Hohlraumdetektion im Umfeld von Kanalrohren mit Hilfe von Gamma-Gamma-Messungen [online]

Besonders bei undichten Kanälen die im Grundwasser oder im
Grundwasserschwankungsbereich liegen, löst die
Grundwasserinfiltration häufig Suffosions- und Erosionsvorgänge
aus, die zur Verlagerung der nichtbindigen Lockergesteine
und zum Eintrag der Sedimente in den Kanal führen. Die dadurch
entstehenden Hohlräume im Umfeld des Kanals und die
Veränderungen der Tragfähigkeit des Rohrauflagers führen sowohl
zu Muffenversätzen, Rissbildungen und Rohrbrüchen als auch zu
Senkungen und Setzungen des Bodens und infolge dessen zu
Fahrbahneinbrüchen und Gebäudeschäden.
Undichte Kanäle stellen eine Gefährdung der Schutzgüter Boden
und Grundwasser dar, deshalb sind die Kanalnetzbetreiber in der
Bundesrepublik Deutschland gesetzlich zur Inspektion, Wartung
und Instandhaltung der Kanäle verpflichtet. Das zur Zeit gängige
Verfahren für die Inspektion ist die optische Erfassung des
Zustandes. Da von den ca. 450.000 km öffentlicher Kanalisation
fast 90% nicht begehbar sind (ATV 2001), erfolgt ihre Inspektion
mittels einer Kamerabefahrung mit Videoaufzeichnung. Mit einer
Kamerabefahrung kann jedoch nur der optische Zustand des
Kanalinneren beurteilt werden, Veränderungen der Rohrbettung,
... mehr
oder die Entstehung von Hohlräumen im Umfeld der Kanalrohre
können nicht erkannt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messverfahren zur Detektion
von Hohlräumen im Umfeld von Kanalrohren entwickelt. Hierzu
wurde eine γ-γ-Sonde, bekannt aus der Bohrlochgeophysik zur
Dichtebestimmung der durchteuften Gesteine, für den Einsatz im
Kanal adaptiert und die Möglichkeit überprüft, die Hohlräume im
Umfeld der Kanäle aufgrund ihrer geringeren Dichte im Vergleich
zu den umgebenden Sedimenten zu detektieren. Die grundlegend
andere Fragestellung und die nicht vergleichbaren
Randbedingungen bei Messungen mit der γ-γ-Sonde im Kanal im
Vergleich zu den Bohrlochmessungen erforderten die Entwicklung
eines neuen Ansatzes bei der Analyse und Interpretation der
Messergebnisse.
Zur Erforschung der bei den Messungen mit der γ-γ-Sonde
ablaufenden physikalischen Prozessen, wurde das
Simulationsprogramm GLog entwickelt. Mit GLog wurde der
Versuchsaufbau der γ-γ-Sonde und die Kanalteststrecke virtuell
detailgetreu nachgebildet und Messungen mit der γ-γ-Sonde bei
verschiedenen Versuchkonfigurationen simuliert. Die mit GLog
durchgeführten Modellierungen lieferten die entscheidenden
Erkenntnisse, die für die Auswertung der Messsignale notwendig sind.
Die Überprüfung der Simulationen und die praktische Erprobung
der γ-γ-Sonde erfolgte zunächst an einer eigens hierfür erbauten
Kanalteststrecke im Forschungszentrum Umwelt unter
Laborbedingungen und anschließend unter natürlichen Bedingungen
in einer Kanalteststrecke in Rastatt. Die Laborteststrecke bot
die Möglichkeit mit verhältnismäßig wenig Aufwand und unter
kontrollierten Bedingungen die verschiedensten Schadensszenarien
nachzustellen.
Die Auswertung der Messergebnisse dieser Versuchsreihen konnte
somit direkt im Vergleich mit der jeweiligen
Versuchskonfiguration erfolgen und führten zu einer Optimierung
des Versuchsaufbaus der γ-γ-Sonde. Die Ergebnisse der
Laborversuche wurden bei den Messungen in der Kanalteststrecke
Rastatt weitestgehend bestätigt.
Neben der Hohlraumdetektion erwiesen sich die Messungen mit der
γ-γ-Sonde auch besonders geeignet, um verdeckte Hausanschlüsse
während einer Kanalsanierung mit einen Reliningverfahren zu
orten. Bei diesem Sanierungsverfahren wird ein zweites Rohr, der
sogenannte Inliner, in den vorhandenen defekten Kanal
eingezogen. Für eine Kanalkamera sind die durch den Inliner
verdeckten Hausanschlüsse nicht sichtbar. Durch fehlerhaftes
Einmessen der Hausanschlüsse kommt es beim Auffräsen der
Hausanschlüsse zur Beschädigung des frisch sanierten Kanals,
wodurch wiederum unerwünschte Folgekosten entstehen. Die
Hausanschlüsse können mit der γ-γ-Sonde durch den Inliner
hindurch sehr genau geortet werden. Bei einer Kombination der
γ-γ-Sonde mit einem Fräsroboter kann dieser entsprechend
positioniert und eine Beschädigung des Kanals vermieden werden.
Die Versuche in den Teststrecken konnten die prinzipielle
Eignung des γ-γ-Messverfahrens zur Hohlraumdetektion und Ortung
der verdeckten Hausanschlüsse aufzeigen. Für den praktischen
Einsatz des Messverfahrens wird die Kombination mit einer
TV-Kamera empfohlen und Vorschläge zur technischen
Weiterentwicklungen aufgezeigt. Eine frühzeitige Detektion der
Hohlräume und Lagerungsdefekte bei einer Kanalbefahrung bietet
den Kanalnetzbetreibern die Möglichkeit ein dem Schadensbild
optimal angepasstes und damit kostengünstiges
Sanierungsverfahren anzuwenden.