3D Vermessung im Tiefbau am Beispiel von begehbaren Abwasserkanälen

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Cornelius König, ObjektScan GmbH, Potsdam

Zur Bestandserfassung oder Sanierung von Kanälen hat sich in den letzten Jahren immer mehr die 3D-Vermessung durchgesetzt. Von dem Ingenieurbüro Dr. König in Potsdam wird alles – von der Vermessung bis zum fertigen Verlegeplan – aus einer Hand erledigt. Innerhalb kürzester Zeit entstehen so die geforderten Pläne und mit den Sanierungs- oder Endstandshaltungsarbeiten kann begonnen werden.

 

Problemdarstellung

 

Bei der Sanierung oder Bestandsaufnahme von Kanalprofilen hat sich in den letzten Jahren immer mehr die 3D-Laserscanvermessung durchgesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vermessungsmöglichkeiten, ist die 3- dimensionale Erfassung schneller, effizienter und präziser. Seit 10 Jahren beschäftigt sich das Ingenieurbüro ausführlich mit der digitalen Erfassung von Kanälen sowie mit aufkommenden Problemen. Die digitale Erfassung der Kanäle erfolgt mit terrestrischen 3D-Laserscannern, die Weiterverarbeitung mit der Software Scalypso. Das Ziel der Baufirmen bzw. öffentliche Stellen die als Auftraggeber fungieren ist es, innerhalb kürzester Zeit ein genaues und aussagekräftiges Ergebnis des zu sanierenden Kanalabschnitts zu bekommen. Von den Vorbereitungen über die Durchführung bis hin zur Auswertung können alle Schritte aus einer Hand gefertigt werden. Die Baufirmen fordern einen genauen Verlegeplan des vermessenden Kanals, um daraufhin die einzubauenden Rohre für die Sanierung herzustellen. Je genauer die fertigen Verlaufspläne sind, desto genauer können die Teile gefertigt und eingebaut werden.

 

Planung, Ablauf und Durchführung

Die durch den Auftraggeber übermittelten Informationen, gilt es bei den Vorbereitungen zur 3D-Vermessung mit zu berücksichtigen. Die Pläne geben in der Regel den groben Verlauf und die Länge des Kanals wieder. Das Profil, die Länge sowie die Nutzung des Kanals (Abwasser, Regenwasser oder Mischwasser) geben dabei den Ausschlag, welche Ausrüstung, welche Materialien und welcher Scanner benutzt werden. Kanalprofile mit einem Durchmesser von 100*100 Zentimetern oder Eiprofile mit einem Profil von 600*900 Zentimetern brauchen eine andere Vorbereitung als Großprofile.

Da es nicht möglich ist, die ganz genauen Gegebenheiten im Büro zu analysieren, bleibt eine gewisse Spontaneität und Improvisierungsvermögen vor Ort nicht aus. Da die Kanaloberflächen unterschiedlich (Fertigteile oder gemauerter Kanal) und – teilweise – sehr verschmutzt oder feucht sein können, muss eine gewisse Vorarbeit geleistet werden. Nach den Planungen im Büro, geht es auf die Baustelle. Die Baufirmen oder die Mitarbeiter der Stadt sind stets an der Arbeit interessiert und stehen für Hilfsleistungen zur Verfügung. Die speziellen Sicherheitseinrichtungen, die bei jeder Kommune anders sind,  werden vom Arbeitgeber vor Ort gestellt. Die persönliche Ausrüstung wie Gaswarngerätes oder Lebensretter wird mitgebracht. Des Weiteren sorgen die Mitarbeiter des Kanalbetriebs vor Ort für eine Grundreinigung des Kanals sowie für eine Frischluftbewetterung. Nicht vorhersehbar eintretende Ereignisse wie wechselndes  Wetter oder befahrenen Straßen können die Arbeit vor Ort immer wieder hinauszögern und erschweren. Bei plötzlich einsetzenden Gewittern oder einem Alarm des Gaswarngerätes muss die Arbeit im Kanal sofort abgebrochen werden.

Die Erfassung der Rohrabschnitte durch den Laserscanner dauert, je nach Auflösung, zwischen zwei und 20 Minuten. Um eine relativ große Genauigkeit erzielen zu können, wird in einem Abstand von ca. drei Metern gescannt. Innerhalb von Kurven, die besonders wichtig bei der Erfassung sind, wird der Scanner öfters benutzt. Auf einer Länge von 400 Metern werden ungefähr 135 Scans aufgenommen, die im folgenden Schritt im ausgewertet werden müssen.

 

Auswertung

Nach den Vermessungen vor Ort, müssen die Laserscandaten im Büro ausgewertet werden. Zuerst werden die 3D-Laserscandaten in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt und in das örtliche Koordinatensystem der Kommune referenziert. Dadurch ist die genaue Lage des Kanals im Raum bestimmt. Häufig weicht die tatsächliche Lage des Kanals von den Planungsunterlagen ab. Nachdem 2D-Schnitte und Lagepläne erstellt worden sind, erfolgt die digitale Kalibrierung des Kanals. Die  Grundlage hierfür sind die Daten der 3D-Vermessung. Das Ergebnis der Kalibrierung ist der optimale Außendurchmesser und die maximale Länge der einzubauenden Elemente. Nach Übergabe und Abnahme der digitalen Kalibrierung durch den Auftragnehmer, erfolgt die Erstellung des Verlegeplans. Der Verlegeplan kann nach Abschluss der Kanalsanierung als neuer Bestandsplan genutzt werden.

 

Zusammenfassung

Die 3D-Vermessung von Kanälen ist die schnellste und präziseste Möglichkeit ein komplettes, genaues und umfangreiches Bild des zu sanierenden Kanals zu bekommen. Die fertigen Pläne zeigen eine sehr hohe Genauigkeit und auf geringsten Verformungen kann später seitens der Baufirma Rücksicht genommen werden.

 

 

 

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Kanalsanierung unter Terminal 1 des Frankfurter Flughafens

Einzug des GFK-Schlauchliners in der Fahrstraße unter Terminal 1

Kanalsanierung - im Untergrund? Das ist eigentlich eine Banalität. Dass jedoch Kanalsanierung "im Untergrund des Untergrundes" durchaus eine neue Qualität hat, erlebten die Experten der Swietelsky-Faber GmbH Kanalsanierung zu Jahresbeginn 2016 auf bzw. unter dem Frankfurter Flughafen. Dort baute das Unternehmen im Auftrag des Flughafenbetreibers FRAPORT unter anderem einige Kilometer Nadelfilz-Schlauchliner DN 100 - 200 und Glasfaser-Schlauchliner bis DN 500 in die Entwässerungsleitungen unter dem Kellergeschoß von Terminal 1 ein - in solcher Örtlichkeit durchaus eine Herausforderung. In einem weiteren Bauabschnitt kamen mehrere Kilometer DN 200 – 1000 lichthärtende GFK-Liner in Kanäle auf dem Vorfeld des Airport zum Einsatz.


 

Nach der bundesweit geltenden Rechtslage des Wasserhaushaltsgesetzes sind auch die Abwassernetze privater Liegenschaften systematisch zu inspizieren (§ 54 WHG) und im Falle von Baumängeln zu sanieren (§ 55 WHG). Das gilt auch und nicht zuletzt für Flughäfen mit ihren speziellen Abwässern. Bei der FRAPORT AG; dem Betreiber des Frankfurter Airports, nimmt man diese Verpflichtung sehr ernst und kommt ihr daher konsequent nach. Nach einer flächendeckenden Inspektion der Abwasserleitungen unter Terminals, Vor- und Rollfeldern, ist 2014die Sanierung aller Anlagen angelaufen, die zuvor als schadhaft identifiziert wurden. Ein Arbeitsschwerpunkt des ersten Quartals waren die Entwässerungskanäle und -Schächte unterhalb von Terminal 1, genau gesagt: Unterhalb des Kellers von Terminal 1. Denn der Hauptterminal des Flughafens für den internationalen Luftverkehr ist vollflächig unterkellert. Über dieses Kellergeschoß werden alle Geschäfte und Gastronomiebetriebe der zum Terminal gehörenden Shopping-Zone beliefert und entsorgt. Unter dem Terminal gibt es einfür Fahrzeuge bis 3 m Höhe zugängliches Straßennetz.

Der über einen halben Kilometer langen Versorgungstunnel-Hauptachse und ihren diversen Seitensträngen folgen, wie bei einem oberirdischen Straßennetz, die Abwasserkanäle. Unter den Decken der Servicestraßen-Tunnel verläuft die sonstige Versorgungs-Infrastruktur des darüber liegenden Terminals, von Strom- und Datenkabeln bis hin zu  Be- und Entlüftungsrohren. Das bedeutet: Oberhalb der Fahrzeughöhe von 3 mgibt es keinen Bewegungsspielraum mehr - auch nicht für Kanalsanierungsarbeiten und -fahrzeuge. Für das Konzept zur Sanierung der Kanäle des Terminal-Kellers hatte diese beengte Örtlichkeit zwei wichtige Konsequenzen: 

- An eine offene Erneuerung der Rohre war erst gar nicht zu denken. Dies wäre mit einem exorbitanten Arbeits- und Kostenaufwand verbunden gewesen und hätte die Versorgung des Terminals Monate lang lahm gelegt.

- Es konnten nur solche grabenlosen Sanierungsverfahren in Betracht gezogen werden, die sich durch ein Minimum an Equipment, maximale Mobilität vor Ort und kürzest mögliche Einbauzeiten auszeichnen.

Vor diesem Hintergrund bekam letztendlich die Swietelsky-Faber GmbH Kanalsanierung den Auftrag zur Sanierung der FRAPORT-Kanäle. Nicht unwichtig war dabei, dass sich Swietelsky-Faber in der Vergangenheit gerade bei der Sanierung von Flughafen-Abwassersystemen einen Ruf als leistungsstarker und kreativer Problemlöser mit exzellenten organisatorischen Fähigkeiten erworben hat. Letzteres ist bei Sanierungsarbeiten auf Flughäfen oft erfolgsentscheidend, denn es gibt kaum schwieriger zu managende Bauprojekte als diese: Das beinhaltet ein vom Airport-Betreiber (im strengen Wortsinne!) "minutiös" vorgegebenes Bautiming sowie Sicherheits-Vorschriften, die im Tiefbau konkurrenzlos sind.

Im FRAPORT-Keller sah das konkret so aus, dass hier exakt ab 16:00 Uhr und bis 04:00 Uhr morgens gearbeitet werden durfte; in der restliche Zeit waren die Servicestraßen frei von Sanierungstechnik zu halten. Der Zugang zu der unterirdische Baustelle war wiederum ein in höchstem Maße reglementierter und kontrollierter Vorgang; für jedes Fahrzeug und jeden Mitarbeiter waren nicht übertragbare Ausweise erforderlich - und zwar für unterschiedliche Baubereiche jeweils separate.

Zur Sanierung kamen in Nennweiten ab DN 250 mit UV-Licht ausgehärtete UV-Schlauchliner zum Einsatz. Die Lichthärtungstechnologie erfüllt mustergültig die vorgenannten Vorgaben (minimierte Ausrüstung, Bauabwicklung in sehr knapp bemessenen Zeitfenstern) und bietet angesichts des hoch belastbaren Werkstoffs GFK eine nachhaltige Sanierungswirkung. In den Seitensträngen mit Leitungen einer Dimension < DN 200 griff man auf Nadelfilzliner zurück, die per Drucktrommel pneumatisch inversiert und durch Heißluftzirkulation ausgehärtet wurden. Bei dieser Verfahrensvariante kann auf den Einsatz von Fahrzeugen gänzlich verzichtet werden, was in den Seitensträngen der Logistik-Unterwelt von Terminal 1 besonders vorteilhaft war.

Der Haupteinsatz im Keller des Terminal 1 begann am Abend des 07.02.2016 die Sanierung des Abwasser-Hauptsammlers unter der zentralen Versorgungsstraße. Hier wurden über die Gesamtstrecke von rund ½ Kilometer GFK-Liner der Dimensionen DN 300 und DN 500 eingebaut - an sich ein Routine-Job für die erfahrenen Sanierer, wäre da nicht das besondere Umfeld gewesen. Schon die erforderlichen Vorarbeiten hatten es in sich, insbesondere die Wasserhaltung, die notwendig war, um die Sanierungsstrecke trocken zu legen und dennoch den Abwasserbetrieb in der Shopping-Zone darüber sicher zu stellen. Dazu wurde eine Bypass Leitung aus SML Stahl DN 300 an der Betonwand der unterirdischen Straße installiert. Diese Konstruktion war, wie auch diverse einmündende Seitenstränge der Wasserhaltung, nur realisierbar, indem mehrere Betonwände per Kernbohrung geöffnet wurden, und zog mehrtägige Vorarbeiten nach sich, einschließlich des Aufbaus leistungsstarker Pumpen zum Abwassertransport.

Die Zugänglichkeit zur sanierungsbedürftigen Leitung schuf man durch bedarfsgerecht gesetzte Montageöffnungen (insgesamt wurden im Kellerbereich rund 200 solcher Zugänge geschaffen!) über die auch die Schlauchliner eingezogen bzw. inversiert wurden.Im Falle der Hauptleitung zog man insgesamt 9 GFK-Liner per Winde ein und stellte sie durch Luftdruck jeweils formschlüssig im Kanal auf. Schließlich wurden die Liner ausgehärtet, indem man eine UV-Einheit in gleichmäßiger Geschwindigkeit hindurch zog - eine konkurrenzlos schnelle Vorgehensweise, die auch in allen Sanierungsabschnitten zum gewünschten hochwertigen Ergebnis führte. In mehreren Leitungen kamen, alternativ zu den Schlauchlinern, GFK-Kurzliner zur Reparatur punktueller Defekte zum Einbau - insgesamt rund 350 Stück. Da natürlich nach dem Schlauchlining auch die Verbindung zu den Anschlussleitungen wieder hergestellt werden mussten, waren alles in allem rund 300 Stutzen per Roboter auf zu fräsen und durch Hutprofil-Auskleidungen einzubinden. Zu einem lückenlosen Sanierungs-Vollprogramm abgerundet wurde all dies durch die Beschichtung von etwa 1000 Quadratmetern Schachtwänden.

Der gesamte Bauabschnitt "Keller Terminal 1" aller notwendige Vor-, Neben- und Nacharbeiten dauerte Mitte April noch an. Für die Sanierungsteams von Swietelsky-Faber bedeutet das nun aber keineswegs wochenlange Arbeit im Untergeschoss. Denn teilweise zeitgleich zum Keller-Projekt läuftein weitererBauabschnitt auf dem Flughafen-Vorfeld: Dortwerdennach und nacheinige Kilometer GFK-Liner in Nennweiten von DN 200 bis DN 1000 eingebaut.