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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover
Vortrag Dr.-Ing. Karl Heinrich Schwinn; Dr.-Ing. Conrad Boley;
Dipl.-Ing. Thomas Wieg
26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahre-nen,
900 Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen
durch ein geotechnisches Netzwerk
Der bis zu 23 m breite und 5 m hohe Tunnel wird in
Schlitzwand-Deckel-Bauweise mit Druck-luftstützung bis zu 8 m
unterhalb des Grundwasserspiegels hergestellt. Im Rahmen der
bau-begleitenden Fremdüberwachung wird ein geotechnisches
Messnetzwerk zur Überwachungder räumlichen Verschiebungen der unter
Auftrieb stehenden Schlitzwände, der Grundwas-serstände sowie der
Verschiebungen der unmittelbar angrenzenden Bebauung betrieben.
DieDaten werden online an die örtliche Bauüberwachung sowie den
Firmensitz nach Hamburgübermittelt, wodurch auch die effektive
Steuerung der Tunnelherstellung im Sinne der Beo-bachtungsmethode
ermöglicht wird.
1 PROJEKTÜBERBLICK
Wesentliche Anteile des Ziel- und Quellver-kehres der im Bremer
Südosten angesiedel-ten Gewerbe- und Industriebetriebe
werdengegenwärtig über das vorhandene Straßen-netz durch
Wohngebiete und Kernbereiche
der Ortsteile Hemelingen und Sebaldsbrückgeführt. Zur Schaffung
der langfristigen inf-rastrukturellen Voraussetzungen für die
vor-handenen Gewerbe- und Industriestandortewird mit dem Tunnel
Hemelingen eine Di-rektverbindung zur Bundesautobahn Al
rea-lisiert.
Bild 1 Verlauf der 900 m langen Tunneltrasse im Stadtteil
Bremen-Hemelingen
rJ IGB I NGENIEURBÜROFÜR GRUNDBAU, BODENMECHANIK UND
UMWELTTECHNIKDR.-ING. J. RAPPERT • DR.-ING. K. H. SCHWINN •
DR.-ING. K. GÜNTHER • DR.-ING. H. HEIL
HEINRICH - HERTZ - STRASSE 116 • 22083 HAMBURG •
E - MAIL: [email protected] •
http://www.igb-ingenieure.de
TELEFON: 040 / 22 70 00 - 0
• TELEFAX: 040 / 22 70 00-28
-
Lauenburger---echichten
0 100 200 m
W
Rampen-strecke Tunnelstrecke m NN
+ 20, C
Rampen-strecke
►•-n
+ 10, C,43.4 NN + 4,30 m Auffüllung,
Dünensande,-r.- Auesedimente
_ •
NN + 4,80 m
± 0,0
Tunnelsohle
UK Schlitzwand • *. Wesersande- 10,0
Gewi-'Pfähle
26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover-Vortag
Dr.-Ing. K. H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley, Did.-Ing. T. Weg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Wie in Bild 1 dargestellt, führt der hierfür zuerrichtende
Straßentunnel über den Auto-bahnzubringer Hemelingen zur BAB Al
undschließt im Osten an die 4spurig ausgebauteSebaldsbrücker
Heerstraße, welche die an-liegenden Industriebetriebe erschließt,
an.Die Tunneltrasse verläuft im Kerngebiet desStadtteils
Hemelingen, einem mehrere 100Jahre alten, ehemals eigenständigen
Wohn-und Gewerbequartier. Jeweils im Bereich derTunnelportale
queren zwei Hauptstreckender Deutschen Bahn AG das
Tunnelbau-werk.Zur Minimierung von Abrissarbeiten wurdedie Trasse
bereichsweise in den Verlauf ei-ner bestehenden Nebenstraße gelegt.
Dieshat zur Folge, dass die räumlichen Verhält-nisse im
Baustellenbereich zum Teil äußerstbeengt sind. In Teilbereichen hat
die Außen-kante der Verbauwand von den Außenwän-den vorhandener
Wohn- und Gewerbege-bäude einen Abstand von lediglich 0,5 m.
Die Wohn- und Gewerbenutzung der an-grenzenden Gebäude ist über
die gesamteBauzeit aufrecht zu erhalten.Die angrenzende Bebauung
ist zu Beginnbzw. in den 60er Jahren des vergangenenJahrhunderts
überwiegend konventionell inZiegelmauerwerk errichtet worden.
Insbe-sondere der Altbestand weist z. T. erhebli-che
Vorschädigungen infolge von Setzungenund daraus resultierenden
Schiefstellungenauf.Infolge der langjährigen gewerblichen
Pro-duktion im Planungsgebiet sind die Oberbö-den sowie das
Grundwasser erheblich mitSchadstoffen, insbesondere mit
Schwerme-tallen, Chlorkohlenwasserstoffen und poly-cyclischen
aromatischen Kohlenwasserstof-fen befrachtet.
Bild 2 Stratigraphische Abfolge der Schichten im Bereich der
Tunneltrasse
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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in
Hannover-Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley,
Dipl.-Ing. T. Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Drucklull aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
2 UNTERGRUNDVERHÄLTNISSE
Die Untergrundverhältnisse sind geprägtdurch den Einfluss der
westlich des Pla-nungsgebietes verlaufenden Weser (sieheBilder 2
und 3). Unterhalb gering mächtigerAuffüllungsschichten befinden
sich feinkör-nige Dünensande, die von Auesedimentenunterlagert
werden. Die Tragfähigkeit dieserbeschriebenen Deckschichten ist als
geringeinzustufen.Unterlagernd folgen die sogenannten We-sersande,
Gemenge von überwiegend mitt-lerer und grober Körnung, in denen
Einlage-rungen an Steinen bis hin zu Blöcken sowieverbreitet
Geröllschichten auftreten. Die be-schriebenen Bodenhindernisse
wurden ü-berwiegend im Tiefenbereich zwischen der
Bauwerkssohle und der Unterkante Verbau-wand erkundet.Das
Liegende bilden die sogenannten Lau-enburger Schichten, die sich
aus Wechsel-lagerungen von sandigen und tonigenSchluffen bzw.
schluffigen Sanden zusam-mensetzen.Die Grundwasserfließverhältnisse
im Pla-nungsgebiet werden durch die Weser beein-flusst. Die
Grundwasserströmung verläuftentsprechend der Tunnellage
schiefwinkligbis parallel zur Bauwerkstrasse. Den
Haupt-grundwasserleiter bilden die Wesersande,die vergleichsweise
stark wasserdurchlässigsind. Bei Normalabflüssen in der Weser
liegtder Grundwasserspiegel bei ca. 3,0 m bis3,5 m unter
Gelände.
A - ANord Süd
Bild 3 Beeinflussung der Baumaßnahme durch die Weser: Numerisch
ermitteltes Strömungs-feld und Grundwassergleichen im Bereich der
Baumaßnahme; Aufstau des Grundwas-sers an der südlichen Verbauwand
(überhöht dargestellt)
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Z IGB I NGENIEURBÜROFÜR GRUNDBAU, BODENMECHANIK UND
UMWELTTECHNIK
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rundNasse,stand
Gundwas,ers/and
III III :ZZ _SZ -z ZN _I MN II MO ZZ .1
III NI II 111IM _IM 1111._11
rund assersiend
26. Baugrundtagung vom ¶-21. September 20(X) in Hannover -
Vortrag Dr.-Ing. K H. Schven; Dr.-Ing. C. Boley, T. Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
3 BAUWERK UND BAUWEISE
Die Gesamtlänge des Tunnelbauwerkes ein-schließlich Rampen
beträgt ca. 920 m; da-von entfallen ca. 560 m auf den
geschlosse-nen Tunnelabschnitt und jeweils ca. 180 mauf die beiden
Rampentröge. Die lichte Wei-te liegt im Bereich des Tunnelbauwerkes
beica. 15,7 m und weitet sich im Endbereichder Tröge auf 21,5 m
auf. Die Überdeckungbeträgt ca. 0,5 m bis 2,5 m.Das konstruktive
Bauwerk des HemelingerTunnels gliedert sich in folgende
Bauwerks-abschnitte:• das Trogbauwerk im Westen mit An-
schluss an den Autobahnzubringer He-melingen
• die Überführung der EisenbahnstreckeBremen — Osnabrück
• die Tunnelstrecke• die Überführung der Eisenbahnstrecke
Bremen — Hannover• das Trogbauwerk im Osten, Anschluss
an die Sebaldsbrücker Heerstraße.Die Trogbauwerke sowie die
östliche Eisen-bahnüberführung werden derzeit in
offenerWand-Sohle-Bauweise mit wasserdruckhal-tenden
Baugrubenwänden und rückveran-kerten Unterwasserbetonsohlen
hergestellt.Der Verbau besteht aus rückverankertenbzw.
ausgesteiften Spundwänden undSchlitzwänden.Der Bau der
Tunnelstrecke erfolgt auf derGrundlage eines Sondervorschlages in
Wand-Deckel-Bauweise unter Druckluft (Bild 4).Der Druckluftbetrieb
erfolgt innerhalb einerArbeitskammer, die seitlich durch die
Schlitz-wände der Verbauwand umschlossen wird.Den oberen Abschluss
der Arbeitskammerbildet die zukünftige Tunneldecke, dievorlaufend
zwischen den Verbauwändenhergestellt wurde. Zur Aufnahme der aus
derDruckluft resultierenden, senkrecht nachoben gerichteten
Beanspruchung wird dievorab hergestellte Tunneldecke über Knag-gen
an die Schlitzwand angeschlossen. DesWeiteren ist die Decke als
horizontale Aus-steifung der Verbauwände wirksam (s. auchBild
8).
Der vorlaufend ausgeführte Tunnelabschnittim Bereich der
Eisenbahnüberführung Bre-men—Osnabrück wird mittels
temporärerStahlbetonschottwände als Personen- undMaterialschleuse
ausgebildet. Für den Mate-rial- und Gerätetransport durch die
Schott-wänden sind gedichtete Schwingtore vorge-sehen.
Bild 4 Herstellung des Tunnels in Wand-Deckel-Bauweise unter
Druckluft
A) Herstellung der Schlitzwände und Aus-hub bis zum
Grundwasserniveau
B) Herstellung des StahlbetondeckelsC) Verfüllung und
Herstellung der baulichen
Anlagen oberhalb des Deckels, Aufnah-me des Druckluftbetriebs,
Aushub undHerstellung der Tunnelsohle
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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover-
Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. E3oley, Dipl.-Ing. T.
Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
I m Schutz der Verbauwände sowie der Tun-neldecke erfolgt unter
Druckluft der weitereBodenaushub im Tunnelquerschnitt,
ausSicherheitsgründen mittels elektrisch betrie-benem Gerät. Der
Bodenaushub wird tro-cken über Förderbänder in die
Material-schleuse transportiert.Aufgrund der erheblichen
Belastungen vonBoden und Grundwasser mit Schadstoffenmüssen
anfallende Aushubböden sowie dieFörderwässer im Rahmen der
Fremdüber-wachung mittels eines Boden- und Wasser-managements
fortlaufend überwacht undkontrolliert entsorgt werden.
Schadstoffbe-lastete Aushubböden werden auf befestigtenFlächen im
Baufeld aufgehaldet, beprobt,analysiert und dann entsprechend Art
undHöhe der Schadstoffbelastung verbracht.Das zu entnehmende
Grundwasser wirdvorlaufend und baubegleitend analysiert. BeiBedarf
wird das Wasser einer Aufreinigungbzw. Neutralisation unterzogen
und dann inOberflächengewässer bzw. die öffentlicheKanalisation
eingeleitet oder in den Grund-wasserleiter reinfiltriert.
mentation dieser Einwirkungen waren daherim Planungsgebiet
Grundwassermessstellenzu installieren und während der
Bauausfüh-rung kontinuierlich zu beobachten.Mit dem beauftragten
Sondervorschlag wur-de in weiten Bereichen auf die Ausführungvon
Unterfangungen zur Sicherung desBauwerksbestandes verzichtet. Unter
Be-rücksichtigung bereits vorhandener Vor-schädigungen der Gebäude
sowie möglicherEinwirkungen auf die in Betrieb
befindlichen,unmittelbar angrenzenden Industriebetriebewaren daher
an den vorhandenen Gebäu-den Verschiebungsmessungen auszuführen.I m
Rahmen der Auftriebssicherheit der Ver-bundkonstruktion aus Deckel
und Schlitz-wänden beim Lastfall Druckluftbetriebkommt der
Mantelreibung zwischen Schlitz-wänden und anstehendem Boden
besonde-re Bedeutung zu. Die der Bemessungzugrundeliegenden
Rechenannahmen müs-sen im Rahmen der Beobachtungsmethodegemäß
Eurocode 7 (1996) überprüft undgegebenenfalls kalibriert
werden.
4.1 Planung des Messsystems
4 KONZEPTION, EINRICHTUNG UND
BETRIEB DES GEOTECHNISCHEN
MESSNETZWERKES
Mit Baubeginn erfolgte die Installation desMessnetzwerkes zur
Erfassung von geo-technischen und geodätischen Parameternim Rahmen
der Fremdüberwachung.Die Notwendigkeit einer
umfangreichenmesstechnischen Begleitung des Bauvorha-bens entstand
zum einen bereits aus demPlanfeststellungsbeschluss, welcher
Richtli-nien in Bezug auf die Beeinflussung desGrundwasserhaushalts
enthält. Hierzu gehö-ren insbesondere der Schutz der vorhande-nen
Vegetation und Bebauung und die Ver-meidung der Verschleppung von
Verunreini-gungen im Grundwasser infolge der im Bau-gebiet
vorliegenden Grundwasserströmung(vgl. Bild 3). Zur Überwachung und
Doku-
Das zur Ausführung beauftragte und instal-lierte Messsystem
umfasst die nachfolgendbeschriebene Instrumentierung.a)
Grundwasserstandsmessungen:
• kontinuierliche Online-Erfassung an10 Messstellen
• autonome Datenerfassung per Da-tenlogger an 21 Messstellen
b) kontinuierliche Online-Datenerfassungmittels 3 Totalstationen
an 8 Gebäuden(Bild 6)
c) Neigungsmessung in der Verbauwandmittels 19 Inklinometern,
Datenerfas-sung mittels Einzelmessungen
d) Verschiebungsmessungen in der Ver-bauwand mittels
TRIVEC-Sonden in 2Messpegeln, Erfassung aller 2
Ver-schiebungsvektoren, händische Einzel-messungen nach
Baufortschritt.
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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover -
Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley; Dipl.-Ing. T.
Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Sbraßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Bei den Totalstationen handelt es sich umPräzisionstachymeter
vom Typ Leica TCA2003, welche die dreidimensionalen Ver-schiebungen
von an dem Objekt appliziertenPräzisionsprismen abtasten. Es
handelt sichum ein vollautomatisches, autonomes Mess-system, d. h.
es sind keine Verbindungenwie Kabel zur Datenübertragung
zwischenMessgerät und Objekt notwendig. DieTRIVEC-Sonden verknüpfen
die Funktionenvon Gleitmikrometer und Inklinometer underlauben die
gleichzeitige Erfassung der ho-rizontalen und vertikalen
Verschiebungen inder Verbauwand.Die Messwerterfassung erfolgt in 3
Priori-tätsstufen. Die höchste Prioritätsstufe A um-fasst die
Grundwasserstandsmessungen imNahbereich der Bauwerkstrasse sowie
dieVerschiebungsmessungen an den unmittel-bar entlang der Trasse
liegenden Gebäuden.Diese Messwerte werden kontinuierlich er-fasst
und online mittels Bus-Datenleitungenan die EDV-Anlage der
Fremdüberwachungin das Baubüro auf der Baustelle übertragen.In die
Prioritätsstufe B fallen die Grundwas-serstandsmessungen im
weiteren Umfeldder Baumaßnahme; die Datenerfassung er-folgt in
festen Abständen mittels Datenlog-gern. Die Messwerte werden nach
Bedarftäglich bzw. wöchentlich ausgelesen undstehen dann ebenfalls
als kontinuierlicheMesslinie in der EDV der Fremdüberwa-chung zur
Verfügung.Der unteren Prioritätsstufe C werden
dieVerschiebungsmessungen in der Verbau-wand mittels Inklinometern
bzw. TRIVEC-Sonden zugerechnet. Diese Messungenwerden händisch
ausgeführt, die Datener-fassung erfolgt elektronisch über ein
Laptop.Die Auswertung der Daten erfolgt ebenfallsüber die EDV der
Fremdüberwachung.Die in der höchsten Priorität
stehendenMesswertaufnehmer dienen der Überwa-chung hochrangiger
Schutzgüter, die einer-unmittelbaren Beeinflussung durch die
Bau-maßnahme unterliegen. Mit der kontinuierli-chen
Online-Datenerfassung werden Mess-
daten schnellstmöglich erhoben, so dassnach Bedarf in den
laufenden Produktions-prozess eingegriffen werden kann.
DieMessinstallation wurde so konzipiert, dasssie weitestgehend vom
Bauprozess abge-koppelt ist. Die Instrumentierung für die
Ver-schiebungsmessungen an den Gebäudenerlaubt z. B. eine
durchlaufende Überwa-chung während sämtlicher Produktionspro-zesse,
also von der Baustelleneinrichtungbis zur Fertigstellung des
gesamten Tunnel-bauwerkes.Die Grundwasserstandsmessungen im Um-feld
der Baumaßnahme sind der mittlerenPriorität B zuzuordnen. Diese
Messungendienen im wesentlichen der hydrogeologi-schen
Beweissicherung. Die Messdatenkönnen nach Bedarf kurzfristig
abgerufenwerden und liegen dann in gleicher Informa-tionsdichte wie
die in der Priorität A aufge-führten Grundwasserstandsmessungen
vor.Eine Online-Erfassung dieser Daten ist nichterforderlich, da
eine ständige Monitorfunkti-on bereits über die in der Kategorie A
aufge-führten Grundwasserstandsmessungen imNahbereich des Bauwerkes
sichergestellt ist.Die in der unteren Prioritätsstufe C
erfasstenMessdaten werden im wesentlichen zur Be-obachtung von
Verformungen in der Ver-bauwand während der Herstellung der
Bau-grube durchgeführt. Die Messwertaufnahmeerfolgt bei
Überschreitung von Grenzwertender in der Priorität A erfassten
Messdatenbzw. in kritischen Bauphasen. Die Mess-werterfassung dient
insbesondere der Über-prüfung und Kalibrierung der
Bemessungs-annahmen sowie der Steuerung des Bau-prozesses in
einzelnen Bauzuständen imSinne der Beobachtungsmethode.
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Verbauwandver-
schiebungen
- Inklinometer
- Trivecsonden (3D)
onlineGebäude-
verschiebungen
Pegelmessungen
online
.4„
1
114Z=
Daten
logger
- Bauleiter
- ProjektleiterMOBIL
SMS
HEINFIICH - HEHR - STr7As;e
HAMBURG
ZO RICH
26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2060 in Hannover-Vortag
Dr.-Ing. K H. Schvvinn; Dr.-Ing. C. E3oley, Dipl.-Ing. T. Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Bild 5 Datenerfassung und -übertragung des geotechnischen
Messnetzwerks;Aktivierung von Alarmsystemen bei Überschreitung der
festgelegten kritischenGrenzwerte
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gle A, B, C Standorte der Total-stationen
/ überwachte Gebäude
4 Messprismen (bis zu 4übereinander)
• Referenzpunkt
0 Brunnenlnklinometermessstelle
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Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Bild 6 Online-Erfassung der 3D-Gebäudeverschiebungen
mittelsvollautomatischen Präzisionstachymetern (Totalstationen),
Grundwasser- undInklinometermessstellen
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Station 13Bürgerhaus3.9 - Defonnationsmessungenrr
Mn,`X4? chtung
fitting
e tperatur St -. . Are. .1 ei( I
eTrroa'
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Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley, Dipl.-Ing. T.
Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Sfraßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
4.2 Datenerfassung und Daten-
transfer
Das Kernstück des installierten Monitoring-Systems bildet ein
computergestütztes Da-tenerfassungsprogramm (Bild 5). Das
Da-tenerfassungssystem übernimmt die Aufbe-reitung der Messdaten,
d. h. die automati-sche Umrechnung von geodätischenMesswerten in
Relativ- bzw. Absolutver-schiebungen, die Umwandlung der
inGrundwassermessstellen erfassten Druck-schwankungen in absolute
Grundwasser-standshöhen sowie die Umwandlung der imRahmen von
Inklinometer- bzw. TRIVEC-Messungen aufgenommenen Messdaten
inAbsolutverschiebungen. Soweit erforder-lich, werden im Rahmen der
Datenaufberei-tung Kompensationsberechnungen sowie
eine logische Kontrolle der Messwertedurchgeführt.Die Messwerte
werden numerisch und gra-fisch dargestellt. Die beschriebenen
Be-rechnungen werden kontinuierlich bzw.unmittelbar mit der
Datenübertragungdurchgeführt und können daher z. T. onlineverfolgt
werden, z. B. in Form von Grund-wasserganglinien.Mittels ISDN kann
sowohl von der Firmen-zentrale der Fremdüberwachung in Ham-burg als
auch von dem mit der Installationund Wartung des Systems betrauten
Un-ternehmen in Zürich direkt, d. h. online aufdie erfassten
Messwerte zurückgegriffenwerden. Die Datensätze werden von
Zürichaus regelmäßig hinsichtlich logischer Feh-ler überprüft Bei
Bedarf können Software-einstellungen direkt per
Datenfernübertra-gung (DFÜ) vorgenommen werden.
Bild 7 Anordnung der Messquerschnitte am Bürgerhaus zur
Erfassung der3D-Verschiebungen mittels Totalstationen, Anzeige der
Datenerfassungssoftware aufden Netzwerkrechnern
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Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Das System wurde mit einer Reihe von A-larmfunktionen
ausgestattet. Bei Überschrei-tung von individuell definierten
Grenzwertenfür die einzelnen online erfassten Sensorenwird durch
das Datenerfassungssystem eineautomatische Alarmierung über
Faxsendun-gen sowie per Handy (Short-Message-Service = SMS)
ausgelöst.Die Übertragung der online erfassten Datenerfolgt mittels
einer Busleitung, welche inLängserstreckung der Baumaßnahme
instal-liert wurde. Die Bus-Leitung wird aus einemeinzelnen Kabel
gebildet, das aus insgesamt6 Einzeladern besteht.Der laufende
Betrieb des Messwerterfas-sungssystems hat gezeigt, dass die
Bus-Lei-tung von den einzelnen Sensoren zurzentralen Rechnereinheit
besondersempfindlich ist gegen mechanische Einwir-kungen aus dem
Baubetrieb. In der Praxishat sich eine Installation der Leitung in
PVC-Hüllrohren an Festpunkten unter anderemam festinstallierten
Bauzaun bzw. Gebäudenbewährt.
4.3 Automatische Verschiebungs-
messungen an Gebäuden
Die Überwachung der Absolutverschiebun-gen der Gebäude und der
Verbauwand inLage und Höhe erfolgt durch die 3 installier-ten
Totalstationen (Bild 6). Mit den Totalsta-tionen werden insgesamt
98 Messpunkte,die jeweils mit Miniprismen ausgestattetsind, in Lage
und Höhe permanent, d. h. Tagund Nacht eingemessen. Das
Datenerfas-sungssystem errechnet aus diesen Mess-werten automatisch
die Verschiebungsvekto-ren der einzelnen Messpunkte.Die
Punktgenauigkeit, d. h. die Standardab-weichung in Lage und Höhe
liegt bei Mess-distanzen < 100 m in einer Größenordnungvon
weniger als 0,3 mm. Die Totalstationensind jeweils auf ca. 3 m
langen Stahlträgernmontiert und zum Schutz gegen
Witterungs-einflüsse durch Blechgehäuse geschützt.Die Messung
erfolgt in einzelnen Messzyk-len mit einer Dauer von jeweils ca.
einer 3/4Stunde. In jedem Messzyklus werden die
einzelnen Messpunkte nacheinander anvi-siert, anschließend
werden Messungen anReferenzpunkte, welche an unverschiebli-chen
Bauwerken montiert wurden, in denMessdurchgang eingebunden. Nach
jedemMesszyklus werden die Messwerte auf Plau-sibilität überprüft,
mittels der Justierwerte(Temperatur, Luftdruck) korrigiert,
statistischaufbereitet, in Koordinaten transformiert unddann
abgespeichert. Die Messwerte stehendann numerisch bzw. grafisch zur
weiterenInterpretation zur Verfügung. Bei Mess-wertüberschreitungen
erfolgt eine Alarm-auslösung. Weitere Erfahrungen mit
demeingesetzten Messsystem sind z. B. beiHartkorn & Pils (2000)
für die Überwachungeines Viadukts in Chemnitz beschrieben.Über den
Einsatz von Online-Messverfahrenim Tunnelbau berichten z. B. Knoll
et al.(1999).
4.4 Grundwassermessstellen
Die Erfassung des Grundwasserspiegelni-veaus erfolgt über
Drucksensoren. Bei demhier installierten Messsystem werden
jeweilsaus Grundwasserspiegelschwankungen re-sultierende
Druckänderungen in dem luft-dicht abgeschlossenen Pegelrohr
aufge-nommen.Die Dauer der einzelnen Messzyklen ist aufden
jeweiligen Einsatzort abgestimmt undliegt zwischen 5 Minuten, z. B.
bei derDurchführung von Pumpversuchen undmehreren Stunden bei
Grundwassermess-stellen im weiteren Umfeld der Baumaß-nahme. Die
Datenübertragung erfolgt ent-weder online oder periodisch mittels
Daten-auslesegeräten (Datenloggern).
4.5 Inklinometermessungen
Zur Erfassung der Verformungen der Ver-bauwände wurden sowohl in
als auch hinterder Schlitzwand Inklinometermesspegel ein-gerichtet.
Die Messwerte werden jeweils perNotebook automatisch erfasst und
auf dasDatenerfassungssystem übertragen.
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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover -
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Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch eh
geotechnisches Netzwerk
Die Messungen erfolgen jeweils nach bzw.während der Durchführung
verformungsrele-vanter Bauphasen wie z. B. dem Aushub
derBaugrube.
4.6 Erfassung der Vertikalver-
schiebungen der Schlitzwand
Bei der zur Ausführung kommenden Wand-Deckel-Bauweise unter
Druckluft müssen dieaus Auftrieb und Druckluft vertikal nach
obengerichteten Kräfte zum überwiegenden Teilüber die Mantelreibung
an den Schlitzwän-den abgetragen werden. Zur Überprüfungder
tatsächlich mobilisierten Mantelreibungan der Schlitzwand wird
während der Bau-ausführung die Stauchung der Schlitzwandmittels
einer TRIVEC-Sonde in einzelnenMessstellen aufgenommen.Die
Messstellen sind mit Pegelrohren ausge-rüstet, die in
Meter-Abständen keilförmigeAufweitungen aufweisen. Beim
Messvor-gang wird die Sonde zwischen diesenMessmarken verspannt und
die Relativver-schiebung der Messmarken mit einerGenauigkeit von
1/100-Millimeterneingemessen. Neben den beschriebenenVerformungen
in z-Richtung werdenaußerdem die Verschiebungen in x- und
y-Richtung erfasst.
5 BISHERIGE ERGEBNISSE UND
ERFAHRUNGEN
Das geotechnische Messnetzwerk wurde vorBeginn der
Tiefbauarbeiten installiert. Ent-sprechend dem aktuellen
Baustellenstandliegen zum Zeitpunkt Mai 2000 die Ergeb-nisse aus
den Bauphasen zur Ausführungvon Sicherungsmaßnahmen an
Gebäudenmittels HD-Injektionen, der Herstellung derSchlitzwand
sowie des Voraushubs der Bau-grube bis ca. 3 m unter Gelände zur
Herstel-lung des Deckels vor.Im Folgenden werden die Funktion
desMesssystems sowie die abgeleiteten Hand-
lungsanweisungen an einzelnen Beispielenerläutert:Vor
Herstellung der Schlitzwand war dieGründung von zwei unmittelbar an
der Ver-bauwand gelegenen Gebäuden mittels HD-Injektion tiefer zu
führen. Etwa 6 Stundennach Beginn der Injektionsarbeiten wurdenan
einem zu sichernden Gebäude Verfor-mungen in der z-Achse, d. h.
Setzungen ineiner Größenordnung von etwa 10 mm fest-gestellt. Diese
Verformungen waren visuellan dem Gebäude nicht feststellbar.Seitens
der Ausführenden wurde in Abstim-mung mit der Fremdüberwachung eine
Op-ti mierung der Einstichfolge beim Injizierenvorgenommen. Bei den
nachfolgenden Injek-tionsarbeiten konnten die Setzungen aufeine
Größenordnung von ca. 3 mm reduziertwerden.Während der Herstellung
der Schlitzwandwurden an den unmittelbar an die Verbau-wand
angrenzenden Gebäuden (Abstand ca.0,5 bis 1,5 m) überwiegend
Setzungen ineiner Größenordnung von ca. 3 mm bis4 mm gemessen. An
einem dieser Gebäude,dem sogenannten Bürgerhaus (vgl. Bild
7),traten bei der Schlitzwandherstellung erheb-liche Setzungen und
Schiefstellungen ein,die zunächst die Sperrung des
Gebäudeserforderlich machten.Auf Grundlage der
Verschiebungsmessun-gen konnte zunächst der Zeitpunkt
desSchadenseintrittes mit einer Genauigkeit vonca. ± 0,5 Stunden
eingegrenzt werden. Dienach Schadenseintritt erfassten
Messwertegaben zusätzliche Informationen über dasweitere
Verformungsverhalten des Gebäu-des im Hinblick auf die Kontrolle
der Stand-sicherheit des Bauwerks. In Verbindung mitden vor und
nach Schadenseintritt durchge-führten Inklinometermessungen konnte
dasVerformungsverhalten des Untergrundes imBereich der
Schadensstelle der Verbauwandnachvollzogen werden. Anhand der
be-schriebenen Parameter, dem Zeitpunkt desSchadenseintrittes, der
Art und Ausbreitungder Verformungen am Gebäude sowie derVerformung
des Untergrundes war eine ein-deutige Korrelation des
Schadenshergangsmit der Herstellung der Schlitzwand möglich.
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26. Baugrundtagung vom 18.-21. September 2000 in Hannover-
Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley, Dipl.-Ing. T.
Weg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Die im Baufeld installierten Grundwasser-messstellen dienen
einerseits der Beobach-tung einer großflächigen Beeinflussung
derGrundwasserfließverhältnisse durch dieBaumaßnahme sowie
andererseits der Ü-berwachung und Steuerung des Bauprozes-ses.Im
Bereich der westlichen Eisenbahnque-rung war in der mittels einer
HD-Injektiongedichteten Baugrube eine Restwasserhal-tung zu
betreiben. Auf dem unmittelbar an-grenzenden Grundstück liegt der
Kernbe-reich einer starken Grundwasserkontamina-tion. Neben der
generellen Forderung, dieGrundwasserabsenkung im umliegendenBereich
im Hinblick auf die Schutzgüter Ve-getation und Bebauung zu
minimieren, wareine Verschleppung der
beschriebenenGrundwasserverunreinigung zu vermeiden.Hierzu wurde
zwischen den Bereichen derGrundwasserentnahme sowie der
anstehen-den Grundwasserverunreinigung eine Gale-rie von
Schluckbrunnen installiert.Im Rahmen von Pumpversuchen wurde diein
den Schluckbrunnen zu reinfiltrierendeWassermenge derart optimiert,
dass derGrundwasserstand im Bereich der Grund-wasserverunreinigung
nahezu im unbeein-flussten Niveau gehalten werden konnte. ImRahmen
der weiteren Grundwasserentnah-me wurden dann die
Grundwasserspiegel-höhen im Bereich der Grundwasserverunrei-nigung
kontinuierlich überwacht. Durch ent-sprechende Nachregelung der
Reinfiltrati-onsmengen konnte das Grundwasserspie-gelniveau im
betroffenen Bereich nahezukonstant gehalten werden.Durch die
Entnahme und Analyse von Was-serproben erfolgte der Nachweis, dass
eineVerschleppung von Schadstoffen wirkungs-voll vermieden
wurde.Neben den beschriebenen Funktionen alsMonitoring-System im
Sinne der baubeglei-tenden Überwachung und Auswertung vonsingulären
Einwirkungen der Bautätigkeit aufSchutzgüter wie Grundwasser und
Bausub-stanz dienen die erhobenen Messdaten ins-besondere der
baubegleitenden Dokumenta-tion. Im Planfeststellungsbeschluss
wurdeeine umfangreiche Überwachung örtlicherEingriffe in den
Grundwasserhaushalt fest-
geschrieben. Mit dem weitestgehend auto-matisierten Messsystem
werden die onlineerfassten bzw. regelmäßig ausgelesenenMessdaten
automatisch erfasst und darge-stellt. Im Vergleich zu händisch
ausgeführtenLotungen bzw. konventionellen Aufzeich-nungen mittels
Pegelschreibern ergibt sicheine wesentliche Verringerung des
Arbeits-aufwandes bei der Ausführung der Messun-gen bzw. Auswertung
der Messergebnisse.Des Weiteren wird bei den
automatisiertenGrundwasserstandsmessungen gegenüberkonventionellen
Messverfahren eine erheb-lich höhere Messgenauigkeit erzielt.
Fehlerbei der Auswertung der Messergebnissekönnen nahezu
ausgeschlossen werden.Die Herstellung von tiefen Baugruben
unmit-telbar vor bestehenden Gebäuden führt er-fahrungsgemäß auch
bei sorgfältiger Bau-ausführung zu mehr oder weniger
starkenEinwirkungen auf den Bauwerksbestand.Die zur Herstellung des
Tunnelbauwerkeserforderlichen wasserdichten Verbauwändebinden bis
ca. 16 m in den Untergrund ein.Wie aus Bild 3 hervorgeht, bilden
die Ver-bauwände im oberen Grundwasserleiter,den Wesersanden,
zumindest partiell eineBarriere, die eine Beeinflussung der
Grund-wasserfließverhältnisse nach sich zieht.Im Rahmen des
Planfeststellungsverfahrenswurden daher hydromechanische
Modellbe-rechnungen zur quantitativen Abschätzungdes Aufstaus im
Anstrom bzw. eines Abfallsdes Grundwasserspiegels im Abstrom
derTunneltrasse ausgeführt. Die Berechnungenerfolgten mit dem
FE-Programm SEEP/Wmit einem rund 600 Knoten
umfassendenBerechnungsmodell.Danach wurde bei den hier
betrachteten„Normalwasserständen" trotz der erhebli-chen
Barrierewirkung der Verbauwand immittleren Bereich der Tunneltrasse
und derausgeprägten Grundwasserströmung einenur vergleichsweise
geringe Beeinflussungder Grundwasserfließverhältnisse
festge-stellt. Der Aufstau im Anstrom beträgt bis zuca. 4 cm, die
Absenkung wurde mit ca. 6 cmermittelt. Hierbei ist festzustellen,
dass bis-lang eine gute Überstimmung der berechne-ten mit den
gemessenen Grundwasserspie-gelhöhen erzielt werden konnte.
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11 =1,0 m
L TRIVEC-Messpegel
Tunneldeckel
Druckluft
7Schlitzwand
Meßpunkte
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Vortrag Dr.-Ing. K H. Schwinn; Dr.-Ing. C. Boley, Dipl.-Ing. T.
Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Hemelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Weitergehende Modellberechnungen habengezeigt, dass die Größe
von Aufstau undAbsenkung durch die Grundwasserfließge-schwindigkeit
maßgeblich beeinflusst wird.Diese korreliert, wie wir zeigen
konnten, engmit den Spiegelschwankungen der Weser.Mit Aufnahme des
Druckluftbetriebes erfolgteine weitergehende intensive
messtechni-sche Überwachung und Betreuung der Bau-ausführung.
Stellvertretend für die weitereMesswerterfassung werden im
Folgendendie Verschiebungsmessungen in der Ortbe-tonschlitzwand
mittels der TRIVEC-Sondennäher erläutert.Die während des Aushubes
unter Druckluftauf den Verbau einwirkenden, vertikal nachoben
gerichteten Kräfte müssen anteilig überdie Mantelreibung an den
Schlitzwändenabgetragen werden. Aus wirtschaftlichenGründen wurde
die Verbauwand auf die zurAbtragung von horizontalen
Einwirkungenerforderliche Wandlänge optimiert, so dasszum Nachweis
des vertikalen Kräftegleich-gewichts vergleichsweise hohe
Mantelrei-bungsbeiwerte zugrunde gelegt wurden.Wie bereits
erläutert, können mittels derTRIVEC-Sonde neben den
horizontalenVerschiebungen auch Stauchungen mit ei-ner
Messgenauigkeit von ca. 1/100 mm auf-genommen werden.Über die im
Messabschnitt von 1 m ermittel-te Verschiebungsänderung des
Schlitz-wandelementes wird dessen Stauchung be-rechnet. Daraus wird
mittels Multiplikationmit dem E-Modul des SLW-Betons die
derStauchung zugeordnete Spannung ermittelt.Über das
Kräftegleichgewicht an jedemSchlitzwandelement wird der Verlauf
derMantelreibung bestimmt.Die beschriebenen Messungen werden
je-weils in Kombination mit den Verschiebungs-messungen in der
z-Richtung durchgeführt, sodass neben den Verschiebungen im
Wand-element auch die Verschiebungen des Ge-samtsystems aufgenommen
werden.Auf Grundlage der beschriebenen Messun-gen können bei Bedarf
entsprechende Ein-griffsmaßnahmen wie z. B. eine Ballastie-rung des
Gesamtsystems vorgenommenwerden.
Bild 8 Indirekte Erfassung derMantelreibung entlang der
Schlitz-wand im Lastfall Druckluftbetrieb mit-tels
TRIVEC-Sonden
6 BEWERTUNG
Die beschriebene Instrumentierung derBaumaßnahme mit einem
geotechnischenMessnetzwerk hat im Betriebszeitraum vonetwa einem
Jahr eine erhebliche Beschleu-nigung des Informationsflusses sowie
eineVereinfachung der baubegleitenden Über-wachung
herbeigeführt.Mit der weitgehenden Automatisierung
derMesswerterhebung konnte die Anzahl dermit der Fremdüberwachung
betrauten Mitar-beiter gegenüber vergleichbaren Baustellenerheblich
reduziert werden.Durch die zentrale Datenerfassung sowie
dievielfältigen Zugriffsmöglichkeiten auf dieaufbereiteten
Datensätze ist der kontinuierli-che Informationsfluss im Zuge der
Fremd-überwachung sichergestellt. Dies ermöglichteine laufende
Überwachung und sofern er-forderlich Optimierung des
Produktionsab-laufes.
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Wieg
Steuerung und Überwachung des unter Druckluft aufgefahrenen, 900
Meter langen Straßentunnels Heurelingen in Bremen durch ein
geotechnisches Netzwerk
Mit der eingesetzten differenzierten Mess-technik wird auf
Grundlage der Beobach-tungsmethode eine Prüfung kritischer
Be-rechnungsparameter durchgeführt. Hier-durch kann unter
Beibehaltung des geforder-ten Sicherheitsstandards eine
Massenopti-mierung einzelner Bauteile herbeigeführtwerden.Die
online erfassten Messdaten bilden einekontinuierliche Dokumentation
über den ge-samten Produktionsprozess. Durch die au-tomatisierte
Messwerterhebung und externeSpeicherung der Daten besitzen die
Mess-ergebnisse eine hohe Vertrauenswürdigkeitund Objektivität im
Sinne der Beweissiche-rung während der Baumaßnahme.
Literatur
[1] Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Be-messung in der
Geotechnik. Teil 1: Allge-meine Regeln. Deutsche Fassung ENV1997-1:
1994. Vornorm, April 1996
[2] Hartkorn, P.; Pils, R. (2000):
Automatischegeotechnisch/geodätische ÜberwachungBahrmühlenviadukt
Chemnitz
[3] Knoll, P.; Kowalle, G.; Kramer, J.; Isele, T.(1999): Moderne
Verfahren der Beweissi-cherungsmessungen, dargestellt am
Beispielder Bauwerkssicherung bei der Tunnelverle-gung der B 31 im
Innenstadtbereich vonFreiberg/Breisgau. VDI-Berichte, Nr.
1436,269-287
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