Drill and blast excavation forecasting using 3D laser scanning / Ausbruchprognose beim Sprengvortrieb mittels 3D-Laserscanning

The application of 3D laser scanning technology in tunnelling has gained increasing significance in recent years. Laser scanning is an innovative holistic approach for data acquisition in tunnelling regarding the geometrical parameters. It is a distance-based imaging technique for three-dimensional and high-resolution illustration (3D point cloud) of the surrounding rock that can be applied at various times to provide a variety of visualization and analysis possibilities. A new approach deals with excavation forecasting by linking the acquisition of the 3D geometry of previously excavated rounds with the geological documentation of the tunnel face. This approach enables the gathering of information about the expected overbreak or underprofile of subsequent excavation in similar rock conditions. Using this information, an optimization of the borehole positions (especially of the peripheral boreholes) can achieve the best possible excavation profile. This approach offers an improvement of excavation performance and saving potential with regard to excavation quantity and shotcrete consumption. The uniform excavation shape and consistent shotcrete thickness improve tunnel stability and finally increases the service life the tunnel structure.
3D-Laserscanning gewinnt in den letzten Jahren im Tunnelbau - bisher v. a. als Ergänzung zur klassischen Vermessung - immer mehr an Bedeutung. Beim Laserscanning handelt es sich um ein bildgebendes, distanzbasiertes Verfahren, mithilfe dessen hochauflösende, dreidimensionale Darstellungen (3D-Punktwolken) der Umgebung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden können. Dies ermöglicht eine Vielzahl an Visualisierungen und schafft die Voraussetzung für weitere Anwendungsmöglichkeiten. Eine neue Auswertemethode verknüpft die dreidimensionale Erfassung der Ausbruchgeometrie vorangehender Abschläge mit der geologischen Ortsbrustaufnahme und ermöglicht eine Prognose zukünftiger Ausbruchquerschnitte bzw. des zu erwartenden Über- und Unterprofils für zukünftige Abschläge in Bereichen mit vergleichbaren Gebirgsverhältnissen. Mithilfe dieser Information ist es möglich, das Bohrraster (v. a. die Position der Kranzlöcher) so anzupassen, dass ein möglichst profilgerechter Ausbruch erreicht wird. Diese Vorgehensweise birgt neben einer Erhöhung der Vortriebsleistung auch Einsparungspotenziale hinsichtlich der Ausbruchmenge von Gesteinsmaterial sowie des Verbrauchs von Spritzbeton. Durch die gleichmäßigere Hohlraumgeometrie wird eine einheitlichere Spritzbetondicke erreicht, wodurch wiederum die Hohlraumstabilität verbessert und schlussendlich die Lebensdauer des Tunnelbauwerks erhöht werden kann.