Sichere Erdarbeiten: Wie lassen sich Schäden an der unterirdischen Infrastruktur vermeiden?

Bau- und Erdarbeiten werden zunehmend in Gebieten mit dichter unterirdischer Infrastruktur durchgeführt. Wie lassen sich Schäden wirksam verhindern und kostspielige Reparaturen vermeiden? Die Lösung sind Kabel-, Draht- und Erdverlegungsortungsgeräte, mit denen die Arbeiten sicher durchgeführt werden können.

Bauinvestitionen umfassen, unabhängig von ihrer Art, fast immer Erdarbeiten in einem bestimmten Gebiet. Dabei handelt es sich meist um die Notwendigkeit, neue Gebäudeelemente an bestehende unterirdische Netze anzupassen, was häufig bedeutet, sie neben, über oder unter bestehenden Anlagen – beispielsweise dem Stromnetz – zu platzieren. Dieser Umstand erschwert die Umsetzung von Bauvorhaben erheblich.

Mehr Investitionen, größeres Risiko von Infrastrukturschäden

Mangels präziser Planung kann es zu unvorhergesehenen Schäden oder Unterbrechungen bei der Übertragung eines bestimmten Mediums kommen. Dies führt zu zusätzlichen Investitionskosten für die Instandsetzung der beschädigten Infrastruktur, die oft sehr hoch sind.

Durch die dynamische Entwicklung des Bauwesens und die steigende Zahl realisierter Projekte steigt das Risiko von Schäden an unterirdischen Netzen. Ein weiteres Problem ist die mangelnde Kohärenz zwischen den verschiedenen Investitionen. So erfolgt beispielsweise die Erneuerung von Abwasser- oder Wasserversorgungsnetzen oft unmittelbar im Anschluss an die Fertigstellung von Straßensanierungen, was auf mangelhafte Planung und mangelnde Vorausschau schließen lässt. Daraus resultiert die Schwierigkeit einer späteren kostengünstigen Infrastrukturentwicklung.

Dies hat zur Folge, dass die Dichte der unterirdischen Netze nicht nur in stark urbanisierten Gebieten immer größer wird. Dieser Trend wird sich noch verstärken, da die Anlagen heute fast ausschließlich unterirdisch verlegt werden. Maßgeblich hierfür sind funktionale und ästhetische Überlegungen, die eine ebenerdige Infrastruktur im modernen Stadtraum nicht akzeptabel machen.

Bild 1. Zunehmende Dichte der unterirdischen Netze

Steigende Anforderungen an die Stromnetze

Eine weitere Herausforderung ist die Modernisierung der veralteten, oberirdischen Stromnetze zugunsten von unterirdischen Netzen. Dieser Kurswechsel zielt darauf ab, die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromversorgung zu verbessern, was vor dem Hintergrund des sich wandelnden Klimas ein logischer Schritt zu sein scheint. Die Freileitungsnetze, vor allem die, die vor fast einem halben Jahrhundert gebaut wurden, sind nicht für die heutigen Belastungen und extremen Wetterbedingungen ausgelegt. Steigende Temperaturen und das zunehmende Auftreten atmosphärischer Gefahren erhöhen den Modernisierungsbedarf zusätzlich.

Ursachen für Schäden an der unterirdischen Infrastruktur

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, nehmen Umfang und Dichte der unterirdischen Infrastrukturen ständig zu, so dass Erdarbeiten früher oder später mit bestehenden Anlagen in Berührung kommen werden. Die entscheidende Frage lautet: Können Schäden vermieden werden? Die Antwort lautet ja, sofern geeignete Präventivmaßnahmen getroffen werden.

Zu den häufigsten Ursachen für Schäden an der unterirdischen Infrastruktur gehören:

fehlende Überprüfung geodätischer Karten,
Zeitdruck,
menschliches Versagen,
Ungenauigkeiten bei der Lokalisierung von Netzen auf geodätischen Karten,
das Fehlen spezifischer Netzdaten oder ihrer Fragmente auf geodätischen Karten,
begrenzte Genauigkeit der Netzdarstellung auf geodätischen Karten.

Ein häufiger Fehler besteht darin, die Analyse geodätischer Karten zu unterlassen und mögliche Kollisionspunkte nicht zu berücksichtigen. In der Praxis ist dies meist auf Eile oder Druck von Vorgesetzten zurückzuführen und kann zu kostspieligen Fehlern führen. Es lohnt sich also, sich ein wenig mehr Zeit für die sorgfältige Vorbereitung der Arbeit zu nehmen, auch wenn es dadurch zu kleineren Verzögerungen kommt. Langfristig ist dies weniger kostspielig als die Reparatur beschädigter Infrastrukturen.

Um das Fehlerrisiko zu minimieren, spielen eine sorgfältige Arbeitsvorbereitung und Schulung des Personals, insbesondere des Baggerführers, eine entscheidende Rolle. Erstens wird das Fehlerrisiko durch entsprechende Schulungen und ausreichend Ruhepausen deutlich verringert. Zweitens trägt die Aufklärung anhand von Beispielen realer Unfälle und ihrer Folgen (z. B. einer durch eine beschädigte Gasleitung verursachten Gasexplosion) dazu bei, routinemäßigem und unverantwortlichem Verhalten der Betreiber entgegenzuwirken.

Ein Teil des Schadens ist auf Fehler derjenigen zurückzuführen, die in der Vergangenheit für die Erstellung der von uns heute verwendeten Dokumentation verantwortlich waren. Auch wenn wir keinen direkten Einfluss auf diese Aspekte haben, sollten wir uns die möglichen Folgen vor Augen halten. Selbst korrekte Daten können Einschränkungen in Bezug auf die Genauigkeit der Messungen enthalten. Die Fehlertoleranz kann bis zu einigen Metern betragen, was im Extremfall bedeutet, dass sich das Netz an einer völlig anderen Stelle befindet als in den Karten angegeben, z. B. auf der anderen Straßenseite.

Was kann getan werden, um die Risiken von Dokumentationsfehlern zu minimieren? Es ist von entscheidender Bedeutung, dass bereits vor Beginn der Arbeiten Kontrollen und Datenüberprüfungen durchgeführt werden. Im ersten Schritt können kostenlose Plattformen genutzt werden, die räumliche Informationen oder geodätische Karten bereitstellen und so prüfen, ob sich in einem bestimmten Gebiet unterirdische Infrastrukturelemente befinden. So kann man sich besser auf die Projektdurchführung vorbereiten und potenzielle Risiken erkennen.

Bild 2. Kontrolle und Überprüfung der Daten auf der Plattform www.geoportal.gov.pl

Effektive Datenüberprüfung mit Kabelortungsgerät

Die zweite Möglichkeit, die Daten zu überprüfen und zu verifizieren, besteht darin, den Standort mit Kabelsuchgeräten zu kontrollieren. Das Arbeitsgebiet sollte in zwei Phasen vermessen werden:

Überprüfung des tatsächlichen unterirdischen Verlaufs der auf den geodätischen Karten eingezeichneten Elemente.
Suche nach nicht kartierten, stillgelegten Infrastrukturen oder unterirdischen Überresten am Standort.

Bild 3. Überprüfung des Gebiets mit dem Sonel LKZ-2500-Ortungsgerät

Die erste Stufe ist relativ einfach, da bekannt ist, wo die Netzdaten mehr oder weniger zu suchen sind. Die beste Lösung besteht darin, im aktiven Modus arbeitende Ortungsgeräte zu verwenden, die es ermöglichen, ein Signal in das Objekt einzuführen und seinen Kurs/seine Route zu verfolgen. Bei solchen Arbeiten ist es ratsam, große Ortungsgeräte zu verwenden, die für die Arbeit vor Ort und in großer Tiefe geeignet sind. Auch die Art der Signalübertragung ist entscheidend und kann die Genauigkeit der Messungen beeinflussen.

Drei Signalübertragungsmethoden

Es gibt drei grundlegende Methoden zur Übertragung eines Signals:

galvanisch – der Sender ist direkt mit dem zu leitenden Objekt und seinem leitenden Element verbunden;

Bild 4. Galvanische Methode der Signalübertragung

Klemmmethode – das Signal wird mithilfe von Sendeklemmen induziert, wodurch eine physische Verbindung überflüssig wird (das Kabel kann stromführend und isoliert sein).

Bild 5. Klemmmethode zur Signalübertragung

Induktiv – die eingebaute Antenne des Senders induziert ein Signal in allen leitenden Objekten unter ihr, entsprechend der auf dem Sender angegebenen Richtung.

Bild 6. Induktive Methode zur Signalübertragung

Die galvanische Methode ist die wirksamste, da sie das stärkste Leitungssignal ermöglicht, das direkt von der Stärke des im Objekt erzeugten Stroms abhängt. Das Signal kann durch Erdung des anderen Endes des Kabels weiter verstärkt werden, was die Effektivität der Ortung deutlich erhöht.

Lage der nichtleitenden Infrastruktur

Leider sind nicht alle unterirdischen Infrastrukturen leitfähig. Bei PVC-Rohren ist spezielles Zubehör hilfreich, wie zum Beispiel:

das Sendekabel auf einer Haspel, mit dem das Kabel ferngesteuert in die Rohre eingeführt werden kann,. Ist ein Sender daran angeschlossen, lässt sich der Verlauf der Pipeline, ähnlich wie bei einem Stromkabel, präzise verfolgen.
Sendesonde – ein kleiner Sender, der am Ende einer Kabelzug-Fernsteuerung angebracht und in das Rohr eingeführt werden kann, wobei der Sender selbst mit dem Empfänger verfolgt wird.

Bild 7. Ortung nichtleitender Infrastruktur mit speziellem Sendekabel

Suche nach undokumentierter Infrastruktur

Die zweite Phase, d. h. die Untersuchung des Gebiets zum Aufspüren der gesamten unterirdischen Infrastruktur, erfordert wesentlich mehr Aufmerksamkeit und Erfahrung. Der Bediener des Ortungsgeräts muss die empfangenen Signale geschickt interpretieren, was für die Effizienz des gesamten Prozesses entscheidend ist. Die Suche ist in zwei Arten unterteilt:

genutzte Einrichtungen – nicht gekennzeichnete Stromkabel, Telekommunikationskabel oder Gaspipelines;
ungenutzte, leitende Einrichtungen – Infrastrukturelemente, die nicht mehr genutzt werden, aber während der Arbeiten noch ein Hindernis darstellen können.

Die schnellste Methode zur Erkennung aktiver Objekte ist der passive Modus, bei dem der Detektor selbst verwendet wird. Die am häufigsten verwendeten Modi sind:

POWER: ermöglicht die Erkennung und Verlegung von Kabeln unter 50 oder 60 Hz Netzspannung
RADIO: verfolgt alle Signale im ausgewählten Frequenzband.

Das Durchsuchen eines Gebiets im passiven Modus umfasst normalerweise das Aufteilen des Gebiets in parallele Linien mit einem Abstand von etwa einem Meter, die senkrecht zu einer Seite des Gebiets verlaufen. Der Bediener bewegt sich entlang dieser Linien und zeichnet die Signale auf. Wird ein stabiles Signal angetroffen, wird ein Punkt auf dem Boden markiert. Von diesen Punkten aus kann eine Linie gezogen werden, die den Verlauf der erkannten Infrastruktur widerspiegelt.

Bild 8. Geländesuchmethode im passiven Modus – Erster Durchgang

Nach der ersten Suche im Bereich sollte der Vorgang wiederholt werden, wobei dieses Mal jedoch Linien gezeichnet werden sollten, die senkrecht zu den zuvor analysierten Linien stehen. Daraus ergibt sich ein Erhebungsraster von Feldern mit einem Quadratmeter im Untersuchungsgebiet. Diese Methode erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass unterirdische Infrastrukturen geortet und genau wiedergegeben werden.

Bild 9. Geländesuchmethode im passiven Modus – Zweiter Durchgang

Moderne Ortungsgeräte vs. Messraster

Der Einsatz von Messrastern ist insbesondere bei älteren Ortungsgeräten wichtig, die aufgrund der begrenzten Antennenanzahl Schwierigkeiten haben können, Objekte parallel oder senkrecht zur Detektorstrecke zu erfassen. Die technischen Grenzen dieser Geräte beeinträchtigen die Genauigkeit der Ablesungen und die Zuverlässigkeit der durchgeführten Arbeiten.

Moderne Detektoren mit Mehrfachantennen oder 3D-Antennentechnik – wie der Sonel LKZ-2500 – machen Messraster überflüssig. Bei diesen reicht es aus, das Gebiet entlang der Grenzen zu begehen, um Signale der unterirdischen Infrastruktur zu erkennen. Die 3D-Antennen ermöglichen den Empfang von Signalen unabhängig vom Ablenkungswinkel relativ zur Grabenführung.

Bild 10. Methodik zum Durchsuchen des Geländes entlang des Umfangs eines bestimmten Bereichs. Der Fall, bei dem das Kabel durch den Arbeitsbereich verläuft

Mit dieser Lösung lässt sich der Zeitaufwand für die Ortung unterirdischer Infrastrukturen erheblich reduzieren. Um die Präzision zu erhöhen, lohnt es sich jedoch, diesen Vorgang durch zusätzliche Schüsse innerhalb des Gebiets zu ergänzen und sich dabei allmählich von den Grenzen zu entfernen. Durch die Wiederholung der Messungen an mehreren Orten, die senkrecht zu den ursprünglichen Strecken verlaufen, wird das Risiko, Infrastrukturelemente zu übersehen, die in dem Gebiet beginnen oder enden können, minimiert.

Bild 11. Methodik zum Durchsuchen des Geländes rund um seinen Umfang und zum Einengen von Durchgängen in das ausgewiesene Gebiet. Der Fall mit Kabeln, die nur im Arbeitsbereich vorkommen

Vor dem Beginn der Erdarbeiten sollte unbedingt eine zusätzliche Detektorbegehung entlang der geplanten Baugrube durchgeführt werden. Es ist wichtig, den gesamten Vorgang sowohl im POWER- als auch im RADIO-Modus zu wiederholen, da jeder Modus für die Erkennung einer anderen Signalfrequenz ausgelegt ist.

Im Falle einer nicht funktionsfähigen Infrastruktur kann diese im RADIO-Modus erkannt werden, wenn sie Störungen oder von anderen Objekten induzierte Signale aussendet. Beispiele für solche Objekte ist ein eingegrabenes Bandeisen oder Warnfolien mit einer Ortsangabe.

Kurze Abschnitte der Infrastruktur können jedoch schwer zu erkennen sein. Daher sollte das Verfahren auch im induktiven Modus wiederholt werden, wobei zwei Personen beteiligt sind: eine bewegt sich mit dem Detektor entlang des Grabens und die andere mit dem Sender im induktiven Modus parallel dazu. Dies gewährleistet die höchste Erkennungseffizienz für nicht funktionsfähige Infrastrukturen. Es wird empfohlen, solche Durchgänge senkrecht zur anderen Seite der Fläche zu wiederholen.

Bild 12. Methodik zum aktiv-induktiven Durchsuchen des Geländes. Der Fall mit nicht funktionsfähiger, deaktivierter oder signalfreier unterirdischer Infrastruktur

Unter günstigen Bedingungen können Stichprobenkontrollen auch von einer Person durchgeführt werden – mit einem Detektor, der mit 3D-Antennen und mobilen Apps ausgestattet ist. Mit dieser Technologie kann der Bediener den Detektor an einem einzigen Punkt platzieren, die Ergebnisse auf dem Tablet beobachten und den Sender im Kreis um das Gerät bewegen. Es ist wichtig, dass der Detektor stationär und der Sender sich bewegt, um eine vollständige Erfassung des Spektrums zu gewährleisten. Sender, die nicht in Übereinstimmung mit der Induktionsrichtung positioniert sind, können möglicherweise kein Signal am gesuchten Objekt induzieren.

Bild 13. Methodik zum stichprobenartigen Durchsuchen des Geländes im aktiv-induktiven Modus

Dabei ist jedoch zu bedenken, dass die Grundlage für den Beginn der Erdarbeiten die Kontrolle der Trasse/des Aushubbereichs sein sollte und dass die Methode mit der Ermittlung des Messrasters bei der Suche im Arbeitsbereich die wenigsten toten Winkel hinterlässt.

Karten, Ortungsgerät und gesunder Menschenverstand

Nicht alle Kabel, wie z. B. Telekommunikations- oder Glasfaserkabel, können mit Kabelortungsgeräten geortet werden. Das Gleiche gilt für einige Gasleitungen und nicht leitende Verbindungen anderer Art. Ein wichtiger Schritt bleibt immer die Analyse der Vermessungskarten und die Überprüfung ihrer Übereinstimmung mit der tatsächlichen Verteilung der Infrastruktur. Auch der gesunde Menschenverstand ist gefragt: Eingesunkene Erde entlang der Trasse der durchgeführten Arbeiten kann auf unterirdische Infrastrukturen hinweisen.