandungen zu verwenden. Der Prozess soll reibungslos laufen, unabhängig davon ob morgendliche Verhältnisse oder sonnige Temperaturen am Nachmittag auf die Baustelle einwirken. Die GW 324 (Tabelle 1) spezifiziert die Kurzzeit-Mindestbiegeradien beim Einpflügen bei 20°C und bei 0°C und beschreibt die Belastung wie folgt:

„Beim Einbau ist eine Beschädigung der PE-Rohre im Sinne einer Reduzierung Ihrer Langfestigkeit auszuschließen, insbesondere über ein Überdehnen bzw. Knicken. Sofern die kurzzeitigen Mindestbiegeradien nach der Tabelle nicht unterschritten werden, kann davon ausgegangen werden, dass keine Beschädigungsgefahr besteht.“

Tab.2: Spezielle Biegeradien für das Einpflügen von PE-Rohren [4]

Die maximal möglichen Zugkräfte waren vornehmlich bei den HDD-Bohrungen zu beachten. Bei den installierten Strecken wurden weitestgehend kurze Einzüge für Fluss und Straßenquerungen durchgeführt, welche bei weitem nicht an die zulässigen Zugspannungen herangereicht haben. Für die beiden Nennweiten ergaben sich bei 20 °C zulässige Zugspannungen [30 min. Beanspruchung 10 Mpa] von 526 kN (DA 450 x 40,9 mm) und 327 KN (DA 355 x 32,2 mm).

PE-Rohre sind robust, nachhaltig und auf 100 Jahre betriebssicher. Beim Vergleich der Investition / Abschreibung mit konservativen Rohrmaterialien wie Guss oder Stahl herrschen zeitlich ebenbürtige Bemessungsgrundlagen. Die hohen Widerstände der PE100-RC-Rohre machen außerdem alternative Verlegungen wie beim Wasserverband Treene möglich. Dies schafft bisher unvorstellbare Erleichterungen für Netzbetreiber, die ausführenden Unternehmen und auch alle indirekt Beteiligten. Im Verbund erfüllen diese Faktoren die heutigen Anforderungen an einen kosten- und ressourceneffizienten Rohrleitungsbau.

[1] Polymer Service GmbH Merseburg, Lexikon der Kunststofftechnik, „Kunststoffprüfung u. Diagnostik“

[2] Bildaufnahmen der Baustelle WV Treene, Sept. 2025, R.Glanert
[3] Spiderplow, Technische Unterlagen Webseite

[4] GW 324, August 2007, Fräs- und Pflugverfahren für Gas- und Wasserrohrleitungen; Anforderungen, Gütesicherung und Prüfung, Tabelle 6

[5] Thomsen-Gruppe, Technische Info HDD Webseite