3.3 Kanalisation

Leitfaden → 3 Alternative Maßnahmen und Entscheidungsfindung

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Im Bereich der Kanalisation wurden im RekoTi-Projekt grundsätzlich verschiedene Verfahren der Kanalsanierung untersucht. Dabei wurden grabenlose Bauverfahren (insbesondere Inliner) und der Einsatz von Flüssigboden als potenziell ressourcensparend identifiziert.

Sanierung

Zur Sanierung von Abwasserkanälen gibt es verschiedene Sanierungsverfahren, die in drei Bereiche eingeteilt werden. Die Verfahren werden gemäß DIN EN 752 wie folgt kategorisiert und definiert:

• Reparaturverfahren: „Maßnahmen zur Behebung örtlich begrenzter Schäden“
• Renovierungsverfahren: „Maßnahmen zur Verbesserung der aktuellen Funktionsfähigkeit von Abwasserleitungen und -kanälen unter vollständiger oder teilweiser Einbeziehung ihrer ursprünglichen Substanz“
• Erneuerungsverfahren: „Herstellung neuer Abwasserleitungen und -kanäle in der bisherigen oder einer anderen Linienführung, wobei die neuen Anlagen die Funktion der ursprünglichen Abwasserleitungen und -kanäle einbeziehen“

Alle Verfahren sind Maßnahmen zur Wiederherstellung oder Verbesserung von vorhandenen Entwässerungssystemen. Innerhalb dieser Gruppen gibt es unterschiedliche Verfahren und Techniken zur Sanierung der Kanäle, die im Folgenden ausführlicher erläutert werden.

Reparatur

Bei den Reparaturverfahren handelt es sich um Maßnahmen, die zur Behebung von punktuellen Schäden eingesetzt werden. Diese Verfahren ermöglichen eine effiziente und grabenlose Bauweise, um die kleinräumigen Schäden zu sanieren und so die Lebensdauer der Kanäle zu verlängern. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass der vorhandene Kanal nur örtlich begrenzt ausgebessert wird und weiterhin genutzt wird, sodass der Materialverbrauch, der anfallende Abfall und die verbleibenden Baustoffe im Erdreich reduziert werden. Die Reparaturarbeiten werden beispielsweise bei Schäden wie Wurzeleinwuchs oder Leckagen eingesetzt; unter der Voraussetzung, dass der Kanal ansonsten noch in einem baulich ausreichend guten Zustand ist. Bei steigender Anzahl der Einzelschäden innerhalb einer Kanalhaltung werden die Reparaturverfahren zunehmend unwirtschaftlich. In solchen Fällen, und auch falls der restliche Kanal grundlegende Schäden aufweist, sollten stattdessen Renovierungs- oder Erneuerungsverfahren in Betracht gezogen werden.

Im Rahmen der Reparatur gliedern sich die Verfahren in Ausbesserungsverfahren (Roboterverfahren wie z. B. Fräsroboter oder Spachtelroboter), Abdichtungsverfahren (Kurzliner, Innenmanschetten) und Injektionsverfahren (Flutungsverfahren, Injektion von Kunstharz, Mörtel in Risse und Hohlräume). Die durchschnittliche Nutzungsdauer liegt je nach Reparaturverfahren zwischen 4 und 15 Jahren.

Bei den Ausbesserungsverfahren werden einzelne Fehlstellen durch Fräsen, Spachteln etc. behoben. Dazu werden oft Roboterverfahren verwendet. Durch einen Einstiegsschacht gelangen die Roboter mit Inspektionskameras in den Kanal. Die Steuerung wird von Fachpersonal via Monitor vom Einsatzfahrzeug ferngesteuert durchgeführt und überwacht. Grundsätzlich können die Roboterverfahren in sich abgeschlossene Reparaturen sein oder als Vorarbeiten bzw. Nacharbeiten bei anderen Verfahren (z. B. Renovierungsverfahren wie Schlauchliner) dienen. Falls die Kanäle einen ausreichend großen Durchmesser besitzen, kann auch eine händische Sanierung in begehbaren Kanälen erfolgen.

Die Abdichtungsverfahren beinhalten hauptsächlich Kurzliner und Innenmanschetten. Die Kurzliner sowie Hutprofile und T-Stücke gehören zu den Reparaturen mit vor Ort härtenden Materialien. Während Kurzliner zur Reparatur von Kanälen verwendet werden, kommen Hutprofile und T-Stücke bei der Reparatur von Anschlussleitungen zum Einsatz. Mit einem Kurzliner werden Risse, Löcher, schadhafte Muffen und Scherbenbildungen bei Kanalsanierungen repariert.

Der Kurzliner besteht aus einem Trägermaterial (z. B. mehrlagige Glasfasermatte), das mit Reaktionsharz imprägniert ist. Korrosionsbeständige Glasfaserkomplexe ohne Beschichtungen dienen als Trägermaterialien bei der Anwendung. Das Harz (z. B. Epoxidharz oder Polyurethanharz) wird auf das Trägermaterial aufgetragen und eingearbeitet. Anschließend wird das getränkte Trägermaterial auf den vorbereiteten Packer, der ein „fahrbares Gerät auf Rollen oder Gleitkufen zur Einbringung und Fixierung der Sanierungsmaterialien“ darstellt, gewickelt. Der flexible Kurzliner wird dann mithilfe des Packers an die schadhafte Stelle im Kanal eingeführt. Durch die Anwendung von Druckluft wird der Kurzliner gegen die innere Rohrwand gedrückt. Dadurch erfolgt eine Verklebung des Kurzliners mit dem vorhandenen Rohr. Auf diese Weise wird eine dauerhafte Verbindung hergestellt und die Schadstelle repariert.

Im Gegensatz zu vor Ort härtenden Materialien wird beim Einsatz von Innenmanschetten kein Kunstharz benötigt. Die Innenmanschetten bestehen überwiegend aus Edelstahl (teilweise auch Elastomermanschette) und werden ebenfalls zur Wiederherstellung des Sollzustandes bzw. Stabilisierung und Abdichtung bei örtlich begrenzten Schäden eingesetzt. Der Einbau der Manschetten folgt einem ähnlichen Verfahren wie beim Kurzliner. Auch hier werden die Manschetten mit Hilfe eines Packers an die beschädigte Stelle gebracht und dort aufgeweitet. Nach vorzeitiger Reinigung und Inspektion des betroffenen Abschnitts wird mit Hilfe eines Versetzpackers eine Edelstahlmanschette mit Kunststoffdichtung auf das beschädigte Rohr positioniert. Die Fixierung an der Rohrwandung erfolgt durch mechanisches Aufweiten und kraft-/formschlüssiges Befestigen auf Kompressionsbasis. Somit ist eine Abdichtung und Stabilisierung des beschädigten Bereichs gewährleistet.

Im Bereich der Injektionsverfahren erfolgt die Reparatur von größeren Rissen oder Löchern im Kanal durch Packersysteme, bei denen Mörtel oder Harze in den beschädigten Bereich injiziert werden, oder durch komplettes Fluten eines längeren Abschnittes der Kanalhaltung. Diese Materialien ersetzen das fehlende Rohrmaterial vollständig und stellen eine formschlüssige und effektive Abdichtung sowie eine Stabilisierung um die Schadstelle sicher. Das Maß der abdichtenden und stabilisierenden Wirkung ist dabei vom eingesetzten Injektionsgut abhängig.

Bei allen genannten Verfahren hängt die Wahl maßgeblich von dem vorliegenden Schadensbild des Kanals ab. Bei Abflusshindernissen wie einragende Anschlussleitungen oder verfestigten Ablagerungen werden diese z. B. mit Fräsrobotern entfernt und bei Undichtigkeiten, die zu Exfiltration bzw. Infiltration führen, werden eher die o.g. Abdichtungsverfahren oder Injektionsverfahren genutzt. Injektionsverfahren werden unter anderem auch als temporäre Abdichtung für ein Sanierungsverfahren wie Kurzliner eingesetzt. Besonders Kurzliner und Edelstahlmanschetten finden in der Praxis aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und ihrer Effektivität häufig Anwendung.

Die Reparaturverfahren werden hier nur der Vollständigkeit halber genannt. Es erfolgt keine Lebenszyklusauswirkung der einzelnen Verfahren, da es sich im Vergleich zu den Renovierungs- und Erneuerungsverfahren, um kleinteilige Techniken handelt, die von geringerer Bedeutung sind. Während bei den Renovierungs- und Erneuerungsverfahren lange Kanalabschnitte saniert werden, kommen die Reparaturverfahren nur bei Längen von z. B. 1 m pro Schaden zum Einsatz. Zudem nimmt der Anteil an Reparaturverfahren ab und der Anteil an Renovierungsverfahren stetig zu. Da viele Kanäle bereits sehr alt sind und der Gesamtzustand des Kanals sanierungsbedürftig ist, reichen Reparaturmaßnahmen nicht aus und eine Renovierung oder Erneuerung ist erforderlich.

Daher liegt das Hauptaugenmerk auf großflächigen Sanierungen mit umfangreichen Renovierungs- und Erneuerungsverfahren, da diese Verfahren maßgeblichere Auswirkungen auf den Ressourcenverbrauch, die Treibhausgasemissionen etc. haben. Die kleinräumigen Sanierungen durch Reparaturarbeiten sind in dieser Hinsicht, auch abgesehen von der unzureichenden Datenlage hinsichtlich Lebenszyklusauswirkungen dieser Art der Kanalsanierung, weniger relevant. Die Reparaturverfahren dienen primär dazu, lokale Schäden und Defekte in den Kanalrohren zu beheben. Sie zielen darauf ab, die Funktionsfähigkeit der bestehenden Rohre wiederherzustellen. Im Gegensatz dazu konzentrieren sich Renovierungs- und Erneuerungsverfahren auf eine umfassendere Instandsetzung und Verbesserung des gesamten Kanalsystems.

Renovierung am Beispiel des Schlauchlinings

Beim Inliner Verfahren handelt es sich um ein Verfahren der Kanalrenovierung. Anders als bei den Reparaturverfahren ermöglichen die Verfahren der Renovierung eine Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit eines beschädigten Kanals durch vollständige Innenauskleidung entlang eines gesamten Kanalabschnitts. Sie kommen bei einer hohen Anzahl von Schäden über die gesamte Rohrlänge (z. B. Risse, Undichtigkeiten, Korrosion) zum Einsatz.

Die Verfahren der Renovierung werden in Beschichtungsverfahren und Reliningverfahren (Auskleidungsverfahren) unterschieden. Bei den Beschichtungsverfahren (wie beispielsweise das Anschleudern von Zementmörtel) wird das alte Rohr mit einem neuen Material beschichtet. Auf diese Verfahren wird jedoch aufgrund der untergeordneten Relevanz im Vergleich zu den Reliningverfahren nicht weiter eingegangen. Zu den Reliningverfahren gehören insbesondere alle Arten von Liningverfahren (z. B. Wickelrohrverfahren, Schlauchliningverfahren, Rohrstranglining und Close-Fit-Lining). Bei diesen Verfahren wird ein neues Rohr in das vorhandene Altrohr eingebaut. Der vorhandene Kanal wird dabei teilweise oder vollständig zur Aufnahme äußerer Lasten einbezogen. Im Allgemeinen wird auf das Aufgraben des Erdreichs verzichtet und stattdessen eine minimalinvasive Methode angewendet, bei der das alte Rohr mit einem neuen Rohr ummantelt wird. Diese Vorgehensweise wird als grabenlose oder geschlossene Bauweise bezeichnet, da der Einsatz allein über die zwei Schächte einer Haltung erfolgt und die Straße nicht aufgerissen werden muss. Das resultiert in vielen Vorteilen wie beispielsweise kürzere Projektzeiten, keine stark ausgeprägte Verkehrsbeeinträchtigung und einer hohen Wirtschaftlichkeit.

Die Anwendung eines Renovierungsverfahrens geht in der Regel mit einem gewissen Verlust des Kanalquerschnitts einher, was zu einer verringerten hydraulischen Leistung des Kanals führen kann. Daher sollte im Vorhinein geprüft werden, ob diese Verringerung des hydraulischen Querschnitts vom System aufgenommen werden kann. Grundsätzlich lässt sich jedoch festhalten, dass der Querschnitt nur in einem geringen Maße verjüngt wird und in den meisten Fällen ein Einbau eines Liners unproblematisch ist. Besonders bei dünnwandigen Linersystemen wie das Schlauchlining ist dieser Aspekt zumeist vernachlässigbar.

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Schlauchlining-Technologie als das führende Verfahren in der grabenlosen Kanalsanierung etabliert. Schlauchliner zählen weltweit und auch in Deutschland zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren zur Rohrsanierung. Das Verfahren wird als Schlauchlining bezeichnet und das neu erstellte Rohr nennt sich Schlauchliner. Bei dem Schlauchlining-Verfahren wird ein flexibler Schlauch in den zu sanierenden Kanal eingeführt. Der Schlauch besteht aus einem Träger- und/oder Verstärkungsmaterial, das mit Folien/Beschichtungen versehen sein kann und in Reaktionsharz imprägniert ist. Die Erhärtung des Harzes beruht auf dem Vorgang der Harzpolymerisation, der durch Wärme oder Licht aktiviert und beschleunigt wird. Der Erhärtungsvorgang des Schlauchliners wird während der Sanierung entweder bei der Warmhärtung mit Warmwasser oder Wasserdampf durchgeführt oder bei der Lichthärtung mit UV-Strahlen. Beim Einbau wird zwischen dem Inversions- und Einzugsverfahren unterschieden. Das Einzugsverfahren beinhaltet den Einzug des Schlauchliners in den Kanal mithilfe einer Seilverbindung und Winde, die vom Einstiegsschacht bis zum Endschacht der Haltung läuft. Im Gegensatz dazu wird beim Inversionsverfahren der Schlauchliner mit Wasser oder Luft als Vortriebs- und Aufstellmedium in den Kanal gestülpt (inversiert). Es bildet sich eine nahtlose und dauerhafte Kunststoffschicht, die den vorhandenen Kanal auskleidet. Dadurch werden Risse, Undichtigkeiten und andere Schäden effektiv abgedichtet.

Das hergestellte Rohr im Altrohr ist üblicherweise (abhängig von der Materialzusammensetzung) unabhängig vom Altrohr und selbsttragend bei externen und internen Lasten. Durch die Variation der Wandstärke der Liner können die statischen Anforderungen hinsichtlich Altrohrzustand, Verkehrslasten etc. aufgenommen werden. An den renovierten Kanal mit Schlauchliner werden die gleichen Anforderungen gestellt wie an einen gänzlich neuen Kanal. Da der Schlauchliner erst vor Ort auf der Baustelle durch das Imprägnieren des Harzes vollständig hergestellt ist und im Altrohr ausgehärtet, wird von einem bauseitigen und vor Ort härtenden Liner gesprochen. Aus diesem Grund wird der Liner in der englischsprachigen Literatur auch Cured-In-Place-Pipe (CIPP) genannt.

Vor dem Einbau des Liners müssen jedoch vorbereitende Baumaßnahmen stattfinden. Diese Maßnahmen sind maßgeblich von dem vorzufindenden Schadensbild abhängig. Im Allgemeinen werden folgende Arbeiten erforderlich:

- Außerbetriebnahme des zu renovierenden Kanals

- Reinigung des Kanals durch z. B. Hochdruckspülverfahren

- Hindernisse (Wurzeleinwuchs, Ablagerungen, einragende Anschlussleitungen etc.) sind mithilfe von beispielsweise Fräsrobotern zu entfernen

- bei z. B. Undichtigkeiten oder fehlenden Wandungsteilen sind im Vorfeld Reparaturverfahren wie Injektionsverfahren nötig

- vorhandene Anschlussleitungen, die in die Haltung anbinden, müssen vermessen werden, um sie im Nachgang wieder ordnungsgemäß anzuschließen

- abschließende Inspektion zur Kontrolle der abgeschlossenen Maßnahmen

Nach dem Einbau hat eine Inspektion mittels Kamera und eine Dichtheitsprüfung gemäß DIN EN 1610 zu erfolgen. Die durch den Schlauchliner verschlossenen Anschlussleitungen werden mithilfe eines Fräsroboters freigeschnitten und dann mittels verschiedener Anbindungsverfahren an den harten Schlauchliner kraftschlüssig und dicht verbunden. Ebenso muss die Anbindung und Abdichtung an die Schächte erfolgen. Eine letzte optische Inspektion ermöglicht die Überprüfung der gesamten Baumaßnahme. Um die Qualitätssicherung sicherzustellen, wird eine Probe des Schlauchliners entnommen und verschiedene Prüfverfahren unterzogen, die im DWA-Arbeitsblatt 143-3 festgeschrieben sind.

Das Verfahren des Schlauchlinings kann grundsätzlich in allen Querschnittsformen (meist Kreis- und Eiprofile) und bei Durchmessern von DN 100 bis über 2000 mm eingesetzt werden. In Abhängigkeit des gewählten Materials und Einbauverfahrens können sich systembedingt leichte Unterschiede hinsichtlich des Einsatzbereichs ergeben. Da jede Baumaßnahme ein Unikat ist, gibt es kein universell einsetzbaren Schlauchliner, sondern die Materialwahl und das Einbauverfahren ist immer in Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen zu wählen. Der Schlauchliner kann unabhängig vom vorhandenen Werkstoff des Altrohres sowohl im Freigefälle als auch im Druckleitungsbereich eingesetzt werden. Aufgrund der Komplexität des Systems zwischen Druckschlauchliner, Altrohr und Boden gelten allerdings andere Anforderungen an das Material, die Anschlusstechniken etc. für den Druckleitungsbereich. Bei Reparaturarbeiten kann die Sanierung auch mit Kurzlinern durchgeführt werden.Er

Erneuerung

Die Verfahren der Erneuerung beinhalten die Sanierung von stark beschädigten Rohren durch den Einsatz von neuen Rohren, um die Funktionsfähigkeit der Kanalnetze langfristig sicherzustellen. Dabei wird zwischen offener und geschlossener bzw. grabenloser Bauweise unterschieden. Die vollständige Erneuerung in offener Bauweise bleibt nach wie vor das am häufigsten angewendete Verfahren bei der Erneuerung. Innerhalb der Erneuerung werden etwa 75 % in der offenen Bauweise durchgeführt während der restliche Teil in geschlossener Bauweise erfolgt. Als geschlossene Bauweise der Erneuerung kommt beispielsweise das Berstverfahren zum Einsatz. Die Erneuerungsverfahren werden angewendet, wenn eine Vielzahl von stark beschädigten Rohrabschnitten vorliegen. Je größer das Ausmaß der Schäden in einer Haltung ist, desto unwirtschaftlicher wird der Einsatz von Renovierungsverfahren. Es gilt jedoch auch: Je tiefer der sanierungsbedürftige Kanal liegt, desto eher können aufgrund des Aufwandes bzgl. Bodenaushub und Einsatzgeräte geschlossene Verfahren im Vergleich wirtschaftlicher erscheinen. Die Wahl des geeigneten Verfahrens ist im Einzelfall zu entscheiden.

Erneuerung in offener Bauweise

Die Erneuerung in offener Bauweise ist ein gängiges Verfahren bei schweren Schäden in größerem Umfang und ist mit einem Kanalneubau gleichzusetzen. Es handelt sich um ein bewährtes Verfahren mit sicherem Sanierungserfolg. Bei dem Verfahren werden die Altrohre vollständig entfernt und durch neue Rohre ersetzt, die anders als beim Schlauchlining werkseitig hergestellt und einbaubereit auf die Baustelle geliefert werden. Um den sanierungsbedürftigen Altkanal entnehmen zu können, muss angesichts der Arbeiten in offener Bauweise der Straßenaufbau sowie das Erdreich aufwendig entfernt und nach Verlegung der neuen Rohre erneuert werden. Der Aufwand des Verfahrens ergibt sich in Abhängigkeit der Tiefenlage, der Oberfläche und des Bodenmaterials. Infolge der starken Beeinträchtigung der Oberfläche für die Straße und den Verkehr hängt die Wahl des Sanierungsverfahrens auch davon ab, ob noch die Straßen- und/oder Verkehrsplanung in naher Zukunft ohnehin die vorliegende Straße aufgrund von Baumängel oder Umnutzungen ersetzen wird. Falls die Straße sowieso aufgerissen wird, dann erweist sich die Erneuerung in offener Bauweise auf lange Sicht als sinnvoll, obgleich die Schäden nicht so gravierend sind und eigentlich einzelne Reparaturarbeiten oder eine Renovierung angemessen wäre.

Nach der Baustelleneinrichtung und Absperrung der Baustelle erfolgt zuerst das Entfernen des Straßenoberbaus (1). Als nächstes wird die Baugrube ausgehoben und der Baugrubenverbau eingesetzt (2). Dann werden die Kanäle entfernt (3) und die neuen Kanäle eingebracht (4). Nach Einbau der neuen Rohre (inkl. Anbindung an Schächte bzw. Seitenzuläufe) und Qualitätsüberprüfungen (z. B. Dichtheitsprüfung) wird der Graben wieder lagenweise verfüllt und verdichtet (5). Abschließend wird der Straßenaufbau wiederhergestellt (6) und die Baumaßnahme ist vollendet.

Es sei darauf hingewiesen, dass vor Beginn der Arbeiten alle vorhandenen Anschlusskanäle außer Betrieb zu setzen sind und der Abwasserfluss durch geeignete Vorflutsicherung gewährleistet sein muss. Im innerstädtischen Straßenbereich wird die Baugrube i. d. R. mithilfe eines Baugrubenverbaus angelegt. Der Verbau verhindert das seitliche Einstürzen des Erdreichs in die Baugrube, das Eindringen des Wassers (in Abhängigkeit des Grundwasserspiegels) und schützt neben der Baugrube auch die Menschen innerhalb und außerhalb der Grube. In Abhängigkeit der Tiefenlage und der Höhe des Grundwasserspiegels kann ggf. eine Grundwasserabsenkung und Wasserhaltung erforderlich sein. Es ist diesbezüglich darauf zu achten, dass für Grundwasserabsenkungen und -einleitungen eine wasserrechtliche Erlaubnis eingeholt werden muss. Durch die Erstellung einer Baugrube ist es möglich, den neuen Kanal den zukünftigen Anforderungen optimal anzupassen. Es besteht die freie Entscheidungsmöglichkeit bezüglich der Querschnittsform, Nennweiten, des verwendeten Materials, der Tiefenlage und der Trassenführung. Besonders bei der Erneuerung in offener Bauweise (aber auch bei allen anderen Sanierungsverfahren) ist die Koordinierung der Tätigkeiten im Straßen- und Bodenraum von großer Bedeutung, um gegenseitige Beschädigungen zu vermeiden. Voruntersuchungen, beispielsweise Kampfmittelüberprüfungen und Bodengutachten, sind bei derartigen Eingriffen in den Baugrund zwingend erforderlich. Außerdem ist es unerlässlich, im Vorhinein alle Informationen zu kreuzenden oder parallel verlaufenden Leitungen zu besitzen, da bei der Durchführung der Sanierungsmaßnahme angrenzende Außenanlagen wie Gas-, Wasser- und Wärmeversorgungsleitungen gefährdet werden können.

In dem fiktiven Anwendungsszenario müssen die schadhaften 100 m Kanal (ohne Anschlussleitungen) aus Steinzeug durch neue Schmutzwasserkanäle des Durchmessers DN 300 aus Steinzeug ausgetauscht werden. Da ein Abwasserrohr keine Baulänge von 100 m aufweist, werden die einzelnen Abschnitte der Steinzeugrohre mit Steckmuffen aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk) zu einem durchgehenden Kanal verbunden. Der Werkstoff Steinzeug ist eine typische Materialart für Schmutzwasserrohre, da es sich unter anderem durch seine Langlebigkeit, chemische Beständigkeit gegenüber Abwasserinhaltsstoffen und guten technischen Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Tragfähigkeiten und Robustheit bei mechanischen Belastungen, auszeichnet. Bei fachgerechter Ausführung liegt die durchschnittliche Nutzungsdauer des Verfahrens bei Steinzeugrohren zwischen 80 und 100 Jahren. Daher wird der Mittelwert mit 90 Jahren angenommen. Analog zur Lebenszyklusbetrachtung des Schlauchlining werden die quantifizierbaren Kriterien auf ein Jahr der angenommen Nutzungsdauer von 90 a bezogen. Für die Steckmuffen wird ebenfalls diese Nutzungsdauer gewählt. Zudem fallen während dieses Prozesses Materialabfälle an (z. B. Asphalt und alte Kanalrohre), die bei der Abfallbehandlung und Entsorgung in die Betrachtung einbezogen werden. Die erwartbare Nutzungsdauer des Straßenoberbaus wird mit 20 Jahren gewählt. Ferner werden die Aufwendungen für Aushubarbeiten des Bodens berücksichtigt. Hinsichtlich des ausgehobenen Bodens wird die Annahme getroffen, dass der Boden auf der Baustelle zwischengespeichert wird und nach Einbau der neuen Rohre wieder eingebaut wird, da es sich nicht um kontaminiertes Bodenmaterial handelt. Das Material des Bodenaushubs ist hier gemäß § 4 Abs. 1 KrWG als Nebenprodukt und nicht als Abfall anzusehen. In Bezug auf die Baugrubengröße werden folgende Randbedingungen getroffen. Die Abmessung der Baugrube betragen 3 m Tiefe (Rohrsohle liegt bei 3 m unter der Geländeoberkante, da im Trennsystem der Schmutzwasserkanal tiefer als Regenwasserkanal liegt (siehe Abbildung 2)), 1 m Breite und eine Länge von 100 m. Nach Fertigstellung der Erneuerungsarbeiten wird die Baugrube mit dem vorher entnommenen Bodenmaterial verfüllt und der Straßenoberbau (bestehend aus Asphaltdeck-, binder- und -tragschicht) erneuert. Da der Grundwasserspiegel tiefer als 3 m liegt, ist keine Grundwasserabsenkung notwendig.

Berstverfahren

Das Berstverfahren ist ebenfalls ein Sanierungsverfahren der Erneuerung. Im Gegensatz zur offenen Bauweise wird dieses Verfahren in geschlossener Bauweise durchgeführt. Es gehört zu den Lining-Verfahren und wird daher auch Berstlining genannt (in englischsprachiger Literatur: Pipe-Bursting) Es handelt sich um einen unterirdischen Austausch der gesamten Kanalhaltung in gleicher Trassenführung durch die Zerstörung und Verdrängung des Altrohres bei gleichzeitigem Einzug eines neuen Rohres. Das Berstverfahren wird zwischen dem dynamischen und statischen Berstverfahren unterschieden. Beide Verfahren beruhen auf der Verwendung eines Berstkörpers (Berstmaschine), der Kräfte in die vorhandene Rohrleitung einleitet, um diese zu zerstören und radial in den umliegenden Baugrund zu verdrängen. Daher ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens, dass die alten schadhaften Rohre im Untergrund bleiben. Der druckluftbetriebene Berstkörper wird mithilfe einer Seilwinde durch das Altrohr gezogen. Der Berstkörper und die Zugkraft der Seilwinde übertragen die erforderliche Energie, um das Altrohr zu brechen. Der nachfolgende Aufweitkörper drückt die Überreste des alten Rohres in den umgebenen Boden. Die neuen Rohre sind mit dem Aufweitungskörper verbunden und werden unmittelbar nach der Zerstörung in den entstandenen Hohlraum platziert. Zuvor müssen die einzelnen Rohre mit Muffenverbindungen im Startschacht mithilfe der Spannvorrichtung verspannt werden. Für die Rohre eigenen sich alle für Abwasser gängigen Rohrwerkstoffe. Der Durchmesser der neuen Rohre entspricht in etwa dem Durchmesser des Altkanals, da die neuen Rohre in den verdrängten Bereich eingebaut werden. Eine Aufweitung des Durchmessers ist in geringem Maße möglich. Das Verfahren bietet sich beispielsweise bei hydraulischen Sanierungen an, wenn die Durchmesser der vorhandenen Kanäle leicht erhöht werden müssen. Da beispielsweise das Schlauchlining den hydraulischen Querschnitt leicht reduziert, kann das Berstverfahren zur Vergrößerung des hydraulischen Querschnitts eingesetzt werden. Es ist außerdem bei jeglicher Schadensart des Altrohrs anzuwenden und (in Abhängigkeit des Altrohrs) sind Nennweitenbereiche von DN 50 bis DN 1200 möglich. Es ist zu beachten, dass es bei der Durchführung des Verfahrens (vor allem bei dynamischer Errichtung) der umliegende Untergrund beeinträchtigt wird und naheliegende Versorgungsleitungen durch die Arbeiten beschädigt werden können. Deshalb ist es zwingend erforderlich, Informationen über andere Leitungen von Versorgungsträgern einzuholen und bei vorhandenen Fremdleitungen die notwendigen Mindestabstände einzuhalten. Außerdem müssen Informationen über den umliegenden Boden vorhanden sein, da es sich um einen verdrängungsfähigen Baugrund handeln muss.

Für die Lebenszyklusbetrachtung werden in diesem Anwendungsbeispiel Einzelrohre des Rohrwerkstoffs PVC gewählt, die im dynamischen Verfahren im Durchmesser DN 300 eingezogen werden. Die PVC-Rohre werden werkseitig hergestellt. Das dynamische Verfahren eignet sich besonders bei spröden Materialien (wie z. B. Steinzeug). Die Sanierung wird von Schacht zu Schacht durchgeführt, da angenommen wird, dass die Schachtbauwerke aufgrund guten baulichen Zustandes erhalten bleiben. Die Nutzungsdauer des Berstverfahrens liegt zwischen 80 – 100 Jahren. Da die Einbaubedingungen allerdings ungünstiger als bei der Erneuerung in offener Bauweise sind, wird im Vergleich die Wahl der Nutzungsdauer von 80 Jahren bevorzugt. Der Ablauf der Lebenszyklusbetrachtung erfolgt analog zu den vorangegangenen Sanierungsverfahren nach den zu bewertenden Kriterien.

Ressourceneffizienzvergleich

Der Vergleich zwischen offenen und geschlossenen Bauweisen hinsichtlich der Ressourceneffizienz wurde in Form einer studentischen Arbeit vergeben. Die Ergebnisse lagen Ende 2023 jedoch noch nicht vor. Als eine Form der geschlossenen Bauweise wurden die Ressourceneffizienzpotenziale des Inlinerverfahrens in einer studentischen Abschlussarbeit untersucht. Neben einer Analyse der rechtlichen Grundlagen und des aktuellen Stands der Technik der verschiedenen Bauverfahren wurde ein fiktives Sanierungsszenario für 100 m schadhaften Kanal (Schmutzwasserkanal, DN 300, Steinzeug) untersucht. Drei Varianten (Berstverfahren, offene Bauweise, Schlauchlining) wurden unter Berücksichtigung der zu erwartenden Lebensdauern hinsichtlich ihrer Ressourcenauswirkungen verglichen. In der Tabelle sind die quantitativen Ergebnisse aufgeführt und jeweils der beste Werte in grüner Schrift dargestellt. Für eine Bewertung der Ressourceneffizienz müssen jedoch auch weitere Aspekte, wie z. B. die Rückbaubarkeit, der Abrieb von Kunststoff usw. beachtet werden. Hierzu sind tw. nur wenig Daten verfügbar, da die Schlauchliner-Methode im Vergleich zu ihrer getesteten Lebensdauer von 50 Jahren noch neu ist. Die Verwertungsmöglichkeiten sind somit noch unzureichend erforscht bzw. erprobt.

Tabelle: Ergebnisse der studentischen Arbeit zur Ressourcenauswirkung verschiedener Sanierungsvarianten (alle Werte pro Jahr erwartete Nutzungsdauer [eigene Darstellung nach]

Verfahren	Offene Bauweise	Berstverfahren	Schlauchlining
Materialverbrauch [kg]	2480	13,8	16,6
Wasserverbrauch [l]	834	226,5	128
Primärenergieaufwand [MJ]	713	1018	621
Anteil erneuerbarer Energien [%]	13,5	18,5	12,4
Abfallmenge [kg]	67,5	13,9	2,18
Kosten [€]	3125	163	500
GWP [CO2-eq.]	36,1	59,6	34
Direkter Flächenbedarf [m2]	250	25	25
Zeitaufwand [h]	40	12	8

Der in der studentischen Arbeit durchgeführte Vergleich ergab, dass das Schlauchlining die ressourceneffizienteste Sanierungsvariante für das angenommene Szenario darstellt. Es sind jedoch negative Auswirkungen, wie z. B. die Steigerung des Kunststoffanteils in überwiegend mineralischem Material, festzustellen. Für eine Übertragung auf andere Sanierungsszenarien müssen die individuellen Bedingungen vor Ort berücksichtigt werden. Die Analyse ergab jedoch deutlich, dass sich ein Vergleich verschiedener Verfahren für eine Sanierung aus Ressourcensicht lohnt. Für eine Bewertung, welches Verfahren das geeignetste ist, müssen jedoch zuvor die individuellen Schwerpunkte (z. B. Klimaneutrales bauen vs. Design for Deconstruction) der jeweiligen Kommune festgelegt werden.

Flüssigboden-Verfahren

Das noch vergleichsweise junge Flüssigboden-Verfahren bietet im Bereich der kommunalen Kanalisation ein großes Ressourceneinsparungspotenzial. Es kann sowohl beim Neubau neuer Kanalhaltungen, als auch bei der Erneuerung des Bestands in offener Bauweise angewendet werden. Wenn im Rahmen einer Kanalisationsmaßnahme Bodenaushub anfällt, kann dieser als Flüssigboden unter Zugabe von Additiven und Wasser vor Ort wieder eingebaut werden, sodass weder das alte Material deponiert, noch ein neues, den Ansprüchen genügendes Verfüllmaterial beschafft werden muss. Auf diese Weise werden natürliche, endliche Ressourcen im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrWG) geschont. Damit einher geht weiterhin eine Ersparnis an Treibhausgasemissionen durch die Reduktion von Transporten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die gute Verarbeitbarkeit des selbstverdichtenden Baustoffes. Eine qualitativ hochwertige Verfüllung insbesondere in schwierig erreichbaren Zwickelbereichen ist durch den innovativen Flüssigboden gewährleistet. Damit lassen sich dauerhaft schadfreie, verfüllte Rohrleitungsgräben erzielen.

Im Rahmen des RekoTi-Projektes wurde das Thema Flüssigboden bei einem Workshop mit den assoziierten Kommunen und umsetzenden Bauunternehmen vertieft. Mit dem Ziel, das Verfahren im Bereich der kommunalen Kanalisation flächendeckend anzuwenden, wurde eine Übersicht zu aktuell bestehenden Hemmnissen erarbeitet, die in vielen Kommunen noch zu überwinden sind. Es zeigte sich, dass die Kommunikation mit den örtlichen Umweltbehörden zwingend erforderlich ist, damit der innovative Ansatz des ressourcenschonenden Flüssigboden-Verfahrens verbreitet und genutzt werden kann. Positive Beispiele sind aufzuzeigen und Bedenkenträger mit den unübersehbaren ökologischen Vorteilen zu überzeugen.

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Literaturverzeichnis

Autor*innen: Franziska Struck, Lukas Tammen

Stand: September 2024