von Dr. Hans-Joachim Bayer
TRACTO-TECHNIK GmbH & Co KG, 57356 Lennestadt
Ausgangslage
Spätestens seit 2006 als im Münsterland viele vereiste Strommasten abknickten und erhebliche Teile der Bevölkerung Stromausfälle hinnehmen mussten, gibt es eine lebhafte Diskussion darüber, dass neu zu errichtende und vorhandene Freileitungen als Erdkabel installiert werden sollten. Dass Erdkabelverlegungen zwangsläufig nicht teurer seien müssen als die Errichtung von Freileitungen wird in den nachfolgenden Ausführungen begründet. Es lohnt sich, Erdkabelverlegungen als sinnvolle Alternative zu Freileitungen in Betracht zu ziehen und in jedem Fall Vergleiche anzustellen.
Neue Aspekte
Die grabenlose Leitungsverlegung wird bislang von der Stromversorgungswirtschaft immer noch zu wenig genutzt. In der Kombination von Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD-Verfahren) und Kabelpflugtechnik können Kabel und Rohrleitungen, wie in Abb.1 gezeigt, grabenlos sowie mit hoher Bauleistung und damit wirtschaftlich verlegt werden.
Abb.1: Einpflügen einer Gussrohr-Trinkwasserleitung zur Versorgung von Aussiedlerhöfen bei Köngen, Landkreis Esslingen
Erdgasleitungen und Trinkwasserleitungen werden oft als Fernleitungen, als Leitungen zu Hauptnetzen, als Ortsverbindungsleitungen, als Leitungen zu Aussiedlerhöfen und Weilern auch über freie Feldflächen verlegt. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn Trassen entlang von Feld- und Waldwegen mit dem Kabelpflug - Kabel- und Rohrverlegungen mit der Pflugtechnik gelten als grabenlose Bauweise - verlegt werden, während die Kreuzung von Wegen, Straßen, Bahnstrecken, Gewässern und die Unterfahrung von Naturschutzgebieten u. ä. mit der Horizontal-Spülbohrtechnik vorgenommen werden. Diese effektive Einsatz-Kombination hat sich in der Fachwelt als Plague- and Plow-Verfahren etabliert.
Vorteile der Kabelpflugtechnik
Für lange Überlandstrecken ist die Kabelpflugtechnik die wirtschaftlichste Leitungsverlegungstechnik überhaupt. Mit den großen, sehr leistungsstarken Rohr- und Kabelpflügen der Firma Frank Föckersperger sind Verlegungen bis zu 2,00 m Tiefe durchführbar. Mit dem Kabelpflug, gezogen von einer speziellen Zugmaschine, ist das Verlegen von 5 km Leitungslänge am Tag keine Seltenheit. Wird eine spezielle Einsandung der Leitungen vom Auftraggeber gewünscht, so sind mit einem angehängten Automatik-Sandwagen immer noch Tagesleistungen von 2 km möglich. Die größten verlegbaren Rohrdurchmesser bei PE-Rohren liegen derzeit bei DA 355, bei duktilen Guss- bzw. Stahlrohren bei DN 250 und beim Verlegen von Glasfaserkabeln sind bis zu 24 Schutzrohre (Ø 40 – 50 mm) gleichzeitig einpflügbar.
Kabelpflüge sind auch im schwergängigen Gelände einsetzbar, so z.B. im Wattenmeer. Ebenso sind mit einem besonderen Seitenverlegesystem gezielt Verlegungen entlang von Wirtschaftswegen möglich, ohne dass diese Beeinträchtigungen erfahren würden. Eine ausgeklügelte Stütz- und Zugtechnik ist in der Lage, den Pflug in fast allen Einsatzsituationen unter exakter Einhaltung der Tiefenlage zu bewegen. 140 t Zugkraft in Verbindung mit der hydraulisch neig- und kippbaren Abstützung drängen auch mal größere Gesteinsbrocken aus der Trasse. Die überdimensionalen breiten Gummiräder üben wenig Bodendruck aus und schonen so das Gelände. Mit allseitig verstellbaren Auslegern kann z.B. auch bequem hinter Leitplanken oder an Steilhängen gearbeitet werden. Auch hierbei wird das Pflugschwert immer senkrecht geführt. Mit den Kabelpflügen der Firma Frank Föckersperger wurden bislang mehr als 50.000 km Rohre und Kabel verlegt.
Abb. 2: Kabelpflüge sind flexibel und passen sich fast allen Geländeformen an.
Vorteile der Horizontalspülbohrtechnik im freien Feld
Die verlaufsgesteuerte Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD) ist ein sehr leistungsfähiges Verfahren für die grabenlose Verlegung von Erdkabeln. Seit 1988 werden in Deutschland mit dieser Technologie Erdkabel verlegt, wobei es sich zumeist um 10 kV, 20 kV, 30 kV, 60 kV, 110 kV und sogar um 125 kV-Kabel handelt. Die grabenlose Verlegung, z.B. mit dem HDD-Verfahren, wird dafür nicht nur innerstädtisch vielfältig eingesetzt, sondern wird auch in einem Grundsatzpapier vom NABU für den Einsatz in schützenswerten Natur- und Landschaftsräumen ausdrücklich gefordert.
Die grabenlose Verlegung von 220 kV-Leitungen ist genauso möglich wie im offenen Leitungsbau (d.h. im Graben), für 380 kV-Leitungen gibt es im Erdbau sehr geringe Erfahrungen und in der bohrtechnischen Verlegung gar keine. Für den 380 kV-Bereich besteht daher in der erdgebundenen Verlegung noch Entwicklungsbedarf.
Die grabenlose HDD-Verlegung von Leitung im 10 kV-, 20 kV- und 30 kV-Bereich ist tägliche Routine, Verlegung von 60 kV- bis 125 kV-Leitungen sind zwar seltener, aber durchaus üblich und mit genügend Erfahrungen belegt.
Abb. 3: Je nach Zug- und Vorschub-Leistungsklasse (in Tonnen ausgedrückt) der Horizontalbohranlagen können unterschiedliche Reichweiten und Durchmesser realisiert werden. HDD-Anlagen gibt es in vielen Leistungsklassen.
Erdkabel werden immer dann mit dem HDD-Verfahren im freien Feld eingesetzt, wenn es gilt, Wegstrecken abzukürzen, um z. B. Bergrücken zu unterbohren, Felsvorkommen zu unterqueren, Steilhänge unter Schutz elegant zu unterfahren, aber auch natürliche und künstliche Flüsse und Gewässer zu kreuzen.
Besonders der Einsatz von Gewässerunterquerungen hat die Vorteile des HDD-Verfahrens einem breiteren Anwenderkreis bekannt gemacht. In vielen Regionen mit lokalen Energieerzeugungsanlagen war die grabenlose Erdkabelverlegung zudem die kostengünstigste und genehmigungsrechtlich die am Kürzesten realisierbare Variante. Hier zeigt sich ein entscheidender Vorteil der Bohrtechnik, da damit der kürzeste Trassenweg gewählt werden kann, während Freileitungen oft große Umwege um Naturschutzgebiete und Biotope machen müssen. Gleiches gilt für Siedlungen und Sonderzonen (z.B. Flugplätze, u.ä.).
Abb. 4: Erdkabelverlegungen unter Geländenformen stellen für die HDD-Technologie keinerlei Hindernis dar.
Ein besonderer Vorteil besteht beim HDD-Verfahren darin, dass die Tiefenlage der zu verlegenden Leitung keinen wesentlichen Kostenfaktor darstellt. Eine Leitungsverlegung in 1, 3, 5 oder 8 m Tiefe ist nahezu kostenneutral, da im Wesentlichen nur die Bohrarbeiten, die Bohrloch-Aufweitarbeiten und der Erdkabeleinzug ins Bohrloch als Arbeitskosten anfallen. Die Arbeitszeiten für das Bohren sind deutlich geringer, als gemeinhin angenommen wird. Die Ausführung eines Freileitungsbaus geht in der Regel nicht schneller als die Bohrtechnik. Beim Faktor Bauraumbeanspruchung ist der Unterschied sogar sehr drastisch. Die Kabelverlegung mit der HDD-Bohrtechnik beansprucht nur einen Bruchteil dessen, was für Freileitungen benötigt wird. Grabenlos verlegte Leitungen stellen keinerlei Landschaftsbeeinträchtigungen und keinerlei Gefahr für Flora und Fauna dar, zudem können Bauarbeiten mit der HDD-Bohrtechnik jederzeit, sogar auch an milden Wintertagen ausgeführt werden. Die wenigen Start- und Zielgruben für die zum Teil recht langen Bohrabschnitte können schnell der Landschaft wieder zurückgegeben werden, zumal der vorübergehende Aufstellplatz für eine Bohranlage samt Startgrube nicht größer ist, als der eines Freileitungsmastes. Berechnungen, die früher angestellt wurden, um Erdkabelverlegungen zu kalkulieren, gingen fast immer von Verlegungen im offenen Graben aus. Solche Verlegungen stellen selbstverständlich einen aufwändigen und teuren landschaftlichen Eingriff dar. Im Vergleich dazu setzt die Horizontalbohrtechnik winzige „Nadelstiche“ in die Landschaft und zwischen den Einstichlöchern können unauffällig und in beliebiger Tiefe Erdkabel günstig und sehr schnell verlegt werden. Die hohe Verlegegeschwindigkeit beim HDD-Verfahren ist ein weiterer, sehr entscheidender Vorteil dieses Verfahrens.
Abb. 5: Unterbohrung der tief eingeschnittenen Autobahn A 45 bei Münzenberg in Mittelhessen mit einer Grundodrill 15N – HDD-Bohranlage. In bis zu 12 m Tiefe wurde hier auf über 100 m Länge massiver Basaltfels durchbohrt.
Praxisbeispiele zur grabenlosen Erdkabelverlegung:
Beispiel 1: Erdkabelverlegung im Wasser- und Naturschutzgebiet
In Alftern bei Bonn musste auf 452 m Länge eine 110 kV Freileitung ein Kabelschutzrohr PE HD 160 x 14,8 mm unter einem Kornfeld verlegt werden.
Die Horizontal-Spülbohrung war notwendig, weil unter dem Kornfeld in etwa 1,50 m Tiefe und in Abständen von 10 m flächendeckend ein Drainagesystem angelegt war. Der Grund dafür liegt in der Staunässe, die durch eine wasserundurchlässige Bodenschicht aus Eisen- und Quarzkies verursacht wird, die bis in etwa 6 m Tiefe reicht, extrem kompakt und verdichtet ist. Das Drainagesystem durfte nicht beschädigt werden. Deshalb war auch keine Zwischengrube möglich, so dass die Bohrung ohne Unterbrechung in einer Länge ausgeführt werden musste. Der Auftraggeber forderte eine Verlegetiefe von mindestens 5 m. Zum anderen ist das Gebiet um Alfter ein Wasser- und Naturschutzgebiet, in dem die offene Leitungsverlegung nur mit besonderen Auflagen möglich ist.
Zum Einsatz kam die Horizontal-Spülbohranlage, Typ Grundodrill 15 N (Hersteller TRACTO-TECHNIK, Lennestadt) Nach der Pilotbohrung wurde das Bohrloch auf 350 mm Durchmesser aufgeweitet. Die mittlere Bohrtiefe lag bei 6,60 m, in der Zielgrube bei etwa 3 m.
Das Rehau Kabelschutzrohr wurde als Ringbund geliefert erforderte und für die Gesamtlänge vier Schweißverbindungen. In dem weitläufigen Gelände konnte der Rohrstrang in voller Länge ausgelegt und ohne Unterbrechung an einem Arbeitstag eingezogen werden.
Abb. 6: Die Grundodrill-Bohranlage neben der Freileitung, die unter die Erde verlegt werden soll.
Abb. 7: Beginn des Rohreinzugs (In dem Leerrohr wird später das Kabel eingezogen).
Beispiel 2: Stromversorgung bei Eslohe unterirdisch sicher
Der Wintersturm Kyrill hat im südwestfälischen Raum in vielen Ortschaften die Stromversorgung für längere Zeit unterbrochen. Ursache dafür waren Schäden an den Freileitungen durch umgestürzte Masten und Baumeinschlag. Besonders betroffen war die Region zwischen Meschede und Eslohe. Die RWE, Arnsberg als zuständiger Stromversorger hat sehr schnell reagiert und konsequent gehandelt. Das vorrangige Ziel des Netzbetreibers ist die Gewährleistung einer dauerhaften Versorgungssicherheit auch bei extremen Wetterbedingungen. Deshalb entschloss sich die RWE die besonders gefährdeten 30 KV Freileitungen in der Region unter die Erde zu verlegen.
Nach nur einem halben Jahr Planung konnte der Auftrag für die Erdverlegung auf der 16 km langen Strecke in drei Teilabschnitten vergeben werden.
Gelände- und bodenbedingt ist die Trasse besonders anspruchsvoll. Um die Umwelt zu schonen und die Kosten zu reduzieren, wurde bereits im Vorfeld der Einsatz grabenloser Verlegetechniken, wie z.B. die Horizontal-Spülbohrtechnik vorgesehen.
Auf einem Teilabschnitt mit 3 km Länge wurden 3 Bohrungen mit Längen von 170, 100 und 150 m mit einer Horizontalspülbohranlage Typ 32/18
(Hersteller: Prime Drilling, Wenden), ausgeführt.
Abb.8: Pilotbohrung der 2. Bohrung mit Prime-Drilling-Bohranlage PD 32/18.
Abb.9: Drei 10 kV Kabel werden zu einem Kabelstrang zusammengebunden und dann als gebündelter 3er-Strang in je ein Leerrohr eingezogen.
Gesamtvergleich zum Freileitungsbau
Die Skizzen stellen exemplarisch einen Vergleich zwischen 10 km Stromkabelverlegung für eine 110 kV-Leitung dar; einerseits als Freileitung und andererseits als Erdkabel.
Abb. 10 und 11:
Da bei den Erdkabeln sowohl dreiadrige Kabel als auch getrennt drei Einzelleiter verlegt werden können, werden diese Varianten kombiniert dargestellt. Die besonders wirtschaftliche Kombination von Horizontal-Spülbohrtechnik und Kabelpflug im „Plague and Plow-Verfahren „ wird in dem realitätsnahen Anteil von 15 % HDD und 85 % Kabelpflugarbeiten für die Gesamtstrecke zusätzlich dargestellt.
Für Freileitungsbau und der grabenlosen Erdkabelverlegung werden in den Grafiken verglichen: die Faktoren Bauraumbeanspruchung, Bauzeitbeanspruchung, Wegemöglichkeiten, Inspektionsmöglichkeiten, Anfälligkeiten bei Wetter- und Klimaeffekten, Naturraumbeanspruchung, Beanspruchung anderer Strukturen und Güter, Genehmigungszeitraum und gerätetechnischer Einsatz bei den Baumaßnahmen. Fast alle Vergleichsfaktoren belegen, dass sowohl die reine Anwendung der HDD-Bohrtechnik, besonders aber die Kombination mit der Kabelpflugtechnik gegenüber dem Freileitungsbau in den meisten Vergleichsfaktoren deutlich im Vorteil sind. Es lohnt sich daher, die aufgezeigten Darstellungen im Einzelnen für eigene Leitungsbauprojekte unter den gleichen Aspekten zu vergleichen.
Abb. 12 und 13:
Besondere Vorteile von grabenlos verlegten Erdkabeln
- Die grabenlose Bauweise schont die natürliche Geländeoberfläche aber auch befestigte Fahrwege und sonstige Oberflächen
- Die grabenlose Leitungsverlegung ist deutlich schneller als jede offene Verlegung
- Mit der grabenlosen Bauweise lassen sich Gewässer, Biotope und andere wertvolle Naturräume berührungsfrei unterbohren
-Der Baustoffeinsatz beträgt bei der grabenlosen Bauweise ein 1/50-tel bis ein 1/100-tel gegenüber einer offenen Leitungsverlegung
- Erdkabel sind sicher gegen Sturm, Eis und Waldbrände
- Der Bau von Erdkabel beeinträchtigen weniger die Tier-(insbesondere die Vogel-) und Pflanzenwelt
- Erdkabel statt Freileitungen geben der Landschaft ihren natürlichen Charakter zurück
- Erdkabel lassen sich grabenlos kostengünstig verlegen
- Grabenlos verlegte Erdkabel lassen sich bei Bedarf grabenlos austauschen.
Grabenloser Kabelaustausch
In den letzten Jahren wurde die Verfahrenstechnik zum grabenlosen Erdkabelaustausch praxisreif entwickelt. Durch das Überbohrverfahren können nun in langen, wirtschaftlichen Bauabschnitten Altkabel vom umgebenden Erdreich freigebohrt und herausgezogen werden. Im Bohrungshohlraum des ehemaligen Altkabels können danach grabenlos Neukabel eingezogen werden.
Das Altkabel bildet die Zwangsführung für den patentgeschützten Überbohrkopf, der in gleichmäßigem Abstand um das Altkabel die anhaftende Sandbettung bzw. das anhaftende Erdreich in einem sehr schmalen Ringkranz freischneidet. Nach Überfahrung der abgetrennten Altkabelstrecke wird der Überbohrkopf vom Bohrgestänge abgeschraubt und ein Ziehstrumpf oder Kabelschuh für den Einzug des Neukabels vorbereitet. In der Zwischenzeit kann das freigebohrte Altkabel von der Startseite her mit einer Seilwinde oder einer Baumaschine (z. B. Bagger) gezogen werden. Exakt in den freigewordenen Altkabelverlauf kann mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrgestänge nun das neue Kabel lagegleich eingezogen werden. Vorhandene Bestandspläne können weiter genutzt werden, lediglich das neue Kabel wird im Kartenwerk vermerkt. Sowohl die hohe Austauschgeschwindigkeit (ca. 120 m Kabelüberbohrung in 1 bis 2 Stunden) als auch die Einsparung von Vermessungskosten machen das Verfahren besonders wirtschaftlich. Erdkabel können auf diese Weise in beliebiger Tiefe und unter beliebigen Hindernissen jederzeit grabenlos ausgetauscht und erneuert werden.
Fazit
Der oben beschriebene Vergleich unter den genannten Faktoren ist für jedes Kabel- und Leitungsprojekt immer und in jedem Fall lohnenswert. Eine besonders günstige Variante stellt beim grabenlosen Verlegen der kombinierte und aufeinander abgestimmte Einsatz von Kabelpflug und der HDD-Bohrtechnik dar. Der Vergleich aller Genehmigungs-, Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsaspekte wird zu nicht immer erwarteten und sehr vorteilhaften Ergebnissen für den grabenlosen Erdkabelbau führen. Weitere Informationen hierzu sind auch unter den Internet-Portalen www.nodig-bau.de und www.kabelpflug.de zu finden.
Gerne gibt der Autor unter der Email-Adresse: hj-bayer@tracto-technik.de weitere Auskünfte
Literaturhinweise
ARNOLD, W. (1993): Flachbohrtechnik; 968 S., Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig / Stuttgart.
BAYER, H.-J., KOCH, E. (2003): Felsbohrtechnik mit hochleistungsfähigen und spülungsarmen Mud-Motoren. Iro-Schriftenreihe Bd. 27, S. 644-655, (Vulkan-Verlag), Essen.
BAYER, H.-J. (2004): Grabenloser Kabelaustausch durch Überbohren. ew 4/2004, S. 44-47, VDEW-Energieverlag, Frankfurt/Main.
BAYER, H.-J. (2005): HDD-Praxis Handbuch (Vulkan-Verlag), 196 S., Essen.
BAYER, H.-J. (2006): Erdkabelaustausch in geschlossener Bauweise. bi Umweltbau 6/2006, S. 19-21, Kiel.
BAYER, H.-J. (2007): Erdkabel oder Freileitung? tis 6/2007, S. 42 – 46, (Bauverlag) Gütersloh.
BAYER, H.-J. (2010): Bergdurchbohrungen für den Pipelinebau in Felsregionen und Anlandungsbohrungen unter Küstenzonen. – Felsbaumagazin 2010, Heft 1, S. 38 – 46, VGE-Verlag, Essen.
BMU (2006): Netzausbau durch Freileitungen und Erdkabel. – Mitteilung durch das Ref. KI III 3 – Wasserkraft, Windenergie und Netzintegration der Erneuerbaren Energien (Sept. 2006), Berlin.
BOHLSEN Ingenieure (2007): Trinkwasser für Trais. – bi Umweltbau 5/2007, S. 29 –30, Kiel.
DCA (Verband Güteschutz Horizontalbohrungen e.V., 2007): 113 S., Technische Richtlinien des DCA, Aachen.
NABU Grundsätze – Netzausbau und – anpassung zur Integration Erneuerbarer Energiequellen, Berlin, 2009
NAUJOKS, G. (2002): Breite Leistungspalette in der gesteuerten Horizontalbohrtechnik, 3R Int. Heft 1, S. 32-34, Essen.
NAUJOKS., G. (2007): Stromversorgung unterirdisch sicher. – bbr 10/2007, S. 52 –53, Bonn.
STEIN, D. (2003): Grabenloser Leitungsbau (Ernst&Sohn), 1144 S., Berlin.
TRACTO-TECHNIK GmbH & Co KG (Hrsg., 2009): Horizontalspülbohrungen intelligent gelöst. Informationsschrift Fa. Tracto-Technik, 96 S., Lennestadt.
TRACTO-TECHNIK GmbH & Co KG, 57356 Lennestadt
Ausgangslage
Spätestens seit 2006 als im Münsterland viele vereiste Strommasten abknickten und erhebliche Teile der Bevölkerung Stromausfälle hinnehmen mussten, gibt es eine lebhafte Diskussion darüber, dass neu zu errichtende und vorhandene Freileitungen als Erdkabel installiert werden sollten. Dass Erdkabelverlegungen zwangsläufig nicht teurer seien müssen als die Errichtung von Freileitungen wird in den nachfolgenden Ausführungen begründet. Es lohnt sich, Erdkabelverlegungen als sinnvolle Alternative zu Freileitungen in Betracht zu ziehen und in jedem Fall Vergleiche anzustellen.
Neue Aspekte
Die grabenlose Leitungsverlegung wird bislang von der Stromversorgungswirtschaft immer noch zu wenig genutzt. In der Kombination von Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD-Verfahren) und Kabelpflugtechnik können Kabel und Rohrleitungen, wie in Abb.1 gezeigt, grabenlos sowie mit hoher Bauleistung und damit wirtschaftlich verlegt werden.
Abb.1: Einpflügen einer Gussrohr-Trinkwasserleitung zur Versorgung von Aussiedlerhöfen bei Köngen, Landkreis Esslingen
Erdgasleitungen und Trinkwasserleitungen werden oft als Fernleitungen, als Leitungen zu Hauptnetzen, als Ortsverbindungsleitungen, als Leitungen zu Aussiedlerhöfen und Weilern auch über freie Feldflächen verlegt. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn Trassen entlang von Feld- und Waldwegen mit dem Kabelpflug - Kabel- und Rohrverlegungen mit der Pflugtechnik gelten als grabenlose Bauweise - verlegt werden, während die Kreuzung von Wegen, Straßen, Bahnstrecken, Gewässern und die Unterfahrung von Naturschutzgebieten u. ä. mit der Horizontal-Spülbohrtechnik vorgenommen werden. Diese effektive Einsatz-Kombination hat sich in der Fachwelt als Plague- and Plow-Verfahren etabliert.
Vorteile der Kabelpflugtechnik
Für lange Überlandstrecken ist die Kabelpflugtechnik die wirtschaftlichste Leitungsverlegungstechnik überhaupt. Mit den großen, sehr leistungsstarken Rohr- und Kabelpflügen der Firma Frank Föckersperger sind Verlegungen bis zu 2,00 m Tiefe durchführbar. Mit dem Kabelpflug, gezogen von einer speziellen Zugmaschine, ist das Verlegen von 5 km Leitungslänge am Tag keine Seltenheit. Wird eine spezielle Einsandung der Leitungen vom Auftraggeber gewünscht, so sind mit einem angehängten Automatik-Sandwagen immer noch Tagesleistungen von 2 km möglich. Die größten verlegbaren Rohrdurchmesser bei PE-Rohren liegen derzeit bei DA 355, bei duktilen Guss- bzw. Stahlrohren bei DN 250 und beim Verlegen von Glasfaserkabeln sind bis zu 24 Schutzrohre (Ø 40 – 50 mm) gleichzeitig einpflügbar.
Kabelpflüge sind auch im schwergängigen Gelände einsetzbar, so z.B. im Wattenmeer. Ebenso sind mit einem besonderen Seitenverlegesystem gezielt Verlegungen entlang von Wirtschaftswegen möglich, ohne dass diese Beeinträchtigungen erfahren würden. Eine ausgeklügelte Stütz- und Zugtechnik ist in der Lage, den Pflug in fast allen Einsatzsituationen unter exakter Einhaltung der Tiefenlage zu bewegen. 140 t Zugkraft in Verbindung mit der hydraulisch neig- und kippbaren Abstützung drängen auch mal größere Gesteinsbrocken aus der Trasse. Die überdimensionalen breiten Gummiräder üben wenig Bodendruck aus und schonen so das Gelände. Mit allseitig verstellbaren Auslegern kann z.B. auch bequem hinter Leitplanken oder an Steilhängen gearbeitet werden. Auch hierbei wird das Pflugschwert immer senkrecht geführt. Mit den Kabelpflügen der Firma Frank Föckersperger wurden bislang mehr als 50.000 km Rohre und Kabel verlegt.
Abb. 2: Kabelpflüge sind flexibel und passen sich fast allen Geländeformen an.
Vorteile der Horizontalspülbohrtechnik im freien Feld
Die verlaufsgesteuerte Horizontal-Spülbohrtechnik (HDD) ist ein sehr leistungsfähiges Verfahren für die grabenlose Verlegung von Erdkabeln. Seit 1988 werden in Deutschland mit dieser Technologie Erdkabel verlegt, wobei es sich zumeist um 10 kV, 20 kV, 30 kV, 60 kV, 110 kV und sogar um 125 kV-Kabel handelt. Die grabenlose Verlegung, z.B. mit dem HDD-Verfahren, wird dafür nicht nur innerstädtisch vielfältig eingesetzt, sondern wird auch in einem Grundsatzpapier vom NABU für den Einsatz in schützenswerten Natur- und Landschaftsräumen ausdrücklich gefordert.
Die grabenlose Verlegung von 220 kV-Leitungen ist genauso möglich wie im offenen Leitungsbau (d.h. im Graben), für 380 kV-Leitungen gibt es im Erdbau sehr geringe Erfahrungen und in der bohrtechnischen Verlegung gar keine. Für den 380 kV-Bereich besteht daher in der erdgebundenen Verlegung noch Entwicklungsbedarf.
Die grabenlose HDD-Verlegung von Leitung im 10 kV-, 20 kV- und 30 kV-Bereich ist tägliche Routine, Verlegung von 60 kV- bis 125 kV-Leitungen sind zwar seltener, aber durchaus üblich und mit genügend Erfahrungen belegt.
Abb. 3: Je nach Zug- und Vorschub-Leistungsklasse (in Tonnen ausgedrückt) der Horizontalbohranlagen können unterschiedliche Reichweiten und Durchmesser realisiert werden. HDD-Anlagen gibt es in vielen Leistungsklassen.
Erdkabel werden immer dann mit dem HDD-Verfahren im freien Feld eingesetzt, wenn es gilt, Wegstrecken abzukürzen, um z. B. Bergrücken zu unterbohren, Felsvorkommen zu unterqueren, Steilhänge unter Schutz elegant zu unterfahren, aber auch natürliche und künstliche Flüsse und Gewässer zu kreuzen.
Besonders der Einsatz von Gewässerunterquerungen hat die Vorteile des HDD-Verfahrens einem breiteren Anwenderkreis bekannt gemacht. In vielen Regionen mit lokalen Energieerzeugungsanlagen war die grabenlose Erdkabelverlegung zudem die kostengünstigste und genehmigungsrechtlich die am Kürzesten realisierbare Variante. Hier zeigt sich ein entscheidender Vorteil der Bohrtechnik, da damit der kürzeste Trassenweg gewählt werden kann, während Freileitungen oft große Umwege um Naturschutzgebiete und Biotope machen müssen. Gleiches gilt für Siedlungen und Sonderzonen (z.B. Flugplätze, u.ä.).
Abb. 4: Erdkabelverlegungen unter Geländenformen stellen für die HDD-Technologie keinerlei Hindernis dar.
Ein besonderer Vorteil besteht beim HDD-Verfahren darin, dass die Tiefenlage der zu verlegenden Leitung keinen wesentlichen Kostenfaktor darstellt. Eine Leitungsverlegung in 1, 3, 5 oder 8 m Tiefe ist nahezu kostenneutral, da im Wesentlichen nur die Bohrarbeiten, die Bohrloch-Aufweitarbeiten und der Erdkabeleinzug ins Bohrloch als Arbeitskosten anfallen. Die Arbeitszeiten für das Bohren sind deutlich geringer, als gemeinhin angenommen wird. Die Ausführung eines Freileitungsbaus geht in der Regel nicht schneller als die Bohrtechnik. Beim Faktor Bauraumbeanspruchung ist der Unterschied sogar sehr drastisch. Die Kabelverlegung mit der HDD-Bohrtechnik beansprucht nur einen Bruchteil dessen, was für Freileitungen benötigt wird. Grabenlos verlegte Leitungen stellen keinerlei Landschaftsbeeinträchtigungen und keinerlei Gefahr für Flora und Fauna dar, zudem können Bauarbeiten mit der HDD-Bohrtechnik jederzeit, sogar auch an milden Wintertagen ausgeführt werden. Die wenigen Start- und Zielgruben für die zum Teil recht langen Bohrabschnitte können schnell der Landschaft wieder zurückgegeben werden, zumal der vorübergehende Aufstellplatz für eine Bohranlage samt Startgrube nicht größer ist, als der eines Freileitungsmastes. Berechnungen, die früher angestellt wurden, um Erdkabelverlegungen zu kalkulieren, gingen fast immer von Verlegungen im offenen Graben aus. Solche Verlegungen stellen selbstverständlich einen aufwändigen und teuren landschaftlichen Eingriff dar. Im Vergleich dazu setzt die Horizontalbohrtechnik winzige „Nadelstiche“ in die Landschaft und zwischen den Einstichlöchern können unauffällig und in beliebiger Tiefe Erdkabel günstig und sehr schnell verlegt werden. Die hohe Verlegegeschwindigkeit beim HDD-Verfahren ist ein weiterer, sehr entscheidender Vorteil dieses Verfahrens.
Abb. 5: Unterbohrung der tief eingeschnittenen Autobahn A 45 bei Münzenberg in Mittelhessen mit einer Grundodrill 15N – HDD-Bohranlage. In bis zu 12 m Tiefe wurde hier auf über 100 m Länge massiver Basaltfels durchbohrt.
Praxisbeispiele zur grabenlosen Erdkabelverlegung:
Beispiel 1: Erdkabelverlegung im Wasser- und Naturschutzgebiet
In Alftern bei Bonn musste auf 452 m Länge eine 110 kV Freileitung ein Kabelschutzrohr PE HD 160 x 14,8 mm unter einem Kornfeld verlegt werden.
Die Horizontal-Spülbohrung war notwendig, weil unter dem Kornfeld in etwa 1,50 m Tiefe und in Abständen von 10 m flächendeckend ein Drainagesystem angelegt war. Der Grund dafür liegt in der Staunässe, die durch eine wasserundurchlässige Bodenschicht aus Eisen- und Quarzkies verursacht wird, die bis in etwa 6 m Tiefe reicht, extrem kompakt und verdichtet ist. Das Drainagesystem durfte nicht beschädigt werden. Deshalb war auch keine Zwischengrube möglich, so dass die Bohrung ohne Unterbrechung in einer Länge ausgeführt werden musste. Der Auftraggeber forderte eine Verlegetiefe von mindestens 5 m. Zum anderen ist das Gebiet um Alfter ein Wasser- und Naturschutzgebiet, in dem die offene Leitungsverlegung nur mit besonderen Auflagen möglich ist.
Zum Einsatz kam die Horizontal-Spülbohranlage, Typ Grundodrill 15 N (Hersteller TRACTO-TECHNIK, Lennestadt) Nach der Pilotbohrung wurde das Bohrloch auf 350 mm Durchmesser aufgeweitet. Die mittlere Bohrtiefe lag bei 6,60 m, in der Zielgrube bei etwa 3 m.
Das Rehau Kabelschutzrohr wurde als Ringbund geliefert erforderte und für die Gesamtlänge vier Schweißverbindungen. In dem weitläufigen Gelände konnte der Rohrstrang in voller Länge ausgelegt und ohne Unterbrechung an einem Arbeitstag eingezogen werden.
Abb. 6: Die Grundodrill-Bohranlage neben der Freileitung, die unter die Erde verlegt werden soll.
Abb. 7: Beginn des Rohreinzugs (In dem Leerrohr wird später das Kabel eingezogen).
Beispiel 2: Stromversorgung bei Eslohe unterirdisch sicher
Der Wintersturm Kyrill hat im südwestfälischen Raum in vielen Ortschaften die Stromversorgung für längere Zeit unterbrochen. Ursache dafür waren Schäden an den Freileitungen durch umgestürzte Masten und Baumeinschlag. Besonders betroffen war die Region zwischen Meschede und Eslohe. Die RWE, Arnsberg als zuständiger Stromversorger hat sehr schnell reagiert und konsequent gehandelt. Das vorrangige Ziel des Netzbetreibers ist die Gewährleistung einer dauerhaften Versorgungssicherheit auch bei extremen Wetterbedingungen. Deshalb entschloss sich die RWE die besonders gefährdeten 30 KV Freileitungen in der Region unter die Erde zu verlegen.
Nach nur einem halben Jahr Planung konnte der Auftrag für die Erdverlegung auf der 16 km langen Strecke in drei Teilabschnitten vergeben werden.
Gelände- und bodenbedingt ist die Trasse besonders anspruchsvoll. Um die Umwelt zu schonen und die Kosten zu reduzieren, wurde bereits im Vorfeld der Einsatz grabenloser Verlegetechniken, wie z.B. die Horizontal-Spülbohrtechnik vorgesehen.
Auf einem Teilabschnitt mit 3 km Länge wurden 3 Bohrungen mit Längen von 170, 100 und 150 m mit einer Horizontalspülbohranlage Typ 32/18
(Hersteller: Prime Drilling, Wenden), ausgeführt.
Abb.8: Pilotbohrung der 2. Bohrung mit Prime-Drilling-Bohranlage PD 32/18.
Abb.9: Drei 10 kV Kabel werden zu einem Kabelstrang zusammengebunden und dann als gebündelter 3er-Strang in je ein Leerrohr eingezogen.
Gesamtvergleich zum Freileitungsbau
Die Skizzen stellen exemplarisch einen Vergleich zwischen 10 km Stromkabelverlegung für eine 110 kV-Leitung dar; einerseits als Freileitung und andererseits als Erdkabel.
Abb. 10 und 11:
Da bei den Erdkabeln sowohl dreiadrige Kabel als auch getrennt drei Einzelleiter verlegt werden können, werden diese Varianten kombiniert dargestellt. Die besonders wirtschaftliche Kombination von Horizontal-Spülbohrtechnik und Kabelpflug im „Plague and Plow-Verfahren „ wird in dem realitätsnahen Anteil von 15 % HDD und 85 % Kabelpflugarbeiten für die Gesamtstrecke zusätzlich dargestellt.
Für Freileitungsbau und der grabenlosen Erdkabelverlegung werden in den Grafiken verglichen: die Faktoren Bauraumbeanspruchung, Bauzeitbeanspruchung, Wegemöglichkeiten, Inspektionsmöglichkeiten, Anfälligkeiten bei Wetter- und Klimaeffekten, Naturraumbeanspruchung, Beanspruchung anderer Strukturen und Güter, Genehmigungszeitraum und gerätetechnischer Einsatz bei den Baumaßnahmen. Fast alle Vergleichsfaktoren belegen, dass sowohl die reine Anwendung der HDD-Bohrtechnik, besonders aber die Kombination mit der Kabelpflugtechnik gegenüber dem Freileitungsbau in den meisten Vergleichsfaktoren deutlich im Vorteil sind. Es lohnt sich daher, die aufgezeigten Darstellungen im Einzelnen für eigene Leitungsbauprojekte unter den gleichen Aspekten zu vergleichen.
Abb. 12 und 13:
Besondere Vorteile von grabenlos verlegten Erdkabeln
- Die grabenlose Bauweise schont die natürliche Geländeoberfläche aber auch befestigte Fahrwege und sonstige Oberflächen
- Die grabenlose Leitungsverlegung ist deutlich schneller als jede offene Verlegung
- Mit der grabenlosen Bauweise lassen sich Gewässer, Biotope und andere wertvolle Naturräume berührungsfrei unterbohren
-Der Baustoffeinsatz beträgt bei der grabenlosen Bauweise ein 1/50-tel bis ein 1/100-tel gegenüber einer offenen Leitungsverlegung
- Erdkabel sind sicher gegen Sturm, Eis und Waldbrände
- Der Bau von Erdkabel beeinträchtigen weniger die Tier-(insbesondere die Vogel-) und Pflanzenwelt
- Erdkabel statt Freileitungen geben der Landschaft ihren natürlichen Charakter zurück
- Erdkabel lassen sich grabenlos kostengünstig verlegen
- Grabenlos verlegte Erdkabel lassen sich bei Bedarf grabenlos austauschen.
Grabenloser Kabelaustausch
In den letzten Jahren wurde die Verfahrenstechnik zum grabenlosen Erdkabelaustausch praxisreif entwickelt. Durch das Überbohrverfahren können nun in langen, wirtschaftlichen Bauabschnitten Altkabel vom umgebenden Erdreich freigebohrt und herausgezogen werden. Im Bohrungshohlraum des ehemaligen Altkabels können danach grabenlos Neukabel eingezogen werden.
Das Altkabel bildet die Zwangsführung für den patentgeschützten Überbohrkopf, der in gleichmäßigem Abstand um das Altkabel die anhaftende Sandbettung bzw. das anhaftende Erdreich in einem sehr schmalen Ringkranz freischneidet. Nach Überfahrung der abgetrennten Altkabelstrecke wird der Überbohrkopf vom Bohrgestänge abgeschraubt und ein Ziehstrumpf oder Kabelschuh für den Einzug des Neukabels vorbereitet. In der Zwischenzeit kann das freigebohrte Altkabel von der Startseite her mit einer Seilwinde oder einer Baumaschine (z. B. Bagger) gezogen werden. Exakt in den freigewordenen Altkabelverlauf kann mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrgestänge nun das neue Kabel lagegleich eingezogen werden. Vorhandene Bestandspläne können weiter genutzt werden, lediglich das neue Kabel wird im Kartenwerk vermerkt. Sowohl die hohe Austauschgeschwindigkeit (ca. 120 m Kabelüberbohrung in 1 bis 2 Stunden) als auch die Einsparung von Vermessungskosten machen das Verfahren besonders wirtschaftlich. Erdkabel können auf diese Weise in beliebiger Tiefe und unter beliebigen Hindernissen jederzeit grabenlos ausgetauscht und erneuert werden.
Fazit
Der oben beschriebene Vergleich unter den genannten Faktoren ist für jedes Kabel- und Leitungsprojekt immer und in jedem Fall lohnenswert. Eine besonders günstige Variante stellt beim grabenlosen Verlegen der kombinierte und aufeinander abgestimmte Einsatz von Kabelpflug und der HDD-Bohrtechnik dar. Der Vergleich aller Genehmigungs-, Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsaspekte wird zu nicht immer erwarteten und sehr vorteilhaften Ergebnissen für den grabenlosen Erdkabelbau führen. Weitere Informationen hierzu sind auch unter den Internet-Portalen www.nodig-bau.de und www.kabelpflug.de zu finden.
Gerne gibt der Autor unter der Email-Adresse: hj-bayer@tracto-technik.de weitere Auskünfte
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