Bei dem Eisenbahntunnel bringt das TABERG Ingenieur- und Sachverständigenbüro GmbH ein modernes Monitoring-Konzept inklusive hochgenauer 3D-Sensoren mit ein. Dadurch werden Sicherheit und Qualität des anspruchsvollen Ingenieurbauwerks in Echtzeit überwacht.
Die Kunst der vermessungstechnischen Überwachung technischer Bauwerke liegt nicht nur in der Verwendung der besten Sensorik, sondern vor allem im richtigen Messkonzept und der daraus folgenden, bestmöglichen Interpretation der Daten. In der heutigen Zeit gilt dies mehr denn je, denn bei Sensoren gibt es eine dynamische Entwicklung. Infrastrukturmanagement wird immer stärker digitalisiert und holt den Abstand, den es zur „Digitalen Fabrik“ im deutschen Maschinen- und Anlagenbau zweifelsohne noch gibt, mit Siebenmeilenstiefeln auf. Entscheidend bei der Digitalisierung des Monitorings ist daher, das passende Gesamtkonzept für das jeweilige Projekt zu finden.
Bahnverkehr in Hochgeschwindigkeit (KI-Bild). Die Ausbau- und Neubaustrecke Karlsruhe-Basel bringt auch höchste Anforderungen an die Vermessung.
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Der Tunnel Rastatt
Ein herausragendes Beispiel hierfür ist der Eisenbahntunnel Rastatt, ein „Meilenstein“ für den Aus- beziehungsweise Neubau der Strecke Karlsruhe–Basel. Herausragend deshalb, weil der Tunnel nicht nur das Stadtgebiet und einen Fluss unterquert, sondern auch in einem geologisch anspruchsvollen Gebiet liegt: der Oberheinischen Tiefebene, die Teil einer größeren Grabenbruchzone darstellt und für die kleinere, dafür aber viele seismische Aktivitäten normal sind. In der Summe hat auch dieser Sachverhalt dazu geführt, dass bei der Bautätigkeit des Tunnel Rastatts die Überwachung eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe ist, schließlich gilt es Senkungen (und Hebungen) bei Hochgeschwindigkeitsstrecken der DB AG während der Bauphase (geplante Fertigstellung 2026) tunlichst genau zu beobachten.
Der gesellschaftliche Druck für den Bahnausbau ist groß, der geologische an dieser Stelle aber kaum geringer. In der Folge wurde beim Tunnel Rastatt in den letzten Jahren auch technologisch alle Register gezogen.
Das Messverfahren
Gefordert war seitens der Deutschen Bahn ein Messkonzept, das eine sehr genaue Beobachtung von Bewegungen des Tunnels in der Bauphase erfordert, vor allem bei den Injektionen in den baulichen Untergrund zwecks Stabilisierung des Bauwerks.
Der Schlüssel dazu sind die Fugen zwischen den Tübbingen, bei denen es galt, deren verhalten hochgenau und in sehr enger Taktung (quasi Echtzeit) zu überwachen (und natürlich in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen). Vor allem ging es dabei um die sogenannten Relativbewegungen zwischen benachbahrten Längsfugen. Je nach Belastungssituation und anderen Faktoren kann die Konvergenz in Teilabschnitten sehr unterschiedlich ausfallen – es kann aber auch größere, geologisch bedingte Senkungen geben. Daher waren die Bewegungswerte in 3D so wichtig. Verjüngt sich die Fuge beispielsweise, beult sie sich aus oder biegt sie sich: Die Einzelwerte sind entscheidend, um das gesamte Bewegungs- bzw. Deformationsverhalten des Bauwerks aus den Messwerten „herauszulesen“.
Die Aufgabe
Den Zuschlag für diese nicht nur vermessungstechnisch anspruchsvolle Aufgabe bekam das Unternehmen TABERG Ingenieure, das bereits seit Beginn des Projektes Tunnel Rastatt für die Beweissicherung und für sämtliche Immissionsmessungen der Baustelle verantwortlich war. Dazu zählen zum Beispiel auch Schall und Erschütterung, aber auch Bodenbewegungen, die in dem Fall konkret Auswirkungen auf umliegende Bauwerke und Privathäuser haben können. Daher hat das Unternehmen schon seit Jahren auch vermessungstechnische Arbeiten an der Oberfläche durchgeführt. In der Folge kam auch der Auftrag für die Entwicklung des neuen, erweiterten Messkonzepts.
„Das Know-how im Bereich Monitoring spielte eine wichtige Rolle“, so Martin Schwall, Inhaber der TABERG ISB GmbH & Co. KG und unter anderem bekannt für seine überregional unternehmerischen Aktivitäten im Bereich der Vermessung mit der IngenieurTeam GEO GmbH (siehe Beitrag BG Ausgabe Nr. 1/2024, Seite 30f.).
TABERG konnte mit einem Messkonzept überzeugen, das einerseits die neuesten am Markt befindlichen Technologien für die Messung von Fugen, Rissen und kleinen Bauteilbewegungen berücksichtigte und hat auf dieser Basis ein Mess- und Überwachungskonzept entwickelt, das den Projektanforderungen standhielt.
Ingeneurtechnisch durchdachte Anordnung der Sensoren an den Fugen zwischen den Tübbingen. Damit gewinnt man tiefe Insights in das Bewegungsverhalten des Tunnels.
Foto: TABERG ISB GmbH & Co. KG
Während der Sensor von SuessCo Bewegungen an der Fuge im Nanometerbereich messen kann, gibt es auch noch ergänzende Absolutwertmessungn via Tachymeter.
Foto: TABERG ISB GmbH & Co. KG
Sensorik und Messkonzept
Bei den Sensoren musste die Wahl auf die neue Sensorgeneration der Firma SuessCo Sensors aus Österreich (siehe Beitrag ) fallen, die genau diese Anforderungen als Innovation auf dem Sensormarkt bereits unterstützen kann. Die installierten Sensoren messen zweimal pro Minute (bis in den Nanometer-Bereich), nach fünf Messungen (2,5 Minuten) werden die Ergebnisse gesammelt übertragen. Dies geschieht über ein im Tunnel installiertes Mobilfunknetz.
Die geforderte Einsatzzeit pro Batterie (50 Tage) unterschritt die Möglichkeiten des Sensors (bis zu 10 Jahre) um ein Vielfaches. Die Darstellung der Werte geschieht in einem Online-Dashboard, wobei die Grenzwerte für die Benachrichtigungen nach umfangreicher Abstimmung mit allen betroffenen Experten der jeweiligen Personen definiert wurden. Für Absolutwertmessungen wurde zudem ein per Tachymeter präzise vermessenes Festpunktfeld angelegt.
Bei der Interpretation der Daten galt es, stark interdisziplinär zu denken, verschiedene Fachaufgaben miteinander zu verknüpfen und teamorientiert zusammenzuarbeiten, quer über alle Fachrichtungen. Geophysik, Bauphysik, Bauteilekenntnisse (die Tübbinge werden im BIM-orientierten Verfahren implementiert) und weitreichende Erfahrungen beim Bau von Tunneln spielten wichtige Rollen, die auf unterschiedlichste Akteure verteilt waren.
Das Projekt lief sehr erfolgreich und wir konnten ein maßgeschneidertes Messkonzept entwickeln, das dem neuesten Stand des Echtzeitmonitorings entspricht und gleichzeitig auch schnell und kostenschonend installiert werden konnte“, so Mohammed Ismail (leitender Projektingenieur bei TABERG ISB).
www.deutschebahn.de
www.taberg-isb.de