Innovative Pressvorrichtungen ermöglichen es heute, Tunnel unter dicht bebauten Gebieten zu graben – unsichtbar, effizient und ohne die Oberfläche zu stören. Jeder Millimeter Abweichung könnte schwerwiegende Folgen haben. Wie stellt man sicher, dass der Tunnel exakt dem geplanten Verlauf folgt?

Genau hier setzt das Projekt im Vertiefungsprofil GeoSensorik & Monitoring I im Bachelor-Studiengang Geomatik an der FHNW Muttenz an.

Die Aufgabe von uns Studierenden im Vertiefungsprofil Geosensorik und Monitoring ist es, ein hochpräzises Fixpunktnetz für ein fiktives Microtunneling-Projekt zu entwerfen, zu messen, auszugleichen und die Tunnelrichtung im Feld zu markieren, um eine präzise Steuerung des Vortriebs zu gewährleisten. Wir begleiteten dabei jeden Schritt: Vom Netzdesign, über die Präanalyse, zur Vermessung des Netzes bis hin zu den statistischen Auswertungen wie der Bestimmung der Genauigkeit der Netzmessung im Detail.

In diesem Semester liegt der Schwerpunkt auf einem fiktiven Microtunneling Projekt. Mikrotunneling ist ein spezialisiertes, ferngesteuertes Tunnelbauverfahren, bei dem kleine Tunnel präzise unter bestehenden Infrastrukturen wie Strassen, Eisenbahnen oder Gebäuden erstellt werden, um Versorgungs- und Entsorgungsleitungen zu verlegen. Und das ohne grosse offene Baugruben oder aufwändige Grabungsarbeiten, wobei lediglich ein grösserer Start- und Zielschacht erforderlich sind. Mit Tunneldurchmessern von 0.5 bis 4 m und Längen bis zu 150 m wird entweder eine steuerbare oder eine nicht steuerbare Pressbohrtechnik eingesetzt. Ein präzises geodätisches Fixpunktnetz ist dabei essenziell, um den Vortrieb zu steuern und die Bauphase zu überwachen.

Am Anfang eines solchen Projekts steht die Planung eines Fixpunktnetzes sowie ein Messkonzept, das den geforderten Genauigkeitskriterien (in diesem Fall relative Genauigkeit zwischen Portalpunkten kleiner als 3 mm) entspricht, im Vordergrund. Dabei wird die Software QGIS genutzt, um mit dem Plugin Präanalysetool eine Präanalyse durchzuführen. Diese Analyse dient dazu, die theoretische Genauigkeit und Zuverlässigkeit des geplanten geodätischen Netzes vorgängig zu ermitteln. In mehreren Berechnungsschritten werden verschiedene Varianten getestet, bis eine optimale Lösung gefunden wird, die sowohl wirtschaftlich, effizient als auch präzise genug für die Anforderungen des Projekts ist und somit ebenfalls den Vermessungsgrundsätzen entspricht. Nach einer Rekognoszierung auf dem Feld wird das Netz gegebenenfalls angepasst und finalisiert.

Zusätzlich werden mögliche Einflüsse auf die Messungen, die sich somit direkt auf das Resultat auswirken, erarbeitet und die dazugehörigen Massnahmen geplant.

Somit muss vor der eigentlichen Messung sämtliches Messequipment sorgfältig kalibriert und geprüft werden, um systematische Fehler auszuschliessen. Dazu gehört die Kontrolle der Zwangszentrierung, das optische Lot der Dreifussplatten und Stative. Sowie die Kalibrierung der Leica MS60, sodass alle Hilfsmittel den geforderten Genauigkeitsstandards entsprechen. Zudem wird vom Prisma und dem Instrument die exakte Additionskonstante vorgängig bestimmt und ausgeglichen, um Abweichungen zwischen einer allgemeinen und einer präzis ermittelten Konstante zu verhindern.

Nun wird das Netz gemäss Konzept installiert und gemessen. Während der Messung ist höchste Präzision gefragt, da selbst kleinste Fehler oder unsachgemässe Handhabung die Genauigkeit des Netzes beeinträchtigen. Da dieses Präzisionsnetz nur kleine Ungenauigkeiten toleriert, muss jeder Arbeitsschritt exakt ausgeführt werden. Die Messungen erfolgen mit dem Satzmessprogramm, bei denen die Punkte zunächst initialisiert und anschliessend automatisch mehrfach erfasst werden. Dafür werden die einzelnen Prismen angezielt und anschliessend die Satzanzahl eingestellt. Das Instrument misst anschliessend alle notwendigen Visuren automatisch. Die Zwischenzeit kann sinnvoll genutzt werden für die weitere detaillierte Planung der nächsten Schritte oder für eine kurze Pause und die Erörterung der Frage mit der anderen Messgruppe darüber, wie durchnässt sie schon sind.

Nach Abschluss der Messungen wird das gemessene Netz ausgeglichen und überprüft, ob dieses mit den zuvor berechneten Genauigkeiten in der Präanalyse übereinstimmt. Zur Auswertung kommt die Software GeoSuite mit dem Modul LTOP zum Einsatz, mit der das Netz nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet wird. Dadurch lassen sich statistische Aussagen über die relative Genauigkeit und Zuverlässigkeit zwischen den Tunnelportalpunkten treffen. Ebenfalls wird das gemessene Netz mit diversen Lagerungsarten an das übergeordnete FHNW- Fixpunktnetz angepasst. Diese Fixpunkte haben bereits bekannte Koordinaten und wurden präzise eingemessen und sind die gleichen wie auch bei jedem Messpraktikum.

Als letzter Schritt werden an den Fassaden der nächsten betroffenen Gebäude die Lage des Tunnels angezeichnet. Dies geschieht auf Grundlage der vorhin gemessenen und ausgeglichenen Fixpunkte. Abschliessend wurden die hohen geforderten Genauigkeiten dank der akribischen Planung und präzisen Umsetzung eingehalten.

Das Vertiefungsprofil GeoSensorik und Monitoring vermittelt umfassende Kenntnisse für die Planung, Durchführung und Ausgleichung präziser geodätischer Fixpunktnetze, wie sie in der Tunnel-, Bau- und Ingenieurvermessung täglich eingesetzt werden. Die Kalibrierung des Instrumentariums inklusive des Zubehörs wird ebenfalls behandelt. Zudem wird die Thematik der Ausgleichungsrechnung vertieft.

Ein weiterer Teil des Vertiefungsprofils ist eine Exkursion. Die diesjährige führte uns einen Tag zur Terradata in Opfikon. Wir erhielten die Möglichkeit, ihre spannenden alltäglichen Arbeiten mit verschiedenen Sensoren kennenzulernen und durften bei realen Aufträgen eigene Konzepte und Vorgehensweisen entwickeln, die anschliessend mit den tatsächlich ausgeführten Arbeiten verglichen wurden. Der Besuch war eine gute Ergänzung zu den Vorlesungen und zum bearbeiteten Projekt, um zu sehen, wie geodätische Fixpunktnetze im Berufsalltag eingesetzt werden. Besonders lehrreich war die Vorstellung der vielen verschiedenen Sensoren, die zum Einsatz kommen. Diese werden hauptsächlich zur Überwachung bzw. Monitoring von Bau- oder Naturobjekten eingesetzt.

Wer sich nun auch noch einen visuellen Eindruck vom Vertiefungsprofil GeoSensorik und Monitoring und unserem Projekt verschaffen möchte, findet untenstehend unser Studierenden-Video.

Autoren: Marco Ammann und Eric Iseli, Bachelorstudierende im 5. Semester