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Die Messung der von der Vortriebs- bzw. Schildmaschine oder vom Bohr- und Verdrängungskopf jeweils zurückgelegten Strecke (Vortriebsfortschritt) ist für die Positionsbestimmung von grundlegender Bedeutung. Sie kann erfolgen durch:

  • Addition der eingebauten Rohrschüsse bzw.Pilotbohrgestänge
  • Messung und Addition des Weges der Vorschubzylinder der Pressstation bzw. der Hauptpressstation und Zwischenpressstationen
  • elektronisches Messrad
  • elektronische …

Im Mikrotunnelbau und Rohrvortrieb wird das elektronische Messrad als einfache und zuverlässige Messmethode am häufigsten eingesetzt. Es wird an der Brillenwand fest montiert und liegt auf dem Scheitel des vorbeigleitenden Rohrstrang auf . Das Drehen des Rades erzeugt elektrische Impulse, die zur Ermittlung der zurückgelegten Strecke des Rohrstranges vom zentralen Rechner ausgewertet werden.

(Video: Elektronisches Messrad)

Im Mikrotunnelbau und Rohrvortrieb …

(Bild: Elektronische Streckenmessung - Prinzip)

Bei der elektronischen Streckenmessung, auch EDM (elektronische Distanzmessung) genannt, wird die Entfernung aus der Laufzeit eines sich mit konstanter Geschwindigkeit fortpflanzenden Signals abgeleitet. Ein am Anfangspunkt der Strecke aufgestellter Sender sendet dieses zu einem Reflektor, der es zum Anfangspunkt zurückleitet. Im vorliegenden Anwendungsfall hat sich die elektrooptische Streckenmessung …

Zur Positionsbestimmung im grabenlosen Leitungsbau kommen in Abhängigkeit der Verfahrenstechnik und insbesondere der Linienführung und Zugänglichkeit des Rohrstranges (Rohrnennweite) Messsysteme mit unterschiedlichen Kombinationen der Messverfahren zur Anwendung.

Gerade Vortriebe

Vermessung aus dem Startschacht

(Bild: Nichtsteuerbare Verfahren)

Gekrümmte Vortriebe

Vermessung im Rohrstrang (ohne Sichtverbindung zum Startschacht)

(Bild: Steuerbare …

Die (→ Tabelle: Übersicht der im grabenlosen Leitungsbau eingesetzten Messsysteme) zeigt eine Übersicht über die im grabenlosen Leitungsbau verwendeten Messsysteme mit unterschiedlichen Kombinationen der einzelnen Messverfahren und ihre Einsatzmöglichkeiten.

Bezüglich der Verfahren zur Vermessung aus dem Startschacht (mit Sichtverbindung) unterscheidet man:

  • Theodolit oder Lasertheodolit mit direkter Zieltafelbeobachtung
  • Theodolit oder Lasertheodolit mit Videobeobachtung der Zieltafel
  • Laser mit aktiver Zieltafel
Wichtig:

Zur Realisierung dieser Messtechnik muss über die gesamte Vortriebstrecke eine Sichtverbindung über einen entsprechenden Freiraum im Pilotbohrgestängestrang oder im Vortriebsrohrstrang …

(Bild: Nichtsteuerbare Verfahren)
(Bild: Beleuchtete, passive Zieltafel im Schneidenschuss einer Schildmaschine mit mechanisch teilflächigem Abbau [FI-Gewer])
(Bild: Beobachtung der passiven Zieltafel mit einem Theodoliten [Stein87g])

Bei diesem Messsystem wird eine passive beleuchtete oder selbstleuchtende Zieltafel (Diodenzieltafel) vom Vermessenden oder Geräteführer zu festgesetzten Vortriebsstationen durch das Fernrohr betrachtet, um die …

(Bild: Nichtsteuerbare Verfahren)

Dieses Messsystem entspricht prinzipiell dem Messystem mit Theodolit oder Lasertheodolit mit direkter Zieltafelbeobachtung. Das Bild der Zieltafel wird in diesem Fall nicht durch einen Beobachter sondern durch eine Videokamera, die je nach Platzangebot entweder in der Zieltafel selbst, in der Nähe der Zieltafel oder am Okular des Theodoliten installiert sein kann, erfasst und als Monitorbild zum Kontroll- und Steuerstand …

(Bild: Nichtsteuerbare Verfahren)

Die Kombination Richtlaser mit aktiver Zieltafel hat insbesondere beim Mikrotunnelbau und Rohrvortrieb zur wahlweisen manuellen, halb- oder vollautomatischen Steuerung eine weite Verbreitung gefunden [Fitzk94].

In diesem Fall dient ein Laserstrahl, der auf eine aktive Zieltafel trifft, als optisches Führungsmittel.

Ein Vertreter dieses Standardmesssystems ist das ELS (Elektronisches Laser System) [FI-GeneS].

Das ELS besteht aus den Komponenten :

  • Richtlaser

  • aktive Zieltafel mit eingebautem, zweiachsigem Inklinometer

  • Computer mit Monitor, Drucker und Datenkabel

  • Messrad

(Bild: Steuerkomponenten einer Vortriebsmaschine - Steuerstand [FI-Herreb]) (Bild: Steuerkomponenten einer Vortriebsmaschine - Detailansicht des Monitorbildes bei einer Vortriebsmaschine des Typs AVN 1200 [FI-Herreb]) (Bild: Steuerkomponenten einer Vortriebsmaschine - Rückansicht einer …

Bei Rohrvortrieben, bei denen die Vermessung nicht mehr aus dem Startschacht heraus erfolgen kann, weil entweder die Distanz zwischen dem zielstrahlerzeugenden Messinstrument im Startschacht und der Zieltafel in der Schildmaschine zu groß wird oder durch Kurven oder Krümmungen die Sichtverbindung zwischen den beiden Modulen unterbrochen wird , findet die Vermessung im Rohrstrang in folgenden Varianten Anwendung:

  • Vermessung mit stehendem Gerät

  • Vermessung …

(Bild: Steuerbare Verfahren)

Die statische Vermessung mittels Theodolit ist die älteste im Rohrvortrieb angewandte Vermessungsmethode [Borne83] [Jacob96].

Zur Erfassung der Position der Schildmaschine müssen bei jedem Messvorgang der gesamte Polygonzug und die Höhenübertragung vom Startschacht bis zur Zieltafel gemessen und durchgerechnet werden.

Wichtig:

Für die Dauer der Vermessung, die von der Länge und dem Kurvenverlauf der Vortriebsstrecke …

Um die Nachteile der statischen Vermessung zu eliminieren, wird immer mehr die Vermessung mittels im Rohrstrang mitfahrender Messinstrumente (dynamische Polygonzugmessung) eingesetzt. Zu diesen Messsystemen zählen:

  • Polygonzugmessung mit mitfahrender Servo-Totalstation

  • mitfahrender Kreisel mit Richtlaser

  • automatische Polygonzugmessung (Vermessung mittels mitfahrenden Messstationen)

(Bild: Servo-Totalstation (LEICA TC 1100 Totalstation [FI-Leica]) […

(Bild: Steuerbare Verfahren)

Zu den Vertretern der Polygonzugmessung mit mitfahrender Servo-Totalstation zählen u.a.:

  • ZED-260P [FI-ZED]

  • SLS-RV (Steuerleitsystem Rohrvortrieb) [FI-VMT].

(Bild: Steuerleitsystem Rohrvortrieb SLS-RV [FI-VMT] - Aktive Zieltafel) (Bild: Steuerleitsystem Rohrvortrieb SLS-RV [FI-VMT] - Servo-Totalstation mit Automatik-Dreifuß auf Konsole)

Das SLS-RV besteht aus folgenden Einzelkomponenten:

  • eine aktive Zieltafel als fest installiertes …

(Video: Steuerleitsystem Rohrvortrieb SLS-RV)
Video: Steuerleitsystem Rohrvortrieb SLS-RV in Anlehnung an [FI-VMT] [Bild: S&P GmbH]. Dieses interaktive Objekt ist ausschließlich in der Online-Version des Moduls sichtbar.

(Bild: Steuerbare Verfahren)

An Stelle der mitfahrenden Servo-Totalstation sowie der Anschluss- und Stützpunktprismen zur Polygonzugvermessung kann auch ein Kreisel in Kombination mit einem Richtlaser eingesetzt werden.

Ein Vertreter des Messsystems "mitfahrender Kreisel mit Richtlaser" ist das Kurvenvermessungssystem NELS [FI-Herreb]. Es besteht aus:

  • Nordsuchermodul, d.h. einem Kreisel und zwei Inklinometern
  • Richtlaser mit aktiver Zieltafel

Das Messsystem NELS benutzt für die Höhenbestimmung die Theorie der Invarianz des aufgefahrenen Hohlraumes. Die dabei laufend berechneten 3-D-Koordinaten des Kreisels in Lage und Höhe aus einer bekannten Referenzspur verhelfen zu den notwendigen Höhe-Informationen, so dass eine Ankopplung zum Startschacht, sei es durch zeitweiliges Nivellement oder Schlauchwaage nicht notwendig wird.

(Bild: Systemübersicht Kurvenvermessungssystem NELS in Anlehnung …

(Bild: Steuerbare Verfahren)

Bei der automatischen Polygonzugmessung handelt es sich um eine Vermessung, deren Qualität u.a. abhängig ist von der Güte der Richtungsübertragung in den Startschacht, der Genauigkeit der Messungen im Rohrstrang und den Refraktionseinflüssen.

Ein Vertreter der automatischen Polygonzugmessung mittels mitfahrenden Messstationen ist z.B. das Automatische-Polygonzug-Messsystem (APM) [FI-Hocht].

Die dabei eingesetzten Messstationen …

Vermessungssysteme mit nordsuchendem Kreisel bieten ab DN/ID 1000 die Möglichkeit, präzise Richtungs- und Positionsbestimmungen der Vortriebs- bzw. Schildmaschine im begehbaren Nennweitenbereich durchzuführen, ohne dass eine Sicht Verbindung zum Startschacht vorhanden ist [Irmsc95] [NN93a].

System zur Ausrichtung und Steuerung im Rohrvortrieb
SAS 22

(Bild: In der Schildmaschine installierter Kreisel (Box in der Mitte) mit Höhensensor (Box rechts …

(Bild: Steuerbare Verfahren)

Beide Messsysteme (SAS 22 und GTS) bestehen aus [NN98i] [Blum95]:

  • Kreisel mit integrierter Schnittstelle mit zwei Inklinometern zur Messung von Verrollungs- und Neigungswinkel

  • elektronischer Schlauchwaage auf Basis der hydrostatischen Differenzdruckmessung zur Höhenmessung

  • elektronischem Messrad zur Streckenmessung

  • zentraler Steuereinheit (PC)

Alle Module sind über Datenleitungen mit dem PC im Steuerstand verbunden.…

(Bild: Dokumentation)

Zur Vortriebsüberwachung sind nach DIN EN 12889 und DWA-A 125 folgende Daten während des Vortriebs aufzuzeichnen, falls möglich automatisch, und aufzubewahren:

  • Richtung und Höhenlage

  • Maximale Vortriebskräfte der Pressstation

  • Vortriebsgeschwindigkeit/-strecke

  • Menge der ggf. eingesetzten Stütz- und Gleitmittel und, falls möglich, des abgebauten Boden- und Gesteinsmaterials

  • Verrollung (Verdrehung)

  • Steuerungskorrekturen (…

Wichtig:

Beim Mikrotunnelbau sollten mindestens fünf Messungen pro Meter und beim Rohrvortrieb eine Messung pro Rohr erfolgen. Die so erfassten Daten sind in Messprotokollen festzuhalten.

Zur Realisierung der Vortriebsüberwachung sind spezielle Maschinendatenerfassungsprogramme entwickelt worden, die die geforderten und darüber hinaus gehende Daten kontinuierlich erfassen, überwachen und regeln können.

Eine diesbezügliche Weiterentwicklung stellt …

(Bild: Dokumentation)

Zu den zusätzlichen Daten zur Vortriebsüberwachung gehören z.B.:

  • Druckzustände im Hydraulik- und Fördersystem bei Vortrieben mit hydraulischer Förderung

  • Volumenstrom an der Zu- und Abförderleitung

  • Bypass- und Jetstellung

  • Wege der Vortriebszylinder an der Pressstation, Hauptpressstation und den Zwischenpressstationen

  • Wegmesser an den Stirnflächen der Vortriebsrohre zur Ermittlung der Verkantung

  • Schmierung des Rohrstranges (…