e-857511

Strecke Nr. 3511 Bingen – Saarbrücken Erneuerung des Enzweiler Tunnels

ANLAGE 4 GEORADAR Anlage 4.1 Lage der Radarmesslinien

Anlage 4.2 Dokumentation Georadarmessungen

(Radardiagramme) Anlage 4.3 Ergebnisse der Radarmessungen Anlage 4.4 Bericht

Anlage 4.1

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Meßbericht

der Bauradaruntersuchung

in den Bahntunneln Homerich und Enzweiler

bei Idar-Oberstein

Untersuchungsdatum: 14./15.01.2012

_______

Auftraggeber: gbm, Limburg ________

GGU-Projekt Nr.: 11-173-HU, Bearbeitung: M. Hübner

_______________________________________________________________

Inhalt: 1. Allgemeines 2. Das Meßverfahren 3. Die Untersuchung 4. Ergebnisse 5. Abbildungen RD-HomEnz-L Lage der Radarmesslinien, M 1: 100 RD-Hom-D Radardaten Homericher Tunnel, M 1 : 1000 RD-Enz-D Radardaten Enzweiler Tunnel, M 1 : 1000 RD-Hom-E Ergebnisse Homericher Tunnel, M 1 : 1000 RD-Enz-E Ergebnisse Enzweiler Tunnel, M 1 : 1000 6. Anlagen GGU-Informationsblatt "Das Georadar"

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1. Allgemeines Meßort, Datum: Homericher und Enzweiler Tunnel bei Idar-Oberstein, Meßwert-

aufnahme am 14./15.01.2012.

Auftraggeber: gbm Gesellschaft für Baugeologie und -meßtechnik mbH, Limburg.

Ziel: Aufbau und Zustand der Tunnelwandung.

2. Das Meßverfahren

Meßverfahren:

Georadar, Reflexion von elektromagnetischen Wellen

Verfahrensbeschreibung: Die von einem Sender S abgestrahlte elektromagneti-sche Welle (Impuls I) breitet sich mit einer materialabhän-gigen Geschwindigkeit im Medium aus (siehe obige Ab-bildung). Beim Übergang der Welle in eine Schicht mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften (i.w. Dielektrizität ε und Leitfähigkeit σ) wird ein Teil der ein-fallenden Energie reflektiert (R1 und R2) und von einem Empfänger E an der Oberfläche aufgenommen. Aus der Laufzeit dieses "Echos" kann mit Kenntnis der Ausbrei-tungsgeschwindigkeit der Wellen die Tiefenlage des Re-flektors bestimmt werden.

Beim Überfahren des Untersuchungsgebietes mit Sende- und Emp-fangsantenne werden in kurzen Zeitabständen (i.a. zwi-schen 0,1 und 0,02 sek) Aufzeichnungen der Empfangs-amplituden in Abhängigkeit der Zeit (gemessen in nsek = 10-9 sek) registriert: sog. Signalspuren (Abbildung, rechter Teil). Durch Aneinanderreihung der Spuren enthält man Diagramme in denen die Entfernung entlang der Oberflä-che über der Laufzeit aufgetragen ist: sogenannte Radar-gramme (siehe folgende Abbildung und beiliegende Daten).

Radargramme:

S E

ITiefe

ε σ

ε σ

ε σ

2 2

3 3

1 1

R1

2

Amplitude

Zeit

R

R

I

1

2

R

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Radargramme stellen quasi einen Tiefenschnitt (Sektion) entlang der Meßpro-fillinie dar. Es ist die Laufzeit (vertikale Achse) der re-flektierten Signale entlang der Meßprofillinie (horizonta-le Achse) aufgetragen. Die Signalamplituden werden durch unterschiedliche Schwärzung oder Farben darge-stellt. Reflexionen werden durch Kontraste der elektri-schen Eigenschaften verursacht. Dies sind z.B. Metallob-jekte, Schichtgrenzen, Hohlräume, Leitungen usw. Das Sendesignal ist oben im Radargramm als erstes in Form durchgehender Streifenmuster zu sehen. Mehr oder we-niger lange Streifenmuster unterhalb des Sendesignals sind durch reflektierende Objekte in entsprechender Tiefe verursacht. Kurze gekrümmte Streifenmuster (sog. Diffraktionen) kommen durch kleine Objekte zustande. Beispiel: Fährt man genau längs einer Leitung, so er-scheint ein langer Reflexionshorizont (siehe Kennzeich-nung H in recht Abbildung). Quert man die Leitung, so ist eine kurze Diffraktion zu sehen (siehe Kennzeichnung D).

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Tiefenangaben: Bei Georadar handelt es sich um Laufzeitmessungen ("Echos"). Die Laufzeitachse kann nach der Gleichung Tiefe = Wellengeschwindigkeit/Zweiwegelaufzeit in eine Tiefenachse über-führt werden. Da die Wellengeschwindigkeit tatsächlich nie konstant ist, ist die Tiefenachse nur eine Näherung. Der Einfachheit halber ist in den Radargrammen eine einzige konstante Tiefenachse für die pauschale Wellengeschwindigkeit angegeben.

Interpretation: Bei den Verfahren der Geophysik und der zerstörungsfreien Prüfung handelt es sich um indi-rekte Verfahren. Dies bedeutet, daß die erwünschte Aussage i.a. nicht direkt (z.B. durch eine Bohrung oder Probenahme), sondern indirekt durch Interpretation von physikalischen Meß-werten (Größe, Verlauf) erhalten werden. Eine Interpretation kann naturgemäß nur eine be-schränkte Sicherheit bieten. Sie wird z.B. von folgenden Faktoren beeinflußt: Untersu-chungsprogramm, Meßbedingungen und Datenqualität, Vorkenntnisse und Erfahrung. Unter Umständen kann es auch verschiedene Interpretationsmöglichkeiten geben.

3. Die Untersuchung

Vorangehensweise

Die Untersuchungen wurden in Rücksprache mit dem Auftraggeber, vertreten durch Herrn Schlebusch durchgeführt.

Sowohl der Homericher als auch der Enzweiler Tunnel wurden entlang von fünf durchgängigen horizontalen Meßlinien entlang der Tunnelwand mit Bauradar vermessen.

örtliche Verhältnisse

Die Tunnel waren trocken, die Wandungen abgesehen von wenigen Einbauten und Versprüngen ausreichend glatt und frei zugänglich. Die erzielte Datenqualität ist gut.

Lage der Profile

Die Lage der Meßlinien kann Abbildung RD-HomEnz-L entnommen werden.

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Messung

Meßgröße: Wellenlaufzeiten und Wellenamplituden Apparatur: hochauflösende digitale Georadarapparatur Sensor: 400 MHz in 0-offset-Anordnung Registrierlänge: 80 nsek, entspricht einer theoretischen Eindringtiefe von ca. 4 m. Meßpunktabstand: 2 cm

Meßprogramm

5 horizontale Meßlinien zu je 392 m (Homericher Tunnel) bzw. 465 m (Enzweiler Tunnel) Län-ge auf der Tunnelwand in der Firste ("Firstprofil"), entlang der beiden Kämpferlinien ("Kämpferprofile") sowie jeweils dazwischen ("Kalottenprofile").

Auswertung Erste Beurteilung der Daten während der Messung.

Datenverarbeitung: Import, statische Korrektur, diverse Filter, Ortszuord-nung, Streckenkorrektur. Datenausdruck: alle Radar-gramme.

Datensicherung: digital.

Beurteilung der Daten hinsichtlich der Fragestellung.

Meßbericht.

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4. Ergebnisse

4.1 Vorbemerkungen Im Vorfeld geplanter Tunnelumbauten soll der Aufbau der beiden Tunnel soweit möglich durch eine Kombination zerstörungsfreier Messungen (Bauradar) sowie zerstörender Unter-suchungen (Bohrungen) erkundet werden. Zu diesem Zweck wurden die Tunnelinnenwände über die gesamte Länge entlang von fünf horizonalen Meßlinien mit einem mittelfrequenten 400 MHz-Sensor vermessen. Parallel hierzu wurden zahlreiche Bohrungen durchgeführt. Die Positionen der Bohrungen wurden nach der örtlichen Situation, aufgrund historischer Unterlagen sowie nach Auffällig-keiten in den Radardaten festgelegt. Erkundungsziel der Radarmessungen sind Schalenaufbau, Hohllagen hinter der Schale, eventuelle Bewehrungslagen, Einbauten und andere Auffälligkeiten. Die Bohrungen dienen hierbei u.a. als Kalibrierungen für die Radardaten. Die Lage der Radarmeßlinien kann Abbildung RD-HomEnz-L entnommen werden.

4.2 Ergebnisse In den Abbildungen RD-Hom-D und RD-Enz-D sind die Daten der Radarmessung darge-stellt. Zusammen mit den - ebenfalls eingetragenen - Bohrungen bilden diese die Interpre-tationsgrundlage für die in den Abbildungen RD-Hom-E bzw. RD-Enz-E zusammengefass-ten Ergebnisse. In den Radardaten sind i.d.R. zwei Hauptreflexionen auszumachen. Der Vergleich mit den Bohrungen sowie Plausibilitätsüberlegungen erlauben eine Zuordnung dieser Grenzen. Da-nach wird die erste Grenze der Tunnelschalenrückseite, die zweite der Felsoberfläche zu-geordnet. Weitere zumeist schwächere oder nur lokal auftretende Reflexionen sind inner-halb der Tunnelschale erkennbar. Diese werden als Schalengrenzen oder Gefügestörungen im Mauerwerk interpretiert. Auch innerhalb des Festgesteins sind lokal Reflexionen erkenn-bar. Eine Häufung solcher wird als erhöhte Klüftigkeit des Felses interpretiert. Neben der Zuordnung von Schichten und Schichtverläufen ist die Stärke der Reflexionen an den Schichtgrenzen ein wichtiges Interpretationskriterium. Die Reflexionsstärke hängt wesentlich ab von der Geometrie der Grenzfläche sowie dem Materialkontrast. So wird eine glatte Tunnelschalenrückseite mit Hohllage eine deutlich stärkere Reflexon erzeugen als eine unregelmäßige Natursteinschale mit Hinterpackung. Schwieriger wird es im umgekehr-ten Fall. So kann eine rauhe Natursteinschale ohne Hinterpackung vergleichbare Reflexio-nen bewirken wie eine glatte Schale mit Hinterpackung. Für die Unterscheidung sind da die Bohrungen sehr hilfreich.

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Bei den Profilen in Firste und Kalotte ist die Unterscheidung zwischen dem Ziegelmauerwerk der Tunnelschale und der Hinterfüllung zumeist gut möglich. Anders bei den Kämpferprofilen. Hier ist der Übergang deutlich schwächer ausgeprägt, z.T. gar nicht erkennbar. Der Grund dürfte in dem geringeren Materialkontrast zwischen Natur-steinmauerwerk und Natursteinhinterfüllung sowie der vermutlich unregelmäßigen (und da-mit stärker streuenden) Schalenrückseite liegen. Homericher Tunnel, Abb. RD-HOM-E: Die Tunnelschale aus Ziegelmauerwerk ist zwischen 40 cm und 85 cm stark. Vorallem im Firstprofil gibt es Anzeichen für Abschnitte mit einer Schaligkeit des Mauerwerkes. Die Dicke der Natursteinschale variiert auch zwischen 50 cm und 90 cm. Im Firstbereich erscheint der Bereich hinter der Schale weitgehend hohl, wobei lose Packla-gen in einigen Bereichen wahrscheinlich sind. Unter Umständen ist es aber auch so, daß der hohle Bereich nur sehr schmal ist (ähnlich einem Gang) und bei der Messung die angren-zenden Packlagen erfasst werden. Der anstehende Fels zeigt kaum Reflexionen, er scheint demnach weitgehend kompakt. Neben den erkennbaren und interpretierten Strukturen fallen Bereiche erhöhter Absorption der elektromagnetischen Wellen auf. Diese werden als Bereiche erhöhter Feuchte intepretiert und sind entprechend gekennzeichnet. Enzweiler Tunnel, Abb. RD-ENZ-E: Die Tunnelschale aus Ziegelmauerwerk ist zwischen 60 cm und 110 cm stark. Die Dicke der Natursteinschale variiert zwischen 45 cm und 140 cm. Im Firstbereich erscheint der Bereich hinter der Schale weitgehend hohl, wobei lose Packla-gen in einigen Bereichen wahrscheinlich sind. Unter Umständen ist es aber auch so, daß der hohle Bereich nur sehr schmal ist (ähnlich einem Gang) und bei der Messung die angren-zenden Packlagen erfasst werden. Der anstehende Fels zeigt kaum Reflexionen, er scheint demnach weitgehend kompakt. Etwa bei Profilmeter 395 ändert sich die Struktur der Radardaten auffälllig. Dies wird als der vermutete Wechsel zwischen Festgestein und Hangschutt interpretiert. Im östlichen Portalbereich sowie im Abschnitt Profilmeter 110 bis 370 ist die Tunnelschale bewehrt. Neben den erkennbaren und interpretierten Strukturen fallen Bereiche erhöhter Absorption der elektromagnetischen Wellen auf. Diese werden als Bereiche erhöhter Feuchte intepretiert und sind entprechend gekennzeichnet. GGU mbH Karlsruhe, den 21.05.2012 (B. Illich, Geschäftsführer) (M. Hübner, Projektleiter)

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