Pilotprojekt: Inspektion teilgefüllter Kanäle | ||||||
Bei ständig teilgefüllten Kanälen stellt sich vielen Netzbetreibern die Frage "Wie inspizieren?" In einem Pilotprojekt untersuchte das IKT gemeinsam mit dem Stadtentwässerungsbetrieb Paderborn unterschiedliche Inspektionsmöglichkeiten. Die Ergebnisse sind nun veröffentlicht. | ||||||
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Veranlassung Bestehende Verordnungen, wie zum Beispiel die in NRW geltende Selbstüberwachungsverordnung Kanal (SüwV Kan), verpflichten Netzbetreiber dazu, den Zustand des gesamten Kanalnetzes in regelmäßigen Abständen zu erfassen. Doch gerade bei ständig teilgefüllten Hauptsammlern bestehen bei vielen Netzbetreibern erhebliche Unsicherheiten, weswegen zahlreiche Netzbetreiber den Zustand dieser Kanäle noch nicht erfasst haben (vgl. [1]). Auch der Stadtentwässerungsbetrieb (STEB) Paderborn hatte den Hauptschmutzwassersammler seit dessen Inbetriebnahme im Jahr 1981 wegen fehlender Strategien und Verfahren nicht inspiziert. Gemeinsam mit dem IKT initiierte der STEB Paderborn die Pilotstudie „Inspektion teilgefüllter Kanäle“ [2]. Der Endbericht mit ausführlichen Ergebnissen steht im Internet zum Download bereit: www.ikt.de | ||||||
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Zielstellung Mehrere Lösungsvarianten zur optischen Inspektion eines 5,7 km langen Teilabschnittes des Paderborner Schmutzwasser-Hauptsammlers (Gesamtlänge: 8 km) sollten erarbeitet und umgesetzt werden. Das IKT begleitete und dokumentierte zehn Praxiseinsätze in Paderborn. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden mit Blick auf Vor- und Nachteile ausgewertet, um Verbesserungen, Einsatzmöglichkeiten und -grenzen der eingesetzten Techniken aufzuzeigen. Im Ergebnis werden den Kanalnetzbetreibern Hinweise zur Vorbereitung von Inspektionsmaßnahmen und zur inspektionsgerechten Planung künftiger Anlagen an die Hand gegeben. | ||||||
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Versuche in IKT-Prüfstrecken Um unter reproduzierbaren Randbedingungen Techniken zur Absenkung des Wasserstandes und zur Inspektion der Rohrsohle zu untersuchen, wurden Versuche in teilgefüllten Prüfstrecken des IKT durchgeführt. Dabei kamen zwei Techniken zum Einsatz:
Ejektor Mit einem Ejektor (Bild 1) konnte der Wasserspiegel zwar deutlich erkennbar abgesenkt, der Sohlenbereich jedoch nicht vollständig wasserfrei gehalten werden. Darüber hinaus kann sich die im Rahmen der Versuchsdurchführung beobachtete Spritzwasser- und Aerosolbildung negativ auf die Qualität einer parallel durchgeführten optischen Inspektion auswirken.
Druckkammer In der mit simuliertem Abwasser gefluteten IKT-Versuchsstrecke wurde eine an der Unterseite offene Druckkammer aufgebaut (Bild 2). Dieses Wasser wurde zum einen mit Luft (Variante A) aus der Druckkammer verdrängt und zum anderen mit klarem Frischwasser (Variante B). Bei der Versuchsvariante A konnte das Höhenniveau des simulierten Abwassers innerhalb der Druckkammer zwar deutlich, jedoch nicht vollständig abgesenkt werden. Die optische Inspektion der Rohrsohle erscheint mit Variante A zumindest teilweise durchführbar. Allerdings bestehen Verbesserungspotenziale hinsichtlich der Absenkung des Wasserspiegels und der Vermeidung von Spritzwasser. Die Umsetzung der Versuchsvariante B ergab, dass das simulierte Abwasser mit Hilfe des direkt aus dem Trinkwassernetz zugeführten Frischwassers nicht in ausreichendem Maße aus der Druckkammer verdrängt werden konnte. Eine Inaugenscheinnahme der Rohrsohle war daher nicht möglich.
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In-situ-Inspektionen in Paderborn Im Vorfeld der Inspektionen wurde eine detaillierte Ist-Aufnahme durchgeführt. Diese Vorgehensweise beinhaltete mehrere Arbeitsschritte, die in der Lang- und Kurzfassung des Berichtes ausführlich dargestellt sind. (Download unter www.ikt.de) Auf Basis der Ist-Situation entwickelte das Projektteam Lösungsansätze und -varianten zu den Themen Kanalreinigung, Wasserhaltung und Inspektion. Anschließend wurden diejenigen Verfahren ausgewählt, die unter den gegebenen Randbedingungen für den Vor-Ort-Einsatz geeignet erschienen. Das Wasserhaltungskonzept sah folgende Maßnahmen vor:
Zum Einsatz kamen in Paderborn sechs verschiedene Inspektionstechniken. Dabei handelte es sich um drei fahrende Robotersysteme, wie sie in ähnlicher Art auch bei der Inspektion von nicht-begehbaren Kanälen üblich sind, ein schwimmendes Robotersystem sowie jeweils eine technische Lösung zur bemannten Befahrung und zur Kanalbegehung. Bild 3 gibt für jede Inspektionstechnik die Anzahl der Einsätze, die Länge des untersuchten Kanalabschnittes sowie die Wasserstandshöhe im Zeitraum der Inspektion an.
In Bild 4 zeigen farbige Markierungen des 5,7 km langen Teilabschnitts die jeweiligen Einsatzabschnitte. Die beiden schwarzen Bereiche (154 m und. 322 m lang) konnten nicht inspiziert werden, weil die Schächte aufgrund örtlicher Randbedingungen nicht anfahrbar waren.
Als Ergebnis der Begleitung von Praxiseinsätzen in Paderborn wurden folgende Erkenntnisse über deren Einsatzmöglichkeiten und -grenzen unter den gegebenen Randbedingungen gewonnen. | ||||||
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Schwimmfähiger Roboter
Der Einsatz des schwimmfähigen Roboters bietet sich an, wenn das Untersuchungsobjekt ständig hohe Teilfüllungsgrade aufweist und durch die Umsetzung von geeigneten Wasserhaltungsmaßnahmen, im Vergleich zu den Aufwendungen für die reine Zustandserfassung, unverhältnismäßig hohe Kosten entstehen würden. Darüber hinaus stellen Ablagerungen in der Sohle bei ausreichender Wassertiefe kein Hindernis für dieses System dar. Allerdings ist nur eine Grobinspektion durchführbar, denn die Kamera ermöglicht lediglich die optische Erfassung des Gasraumes. Darüber hinaus ist zu beachten, dass als Antrieb der Inspektionstechnik eine Zugvorrichtung (z.B. Winde) und ein Zugseil erforderlich sind. Insbesondere das Einbringen des Seils in den Kanal kann mit erheblichem Zeitaufwand verbunden sein. Einsatzgrenzen dieser Inspektionstechnik können sich aus Abwasserverwirbelungen ergeben, wenn dadurch verwackelte und somit unbrauchbare Videodaten aufgenommen werden. | ||||||
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Unbemannte fahrende Inspektion
Bei Anwendung der unbemannten fahrenden Inspektionstechnik können starke Abwasserströmung sowie Ablagerungen oder Abflusshindernisse zu Abbrüchen der Zustandserfassung führen. Darüber hinaus beeinflusst die Wasserstandshöhe den Umfang der Inspektion, denn den einzigen Sensor stellt auch bei diesen Robotern eine Kamera dar, mit deren Hilfe der Gasraum optisch erfasst werden kann. Vor diesem Hintergrund sind für den erfolgreichen Einsatz der fahrenden Inspektionsgeräte geringe Wassertiefen und die Beseitigung von Ablagerungen Voraussetzung. Der Zeitbedarf für das Einbringen der Roboter in den Kanal und das Bergen aus dem Kanal ist in der Regel gering, da die Geräte in den meisten Fällen im einsatzfähigen Zustand durch Standardschachtöffnungen geführt werden können. Erhöhter Aufwand kann jedoch entstehen, wenn beispielsweise Steighilfen in Schächten als Zugangshindernis für den Roboter wirken und dieser infolgedessen im Schacht montiert werden muss. Die eingesetzten, fahrenden Inspektionsgeräte lieferten ein ruhiges Videobild. Es zeigte sich, dass auch mit Hilfe von nicht lenkbaren Robotern Richtungswechsel des Kanals, die im Rahmen der Praxiseinsätze bis zu 60° betrugen, überwunden werden können. Bauwerkdetails, wie Seiteneinläufe oder Rohrverbindung, konnten durch Schwenken der Kamera und Nutzung des Zooms aufgenommen werden. Um den Kanal detailliert, untersuchen zu können, müssten diese Funktionen jedoch flächendeckend eingesetzt werden. Es ist zu erwarten, dass sich der Zeitaufwand für die Inspektion dadurch deutlich erhöhen würde. | ||||||
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Begehung
Im Vergleich zu den unbemannten Inspektionstechniken zeigte sich, dass durch den Einsatz der bemannten Befahrung und der Begehung der Kanalzustand detaillierter untersucht werden kann. Der Mensch nimmt im Gegensatz zu Kamera-Robotern seine Umgebung räumlich wahr und ist in der Lage, seinen Tastsinn zu nutzen sowie manuelle Tätigkeiten auszuführen. Aufgrund dieser Fähigkeiten war es bei den bemannten Vor-Ort-Einsätzen im Paderborner Untersuchungsobjekt möglich, auch geringfügige Schäden zu erfassen, Auffälligkeiten des im Gasraum liegenden Kanalquerschnittes durch Tasten näher zu untersuchen und Materialproben des Kanalbauwerkes zu gewinnen. Darüber hinaus konnte der Inspekteur den unterhalb des Abwasserspiegels liegenden Teil des Untersuchungsobjektes mit den Füßen abtasten, um ihn auf bedeutende Schäden oder Ablagerungen zu untersuchen. Neben den genannten Vorteilen von bemannten Inspektionsmethoden im Vergleich zu unbemannten Verfahren sind bei deren Umsetzung zwei Faktoren zu berücksichtigen: Zum einen ist das im Kanal tätige Personal verschiedenen Gefahren ausgesetzt. So können z.B. Notfälle durch schädliche Gase entstehen. Zur Minimierung derartiger Risiken müssen geeignete Vorsorgemaßnahmen getroffen werden, wie zum Beispiel Belüftung des Kanals, Einsatz von Gaswarngeräten, Mitführen von Selbstrettern oder Atemschutzgeräten. Zum anderen können durch die eingesetzten, handgeführten Kameras, in Abhängigkeit der örtlichen Randbedingungen und der Routine des Inspekteurs, unruhige oder verwackelte Videobilder entstehen. Um dies im Vorfeld zu erkennen, bietet sich die Durchführung von Testeinsätzen im Untersuchungsobjekt an. | ||||||
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Bemannte Befahrung
Bei der bemannten Befahrung sitzt der Inspekteur auf einem Fahrwagen, der durch den Kanal gezogen wird und so konstruiert ist, dass sich seine Räder oberhalb des Abwasserspiegels an der Rohrinnenwand abstützen. Daraus leiten sich im Vergleich zur Kanalbegehung Vorteile ab. Es besteht keine Sturzgefahr und der Fahrwagen stellt einen Haltepunkt für den Inspekteur dar. Die Zustandserfassung ist bei höheren Wasserständen und Fließgeschwindigkeiten unabhängig von Sohlablagerungen durchführbar. Demgegenüber erfordert die Kanalbegehung deutlich kürzere Vorbereitungszeiten, da hierbei weder der Zusammenbau eines Fahrwagens noch die Installation einer Zugvorrichtung und das Einbringen eines Zugseiles erforderlich ist. Bei niedrigen Wasserstandshöhen und Fließgeschwindigkeiten sowie geringen Ablagerungen bietet sich zur Detail-Inspektion eher die Begehung an. | ||||||
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Planungsempfehlungen: Inspektion Aufgrund der unterschiedlichen Anforderung an die Inspektion von teilgefüllten Kanälen, die sich zum Beispiel aus Nennweite, Haltungslänge, Abwassermenge und Wasserstandshöhe ergeben, erschien die Aufstellung eines übergreifenden Musterleistungsverzeichnisses zur Inspektion teilgefüllter Kanäle wenig sinnvoll. Vielmehr bot es sich an, dem verantwortlichen Ingenieur allgemeine Hinweise zur Vorbereitung von Inspektionsmaßnahmen und zur inspektionsgerechten Planung künftiger Anlagen an die Hand zu geben. Zur Aufgabenstellung gehört dabei nicht nur die Auswahl eines geeigneten Inspektionsgerätes oder -verfahrens, sondern auch die Vorbereitung ergänzender Maßnahmen zur Unterstützung des Inspektionsablaufes, wie zum Beispiel Wasserhaltung oder Kanalreinigung. a) Ist-Aufnahme Voraussetzung für die Planung sind detaillierte Kenntnisse über das Untersuchungsobjekt. Aus diesem Grund wird die Empfehlung gegeben, im ersten Schritt eine umfassende Ist-Aufnahme durchzuführen. Zur Erhebung von entsprechenden Informationen bieten sich zum Beispiel die Sichtung von Bestandsunterlagen, Begehung der Kanaltrasse oder Interviews mit Kanalnetzbetreibern an. b) Entwicklung von Lösungsvarianten Auf Basis der Ist-Aufnahme können im zweiten Planungsschritt Lösungsvarianten zur Umsetzung der Inspektionsmaßnahme entwickelt werden. Um die Wasserstandshöhe für den Zeitraum der Zustandserfassung zu verringern, sollte geprüft werden, inwieweit tageszeitabhängige Schwankungen der Abflussmenge genutzt oder mit Hilfe von Pumpstationen oder Schiebern Zwischenspeicher für das zurückgestaute Abwasser aktiviert werden können. Scheiden diese Möglichkeiten aus, müssen andere provisorische Wasserhaltungsmaßnahmen in Betracht gezogen werden, wie der Einsatz von Hebern und/oder mobilen Pumpen und Absperrgeräten. Die Zugänglichkeit hängt von der Topografie, Befestigung und Nutzung des umgebenden Geländes ab. Das Einbringen von Inspektionsgeräten, Pumpen und Absperrelementen wird durch die Abmessungen der Schachtöffnung und die geometrische Konstruktion sowie den baulichen Zustand des Schachtkörpers (Größe und Anordnung der Bermen, Abmessungen des Arbeitsraumes, Sicherheit der Steigeisen) unterstützt oder auch eingeschränkt. c) Verfahrensauswahl Beim dritten Planungsschritt, der Verfahrensauswahl, sollten die entwickelten Lösungsvarianten nicht nur aus der Sicht der grundsätzlichen technischen Umsetzbarkeit betrachtet werden. Zu hinterfragen ist zum einen, inwieweit die durch den Auftrageber definierten inhaltlichen und qualitativen Anforderungen, wie zum Beispiel:
eingehalten werden können. Zum anderen stellt die Wirtschaftlichkeit ein wichtiges Auswahlkriterium dar. Dieser Faktor wird beeinflusst durch Kosten für Personal und Material im Vergleich zur Inspektionsleistung. Zu beachten sind auch die Anforderungen aus der Arbeitssicherheit. In Abhängigkeit des Verfahrens ergeben sich verschiedene Gefährdungspotenziale für das vor Ort tätige Personal. Eine entscheidende Voraussetzung für den Erfolg der Kanalinspektion stellt das Know-how des ausführenden Personals dar. Dieses Kriterium ist unter Bezug auf Firmeninformationen oder Referenzen nur schwer zu prüfen. Daher wird empfohlen, zunächst eine verfahrensbezogene Vorauswahl zu treffen sowie anschließend Testeinsätze im Untersuchungsobjekt durchführen zu lassen und zu begleiten. | ||||||
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Planungsempfehlungen: Bau zukünftiger Anlagen Mit Blick auf den Bau zukünftiger Anlagen bleibt festzustellen, dass als Grundvoraussetzung für eine Inspektion die ausreichende Zugänglichkeit zum Sammler an allen Schachtbauwerken gegeben sein muss und unterstützende Maßnahmen zur Wasserhaltung zu berücksichtigen sind. Dies gilt insbesondere, wenn keine festinstallierten Absperreinrichtungen vorgesehen sind. Da auch bei der unbemannten Inspektion Personal im Bereich des Schachtgerinnes zur Vorbereitung eingesetzt werden muss, sind provisorische Wasserhaltungsmaßnahmen meist mit einem hohen arbeitssicherheitstechnischen Aufwand verbunden. Diese Aspekte sind sowohl bei der Planung der Schachtbauwerke als auch der konzeptionellen Auslegung der Vorflutsicherung zu berücksichtigen. | ||||||
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Download Ergebnisse Dieser Artikel stellt die Ergebnisse nur auszugsweise dar. Die Kurz- und Langfassung mit näheren Erläuterungen stehen im Internet zum Download bereit.
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Literatur [1] Bosseler, B.; Birkner, T.: Umsetzung der Selbstüberwachungsverordnung Kanal (SüwV Kan) bei den kommunalen Netzbetreibern und Wasserverbänden in NRW; Endbericht des IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW, Dezember 2003 [2] Bosseler, B.; Sokoll, O.: Pilotstudie Inspektion teilgefüllter Kanäle, Endbericht des IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW, Juli 2007 | ||||||
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Dipl.-Ing. Oliver Sokoll |
){kind=small}
<br>mit Schwimmfloß (Hersteller:<br>Lönne Entsorgung GmbH u. Co. KG)){kind=small}
<br>mit Fahrgestell (Hersteller:<br>Pader Kanal Technik –<br>Rohr Frei GmbH u. Co. KG)){kind=small}
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