Geomatik Herbst Kolloquium: Photogrammetrie beim Tunnelvortrieb: Vorgehensweise, Herausforderungen und Resultate

Tunnels gibt es in der Schweiz viele und es werden weiterhin mehr gebaut. Der Tunnelvortrieb ist daher ein spannendes Thema in der Geomatik, bei der die vorhandenen Messmethoden divers eingesetzt werden. Im Rahmen eines Kolloquiums stellte Yvo Weidmann der GEOIDEE AG uns den Einsatz von Photogrammetrie beim Tunnelvortrieb mit verschiedenen Herausforderungen vor.

Zu Beginn eines Baus eines Tunnels sind die Informationen zu den effektiven Geologien minimal. Unterschiedliche Gesteinspakete, Übergänge der Gesteinstypen sowie auch Bruchzonen sind als grobe Vorinformationen in den Plänen vorhanden. Bei diesen Indikatoren können teilweise Bohrungen vorgenommen werden oder beim Bau wird in diesen Stellen besser aufgepasst. Hier ein Beispiel von einer typischen Darstellung einer geologischen Karte des Lötschbergs, wo bei der erst Planung vom Durchschnitt (rote Linie in Abbildung) das Wasser geschnitten wird.

Die SIA-Norm besagt, dass bei der Realisierung des Baus den IST-Zustand zu dokumentieren ist. Und genau hier, wird die Photogrammetrie eingesetzt. Die Rahmenbedingungen beim Tunnelvortrieb sind für die Photogrammetrie herausfordernd:

• Im Tunnel ist es dunkel
• Die Umgebung ist feucht
• Arbeitszeit/-verrechnung wird auf Meter pro Tag berechnet, wobei die Photogrammetrie den Arbeitsbetrieb verlangsamt
• Wassereinbrüche und Steinstürze können vorkommen
• Die Logistik vom Bau versperrt teilweise den Platz und die Sicht im Tunnel

Im Tunnelbau gibt es verschiedene Vortriebsarten. Dabei hat uns Yvo Praxisbeispiele aus dem Sprengvortrieb sowie den Vortrieb mit dem Gripper-TBA und dem Schild-TBM gezeigt. Wobei in diesem Blogbeitrag die Lösungen beim Sprengvortrieb und dem Gripper-TBA eingegangen wird.

Beim Sprengvortrieb ist die Photogrammetrie eine etablierte Technik. Dabei ist vor allem zu beachten, dass der Platz knapp ist. Basislinien können je nach Durchmesser des Tunnels zwischen 5 und 9 m liegen. Das genügt, um ein 3D-Modell aus den Aufnahmen zu generieren (siehe Abbildung). Bei dieser Vortriebsart können die Geologinnen und Geologen das Gestein auch anfassen und ansehen, um dies zu bestimmen.

Beim Vortrieb mit einem Gripper-TBM (siehe Abbildung) können die Geologen und Geologinnen das Gestein nicht mehr anschauen oder anfassen. Auch die Aufnahmen wie beim Sprengvortrieb können so nicht durchgeführt werden. Daher hat GEOIDEE ein photogrammetrisches System entwickelt, welches auf den Gripper gepackt wird und automatisch Bilder aufnimmt. Dabei musste das Kamerasystem vor dem Spritzbetonroboter und unterhalb der Laser-Gasse des Grippers platziert werden (siehe Abbildung). Mit diesem Aufnahmesystem wird alle 2 cm ein Bild automatisch ausgelöst und es entsteht eine Abdeckung von 270° der Tunnelwand. Der Boden ist nicht möglich aufzunehmen, da zu viel versperrt ist.

Dieses System wird aktuell weiterentwickeln. Ziel ist es, die Kameras zu reduzieren, in dem sie eine Kamera auf eine Fahrschiene setzen und mehrere Positionen abfahren lassen. Somit reichen zwei Kameras aus, um die 270° der Tunnelwand aufzunehmen.

Die Resultate der Photogrammetrie werden genutzt, um den IST-Zustand zu dokumentieren und das Gestein und die Geometrie nachträglich zu analysieren und miteinander zu kombinieren. Auch als Dokumentation des Vortriebs und Beweisführung werden die Resultate verwendet. Beim Vortrieb werden nämlich die Wände mit Spritzbeton versichert oder auch mit Gerüsten und Gitter zugebaut. Daher ist eine saubere Dokumentation beim Vortrieb selbst sehr wichtig. Resultate solcher Aufnahmen können Querprofile, Frontansichten (siehe oben im Bild), geologische Ableitungen oder auch die Erkennung von Überprofilen im Gestein (siehe unten im Bild), durch die Ansicht von den ausserhalb des Tunnels. Auch Längsprofil können sehr detailliert vom Tunnel gemacht werden. Mit diesen Ansichten können auch schon während dem Bau Rückschlüsse von dem Gestein gemacht werden. Und deswegen sind die Resultate der Photogrammetrie essentiell für den Bau und die Dokumentation des Tunnels.

Hiermit möchten wir uns bei Yvo Weidmann für die Vorstellung der Werkstattberichte aus den verschiedenen Tunnelvortriebe bedanken. Es war ein spannender Vortrag bei dem wir kreative Lösungen von ihm und seinem Team sehen durften.