Long-term monitoring of visually not inspectable tunnel linings using fibre optic sensing / Langzeitmonitoring von nicht visuell inspizierbaren Tunnelinnenschalen mittels Faseroptik

Regular structural assessments of tunnel linings are commonly performed by visual inspection. Crack phenomena and their development over time are essential indicators of changes of the stress regimen. These are the most prominent input data for the structural assessment of linings. Cladding for fire protection or noise control inhibit visual inspection and call for alternative methods of crack detection and monitoring. This paper presents the application of an alternative method which employs distributed fibre optic sensing (DFOS) which is installed on already existing linings. The objective is to obtain monitoring results with best reliability in comparison to conventional inspection. While the application of DFOS with fibres embedded in new linings has already been tested extensively, later installation on existing linings poses various challenges. Based on findings obtained from laboratory and field tests in an operational highway tunnel, we found that by means of later installed fibres with lengths of up to 70 m, strain measurements can achieve accuracies of about 1 &mgr;m/m over 10 mm. This allows the detection of both current and historical crack widths at 0.01 mm precision, conspicuous strain patterns and temperature abnormalities. The system can be mounted onto the inner lining surface which is covered by later claddings and are hence inaccessible to visual inspection. The structural performance can eventually be inferred from interpreted crack patterns.
Die wiederkehrende Prüfung von Tunnelinnenschalen erfolgt üblicherweise mittels visueller Inspektion. Rissphänomene und deren Veränderungen sind dabei wesentliche Indikatoren für Änderungen des mechanischen Spannungsregimes. Risse zählen daher zu den prominentesten Grundlagen für die Zustandsbeurteilung bestehender Innenschalen. In Bereichen mit nachträglicher Verkleidung (z. B. Brandschutzplatten) ist die Innenschale visuell nicht ohne größeren Aufwand inspizierbar, sodass auf andere Methoden der Rissdetektion und -verfolgung zurückgegriffen werden muss. Das Ziel dabei ist eine Bauwerksüberwachung mit einer Zuverlässigkeit, die der visuellen Inspektion möglichst gleichwertig ist. Eine vielversprechende Möglichkeit bieten nachträglich an die Bestandsschale applizierte Glasfasern. Damit wird die Identifizierung lokaler Schäden wie Risse in der Struktur oder unerwartete Veränderungen in Dehnungsmuster und Temperatur möglich. Das System kann nachträglich auf die Betonoberfläche, auch beispielsweise hinter Brandschutzplatten, appliziert werden. Damit können auch nicht einsehbare Bereiche überwacht werden. Aus den gemessenen Dehnungsprofilen kann die effektive aktuelle und historische maximale Rissbreite auf bis zu 0,01 mm genau ermittelt werden und auf das Tragverhalten der Innenschale rückgeschlossen werden. Während der Einsatz von verteilter faseroptischer Sensorik durch im Beton eingebettete Glasfaserkabel bereits erprobt ist, stellt die nachträgliche Applikation besondere Herausforderungen dar. Die dafür durchgeführten Laborversuche, eine Versuchsinstallation in einem bestehenden Tunnel, sowie die Eignung für eine langfristige Bauwerksüberwachung werden hier im Detail vorgestellt.