Navigation von Rohrvortrieben
Ankunft in der Zielgrube.

Navigation von Rohrvortrieben: Präzisionsarbeit in St. Petersburg

Bei einem Abwasserprojekt in St. Petersburg musste ein Rohrvortrieb über eine Länge von 866 Metern mit einer Genauigkeit kleiner 18 mm ins Ziel gebracht werden.

von Dipl. Ing. Manfred Messing

und Dipl. Ing. Jan Großkopf

aus der B_I umweltbau, Ausgabe 5/2004

Im Rahmen des Abwasserprojektes VODOKANAL in St. Petersburg, ist die Firma STIS mit der Durchführung der Tunnelvortriebe beauftragt worden. Dieses Bauvorhaben besteht aus mehreren Tunnelteilstücken, die durch Rohrvortrieb aufgefahren werden. Es handelt sich dabei um Vortriebe mit der Nennweite DN 2000, für die eine Vortriebsmaschine AVN 2000 von Herrenknecht eingesetzt wird. Im ersten Schritt wurde ein Teilstück von 866 m Länge aufgefahren.

Der vorliegende Artikel befasst sich ausschließlich mit diesem Abschnitt und beschreibt die Vorgehensweise zur hochgenauen Steuerung dieses Vortriebes. Es bestand die Forderung, den Tunnel mit einer Genauigkeit kleiner 18 mm ins Ziel zu bringen, da das Zielbauwerk schon gegeben war. Von folgenden Voraussetzungen war auszugehen:
Der Start- und Zielschacht sind jeweils 20m tief und haben einen Durchmesser von 9m. Der Startschacht ist aus Witterungsgründen abgedeckt und hat nur eine Öffnung für das Einbringen der Rohre von ca. 3,5m x 3,0m. Auf dieser Grundlage war es aus vermessungstechnischer Sicht mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, eine solide Grundlage für die Vermessungsarbeiten im Startschacht und im Tunnel zu schaffen.

Baustelleneinrichtung mit abgedecktem Startschacht.
Baustelleneinrichtung mit abgedecktem Startschacht.
Klassische Methoden der Richtungsübertragung in den Tunnel kamen teilweise nicht in Frage oder brachten nur eingeschränkte Genauigkeiten mit sich. Aus diesem Grund hat sich die Baufirma STIS dazu entschieden, zum einen ein anderes Messfahren mit den klassischen Messungen im Tunnel zu kombinieren und zum anderen eine unabhängige Kontrolle zu beauftragen. Die Verantwortlichen haben sich deshalb dafür entschieden, die Firma VMT GmbH (Gesellschaft für Vermessungstechnik) aus Deutschland mit dieser Aufgabe zu betrauen. Die Firma VMT hat sich in den letzten 10 Jahren zu einem der führenden Unternehmen im Bereich Steuerleitsysteme und Vermessungsdienstleistungen für den maschinellen Tunnelbau entwickelt. Aufgrund der komplexen Aufgabenstellung und der enormen Genauigkeitsforderung hat VMT Fachkompetenz aus verschiedenen deutschen Unternehmen zusammengezogen, um diese Herausforderung mit Garantie und mit einer unabhängigen Kontrolle zu gewährleisten. Hierfür wurde die Messung gemeinsam mit den Firmen VMT GmbH, CPV GmbH (Checkpoint-Vermessung GmbH Berlin) und DMT GmbH (Deutsche Montan Technologie GmbH Essen) durchgeführt. Dabei gab es eine klare Aufgabenverteilung: VMT war für die Organisation und Koordination der Messung sowie für das Steuerleitsystem SLS–RV mit zusätzlich integrierter Schlauchwasserwaage verantwortlich, DMT wurde mit der Aufgabe betraut, hochgenaue Kreiselmessungen im Tunnel durchzuführen sowie die Netzverschwenkung über Tage zu bestimmen und CPV hatte die Aufgabe, das Netz über Tage und unter Tage hochgenau zu messen, die vermessungstechnische Grundlage zu überprüfen und alle Messergebnisse gemeinsam auszuwerten und zu beurteilen. Außerdem wurde das Messkonzept gemeinsam mit VMT erarbeitet.
DMT Präzisionskreisel GYROMAT 2000 im Startschacht.
DMT Präzisionskreisel GYROMAT 2000 im Startschacht.

Maschinen- und Messtechnik

Für das Projekt VODOKANAL hat sich der Auftraggeber aufgrund der schwierigen geologischen Verhältnisse für eine Vortriebsmaschine AVN 2000 der Firma Herrenknecht entschieden. Die Herrenknecht AG ist als größter Anbieter für Vortriebsmaschinen dafür prädestiniert, diese Herausforderung mit ihrer Technik zu meistern. Die Firma VMT stellt seit Jahren Steuerungssysteme für diese Maschinen her, um diese exakt an ihr Ziel zu steuern. Für das Projekt in St. Petersburg wurde eine Neuentwicklung realisiert. Um die aufgrund der Geologie zu erwartenden Rohrhebungen vermessungstechnisch in den Griff zu bekommen, wurde das Steuerungssystem SLS-RV um die Komponente Schlauchwasserwaage SWW erweitert. Mit der Schlauchwasserwaage ist man in der Lage, von einem festen Punkt im Startschacht die Höhe der Vortriebsmaschine zu überprüfen. Die Firma DMT entwickelt und baut seit Jahren Vermessungskreisel mit hoher Präzision. Mit dem GYROMAT 2000, der eine Messgenauigkeit von ±3“ erreicht, verfügt DMT über den genausten Kreisel der Welt. Da man im Umgang mit diesem Gerät sehr viel Erfahrung und Fingerspitzengefühl benötig, bietet DMT auch Messungen als Dienstleistung und somit diese Leistung aus erster Hand an. Die Firma CPV ist seit vielen Jahren mit der vermessungstechnischen Betreuung von Tunnelprojekten vertraut. Die dabei sehr vielfältigen vermessungstechnischen Aufgaben, wie das Anlegen von Netzen über und unter Tage sowie der automatischen Beweissicherung und der Betreuung der Steuerungssysteme gehören zum täglichen Geschäft von CPV. Für die Messungen bei Tunnelprojekten setzt CPV seit Jahren Leica Messtechnik ein. Hierzu zählt auch der TCA 2003 als Präzisionstachymeter mit einer Genauigkeit von ±0,5“ für die Winkelmessung und ±1mm+1ppm für die Streckenmessung.

Raumverhältnisse im Startschacht.
Raumverhältnisse im Startschacht.

Messkonzept und Durchführung der Messung

Durch die hohe Genauigkeitsanforderung von kleiner 18mm nach 866m Rohrvortrieb musste ein Messkonzept erarbeitet werden, das ein optimales Zusammenspiel zwischen Baubetrieb und Vermessung sicherstellte. Weiterhin mussten von Seiten der Baufirma STIS Voraussetzungen geschaffen werden, die die bestmöglichen Messbedingungen im Tunnel und überirdisch gewährleisteten. Um die höchstmögliche Genauigkeit zu erzielen und die Möglichkeit einer Korrekturfahrt nach der Kontrollmessung zu ermöglichen, wurde festgelegt, die Kontrollmessung ca. 60-100m vor der Einfahrt in den Zielschacht durchzuführen.
Für die Messung wurden oberirdisch drei Messpfeiler erstellt, die zum einen für das Netz über Tage genutzt wurden und zum anderen als feste Punkte für eine Kreiseleichlinie dienten. Im Tunnel selbst wurden spezielle sehr stabile Konsolen gebaut um den Kreisel und den Tachymeter aufzunehmen. Somit wurde das Messen durch die Tunnelmitte sichergestellt, um von bestmöglichen Messbedingungen bei gleichzeitig minimalen Störeinflüssen ausgehen zu können.

Um bei der Kontrollmessung unabhängig arbeiten zu können, wurde auf die Nutzung der Festpunkte der russischen Kollegen verzichtet. Es wurden lediglich drei amtliche Festpunkte übernommen, die überprüft wurden. Da es in Russland üblich ist, die amtlichen Koordinaten aus Geheimhaltungsgründen zu verfälschen und uns in der Kürze der Zeit auch keine Kennziffern des „Gauss–Krüger Koordinatensystem“ zu Verfügung gestellt wurden, haben wir uns aufgrund der winkeltreue des Systems dazu entschieden, die Koordinaten als örtliches System zu benutzen.

Raumverhältnisse im Zielschacht.
Raumverhältnisse im Zielschacht.

Das hochgenau gemessene Netz wurde über die drei amtlichen Festpunkte frei eingepasst. Im Bereich des Startschachtes wurden drei Punkte gemessen, die später in den Schacht abgelotet wurden und als Grundlage dienten, um den Tunnelpolygonzug zu messen. Die Ablotung der Punkte erfolgte mit einem Laserlot von Leica und wurde mit einem Zenit-Nadir-Lot (ZNL) von Leica überprüft. Ausgehend von den drei Lotpunkten im Startschacht wurde über die speziellen Konsolen im Tunnel ein Tunnelpolygonzug gemessen und ausgewertet. Zusätzlich wurden die Konsolen von den russischen Kollegen einnivelliert und somit die Höhe dreifach bestimmt. Einmal über die bereits installierte Schlauchwasserwaage, durch Nivellement, und trigonometrisch. Die Messgenauigkeit lag bei ±3mm. Auf den drei Pfeilern oberirdisch wurde vor und nach der Tunnelmessung der Kreisel geeicht. Im Tunnel selbst wurden drei Polygonseiten mit dem Kreisel in Doppelmessung auf beiden Standpunkten bestimmt und jeweils der Brechungswinkel zur nächsten Polygonseite mit gemessen. Weiterhin wurden von der Vortriebsmaschine nach hinten 200m Tunnel alle 2m aufgemessen, um später nach der Kontrollmessung eine aktuelle Referenzspur im Steuerleitsystem zu hinterlegen. Nach Hinterlegung unserer Messergebnisse musste man auf den letzten hundert Meter Tunnel eine Korrektur von 15cm zur Achse auffahren, um den Durchschlagspunkt zu treffen.

Die Kreiselmessung und die Polygonzugmessung sowie die Netzmessung unter und über Tage wurde mit dem Softwaresystem Panda ausgeglichen. Nach Auswertung des Polygons wurden das Tunnelaufmass mit dem Softwarepaket Poly-RV von VMT ausgewertet, um die aktuell aufgefahrene Referenzspur im System zu hinterlegen. Als die Messergebnisse feststanden und diese überprüft waren, konnte für den Durchschlagpunkt eine vermessungstechnische Genauigkeit von 12mm bei einem Signifikanznievau von 95% berechnet und garantiert werden.

Drei Tage nach unserer Messung konnte die Maschine im Zielschacht geborgen werden. Sie hatte ihr Ziel mit einer Abweichung von der Sollachse von 5mm in Lage und Höhe erreicht.

Fazit

Durch eine sehr gut organisierte Messung, einem hohen Maß an Unterstützung von Seiten der Baufirma STIS, durch die tatkräftige Unterstützung durch unsere russischen Kollegen bei den Messungen, die sich über 3 Tage hinzogen und idealen Witterungsbedingungen ist es uns gelungen, die geforderte Genauigkeit von 18 mm zu erreichen und sogar deutlich zu unterschreiten.

Widmung

Während unseres Messeinsatzes in St. Petersburg ist unser Kollege Norbert Korittke, der dieses Projekt von Seiten DMT verantwortlich organisierte, nach langer schwerer Krankheit verstorben. Wir haben diesen Messeinsatz Norbert Korittke gewidmet.