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, 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