DE19918215C2 - Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus, insbesondere nach Einbringen von Tunnelausbauelementen. Die Erfindung betrifft fernerhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung soll insbesondere die bei einem Tunnelausbau erzielte geometrische Kontur von Tunnelquer­ schnitten bzw. die nachfolgenden Veränderungen der geometrischen Kontur von Tunnelquerschnitten ermittelt werden. Für den Tunnelausbau werden vorzugsweise Tunnelausbauelemente in Form von sogenannten Tübbingen ein­ gesetzt. Mit der Erfindung sollen vor allem radiale Verfor­ mungen eines Tunnelausbaus im Nachlauf eines Schildvor­ triebes mit Tübbingausbau ermittelt werden. Darüber hinaus lässt sich durch zusätzliche Anordnung von Entfernungsmeß­ gebern im ersten Messquerschnitt die Einbauposition der Tübbingsteine bereits während der Montage überwachen. Wenn der erste Messquerschnitt am Erektor montiert ist, lassen sich mit diesem System ebenfalls die Schwanzluftwerte nach einem bereits praktizierten Verfahren ermitteln. Für Verformungsmessungen ist es wünschenswert unmittelbar nach der Montage eines Tübbings bzw. eines Tübbingringes Messungen vorzunehmen, mit denen Deformationen bzw. radiale Verformungen des Tunnelausbaus im Bereich des kurz zuvor eingesetzten Tübbings ermittelt werden können. Dies ist deshalb zweckmäßig, da radiale Verformungen des Tunnelaus­ baus in der Regel unmittelbar nach der Montage eines Tübbings auftreten. Diese Deformationen sind unter anderem eine Folge des Verpressens des Ringraumes zwischen Gebirge und Tunnelausbau bzw. Tunnelröhre mit einem geeigneten Verpressmörtel. Fernerhin können radiale Verformungen des Tunnelausbaus auftreten, wenn sich während des Abbindevor­ ganges des Verpressmörtels die Belastung des Tunnelausbaus, beispielsweise durch die Pressdrücke oder durch die Abstüt­ zung der Nachläufer, ändert. Es ist eine immer wieder­ kehrende Forderung, dass Deformationsmessungen am Tunnelausbau direkt nach der Montage, im Bereich der Schildvortriebsmaschine, durchgeführt werden sollen. Hier­ für gibt es bisher kein zufriedenstellendes Messverfahren. Die erhaltenen Messergebnisse können Schlussfolgerungen auf die Qualität des Tunnelvortriebes sowie auf die Qualität des nachfolgenden Tunnelausbaus liefern. Fernerhin ergeben sich Rückschlüsse auf die Qualität der Verpressung des Ringraumes zwischen Gebirge und Tunnelausbau bzw. Tunnel­ röhre. In Abhängigkeit von den erhaltenen Messergebnissen können ggf. beim weiteren Tunnelvortrieb und Tunnelausbau Korrekturen erfolgen.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren der eingangs genannten Art werden Deformationen des Tunnelausbaus im Bereich der Schildvortriebsmaschine bzw. im Bereich der Nachläufer einer Schildvortriebsmaschine mit Hilfe von elektronischen Tachymetern gemessen. Diese Messungen erfolgen von verschiedenen im Bereich des Nachläufers ange­ ordneten Standorten aus. Die Durchführung des bekannten Verfahrens ist sehr zeitaufwendig und in der Regel lassen sich Verzögerungen beim Tunnelvortrieb nicht vermeiden. Im übrigen lässt die Genauigkeit der Messungen nach diesem Verfahren zu wünschen übrig.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Messung von Deformationen einer Tunnelschale werden Messelemente an der Tunnelschale befestigt, die in Gelenkpunkten mit elektroni­ schen Winkelmessgebern ausgerüstet sind. Aus gemessenen Winkeländerungen können Deformationen an den Befestigungs­ punkten der Tunnelschale bestimmt werden. Die Durchführung dieses Verfahrens ist sehr aufwendig und kostspielig. Auch die Genauigkeit dieser Messungen lässt zu wünschen übrig.

Im Rahmen eines weiteren bekannten Verfahrens der eingangs genannten Art (ETR 37 (1988), H. 12, Dezember, S. 819-822) wird eine Profilmessung unter Verwendung eines mechanischen Messrahmens durchgeführt. Dabei wird eine Profilmessein­ richtung eingesetzt, bei der eine Distanzmessung mittels eines Laufzeit-Puls-Messverfahrens durchgeführt wird, das mit Infrarotlicht arbeitet. Dieses bekannte Messverfahren ist verhältnismäßig aufwendig und im Übrigen lässt die Messgenauigkeit oftmals zu wünschen übrig.

Weiterhin ist ein Profilmessgerät bekannt (Schweizer Ingenieur und Architekt, 42/83, 101 Jg., S. 993-996), das in einer zur Tunnelachse senkrechten Ebene arbeitet. Die Lage des Profilmessgerätes wird innerhalb des Tunnels eingemessen. Auch dieses Profilmessgerät zeichnet sich durch die vorgenannten Nachteile aus. - Grundsätzlich sind Verformungsmesseinrichtungen bekannt (Tunnel 2/94, S. 64; Felsbau 14 (1996) Nr. 2, S. 98-102), die mit Reflektoren arbeiten. Auch hier lässt jedoch die Messgenauigkeit oftmals zu wünschen übrig.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzuge­ ben, mit dem radiale Verformungen eines Tunnelausbaus auf einfache Weise funktionssicher und mit hoher Genauigkeit ermittelt werden können. Fernerhin soll mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren eine verlässliche Vergleichbarkeit von Messwerten aus verschiedenen Messungen bezüglich ein und derselben Tunnelquerschnittsebene gewährleistet sein. Der Erfindung liegt weiterhin das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus, insbesondere nach dem Einbringen von Tunnel­ ausbauelementen, wobei zumindest ein vom Tunnelausbau unab­ hängiger Messrahmen in einer zur Tunnelachse senkrechten Messebene angeordnet wird,

• 1. 1.1) wobei die Koordinaten eines am Tunnelausbau und in der Meßebene angeordneten Bezugspunktes sowie die Koordi­ naten von zumindest zwei an dem Meßrahmen und in der Meßebene angeordneten Referenzpunkten von einem vor­ gebbaren Standort aus gemessen werden,
• 2. 1.2) wobei mit Hilfe der gemäß 1.1) ermittelten Koordinaten ein in der Meßebene angeordneter System-Nullpunkt bestimmt wird sowie die Koordinaten von zumindest zwei an dem Meßrahmen und in der Meßebene angeordneten Distanzmessern bestimmt werden,
• 3. 1.3) wobei mit den Koordinaten der Distanzmesser die Abstände der Distanzmesser zum System-Nullpunkt ermit­ telt werden und wobei mit den Distanzmessern die radialen Abstände zwischen den Distanzmessern und an der Tunnelausbauwand angeordneten Meßmarken gemessen werden

und wobei nach einer wiederholten Bestimmung der Koordina­ ten der Distanzmesser durch Vergleich der bei einer ersten Bestimmung gemäß 1.3) erhaltenen Abstände der Distanzmesser mit den bei einer wiederholten Bestimmung gemäß 1.3) erhaltenen Abstände der Distanzmesser radiale Verformungen des Tunnelausbaus ermittelt werden.

Daß der Meßrahmen gemäß Patentanspruch 1 vom Tunnelausbau unabhängig ist, meint im Rahmen der Erfindung, daß der Meß­ rahmen nicht fest mit dem Tunnelausbau bzw. mit der Tunnel­ ausbauwand verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist ein Meßrah­ men oder sind mehrere Meßrahmen an dem Nachläufer oder an den Nachläufern der Schildvortriebsmaschine angeordnet. Insoweit ist der Meßrahmen unabhängig von radialen Verformungen bzw. Deformationen des Tunnelausbaus.

Der vorgebbare Standort, von dem aus die Koordinaten des Bezugspunktes und die Koordinaten der Referenzpunkte gemes­ sen werden, ist nach einer Ausführungsform der Erfindung ein bekannter festgelegter Standort. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich hierbei um einen beliebigen frei wählbaren Standort.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der einer Meßebene zugeordnete Bezugspunkt fest mit der Tunnelausbauwand ver­ bunden ist. - Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, werden die Koordinaten eines Bezugspunktes am Tunnelausbau im Bereich der Firste sowie die Koordinaten der Referenzpunkte polar, vorzugsweise elektrooptisch, ferner auch durch Vorwärtseinschneiden oder photogrammetrisch gemessen. Grundsätzlich können die genannten Koordinaten mit einem elektronischen Tachymeter gemessen werden. Es kann sich dabei um einen auf dem Nachläufer installierten "mitfahrenden" Tachymeter handeln, der zur Relativmessung verwendet werden kann. Nach bevorzugter Ausführungsform erfolgt die Messung der Koordinaten des Bezugspunktes und der Referenzpunkte mit Hilfe einer ohnehin vorhandenen Laser-Totalstation des Steuerleitsystems für die Vortriebs­ steuerung. Zweckmäßigerweise werden erfindungsgemäß die Koordinaten des Bezugspunktes sowie die Koordinaten der Referenzpunkte mit einem zur Vortriebssteuerung bzw. zur Schildsteuerung vorgesehenen Lasertheodoliten gemessen. Der Bezugspunkt und/oder die Referenzpunkte sind vorzugsweise in Form von Prismen, bevorzugt in Form von Triple-Prismen, verwirklicht. Grundsätzlich reichen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Referenzpunkte aus. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, mit mehr als zwei Referenzpunkten zu arbeiten.

Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin­ dung besondere Bedeutung zukommt, wird mit mehreren in Längsrichtung des Tunnels bzw. in Längsrichtung der Tunnel­ achse mit Abstand voneinander angeordneten Meßrahmen gear­ beitet, wobei mehrere Meßrahmen nacheinander in einer zur Tunnelachse senkrechten Meßebene angeordnet werden. Mit anderen Worten wird die Messung von radialen Verformungen in einer Meßebene bzw. in einem Tunnelquerschnitt des Tunnels nacheinander mit verschiedenen Meßrahmen durchge­ führt. Die Meßrahmen können in beliebig vorgegebenen Abständen in Längsrichtung des Tunnels angeordnet sein. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Meßrahmen an dem Nachläufer oder an den Nachläufern der Schildvortriebs­ maschine angebracht sind. - Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine optimale Vergleichbarkeit der jeweiligen Meßwerte aus unterschiedlichen Messungen mit verschiedenen Meßrahmen gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe der ermittelten Koordinaten des Bezugspunktes und der ermittelten Koordinaten der Referenzpunkte ein in der Meßebene angeordneter System- Nullpunkt für ein örtliches Koordinatensystem bestimmt bzw. festgelegt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Null­ punkt des örtlichen Koordinatensystems annähernd im Mittelpunkt des Tunnelquerschnittes angeordnet ist. Vorzugsweise wird der System-Nullpunkt vertikal unter einem als Firstmarke (zweckmäßigerweise Prisma oder Reflexmarke) angeordnetem Bezugspunkt mit einem dem Soll-Radius R₀ ent­ sprechenden Abstand festgelegt. Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß die Beziehung zwischen dem System-Null­ punkt und dem Bezugspunkt am Tunnelausbau für die Auswer­ tung von Folgemessungen in der gleichen Meßebene beibehal­ ten wird. Erfindungsgemäß können aus den Koordinaten der Referenzpunkte dann die Koordinaten von an dem Meßrahmen befestigten Distanzmessern bestimmt werden. Dabei weisen die Distanzmesser zweckmäßigerweise stets konstante Abstände zu den Referenzpunkten des jeweiligen Meßrahmens auf. Mit Hilfe der Referenzpunkte kann somit die genaue Position der Distanzmesser bestimmt werden. Als Bezugspunkt für diese Koordinatenbestimmung wird der System-Nullpunkt herangezogen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Koordinaten der Distanzmesser in bezug auf die Referenz­ punkte bzw. in bezug auf den System-Nullpunkt für jede Meß­ ebene des Tunnelausbaus separat bestimmt werden. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, daß bei einem Einsatz von mehreren Meßrahmen die Distanzmesser jeweils an gleichen Positionen der Meßrahmen angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise wird im Rahmen der Erfindung mit berüh­ rungslosen Distanzmessern gearbeitet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, mit mechanischen Tastern als Distanz­ messern zu arbeiten. Fernerhin kann auch mit Distanzmesser und Winkelmeßeinrichtung gearbeitet werden, vorzugsweise auf einem Maßbalken drehbar aufgehängt. Bevorzugt erfolgt die Distanzmessung mit elektrooptischen Methoden. Vorzugsweise werden die Distanzmesser so an dem Meßrahmen instal­ liert, daß die Meßrichtung radial oder im wesentlichen radial zur Tunnelachse verläuft. Damit wird gewährleistet, daß Meßungenauigkeiten aufgrund von Verschiebungen des Meß­ rahmens bzw. durch Verschiebungen des Nachläufers, an den der Meßrahmen angeschlossen ist, auf ein Minimum reduziert werden. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß an einem Meßrahmen verschiedene Distanzmesserstellungen eingestellt werden können. Es versteht sich, daß bei unterschiedlichen Distanzmesserstellungen die entsprechenden Koordinaten der Distanzmesser bestimmt werden müssen. Die Möglichkeit der Einstellung verschiedener Distanzmesserstellungen kann zweckmäßig sein, wenn Verschiebungen des Meßrahmens entge­ gengewirkt werden soll. Im übrigen können an einem Meß­ rahmen zusätzliche Halterungen vorgesehen sein, die nach­ träglich mit Distanzmessern ausgerüstet werden können. Dies setzt voraus, daß auch die Koordinaten dieser Halterungen bestimmt werden. Zweckmäßigerweise ist ein Meßrahmen jeweils so ausgestaltet und sind die Distanzmesser an dem Meßrahmen so angebracht, daß ein konstanter Abstand der Distanzmesser zu den Referenzpunkten beibehalten wird, so daß Veränderungen der Koordinaten der Distanzmesser auf­ grund von Verschiebungen relativ zu den Referenzpunkten nicht auftreten können.

Erfindungsgemäß wird mit einem an einem Meßrahmen angeord­ neten Distanzmesser ein radialer Abstand zu einer an der Tunnelausbauwand angeordneten Meßmarke gemessen. Vorzugs­ weise weist ein Meßrahmen zumindest zwei Distanzmesser auf und ist jedem Distanzmesser an der Tunnelausbauwand eine entsprechende Meßmarke zugeordnet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, daß ohne Meßmarken direkt auf den Tunnelausbau gemessen wird. Zweckmäßigerweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit als Meßplatten ausgebildeten Meßmarken gearbeitet. Vorzugsweise ist eine solche Meßplatte an der Tunnelausbauwand rechtwinklig zu einer bezüglich der Tunnelachse Radialen angeordnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß Stelleinrichtungen, beispielsweise Stellschrauben, vorgesehen sind, um die Orientierung der Meßmarken bzw. Meßplatten einzustellen. Eine Meßmarke kann im übrigen auch als gewölbte Meßebene ausgebildet sein, die an die Wölbung der Tunnelausbauwand angepaßt ist. Insoweit kann beispielsweise eine entspre­ chende Meßfolie auf die Tunnelausbauwand aufgeklebt werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die Entfernung der Distanzmesser zu den Meßmarken möglichst gering eingestellt, um Meßungenauigkeiten aufgrund von Verschiebungen des Meßrahmens bzw. aufgrund von Verrollun­ gen und Verschiebungen des Nachläufers zu reduzieren. Zweckmäßigerweise sind die Meßmarken so ausgebildet und angeordnet, daß auch bei veränderten Positionen der Distanzmesser aufgrund von Verrollungen und/oder Verschie­ bungen des Nachläufers brauchbare Meßergebnisse erhalten werden.

Um die radialen Verformungen eines Tunnelausbaus bestimmen zu können, wird bei Einbringen eines Meßrahmens in eine Meßebene stets der fest angeordnete Bezugspunkt als Aus­ gangspunkt für das Bezugssystem mit dem System-Nullpunkt innerhalb der Meßebene herangezogen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß anschließend, wie bereits beschrieben, die Koordinaten der Referenzpunkte sowie die Koordinaten der Distanzmesser bestimmt werden. Dann werden die Distanzen zwischen den Distanzmessern und den Meßmarken gemessen. Mit dem radialen Abstand der Distanzmesser zum System-Nullpunkt und den gemessenen Distanzen zu den Meßmarken kann der radiale Abstand zwischen den Meßmarken und dem System-Null­ punkt ermittelt werden. Durch Vergleich verschiedener Messungen bzw. Folgemessungen können somit die radialen Abweichungen des Tunnelausbaus festgestellt werden. Um eine Vergleichbarkeit der absoluten Veränderung, z. B. in bezug zur Tunnel-Sollachse, zwischen einer ersten Messung in einer Meßebene und den Folgemessungen in dieser Meßebene zu erreichen, müssen die Koordinaten der Bezugspunkte am Tunnelausbau und die Referenzpunkte am Meßrahmen von bekannten Standorten (beispielsweise vom Laserstandort des Steuerleitsystems) aus bestimmt werden. Zur Vergleichbar­ keit der relativen Veränderung innerhalb einer Meßebene bedarf es nur der relativen Koordinatenbestimmung zwischen Bezugspunkt und Referenzpunkten. Diese Messung kann in einem beliebigen Koordinatensystem erfolgen. Mit den weiteren Koordinatenbestimmungen und den Abstandsmessungen kann ein Ist-Zustand des Tunnelausbaus mit einem vorherigen Zustand verglichen werden. Wenn der absolute Bezug durch die Messung von einem bekannten Standpunkt aus gegeben ist, kann der Ist-Zustand mit dem Soll-Zustand verglichen werden.

Zur Lösung des oben dargelegten technischen Problems lehrt die Erfindung fernerhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, - mit zumindest einem in Tunnellängsrichtung verschiebbaren und in Meßebenen senk­ recht zur Tunnelachse einbringbaren Meßrahmen, wobei an dem Meßrahmen zumindest zwei Referenzpunkte ange­ ordnet sind, wobei an dem Meßrahmen zumindest zwei auf Meß­ marken an der Tunnelausbauwand ausrichtbare Distanzmesser befestigt sind und wobei eine Meßeinrichtung zur Messung der Koordinaten der Referenzpunkte sowie zur Messung der Koordinaten eines im oberen Tunnelausbaubereich angeordne­ ten Bezugspunktes vorgesehen ist. - Vorzugsweise ist der zumindest eine Meßrahmen an einem Nachläufer einer Schild­ vortriebsmaschine angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von radialen Verformungen des Tunnelausbaus kann zweckmäßigerweise mit der Steuerungsvorrichtung der Schildsteuerung kombiniert werden. Die Daten können mit Hilfe der Steuerungsvorrich­ tung gespeichert und beispielsweise über Datenfernübertra­ gung für die Auswertung abgerufen werden. Zur Auswertung kann die bereits vorhandene Tunnelsteuerungs-Software modi­ fiziert bzw. erweitert werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung radiale Verformungen eines Tunnelausbaus auf sehr einfache und wenig aufwendige Weise funktionssicher ermittelt werden können. Die Erfindung ermöglicht ein voll­ automatisches Meßverfahren zur Bestimmung der Tunnel-Ist- Lage. Grundsätzlich können verschiedene Meßquerschnitte des Tunnels im Bereich des Schildvortriebes, insbesondere im Bereich des Nachläufers, automatisch gemessen werden. Mit anderen Worten kann im Verlauf des Tunnelvortriebes unmit­ telbar nach Einbau eines oder mehrerer Tunnelausbauelemente festgestellt werden, welchen radialen Deformationen der Tunnelausbau unterworfen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die radialen Verformungen des Tunnelausbaus für mehrere in Tunnellängsrichtung hintereinander angeordnete Meßebenen sehr exakt bestimmen. Die radialen Verformungen des Tunnelausbaus können beispielsweise in der Größenord­ nung von 20 mm liegen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zumindest eine relative Meßgenauigkeit in der Größen­ ordnung von wenigen Millimetern erreicht werden. Von beson­ derem Vorteil ist im Rahmen der Erfindung, daß verschiedene Messungen der radialen Verformungen in einer Meßebene opti­ mal und ohne Probleme miteinander vergleichbar sind. Dies wird deshalb erreicht, weil erfindungsgemäß Verschiebungen des Meßrahmens bzw. Verschiebungen oder Verrollungen des Nachläufers bei der erfindungsgemäßen Bestimmung der radia­ len Verformungen berücksichtigt werden. Durch entsprechende Anordnung der erfindungsgemäßen Distanzmesser können bezüg­ lich des Tunnelausbaus Vertikalverformungen zwischen First- und Sohlbereich sowie Horizontalverformungen im Ulmen­ bereich ermittelt werden. Absolute Höhen- und Lageänderun­ gen können durch Koordinatenmessung von bekannten Stand­ punkten bestimmt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Tunnelausbau und eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Distanzmessern,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Tunnelausbau,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 1 mit drei Distanz­ messern,

Fig. 4 den Gegenstand gemäß Fig. 3 mit verschobenem Meß­ rahmen.

Die Figuren zeigen eine Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus 2 nach dem Einbringen von Tunnelausbau­ elementen 3. In den Fig. 1, 3 und 4 ist ein Querschnitt durch einen Meßrahmen 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Dieser Meßrahmen 4 ist vom Tunnelausbau 2 unabhängig bzw. nicht am Tunnelausbau 2 befestigt. Vorzugs­ weise ist ein Meßrahmen 4 an einem Nachläufer einer nicht dargestellten Schildvortriebsmaschine befestigt. Der Meß­ rahmen 4 ist in einer zur Tunnelachse 5 senkrechten Meß­ ebene 6 angeordnet. Der Meßrahmen 4 ist im Ausführungsbei­ spiel in Tunnellängsrichtung verschiebbar.

Im oberen Tunnelausbaubereich ist ein in der Meßebene 6 angeordneter Bezugspunkt 7 vorgesehen. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel ist dieser Bezugspunkt 7 als Firstpunkt angeordnet, der ein nicht dargestelltes Prisma sein kann. An dem Meßrahmen 4 sind fernerhin zwei Referenzpunkte 8, 9 angeordnet, die vorzugsweise als nicht dargestellte Prismen zur elektrooptischen Koordinatenmessung ausgebildet sind. An dem Meßrahmen 4 sind weiterhin Distanzmesser 10, 11, 12 befestigt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind ledig­ lich zwei Distanzmesser 10, 11 vorgesehen, während bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 drei Distanzmesser 10, 11, 12 vorgesehen sind. Jedem Distanzmesser 10, 11, 12 ist jeweils eine an der Tunnelausbauwand 13 angebrachte Meßmarke 14, 15, 16 zugeordnet. Vorzugsweise und im Ausfüh­ rungsbeispiel sind die Meßmarken 14, 15, 16 als Meßplatten ausgebildet, die zweckmäßigerweise jeweils senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Tunnelachse 5 verlaufenden Radialen angeordnet sind. Die berührungslosen Distanzmesser 10, 11, 12 mögen im Ausführungsbeispiel jeweils einen Abstand von ca. 50 cm zu den Meßmarken 14, 15, 16 haben.

Erfindungsgemäß werden zunächst die Koordinaten 7 _x, 7 _y des Bezugspunktes 7 sowie die Koordinaten der Referenzpunkte 8 _x, 8 _y bzw. 9 _x, 9 _y bezüglich der Meßebene 6 gemessen. Die Messung erfolgt zweckmäßigerweise und im Ausführungsbei­ spiel mit einem lediglich in Fig. 2 dargestellten elektro­ nischen Tachymeter 17 von einem festgelegten bekannten oder frei wählbaren Standort aus. Mit Hilfe der ermittelten Koordinaten 7 _x, 7 _y, 8 _x, 8 _y und 9 _x, 9 _y wird ein in der Meß­ ebene 6 angeordneter System-Nullpunkt 18 festgelegt. Dann können anhand der ermittelten Meßwerte die Koordinaten 10 _x, 10 _y, 11 _x, 11 _y und 12 _x, 12 _y der Distanzmesser 10, 11, 12 berechnet bzw. ermittelt werden. Anschließend können die Abstände der Distanzmesser 10, 11, 12 zum System-Nullpunkt 18 bestimmt werden und außerdem werden die Abstände der Distanzmesser 10, 11, 12 zu den Meßmarken 14, 15, 16, vor­ zugsweise berührungslos, gemessen. Aus diesen wie beschrie­ ben bestimmten bzw. gemessenen Abständen können die radialen Verformungen des Tunnelausbaus hergeleitet werden.

In Fig. 2 ist im übrigen das Meßprinzip für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schema­ tisch dargestellt worden, bei dem mit mehreren in Tunnel­ längsrichtung verschiebbaren und in bestimmten Abständen voneinander angeordneten Meßrahmen 4 gearbeitet wird. Vor­ zugsweise und im Ausführungsbeispiel sind die Meßrahmen 4 an die nicht dargestellten Nachläufer einer ebenfalls nicht dargestellten Schildvortriebsmaschine angeschlossen. Der Meßrahmen 4a befindet sich in Vortriebsrichtung vorne im Tunnel in einem Tunnelsegment, in dem gerade ein Tunnelaus­ bauelement 3a eingebaut wurde. Mit diesem Meßrahmen 4a wird in der Meßebene 6a gleichsam eine erste Messung bzw. Null­ messung bezüglich des Tunnelausbauelementes 3a durchge­ führt, mit der die aktuelle Tunnel-Ist-Lage unmittelbar nach dem Einbau des Tunnelausbauelementes 3a ermittelt wird. An den Nachläufern der Schildvortriebsmaschine sind in gleichen konstanten Abständen zwei weitere Meßrahmen 4b, 4c angeschlossen, die entsprechenden Tunnelausbauelementen 3b, 3c zugeordnet sind. Mit den Meßrahmen 4b, 4c kann in den Meßebenen 6b, 6c ebenfalls die den Tunnelausbauelemen­ ten 3b, 3c zugeordnete jeweilige Tunnel-Ist-Lage ermittelt werden. Bei einem weiteren Vortrieb und entsprechender Vor­ wärtsbewegung der Nachläufer erreicht der Meßrahmen 4b schließlich die Meßebene 6a bzw. das Tunnelausbauelement 3a. Nun kann mit diesem Meßrahmen 3b die aktuelle Tunnel- Ist-Lage bezüglich des Tunnelausbauelementes 3a ermittelt werden. Dabei werden eventuelle radiale Verformungen des Tunnelausbaus 2 bzw. Tunnelausbauelementes 3a festgestellt, die inzwischen stattgefunden haben. Bei fortschreitendem Vortrieb erreicht schließlich auch der Meßrahmen 4c die Meßebene 6a bzw. das Tunnelausbauelement 3a und dann kann wiederum eine Messung der Tunnel-Ist-Lage bzw. eine Ermitt­ lung der radialen Verformungen des Tunnelausbaus 2 bzw. des Tunnelausbauelementes 3a stattfinden. Bei den Tunnelausbau­ elementen 3a, 3b, 3c in der Fig. 2 mag es sich um Tübbing­ ringe handeln.

In bezug auf die Fig. 3 wird nachfolgend die erfindungs­ gemäße Messung von radialen Deformationen des Tunnelausbaus näher erläutert: Zunächst werden die Koordinaten 7 _x, 7 _y des Bezugspunktes bei einer ersten Messung bzw. bei einer Null­ messung ermittelt. Dabei entspricht die Koordinate 7 _y dem vertikalen Abstand des Bezugspunktes 7 über der Tunnelachse 5 und 7 _x entspricht dem horizontalen Abstand des Bezugs­ punktes 7 von der Tunnelachse 5. Wenn der Bezugspunkt 7 in der Tunnelfirste angeordnet ist, entspricht 7_y dem Soll­ radius des Tunnelausbaus und dann gilt 7_x = 0. Mit Hilfe des Bezugspunktes 7 wird das Bezugssystem für die erfin­ dungsgemäße Messung festgelegt. Der System-Nullpunkt 18 bzw. Bezugs-Nullpunkt erhält dabei die Koordinaten 18 _y = 0 und 18_x = 0. Anschließend werden die Koordinaten 8 _x, 8 _y und 9 _x, 9 _y der Referenzpunkte 8, 9 durch Messung ermittelt.

Die lokalen Koordinaten der Referenzpunkte 8, 9 und der Distanzmesser 10, 11, 12 in bezug auf das Meßsystem bzw. in bezug auf den Meßrahmen 4 sind bekannt. Hierbei handelt es sich um die Koordinaten 8'_x, 8'_y, 9'_x, 9'_y sowie 10'_x, 10'_y, 11'_x, 11'_y, 12'_x und 12'_y. Durch Transformation dieser lokalen Koordinaten des Meßsystems bzw. Meßrahmens 4 in das obengenannte Bezugssystem können die Koordinaten 10 _x, 10 _y, 11 _x, 11 _y, und 12_x, 12_y bzw. Bezugskoordinaten der Distanz­ messer in bezug auf das Bezugssystem ermittelt werden.

Durch berührungslose Distanzmessung werden mit den Distanz­ messern 10, 11, 12 die radialen Abstände d₁₀, d₁₁, und d₁₂ der Distanzmesser zu den Meßmarken 14, 15, 16 bestimmt. Fernerhin werden die radialen Abstände a₁₀, a₁₁, und a₁₂ der Distanzmesser 10, 11, 12 von dem System-Nullpunkt 18 (bzw. Bezugs-Nullpunkt) mit Hilfe der Koordinaten 10 _x, 10 _y, 11 _x, 11 _y, und 12_x, 12_y der Distanzmesser 10, 11, 12 ermittelt. Der jeweilige radiale Abstand der Meßmarken 14, 15, 16 von dem System-Nullpunkt ergibt sich dann aus den Summen 10 _d + 10_a, 11_d + 11_a und 12_d + 12_a. Bei einer zweiten Messung bzw. Folgemessung werden die vorstehend genannten Summen wie erläutert erneut gebildet und daraus kann die radiale Verformung des Tunnelausbaus abgeleitet werden.

Fig. 4 veranschaulicht im übrigen eine Folgemessung, wobei der Meßrahmen 4 gegenüber der ersten Messung bzw. Null­ messung verschoben angeordnet ist. Das durchgezogen fett gezeichnete Koordinatensystem entspricht hier dem Bezugs­ system, während das gestrichelt gezeichnete Koordinaten­ system dem Meßsystem in bezug auf den Meßrahmen 4 ent­ spricht. Durch die Verschiebung des Meßrahmens 4 haben sich im Vergleich zu der ersten Messung bzw. Nullmessung die Abstände bzw. Koordinaten der Referenzpunkte 8, 9 in bezug auf den Bezugspunkt 7 verändert. - Wenn im übrigen der Abstand der Distanzmesser 10, 11, 12 zu den jeweils zuge­ ordneten Meßmarken 14, 15, 16 möglichst klein gehalten wird, kann die Änderung der Meßrichtung der Distanzmesser, 10, 11, 12 aufgrund der Verschiebung des Meßrahmens 4 ver­ nachlässigt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus, insbesondere nach dem Einbringen von Tunnel­ ausbauelementen,
wobei zumindest ein vom Tunnelausbau unabhängiger Meßrahmen in einer zur Tunnelachse senkrechten Meßebene angeordnet wird,

• 1. 1.1) wobei die Koordinaten eines am Tunnelausbau und in der Meßebene angeordneten Bezugspunktes sowie die Koordi­ naten von zumindest zwei an dem Meßrahmen und in der Meßebene angeordneten Referenzpunkten von einem vor­ gebbaren Standort aus gemessen werden,
• 2. 1.2) wobei mit Hilfe der gemäß 1.1) ermittelten Koordinaten ein in der Meßebene angeordneter System-Nullpunkt bestimmt wird sowie die Koordinaten von zumindest zwei an dem Meßrahmen und in der Meßebene angeordneten Distanzmessern bestimmt werden,
• 3. 1.3) wobei mit den Koordinaten der Distanzmesser die Abstände der Distanzmesser zum System-Nullpunkt ermit­ telt werden und wobei mit den Distanzmessern die radialen Abstände zwischen den Distanzmessern und an der Tunnelausbauwand angeordneten Meßmarken gemessen werden

und wobei nach einer wiederholten Bestimmung der Koordina­ ten der Distanzmesser durch Vergleich der bei einer ersten Bestimmung gemäß 1.3) erhaltenen Abstände der Distanzmesser mit den bei einer wiederholten Bestimmung gemäß 1.3) erhaltenen Abstände der Distanzmesser radiale Verformungen des Tunnelausbaus ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Koordinaten des Bezugspunktes sowie die Koordinaten der Referenzpunkte elektrooptisch nach Verfahren der Polarpunktbestimmung oder photogrammetrisch oder durch Vorwärtseinschneiden gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Koordinaten des Bezugspunktes sowie die Koordinaten der Referenzpunkte mit einem zur Vortriebssteuerung vorgesehenen Lasertheodoliten gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mit mehreren in Längsrichtung des Tunnels mit Abstand voneinan­ der angeordneten Meßrahmen gearbeitet wird und wobei mehrere Meßrahmen nacheinander in einer zur Tunnelachse senkrechten Meßebene angeordnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit berührungslosen Distanzmessern gearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mit als Meßplatten ausgebildeten Meßmarken gearbeitet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - mit
zumindest einem in Tunnellängsrichtung verschiebbaren und in Meßebenen (6) senkrecht zur Tunnelachse (5) einbringbaren Meßrahmen (4),
wobei an dem Meßrahmen (4) zumindest zwei Referenzpunkte (8, 9) angeordnet sind,
wobei an dem Meßrahmen (4) zumindest zwei auf Meßmarken (14, 15, 16) an der Tunnelausbauwand (13) ausrichtbare Distanzmesser (10, 11, 12) befestigt sind
und wobei eine Meßeinrichtung zur Messung der Koordinaten der Referenzpunkte (8, 9) sowie zur Messung der Koordinaten eines am Tunnelausbau angeordneten Bezugspunktes (7) vorge­ sehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Meßrahmen (4) an einem Nachläufer einer Schildvortriebs­ maschine angeschlossen ist.