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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Radiointerferometrie zum Setzungsmonitoring beim Tunnelbau. Anwendung am Beispiel der Wehrhahn-Linie in Duesseldorf / Radar interferometry for monitoring of settlements in tunnelling

Besonders bei der Herstellung von Tunnelbauwerken in bebauten Gebieten ist die Ueberwachung der durch den Tunnelvortrieb hervorgerufenen Baugrundverformungen zur Schonung der Bausubstanz und fuer die Beweissicherung von besonderer Bedeutung. Bei solchen Baumassnahmen ist daher heute eine Ueberwachung der Setzungen mit konventionellen Methoden selbstverstaendlich. Dieses Vorgehen ist allerdings kosten- und zeitaufwendig. Anzustreben ist ein flaechendeckendes Ueberwachungsverfahren mit hoher Genauigkeit im Millimeterbereich, das ohne grossen Installationsaufwand auskommt. Das vorgestellte, satellitengestuetzte Messverfahren auf der Basis der Radarinterferometrie erfuellt im hohen Masse solche Anforderungen. Das Grundprinzip und die Anwendungsmoeglichkeiten der Radarinterferometrie werden textlich und mit den zugehoerigen Formeln beschrieben. Prinzipiell beruht die Interferometrie auf dem Vergleich zweier Phasenlagen an der gleichen Position der Objektoberflaeche und dem dadurch bestimmbaren Phasenunterschied. Die entwickelten Verfahren setzen jedoch voraus, dass sich das Untersuchungsgebiet in seinen geometrischen und radiometrischen Eigenschaften nicht veraendert. Da dies aber nur hoechst selten auf ein Untersuchungsgebiet zutrifft, wurde eine verfeinerte interferometrische Analyse, die so genannte "Persistent Scatterer Interferometry" (PSI) erarbeitet. Unter Persistent Scatterer (PS) versteht man Flaechenelemente an der zu untersuchenden Objektoberflaeche, deren Rueckstreuungseigenschaften ueber den Zeitraum der Untersuchung stabil bleiben. Dies trifft zum Beispiel auf Flaechenelemente an Gebaeuden zu. Das Messverfahren wurde bei einem Referenzprojekt, dem Tunnelbau zur Wehrhahn-Linie in Duesseldorf, angewendet. Der Neubau der Wehrhahn-Linie soll im Jahre 2015 das innerstaedtische U-Bahnnetz von Duesseldorf komplettieren. Die Tunnel dieser Linie werden mit einer Schildmaschine vorgetrieben, waehrend fuenf der herzustellenden Bahnhoefe in der Deckelbauweise und ein weiterer im Schutz einer Baugrundvereisung erstellt werden. Setzungen beim maschinellen Schildvortrieb im vorliegenden Lockergestein sind unvermeidbar, da sich bei der Unterfahrung eine wandernde Setzungsmulde mit entsprechenden Auswirkungen auf die Bebauung ausbildet. Die Sicherung der Bebauung spielt daher bei innerstaedtischen Tunnelbauprojekten eine zentrale Rolle. Bei den Tunneln der Wehrhahn-Linie werden zur Sicherung mehrere unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Die Anwendung des radarinterferometrischen Setzungsmonitorings bei der Wehrhahn-Linie greift auf 24 mit einem Satelliten des Deutschen Zentrums fuer Luft- und Raumfahrt (DLR) aufgenommene Datensaetze zurueck. Nach der Darstellung ausgewaehlter Ergebnisse werden diese zur Verifizierung und Validierung mit den Ergebnissen terrestrischer Messungen verglichen. Die Abweichungen zwischen den beiden Messverfahren sind gering. In 75 Prozent der Faelle unterscheiden sich die vertikalen Setzungen um nicht mehr als 1,5 Millimeter. Die Interpretation der Messungen mittels der Radarinterferometrie bedarf einer kritischen und detaillierten Betrachtung, da die tunnelbauspezifischen Verformungen des Baugrunds durch andere Effekte, zum Beispiel thermische Effekte, ueberlagert werden koennen. Insgesamt zeigt sich, dass sich mit der Radarinterferometrie Oberflaechenbewegungen mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich aufnehmen lassen. Die Forschungsarbeiten sind Teil der Aktivitaeten des Sonderforschungsbereichs 837 "Interaktionsmodelle im maschinellen Tunnelbau" an der Ruhr-Universitaet Bochum. ABSTRACT IN ENGLISH: An innovative approach employing the "Persistent Scatterer" Interferometry (PSI) to monitor area-wide settlements induced by tunnelling is presented. The method is based on data from 24 overflights of the TerraSAR-X satellite provided by the German Aerospace Center (DLR). Exemplified on the tunnelling construction site "Wehrhahn-Linie" located in Duesseldorf, the performance of the radar interferometry method is demonstrated. Besides the basic principles of the radar interferometry, the contribution illustrates specific boundary conditions of a tunnelling project in the intra-urban area of the state capital city of Duesseldorf. The validation with point wise terrestrial measurements proofs that the method is accurate to a millimetre. The research project is part of the Collaborative Research Center 837 "Interaction modelling in mechanized tunnelling" at the Ruhr University of Bochum. (A)

  • Authors:
    • MARK, P
    • Niemeyer, W
    • Schindler, S
    • BLOME, A
    • HEEK, P
    • KRIVENKO, A
    • ZIEM, E
  • Publication Date: 2012

Language

  • German

Media Info

  • Pagination: 764-76
  • Serial:
    • Bautechnik
    • Volume: 89
    • Issue Number: 12
    • Publisher: Ernst (Wilhelm) and Sohn

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01473406
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Feb 21 2013 10:04AM