FOS - Gebirgsdruck - Faseroptisch unterstützte Messmethoden zur Beobachtung von Gebirgsdruck

Wie jedes andere Ingenieurbauwerk sind auch Tunnel einem Alterungsprozess unterworfen. Die Gründe für eine Verschlechterung des Zustandes können vielfältig sein: Nicht abgeschlossene Spannungsumlagerung, Verschlechterung der Gebirgsqualität durch Langzeitbeanspruchung (Kriechen), Verwitterung, oder dynamische Beanspruchung um nur einige zu nennen. Alle diese Vorgänge führen zu Deformationen von Gebirge, bzw. Ausbau, welche wiederum Schäden verursachen und die Betriebssicherheit beeinträchtigen können. Zur kontinuierlichen Überwachung des Zustandes von Tunneln ist die Messung dieser Deformation notwendig. Dies ist mit herkömmlichen Mitteln aufwändig und erfordert meist eine Tunnelsperre. Daher wird eine Überprüfung nur punktuell und in großen Zeitabständen vorgenommen, wodurch eine laufende Bewertung des Zustandes kaum möglich ist. Eine robuste Methode zur permanenten Überwachung von Tunneln existiert derzeit nicht. Derzeit werden für Deformationsmessungen im Tunnel entweder geotechnische Sensoren (z.B. Stangenextensometer, Schwingsaitensensoren) oder ingenieurgeodätischen Methoden eingesetzt. Geotechnische Sensoren sind üblicherweise elektrische Sensoren und daher ist die Realisierung von vielen Messstellen nur mit sehr hohem Verkabelungsaufwand möglich. Geodätische Messverfahren beruhen auf Laserscanner oder Totalstationen und benötigen eine direkte Sichtverbindung zwischen dem Instrument und der Zieloberfläche bzw. den Prismen. Dies ist bei Dauermessungen langfristig z.B. aufgrund von Prismenverschmutzung nur schwer zu realisieren. Mit faseroptischen Messverfahren sind viele dieser Einschränkungen lösbar. Entlang einer einzelnen Glasfaser kann sich eine Vielzahl von Sensoren befinden und die Lichtausbreitung erfolgt entlang der optischen Faser womit keine direkte Sichtverbindung zwischen den Messstellen erforderlich ist. Mittels faseroptischer Messmethoden ist es somit möglich ein Monitoringsystem direkt in eine Tunnelstruktur zu integrieren. Über einen Messquerschnitt verteilte Sensoren können so mittels Erfassung von Dehnungsveränderungen Deformation und Konvergenz messen. Über Lasten und Kräfte in der Tunnelauskleidung lässt sich auf den Gebirgsdruck schließen und Veränderungen erfassen. Durch ein permanentes Monitoring wird eine automatisierte Erfassung und Bewertung ohne Betriebsunterbrechung möglich. Ziel ist eine neuartige und innovative Messmethodik für Gebirgsdruck zu entwickeln und im Rahmen eines Feldversuchs (Bestand oder Neubau) zu demonstrieren. Mit komplementären Technologien wie Laserscanning soll die Messmethodik auf ihre Anwendbarkeit verifiziert werden. Da bei Tunnelbauwerken ähnlich wie bei Brücken, sehr individuelle Anforderungen zu berücksichtigen sind und für die Zustandsbewertung viele Parameter einfließen ist es ein weiteres Ziel die notwendigen Betrachtungen zu systematisieren und dem Auftraggeber ein einfach zu handhabendes Werkzeug für die gesamtheitliche Beurteilung und Bewertung der Tunnelauskleidung zu geben.