On-line seismisches System zur Vorauserkundung im Tunnelbau (2006-2009)
Ziel des Verbundvorhabens OnSITE war die Weiterentwicklung eines Systems zur seismischen Vorauserkundung im Tunnelbau. Insbesondere bei langen und mit hoher Gesteinsüberdeckung versehenen Tunneln (z.B. Gotthard oder Brenner Basistunnel), aber auch bei flachen Tunneln in komplexer Geologie oder unter dicht besiedelten Räumen werden an die Vorauserkundung vor und während der Bauausführung hohe Anforderungen gestellt. Es wird ein modulares System benötigt, dessen Komponenten den jeweiligen Bedingungen auf der Tunnelbaustelle flexibel angepasst werden können. Die Komponenten sind:
- ein modulares seismisches Quellsystem, das gezielt die gewünschten Nutzsignalfrequenzen und Wellentypen anregen kann,
- eine drahtlose Hochgeschwindigkeits-Datenakquisition als Voraussetzung für eine einfache Integration der Messungen in die laufenden Bauarbeiten,
- eine speziell den Bedingungen im Tunnelbau angepasste Datenbearbeitungs- und Interpretations-Software sowie
- ein Interpretationsverfahren, das in der Lage ist, vorhandene geologische und geotechnische Informationen und die Ergebnisse seismischer Messungen zu verarbeiten und eine geotechnisch relevante Interpretation und Vorhersage aufgrund der erfolgten Messungen zu liefern.
Das Vorhaben baute auf Entwicklungen auf, die seit mehreren Jahren vom GFZ zusammen mit verschiedenen Forschungs- und Entwicklungspartnern erarbeitet wurden. Das Integrierte Seismische Imaging System (ISIS), bestehend aus den grundlegenden Komponenten zur seismischen Tunnelvorauserkundung, konnte für alle im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Feldversuche verwendet werden. Die technischen Weiterentwicklungen im Rahmen dieses Vorhabens bezogen sich auf Optimierungen der seismischen Quellen und Empfängersysteme. Zur Akquisition von Datensätzen, die dann für die Entwicklung von Interpretationsstrategien verwendet werden konnten, wurde auf die bestehenden Komponenten von ISIS zurück gegriffen. Mit der FU Berlin und der TU Freiberg erfolgte eine intensive Zusammenarbeit, um die Datenbearbeitungs- und Interpretations-Software anzupassen. Darüber hinaus bestand eine Kooperation mit der Herrenknecht AG, die ISIS sowie am GFZ entwickelte Funkdatenlogger als Lizenznehmer nutzt und mit dem GFZ zusammen für den Routine-Einsatz auf Tunnelbaustellen umsetzte, um in der Praxis geotechnisch relevante Interpretationen zu generieren. Neben dem Technologietransfer vom GFZ zur Herrenknecht AG vermittelte die Herrenknecht AG Baustellen, auf denen das Messsystem getestet werden konnte (Glendoe Wasserkraftwerk, Blessbergtunnel).
Veröffentlichungen
Bohlen, T., Lorang, U., Rabbel, Müller, C., Giese, R., Lüth, S., Jetschny, S., Rayleigh-to-shear wave conversion at the tunnel face - from 3D-FD modeling to ahead-of-drill exploration, Geophysics 72 No. 6, p. T67-T79, doi 10.1190/1.2785978.
Lüth, S., Giese, R., Otto, P., Krüger, K., Mielitz, S., Bohlen, T., Dickmann, T., 2008. Seismic investigations of the Piora Basin using S-wave conversions at the tunnel face of the Piora adit (Gotthard Base Tunnel), International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, doi:10.1016/j.ijrmms.2007.03.003.
Lüth, S., Rechlin, A.J., Giese, R., Tzavaras, J., Groß, K., Buske, S., Jetschny, S., De Nil, D., Bohlen, T., 2009. Seismic prediction ahead of a tunnel face - Modeling, field surveys, geotechnical interpretation, International Journal of the Japanese Committee for Rock Mechanics, Vol. 4, Nr. 2, http://rocknet-japan.org/journal/Articles.html.
Tagungsbeiträge
2009
Hock, S., Polom, U., Mikulla, S., Krüger, K., Lüth, S. & Giese, R., A High-frequency Cascaded Magnetostrictive Vibration Source System for P- and S-wave Generation, Near Surface 2009 (EAGE), Dublin, extended abstract B19.
Hock, S., Polom, U., Mikulla, S., Krüger, K., Giese, R., Lüth, S., A Cascaded Magnetostrictive Vibration Source System for Underground Construction Applications, Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU 2009-7698-3, EGU General Assembly.
Lüth, S., Giese, R., Rechlin, A., Heim, A., and OnSITE Consortium, Seismic prediction in tunneling: new trends in hardware development and interpretation concepts. Eurotun - Computational Methods in Tunnelling, Bochum, Extended Abstracts Vol. 2, p. 917-922.
A. Rechlin, S. Lüth, R. Giese, F. Schilling, OnSITE: A project developing new tools in Online Seismic Imaging for Tunnel Excavation. Sinorock - Rock Characterisation, Modelling and Engineering Design Methods, Hong Kong.
2008
Lüth, S., Giese, R., Rechlin, A., A seismic exploration system around and ahead of tunnel excavation - OnSITE, Proceedings of World Tunnel Congress 2008, 22-24 September 2008, Agra, India, Vol. 1, pp. 119-125.
Lüth, S., Rechlin, A., Giese, R., Buske, S., Groß, K., Tzavaras, J., Bohlen, T., De Nil, Denise, Jetschny, Stefan, Seismic Prediction ahead of a tunnel face - Modelling, field surveys, geotechnical interpretation, in: Proceedings of The 8th International Workshop on the Application of Geophysics to Rock Engineering, San Francisco, USA, ISRM Commission on Application of Geophysics to Rock Engineering.
Hock, S., Polom, U., Mikulla, S., Krüger, K., Giese, R., Lüth, Evaluation of a High-frequency Seismic Source System in Mining Application. Near Surface 2008 – 14th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Krakow, Poland, 15 - 17 September 2008, Extended Abstracts.
Hock, S., Polom, U., Mikulla, S., Krüger, K., Giese, R., Lüth, S., P- und S-Wellengenerierung mittels magnetostriktiver Vibratorquellen - erste Ergebnisse von zwei Messkampagnen im Forschungs- und Lehrbergwerk "Reiche Zeche" in Freiberg, Tagungsband zur Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg, PS4 18, S. 103.
Lüth, S., Rechlin, A., Giese, R., Besser, S., Fecker, E., OnSITE - Tunnelseismik I: Seismische Vorauserkundung im Tunnelbau mit Lockergestein - Neuer Schlüchterner Tunnel (Hessen), Tagungsband zur Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg, SM 5, S. 194-195.
Rechlin, A., Giese, R., Lüth, S., Heim, A., OnSITE - Tunnelseismik II: Seismische Vorauserkundung für den Tunnelbau im Hartgestein (Glendoe Wasserkraftwerk/Schottland), Tagungsband zur Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg, SM 6, S. 195.
2007
Borm, G., Giese, R., Lüth, S., Bohlen, T., Shapiro, S., Buske, S., Polom, U., Fecker, E., Becker, K.- W., Pralle, N., Dickmann, T., OnSITE: Development of an On-line Seismic Imaging System for Tunnel Excavation, Paper presented at the 7th Workshop on Application of Geophysics to Rock Engineering, 11th Congress of the International Society For Rock Mechanics, Lisbon, Portugal.
Giese, R., Lüth, S., Rechlin, A., ISIS: Integrated Seismic Imaging System - Results of tunnel seismic measurements in the Glendoe project (Scotland), Paper presented at the 7th Workshop on Application of Geophysics to Rock Engineering, 11th Congress of the International Society For Rock Mechanics, Lisbon, Portugal.
2006
Borm, G., Giese, R., Lüth, S., Bohlen, T., Shapiro, S., Buske, S., Polom, U., Fecker, E., Becker, K.- W., Pralle, N., Dickmann, T., OnSITE - On-line Seismic Imaging System for Tunnel Excavation in Hard Rock, talk presented at annual meeting of Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften (GeoBerlin 2006).