DE19918215C2 - Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Messung von radialen Verformungen eines Tunnelausbaus und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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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 7y dem Soll
radius des Tunnelausbaus und dann gilt 7x = 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 18x = 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 12x, 12y 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 12x, 12y 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 + 10a, 11d + 11a und 12d + 12a. 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,
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
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.
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.
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DE19818520 | 1998-04-24 | ||
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-
1999
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ETR 37 (1988), H. 12, Dezember, S. 819-822 * |
Felsbau 14 (1996) Nr. 2, S. 98-102 * |
Schweizer Ingenieur und Architekt, 42/83, 10. Jg.,S. 993-996 * |
Tunnel 2/94, S. 64 * |
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