Anwendungsmöglichkeiten der on-line Gebirgsdruckmessung beim Tunnelbau


Die messtechnische Nutzung des akusto-elastischen Effektes ermöglicht qualitativ und quantitativ neue Überwachungsmethoden beim Bau und beim Betrieb von Tunnel. Als Beispiel für mögliche Anwendungen können Tunnelbaue mit hohen Überlagerungen bzw. großen Gebirgsdruckerscheinungen genannt werden, bei denen schon während der Bauzeit, die Krafteinleitung der wirkenden Kräfte der Tunnelbohrmaschine in das den Tunnel umgebende Gebirge, gemessen werden kann.

1. Anwendungsfelder der on-line Gebirgsdruckmessung
Nachweis für den statischen Verbund zwischen Tübbing und Gebirge bei der Nachverpressung des Ringspalt bei langen Tunnelvortrieben.
Als Beispiel für mögliche Anwendungen der on-line Gebirgsdruckmessung beim Tunnel- bzw. Schachtausbaues seien Schächte und Stollen mit hohen Überlagerungen bzw. großen Gebirgsdruckerscheinungen bei Alpentransitrouten genannt.
Messung sehr langsam sich aufbauender Gebirgsdrucke in Gesteinen mit hoher Verformbarkeit und Porenwasserdruck.
Beim Auftreffen solcher Gesteine können beim Tunnelbau sehr große und langanhaltende Verformungen auftreten. Versucht man diese Verformungen durch einen steifen Ausbau zu hemmen, so entsteht ein hoher, sogenannter echter Gebirgsdruck in Superposition mit Porenwasserdruck, welcher den Ausbau zerstören kann. Die langen, tiefliegenden Tunnel durch die Alpen verleihen dem Problem des Tunnelbaues in druckhaftem Gebirge besondere Bedeutung.
Das Messprinzip der on-line Gebirgsdruckmessung ist unabhängig von der Wassersättigung der Umgebung.
Langzeitbeobachtung der Lastaufnahme der Tunnelröhre bei Spannungsumlagerungen im Gebirge.

Herkömmliche Beobachtungen der Tunnelröhre erfassen nur Verformungen des Bauwerkes. Diese geotechnische Verformungs- oder Verschiebungsmessung lassen sich nur über die relativen Lageveränderungen einzelner oft zum Teil nicht sichtbarer Punkte untereinander bestimmen. Dazu müssen diese an geodätisch bestimmte Punkte angehängt werden.
Mit der on-line Gebirgsdruckmessung kann die Spannungsmessung nicht nur im Gebirge erfolgen, sondern es kann direkt die Lastaufbringung unabhängig an jedem dafür eingerichteten Messpunkt auf den Tübbing gemessen werden.
Messung der Kräfte zwischen den Tübbingen und Gebirge und den Tübbingen selbst.

Beim Tunnelvortieb mit einer Gripper-TBM werden die Vortriebspressenkraft und das Drehmoment des Bohrkopfes über die Verspannung der Gripper-Plattenpaare in den Fels abgetragen. Werden dies Pratzen zum Beispiel mit Messkörpern zur Lastmessung ausgerüstet ist die Krafteinleitung in das Gebirge in den Pratzen direkt messbar. Eventuelle Nachgiebigkeiten im kraftaufnehmenden Gebirge können so direkt gemessen werden.
Die Anordnung von Messkörpern zwischen den Tübbingen ermöglicht die Messung der Abtragung der zum Vorschub notwendigen Kräfte einer TBM mit Schild. Die Vorschubpressenkraft kann dabei über den bereits fertiggestellten Tübbingauasbau abgetragen werden. Die Orienierung der Platten der Messkörper wird dabei um 90° gedreht.
Soll die Aufnahme der Querkräfte überwacht werden, bietet sich der Einbau der Messkörper im Ringspalt zwischen dem Tübbingauasbau und der Ausbruchslaibung an. Werden dabei Tübbinge mit Anschlüssen für Drucksensoren zur Messung des Verpressdruckes des Verfüllmediums verwendet, kann durch diese Öffnung die Anschlussleitung für die Messkörper verlegt werden.
Ebenso kann mit der on-line Gebirgsdruckmessung die Krafteinleitung in das Gebirge bei Kurvenfahrten der TBM überwacht werden.

2. Ausblick zur Anwendung der on-line Gebirgsdruckmessung als Bestandteil eines Tunnelmonitoring

Im Tunnelbau bildet die Überwachung der aller möglichen Einwirkungs- und Strukturparameter während der Bauphase und des Betriebs die Basis für die Zustands- und Sicherheitsanalyse des Bauwerks. Die mit unterschiedlichen geotechnischen Methoden erfassten Daten stellen die Grundlage zur numerischen und mechanischen Modellbildung dar. Die maßgebenden Werte der in die Modellbildung einfließenden Parameter können nur aus felsmechanischen Werten gewonnen werden. On-line Messverfahren zur Kraft und Lastmessung, speziell Spannungsmessungen, sind in ihre Aussagekraft und Aktualität nicht zu ersetzen. Die meisten Festigkeits- und Verformungswerte aus Laboruntersuchungen werden bisher unzureichend nur mit aktuellen Verformungswerten verknüpft.

Mit der on-line Gebirgsdruckmessung können die bisher nur modellhaften Parameter, wie der Einfluss der Viskositäten des umgebenden Gebirges auf die Standfestigkeit des Ausbaues, mit geringem Aufwand gemessen werden und kann damit die Verifizierung aller bisherigen Modelle wesentlich verbessern.

Aus messtechnischer Sicht ist auch der Einsatz von RFI-Technik denkbar. So könnten Messkörper mit flächenhaften Antennen oder Induktionsspulen zur Energieversorgung der Ultraschalleinheiten hinter den Tübbingen angebracht werden. Damit wird der Einbau der on-line Gebirgsdruckmessung ohne Verletzung der druckwasserdichten Tunnelröhre ermöglicht.

For further information to the employment of the in-situ stress measurement and to the Live demonstration you sit down please with IBJ Technology in connection.