DE29620261U1 - Soil monitoring device - Google Patents
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für Baumeßtechnik mbH 20. November 1996for Baumeßtechnik mbH 20 November 1996
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Bodensetzungen insbesondere unter Gleisanlagen.The invention relates to a device for monitoring soil settlement, in particular under railway tracks.
Bei Bauwerken, die auf einem setzungsgefährdeten Untergrund errichtet wurden, ist es notwendig, den Untergrund über längere Zeit großflächig hinsichtlich des Auftretens übermäßiger Setzungen zu überwachen. Dies ist insbesondere bei Verkehrswegen, d.h. Straßen, Gleisanlagen etc. notwendig, die über ein ehemaliges oder noch in Betrieb befindliches Bergwerksgebiet verlaufen.For structures that have been built on a subsoil that is at risk of subsidence, it is necessary to monitor the subsoil over a long period of time over a large area to check for excessive subsidence. This is particularly necessary for traffic routes, i.e. roads, railway tracks, etc., that run through a former or still operational mining area.
Zur Überwachung von Setzungen ist es bekannt, mit Hilfe von Extensometern die Spannungen im Untergrund zu messen und daraus auf Setzungsbewegungen zu schließen. Einerseits erhält man mit einem Extensometer lediglich einen punktuellen Meßwert, so daß zur Überwachung großflächiger Bereiche eine sehr große Anzahl von Extensometern eingebaut werden müßte, was jedoch aufwendig und teuer ist. Andererseits werden bei dem genannten Verfahren dieTo monitor settlements, it is known to use extensometers to measure the tensions in the subsoil and use this to determine settlement movements. On the one hand, an extensometer only provides a point measurement, so that to monitor large areas a very large number of extensometers would have to be installed, which is, however, complex and expensive. On the other hand, the method mentioned above
Setzungsbewegungen nicht direkt erfaßt, sondern aus den ermittelten Untergrundspannungen errechnet. Auf diese
Weise ist die bekannte Setzungsüberwachung sehr ungenau und fehleranfällig.
5Settlement movements are not recorded directly, but calculated from the determined subsoil stresses. In this way, the known settlement monitoring is very inaccurate and prone to errors.
5
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe, eine Vorrichtung zur Überwachung von Bodensetzungen zu schaffen, mit der Setzungen im Untergrund in einfacher und genauer Weise erfaßt werden können.The invention is based on the object of creating a device for monitoring soil settlements, with which settlements in the subsoil can be detected in a simple and precise manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, die eine Vielzahl von im Erdboden in einer ersten Richtung nebeneinander verlegten, parallel geschalteten ersten Leitungen und eine Vielzahl von im Erdboden in einer zweiten Richtung verlegten, parallel geschalteten zweiten Leitungen sowie eine Auswerteeinrichtung aufweist, mittels der die Änderung der Leitfähigkeit der Leitungen erfaßbar ist.This object is achieved according to the invention with a device which has a plurality of first lines laid in the ground next to one another in a first direction and connected in parallel and a plurality of second lines laid in the ground in a second direction and connected in parallel, as well as an evaluation device by means of which the change in the conductivity of the lines can be detected.
Bei den Leitungen kann es sich um optische und/oder elektrische Leiter handeln. Im einfachsten Fall werden eine Vielzahl von ersten Leitungen parallel in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet und aufgrund ihrer Parallelschaltung jeweils von Licht durchlaufen bzw. Strom durchflossen. Die gleichartig aufgebauten zweiten Leitungen sind in der zweiten Richtung parallel nebeneinander angeordnet, die beispielsweise im rechten Winkel zur ersten Richtung verlaufen kann, und sind ebenfalls von Licht durchlaufen bzw. Strom durchflossen. Wenn im 0 Untergrund eine übermäßige Setzung auftritt, unterliegt zumindest eine der ersten Leitungen und eine der zweiten Leitungen einer abschnittsweisen Senkung nach unten, wodurch sich die optischen bzw. elektrischen Leiteigenschaften ändern. Die Auswerteeinheit kann die ÄnderungThe cables can be optical and/or electrical conductors. In the simplest case, a large number of first cables are arranged parallel in the first direction next to each other and, due to their parallel connection, light passes through them or current flows through them. The second cables, which are constructed in the same way, are arranged parallel in the second direction, which can, for example, run at right angles to the first direction, and light also passes through them or current flows through them. If excessive settlement occurs in the subsoil, at least one of the first cables and one of the second cables is subject to a section-by-section subsidence downwards, which changes the optical or electrical conductivity properties. The evaluation unit can detect the change.
der Leiteigenschaften feststellen und aufgrund der betroffenen ersten und zweiten Leitungen mit hoher Genauigkeit die Koordinaten des durch die übermäßige Setzung betroffenen Bereiches des Untergrundes ermitteln. Auf diese Weise läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr präzise und in einfacher Weise eine großflächige Überwachung von Bodensetzungen erreichen.the conducting properties and, based on the first and second lines concerned, determine with high accuracy the coordinates of the area of the subsoil affected by the excessive subsidence. In this way, the device according to the invention can be used to very precisely and easily monitor large-scale soil subsidence.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Leitungen jeweils schlaufenförmig verlegt sind. Somit deckt jede Leitung einen Flächenbereich vorbestimmter Länge und Breite ab, wobei es sich hinsichtlich der Genauigkeit als ausreichend erwiesen hat, wenn jede Leitung schlaufenförmig einen Flächenbereich von ca. 1 m &khgr; 1 m überdeckt.In a preferred embodiment of the invention, the lines are each laid in a loop shape. Each line thus covers a surface area of predetermined length and width, whereby it has proven sufficient in terms of accuracy if each line covers a surface area of approximately 1 m x 1 m in a loop shape.
Da die Leitungen in bestimmter Ausrichtung und in bestimmtem Verlauf in den Untergrund eingebracht werden müssen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, sie zu-0 nächst werkstattseitig in einen Träger einzuarbeiten, wobei es sich um ein Gewebe oder ein Vlies handeln kann. Das mit den eingewebten bzw. eingearbeiteten Leitungen versehene Vlies kann dann zum Einbau in den Untergrund auf einem vorbereiteten Erdplanum ausgelegt werden, wobei sichergestellt ist, daß die Leitungen ihre vorbestimmte Lage und Ausrichtung einnehmen. Es hat sich bewährt, das aufgelegte Vlies mit einer Sandauflage von mehreren cm Dicke zu versehen und anschließend eine oberseitige Schutzabdekkung beispielweise in Form eines Schutz- oder 0 Bewehrungsvlieses aufzubringen.Since the cables have to be laid in the subsoil in a specific orientation and in a specific course, it has proven to be advantageous to first work them into a support in the workshop, which can be a fabric or a fleece. The fleece with the woven or incorporated cables can then be laid out on a prepared subsoil for installation in the subsoil, ensuring that the cables assume their predetermined position and orientation. It has proven to be useful to cover the laid fleece with a layer of sand several cm thick and then to apply a protective cover to the top, for example in the form of a protective or reinforcement fleece.
Die Überwachung mehrerer Leitungen hinsichtlich ihrer Leiteigenschaften mit Hilfe von sogenannten Multiplex-Anlagen ist an sich bekannt. Um die Temperatur oder andereThe monitoring of several lines with regard to their conductive properties using so-called multiplex systems is well known. In order to measure the temperature or other
Umgebungsparameter bei der Ermittlung der Leitfähigkeitsänderungen kompensieren zu können, ist in Weiterbildung vorgesehen, daß den ersten und/oder den zweiten Leitungen eine Referenzleitung parallel geschaltet ist, die vorzugsweise an der Erdoberfläche verläuft.In order to compensate for environmental parameters when determining the conductivity changes, a further development provides for a reference line to be connected in parallel to the first and/or second lines, which preferably runs along the earth's surface.
Falls die Verlegung der Leitungen in die erste und die zweite Richtung, die vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen, hinsichtlich der Meß- und Koordinatengenauigkeit noch nicht ausreichen sollte, kann zusätzlich eine Vielzahl von im Erdboden in einer dritten Richtung verlegten parallel geschalteten dritten Leitungen gleichen Aufbaus vorgesehen sein. Die dritten Leitungen decken vorzugsweise die Diagonalrichtung ab, d.h. die dritte Leitung verläuft in einem Winkel von ca. 45° zu der ersten und der zweiten Richtung.If laying the cables in the first and second directions, which preferably run perpendicular to each other, is not sufficient in terms of measurement and coordinate accuracy, a number of parallel third cables of the same structure laid in the ground in a third direction can also be provided. The third cables preferably cover the diagonal direction, i.e. the third cable runs at an angle of approximately 45° to the first and second directions.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Leitungen von einem optischen Leiter in Form von Glasfasern gebildet, wobei die Auswerteeinrichtung den Lichtintensitätsverlust erfaßt, der bei Durchlaufen der einzelnen Leitungen auftritt. Mechanische Kräfte bzw. Belastungen des Vlieses insbesondere bei lokalen Setzungen verändern den Radius der Krümmung der Glasfaser, so daß der Einfallswinkel der Lichtstrahlen an der inneren Wandung der Glasfaser verändert und die Lichtverluste erhöht werden. Somit ändert sich auch der Betrag an Licht, der letztendlich aus der Glasfaser austritt und ein optisches Erfassungsgerät bzw. die Auswerteeinrich-0 tung erreicht. Bei besonders starken Setzungen kann die Glasfaser sogar brechen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß eine Überwachungseinheit einen Alarm auslöst, wenn in drei aufeinander folgenden Meßzyklen der Bruch einer Glasfaser festgestellt wird.In one possible embodiment of the invention, the lines are formed by an optical conductor in the form of glass fibers, whereby the evaluation device records the loss of light intensity that occurs when passing through the individual lines. Mechanical forces or loads on the fleece, particularly in the case of local subsidence, change the radius of the curvature of the glass fiber, so that the angle of incidence of the light rays on the inner wall of the glass fiber changes and the light losses are increased. This also changes the amount of light that ultimately emerges from the glass fiber and reaches an optical detection device or the evaluation device. In the case of particularly strong subsidence, the glass fiber can even break. In the device according to the invention, it is provided that a monitoring unit triggers an alarm if a glass fiber breakage is detected in three consecutive measuring cycles.
Sodann wird über die Identifizierung der gebrochenen Glasfaser die genaue Lage der Bruchstelle und somit der Bodensetzungen ermittelt.The exact location of the fracture and thus of the ground settlement is then determined by identifying the broken glass fibre.
Statt eines Glasfaserleiters kann auch ein elektrischer Leiter vorgesehen sein, wobei dann die Auswerteeinrichtung die elektrische Leitfähigkeit der Leitungen überwacht. Die Leitungen bestehen dabei vorzugsweise aus einem Kupferdraht.Instead of a fiber optic cable, an electrical conductor can also be provided, whereby the evaluation device then monitors the electrical conductivity of the cables. The cables preferably consist of a copper wire.
Wenn der Kupferdraht als Widerstandsdraht ausgebildet ist, treten bei Bodensetzungen Querschnittsveränderungen des Widerstandsdrahts auf, die zu geänderten elektrischen Leiteigenschaften führen, die in bekannter Weise erfaßt werden können.If the copper wire is designed as a resistance wire, changes in the cross-section of the resistance wire occur when the ground settles, which lead to changes in the electrical conductivity properties, which can be detected in a known manner.
Alternativ kann vorgesehen sein, den Metalldraht sehr dünn auszubilden, so daß er ein geringe Biegebruchfestigkeit besitzt. Falls sich der dünne Metalldraht örtlich durchbiegt, führt das zu seinem Bruch, wodurch die Leitung unterbrochen ist. Dies läßt sich in einfacher und sehr schneller Weise feststellen und lokalisieren.Alternatively, the metal wire can be designed to be very thin so that it has a low bending strength. If the thin metal wire bends locally, this will cause it to break, interrupting the line. This can be detected and located very quickly and easily.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus 5 der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur eine schematische Ansicht eines Vlieses mit ersten und zweiten Leitungen zeigt.Further details and features of the invention can be seen from the following description of an embodiment with reference to the drawing, the single figure showing a schematic view of a fleece with first and second lines.
0 In der Figur ist ein Teil der Vorrichtung 10 zur Überwachung von Bodensetzungen mit einem Vlies 13 angedeutet, das beispielsweise eine Länge von 50 m und eine Breite von 10 m aufweisen kann. In das Vlies 13 sind eine Vielzahl von parallel nebeneinander in Querrichtung Q verlau-0 In the figure, a part of the device 10 for monitoring soil settlement is indicated with a fleece 13, which can, for example, have a length of 50 m and a width of 10 m. A large number of parallel, side-by-side in the transverse direction Q are embedded in the fleece 13.
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fenden Linearleitern 14 in Form von Glasfasern oder Kupferdrähten eingearbeitet, die an den seitlichen Enden frei über das Vlies 13 vorstehen. Zur Bildung von schlaufenförmigen Windungen sind einzelne der Linearleiter 14 über Kopplungsstücke 15 miteinander verbunden. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste (gemäß der Figur linke) Linearleiter 14 an einem Ende über ein Kopplungsstück 15 mit dem fünften Linearleiter und dieser am entgegengesetzten Ende mit dem zehnten Linearleiter usw. verbunden. Insgesamt ist auf diese Weise eine zweite Leitung 12 aus sechs mit Kupplungsstücken 15 miteinander zu einer schleifenförmigen Konfiguration verbundenen Linearleitern 14 gebildet. Wie die Figur zeigt, sind mehrere zweite Leitungen 12 gleichartiger schlaufenformiger Konfiguration in Längsrichtung L des Vlieses 13 nebeneinander angeordnet.linear conductors 14 in the form of glass fibers or copper wires are incorporated, which protrude freely above the fleece 13 at the lateral ends. To form loop-shaped windings, individual linear conductors 14 are connected to one another via coupling pieces 15. In the embodiment shown in the figure, the first (left-hand one in the figure) linear conductor 14 is connected at one end via a coupling piece 15 to the fifth linear conductor and this is connected at the opposite end to the tenth linear conductor, etc. Overall, a second line 12 is formed in this way from six linear conductors 14 connected to one another by coupling pieces 15 to form a loop-shaped configuration. As the figure shows, several second lines 12 of the same loop-shaped configuration are arranged next to one another in the longitudinal direction L of the fleece 13.
Auch in Längsrichtung L des Vlieses 13 erstrecken sich eine Vielzahl von Linearleitern 16 parallel nebeneinan-0 der, die endseitig in genannter Weise über Kopplungsstükke 17 zu einer ersten Leitung 11 mit schlaufenformiger Konfiguration verbunden sind. Mehrere derartige erste Leitungen 11 sind in Querrichtung Q des Vlieses 13 nebeneinander angeordnet.A plurality of linear conductors 16 also extend parallel to one another in the longitudinal direction L of the fleece 13, which are connected at the ends in the manner mentioned via coupling pieces 17 to form a first line 11 with a loop-shaped configuration. Several such first lines 11 are arranged next to one another in the transverse direction Q of the fleece 13.
Nachdem das Vlies 13 mit den eingearbeiteten Leitungen 11, 12 in den zu überwachenden Untergrund eingebaut ist, werden die ersten Leitungen 11 und die zweiten Leitungen 12 mit Licht oder einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Im Falle der Verwendung von Lichtleitern, insbesondere Glasfaserleitern, wird die Lichtmenge gemessen, die nach Durchlaufen einer Leitung an deren Ende austritt. Wenn sich örtlich übermäßige Setzungen des Untergrundes einstellen, unterliegen die in dem BereichAfter the fleece 13 with the integrated cables 11, 12 has been installed in the subsoil to be monitored, the first cables 11 and the second cables 12 are exposed to light or an electrical voltage. If light guides, in particular glass fibers, are used, the amount of light that emerges at the end of a cable after it has passed through it is measured. If excessive subsidence of the subsoil occurs locally, the
der Setzungen angeordneten Leitungen einer Durchbiegung, wodurch die Lichtverluste erhöht werden. Die Abnahme der Lichtintensität am Austrittsende der betroffenen Leitungen kann erfaßt werden, wobei durch Zuordnung der betroffenen ersten und zweiten Leitungen die Koordinaten des Setzungsbereiches ermittelt werden können.the lines arranged in the subsidence area are subject to deflection, which increases the light losses. The decrease in the light intensity at the exit end of the affected lines can be recorded, whereby the coordinates of the subsidence area can be determined by assigning the affected first and second lines.
Entsprechend treten bei Verwendung von elektrischen Leitern, beispielsweise Kupferdrähten, Änderungen des elektrischen Widerstandes oder gar ein Drahtbruch auf, der in genannter Weise erfaßt und ausgewertet wird.Accordingly, when using electrical conductors, such as copper wires, changes in the electrical resistance or even a wire breakage occur, which is recorded and evaluated in the manner described above.
Claims (14)
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