DE3740700A1 - Messverfahren zum orten von bohrhindernissen und fremdkoerpern im erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zum Orten von Bohrhindernissen und Fremdkörpern im Erdreich nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solches Verfahren wird zur Vorbereitung von Boh­ rungen zur Herstellung eines Tunnelquerschnitts be­ nötigt, um Inhomogenitäten im Erdreich rechtzeitig festzustellen. Die Tunnelquerschnitte werden in der Regel nach dem Prinzip des hydraulischen Rohrvortriebes hergestellt, bei dem ein Rohr in das Gebirge vorgepreßt und dabei gleichzeitig der anstehende Boden verdrängt, bzw. abgebaut und gefördert wird. Da im Regelfall der Baugrund nur eine geringe Homogenität aufweist, besteht ein Interesse beim Herstellen des Tunnelquerschnitts Kenntnisse über den Baugrund zu gewinnen, um ein ge­ eignetes Vortriebssystem auszuwählen und/oder um Hindernisse zu beseitigen oder zu umgehen, insbe­ sondere, wenn die Ortsbrust, zum Beispiel bei kleinen Tunnelquerschnitten nicht zugänglich ist. Störungen oder Hindernisse im Lockergestein können in Form von Steinen, Findlingen, im Boden verbliebenen Bauwerks­ resten problematisch sein. Ferner können im Baugrund Wasserblasen, Sandblasen, Steinnester oder auch Bomben aufgefunden werden.

Während des Bohrens werden diese Hindernisse durch das Ansteigen der Pressenkräfte, die verringerte Vortriebs­ leistung und insbesondere akustisch durch einen im Vor­ triebsschild installiertes Mikrophon bemerkt.

Größere Hindernisse werden beseitigt, indem diese im Bereich des Schneidkopfes der Vortriebsmaschine frei­ gelegt werden, zum Beispiel durch Ausheben einer Hilfs­ baugrube von der Straßenoberfläche aus. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Hindernisse durch Sprengen zu verkleinern.

Bei Tunnelquerschnitten, die in der Nähe der Straßen­ oberfläche verlaufen, können Meßverfahren von der Straßenoberfläche aus verwendet werden, um Bohrhinder­ nisse oder Bodeninhomogenitäten aufzufinden. Diese Meß­ verfahren versagen jedoch bei tiefer angeordneten Tun­ nelquerschnitten bzw. weisen eine nicht ausreichende Ortungsgenauigkeit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meß­ verfahren zum Orten von Bohrhindernissen oder Boden­ inhomogenitäten zu schaffen, das eine zuverlässige und genaue Ortung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale des Hauptanspruchs.

Die Herstellung einer Hilfsbohrung ermöglicht das Auf­ suchen von Hindernissen vor dem Auffahren von Tunnel­ querschnitten. Dadurch können rechtzeitig geeignete Maßnahmen getroffen werden, zum Beispiel die Umgehung der Hindernisse oder die Auswahl eines geeigneten Vor­ triebswerkzeuges. Dadurch werden Schäden an den teuren Bohrwerkzeugen vermieden und die Bohrtätigkeit nicht zwecks Beseitigung von Hindernissen unterbrochen werden. Auf diese Weise werden extrem hohe Kosten, die zum Freilegen und Beseitigen des Hindernisses und durch den längeren Stillstand der Bohrtätigkeit an der Bau­ stelle entstehen würden, vermieden.

Die Hilfsbohrung kann auch während der Bohrtätigkeit zur Herstellung des Tunnelquerschnitts wiederverwendet werden, um mit dem gleichen Meßgerät die Lage des Bohr­ kopfes zu orten. Die Hilfsbohrung ermöglicht es, das unmittelbare Umfeld des herzustellenden Tunnelquer­ schnitts genau zu untersuchen, wobei Meßgeräte mit einer erheblich geringeren Reichweite eingesetzt werden können, als bei oberirdischen Messungen. Diese unter­ irdisch einzusetzenden Meßgeräte können infolge der ge­ ringeren Anforderung an die Leistungsfähigkeit kosten­ günstiger und letztlich genauer arbeiten als oberir­ disch einzusetzende Meßgeräte.

Eine Wiederbenutzung der Hilfsbohrung ist auch zur späteren Kontrolle der in dem Tunnelquerschnitt be­ findlichen Betonröhren auf Beschädigung möglich. Ferner können die Hilfsbohrungen später für Versorgungs­ leitungen aller Art verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei unterir­ dischen Messungen weniger Störungen auf das Meßgerät einwirken als beim oberirdischen Einsatz.

Die Abtastung des umliegenden Erdreiches erfolgt im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse der Hilfs­ bohrung, wobei durch eine gleichzeitige Linearbewegung des Meßgerätes in der Hilfsbohrung und eine kontinuier­ liche Drehung der Abtastrichtung um die Längsachse der Hilfsbohrung herum das umliegende Erdreich schrauben­ förmig abgetastet wird. Auf diese Weise ist eine genaue winkelmäßige Ortung bei kontinuierlicher Messung in einem Durchgang möglich.

Alternativ erfolgt die Abtastung durch das Meßgerät sektorenweise, wobei das Meßgerät entsprechend der An­ zahl der Sektoren mehrfach durch die Hilfsbohrung hin­ und zurückbewegt werden muß. Bei diesem Verfahren wird keine Vorrichtung benötigt, die die Abtastrichtung kontinuierlich ändert, wodurch die Kosten für das Meß­ gerät reduziert werden.

Die Hilfsbohrung kann auch als mit dem Tunnelquer­ schnitt konzentrische Bohrung angelegt werden. Dann kann bei dem späteren Auffahren des Tunnelquerschnitts die Hilfsbohrung als Führungsbohrung verwendet werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß mehrere Hilfsbohrungen im Abstand von dem später herzustellenden Tunnelquer­ schnitt angeordnet werden. Mit Hilfe mehrerer Hilfs­ bohrungen können die Messungen überlappend durchgeführt werden, wodurch die Ortungssicherheit erhöht wird.

Vorzugsweise wird als Meßgerät ein Radarmeßgerät ver­ wendet. Das Radarverfahren benutzt elektromagnetische Wellen, um reflektierende Gegenstände aufzufinden und zu orten. Das Radarmeßgerät sendet ein Signal aus und empfängt das zurückkommende Echo. Die Laufzeit, die dem Hin- und Rückweg entspricht, ist direkt proportional der Entfernung und kann in Verbindung mit einer Winkel­ information der Abstrahlrichtung der Richtstrahlantenne als genaues Ortungssignal verwendet werden.

Die Radarmessungen können auch als Durchstrahlungsmes­ sungen durchgeführt werden. Der Vorteil besteht darin, daß geringere, zum Beispiel durch Reflektionen ausge­ löste Störungen, auftreten und daß die Reichweite höher ist bzw. das Meßsignal stärker ist als bei Reflexions­ messungen.

Als Meßgerät kann auch ein Feldstärkemeßgerät verwendet werden, dessen Aufnahmeantenne ausrichtbar ist.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine zwischen Bauschächten verlaufende Hilfs­ bohrung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Anordnung von drei Hilfsbohrungen,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, und

Fig. 5 eine weitere Anordnung von drei Hilfsbohrungen um einen Tunnelquerschnitt zur Durchführung einer Durchstrahlungsmessung.

Bei dem unterirdischen Auffahren von Tunnelquerschnit­ ten 1 sind Baugruben erforderlich. Der Vortrieb beginnt in einer Startbaugrube 2, in der an der dem Tunnelquer­ schnitt 1 gegenüberliegenden Rückwand das Pressenwider­ lager zur Ableitung der Vortriebskräfte angeordnet ist, und endet in der Zielbaugrube 3, die zur Bergung der Vortriebsmaschine dient.

In Fig. 1 ist eine unter der Erd- oder Straßenober­ fläche 4 angeordnete Hilfsbohrung 5 dargestellt, die zwischen den Schächten der Startbaugrube 2 und der Zielbaugrube 3 im wesentlichen konzentrisch zu dem ge­ planten Tunnelquerschnitt 1 verläuft. Die Bohrung 5 ist mit einem geeigneten Rohr 6 verkleidet, zum Beispiel aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff.

Innerhalb der Hilfsbohrung 5 kann ein Transportschlit­ ten 7 zwischen der Start- und der Zielbaugrube hin- und herbewegt werden. Der Transportschlitten 7 dient zur Aufnahme eines Meßgerätes, das wie durch gestrichelte Linien schematisch dargestellt unter einem Winkel von ca. 90° zur Längsachse der Hilfsbohrung 5 einen Richt­ strahl in das Umfeld entsendet, um ein Hindernis 8 für die Bohrung zu orten. Das Meßgerät kann aus einem Radargerät bestehen, das Impulsserien abgibt und von einem Hindernis 8 zurücklaufende Echoimpulse empfängt. Die Impulsfolgefrequenz eines Radargerätes richtet sich nach der gewünschten Reichweite. Die Radarmessungen erfolgen mit einer Frequenz zwischen 60 MHz und 120 GHz. Die Richtstrahlantenne des Radars strahlt dabei beispielsweise unter einem Winkel von 25 bis 30° ab. Die Entfernung zu dem Hindernis 8 bestimmt man aus der Laufzeit des impulsförmigen Signals für den Weg hin und zurück. In Verbindung mit dem Winkel, unter dem die Richtstrahlantenne momentan abstrahlt und dem binären Positionssignal des Schlittens 7, ergibt sich ein ge­ naues Ortungssignal.

Dabei kann die Ortung in bezug auf den Abstrahlwinkel der Impulssignale entweder dadurch erfolgen, daß bei kontinuierlicher Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Schlittens 7, vorzugsweise mit konstanter Geschwindig­ keit, die Richtstrahlantenne des Radargerätes konti­ nuierlich gleichförmig rotiert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Richtstrahlantenne einen be­ stimmten Sektor des Umfeldes abtastet und der Schlitten unter Beibehaltung des Abstrahlwinkels der Richtstrahl­ antenne einmal durch die Hilfsbohrung vollständig hin­ durchgezogen wird und daß anschließend die Richtstrahl­ antenne so verdreht wird, daß ein sich an den ersten Sektor anschließender zweiter Sektor erfaßt wird, wozu der Schlitten erneut durch die Hilfsbohrung 5 hindurch­ geführt werden muß.

Fig. 2 zeigt den strichpunktiert dargestellten Tunnel­ querschnitt 1 im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1. Die Hilfsbohrung 5 verläuft dabei konzentrisch zu dem später herzustellenden Tunnelquerschnitt. Die Hilfsbohrung 5 kann bei dem späteren Auffahren des Tun­ nelquerschnitts als Führungsbohrung verwendet werden, so daß die Gefahr des Verlaufens der Tunnelbohrung ver­ ringert wird.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Anordnung von drei Hilfsbohrungen 5, die um einen später herzustellenden Tunnelquerschnitt 1 angeordnet sind, wobei diese Hilfsbohrungen 5 nicht gleichmäßig auf dem Umfang des Tunnelquerschnitts verteilt sein müssen. Der Schlitten 7 mit dem Meßgerät wird durch alle drei Hilfsbohrungen hindurchgefahren, so daß mehrere Ortungssgignale vor­ liegen, die in Kombination nicht nur eine genauere Ortung des Hindernisses 8 ermöglichen, sondern auch Informationen über die räumliche Ausdehnung des Hinder­ nisses liefern. Die dünnen strichpunktierten Linien deuten dabei die erforderliche Mindestreichweite des Meßgerätes an. Die Hilfsbohrungen haben einen Mindest­ abstand von dem Tunnelquerschnitt 1, der so bemessen ist, daß die Hilfsbohrungen 5 außerhalb der Bohrungs­ toleranz liegen und diese nicht beim späteren Auffahren des Tunnelquerschnitts beschädigt werden. Die Hilfsboh­ rungen können nämlich zur Ortung des Bohrkopfes, zur späteren Kontrolle von Rohrleitungen im Tunnelquer­ schnitt und der Auskleidungen des Tunnelquerschnitts und für Versorgungsleitungen wiederverwendet werden.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht zu Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung von drei Hilfs­ bohrungen um den Tunnelquerschnitt 1, bei dem von der unteren Hilfsbohrung 5 aus Sendeimpulse abgestrahlt werden, die von einem weiteren Meßgerät in einer der anderen Hilfsbohrungen 5 oder in beiden Hilfsbohrungen 5 empfangen werden. Dieses Durchstrahlungsverfahren hat den Vorteil, eine höhere Signalintensität zu erzeugen, bzw. eine größere Reichweite z.B. bei großen Tunnel­ querschnitten zuzulassen.

Claims (10)

1. Meßverfahren zum Orten von Bohrhindernissen und Fremdkörpern im Erdreich beim unterirdischen Auf­ fahren von Tunnelquerschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hilfsbohrung in der Nähe des später herzustellenden Tunnelquerschnitts gebohrt wird und daß ein Meßgerät zum Abtasten des Erdreichs im Umfeld der Hilfsbohrung durch die Hilfsbohrung hindurchgezogen wird.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastung im wesentlichen recht­ winklig zu der Längsachse der Hilfsbohrung erfolgt und daß durch eine gleichzeitige Linearbewegung des Meßgerätes in der Hilfsbohrung und eine kontinuier­ liche Drehung der Abtastrichtung um die Längsachse der Hilfsbohrung herum das umliegende Erdreich schraubenförmig abgetastet wird.

3. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastung durch das Meßgerät im wesentlichen in eine Richtung senkrecht zu der Längsachse der Hilfsbohrung erfolgt und daß die Ab­ tastung sektorenweise durch mehrere Hin- und Her­ fahrten des Meßgerätes durchgeführt wird.

4. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hilfsbohrung im wesentlichen mit dem später herzustellenden Tun­ nelquerschnitt konzentrisch ist.

5. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Hilfsbohrungen im Abstand von dem später herzustellenden Tunnelquer­ schnitt angeordnet werden.

6. Meßverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsbohrungen in einem Abstand von dem später herzustellenden Tunnelquerschnitt gebohrt werden, der mindestens der maximal zu­ lässigen Bohrtoleranz entspricht.

7. Meßverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hilfsbohrungen derart an­ geordnet werden, daß die Verbindungslinie zwischen zwei Hilfsbohrungen im wesentlichen tangential zum Außendurchmesser des Tunnelquerschnitts verläuft.

8. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein Radar­ meßgerät verwendet wird und daß die Radarmessungen als Reflexmessungen durchgeführt werden.

9. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein Radar­ meßgerät verwendet wird und daß die Radarmessungen als Durchstrahlungsmessungen durchgeführt werden.

10. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein Feld­ stärkemeßgerät verwendet wird.