Fibre-optic supported measurement methods for monitoring rock pressure / Faseroptisch unterstützte Messmethoden zur Beobachtung von Gebirgsdruck

Like every civil engineered structure tunnels are subject to an ageing process. The reasons for the degrading of the condition are manifold: not fully completed stress redistribution, deterioration in the rock mass quality through long-term exposure (creeping), weathering or dynamic loads and stresses, to name but a few. All this processes lead to a deformation of the surrounding bedrock and the lining.
For a continuous monitoring of a tunnel condition the measurement of the deformation is necessary. Conventional methods are elaborate and time-consuming and require almost always a shutdown of the tunnel for traffic. Therefore, an inspection is done selectively with large time gaps. A continuous condition assessment becomes hardly possible. Currently no robust method for permanent monitoring of tunnels exists. With a fibre optic measuring method many of these restrictions can be overcome. In the course of this research project, a novel and innovative measuring methodology has been developed to continuously and extensively measure rock deformations. The measurement results were evaluated performing laboratory tests. Subsequently, they were installed in the course of a field test at the Semmering Base Tunnel. With complementary technologies such as laser scanning, the measurement methodology could be verified for its applicability.
Wie jedes andere Ingenieurbauwerk sind auch Tunnel einem Alterungsprozess unterworfen. Die Gründe für eine Verschlechterung des Zustands können vielfältig sein: Nicht abgeschlossene Spannungsumlagerung, Verschlechterung der Gebirgsqualität durch Langzeitbeanspruchung, Verwitterung oder dynamische Beanspruchung, um nur einige zu nennen. Alle diese Vorgänge führen zu Deformationen von Gebirge bzw. Ausbau, die wiederum Schäden verursachen und die Betriebssicherheit beeinträchtigen können.
Zur kontinuierlichen Überwachung des Zustands von Tunneln ist die Messung dieser Deformation notwendig. Dies ist mit herkömmlichen Mitteln aufwändig und erfordert meist eine Tunnelsperre. Daher wird eine Überprüfung nur punktuell und in großen Zeitabständen vorgenommen, wodurch eine laufende Bewertung des Zustands kaum möglich ist. Eine robuste Methode zur permanenten Überwachung von Tunneln existiert derzeit nicht. Mit faseroptischen Messverfahren sind viele dieser Einschränkungen lösbar. Im Zuge eines Forschungsprojekts wurde eine neuartige und innovative Messmethodik entwickelt, um Gebirgsverformungen kontinuierlich und flächendeckend zu messen. Die Messergebnisse wurden anhand eines Laborversuchs überprüft. In weiterer Folge wurden diese im Zuge eines Feldversuchs am Semmering-Basistunnel eingebaut. Mit komplementären Technologien wie Laserscanning konnte die Messmethodik auf ihre Anwendbarkeit verifiziert werden.