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Kubisch et al.

HYDRO-LaWa - Neues Echtzeit-Messprinzip zur hochpräzisen Ermittlung von Neigungen und Setzungen zum Deformationsmonitoring

Frank Kubisch
, TU Bergakademie Freiberg
Clemens Schuwerack
, TU Dresden
Jörg Benndorf
, Prof.
, TU Bergakademie Freiberg
Michael Möser
, Prof.
, TU Dresden
Hubert Böhme
, FPM Freiberger Präzisionsmechanik
1. März 2024 | 09.45 - 10.10

Zur Gewährleistung der Stand- und Funktionssicherheit von Dämmen, Staumauern, Brücken, Tunneln, Gebäudefundamenten, Türmen, historischen Bauwerken, Haldenböschungen sowie Bodenbewegungsgebieten sind Überwachungsmessungen von Hebungen, Senkungen bzw. Schieflagen erforderlich. Im Bauwerks-Monitoring werden zur Ermittlung von Setzungen i. d. R. hydrostatische Nivellements sowie zur Neigungsmessung Beschleunigungssensoren oder Inklinometer eingesetzt. Im Markscheidewesen bzw. Bergbau sind Langzeit-untersuchungen von Setzungen, Neigungen, Temperaturen in den Anwendungsgebieten Energiekavernenspeicher, Nachnutzungsinfrastrukturen auf Bergbaufolgelandschaften sowie Untertage von signifikanter Bedeutung. Bisherige Schlauchwaagensysteme werden mechanisch, elektrisch, magnetisch und automatisiert eingesetzt. Optische Zenit- und Nadirlote, Laserlote sowie mechanische Pendellote werden für die Messung von Neigungsänderungen verwendet. Alle mechanisch bewegten Komponenten in den klassischen Setzung- oder Neigungsinstrumenten unterliegen einem starken Verschleiß und müssen nach einer gewissen Zeit umfangreich instandgesetzt werden. Mit der Neuentwicklung der hydrostatischen Laser-Präzisionsschlauchwaage (LSW) ist es nach dem aktuellen Stand der Technik weltweit einmalig möglich, die zwei Messaufgaben Setzung und Neigung in nur einem hochpräzisen Messinstrument zu kombinieren. Dabei besitzt der optisch-elektronische Messaufbau enorme Vorteile aufgrund seiner konstruktionsbedingten Langlebigkeit gegenüber allen weltweit bekannten Messsystemen. Mit der LSW können Setzungen, Neigungen und Temperaturen in Echtzeit ab 1 s, 10 s oder 6 h kontinuierlich und automatisiert bestimmt werden. Die relativen Höhendifferenzen (Setzungen) werden mit einer Standardabweichung von 0,1 mm bis 0,2 mm im vertikalen Messbereich von 200 mm bestimmt. Zudem sind Beschleunigungssensoren integriert, die Neigungsmessungen mit einer Messgenauigkeit von 0,02° erzielen. Die LSW mit dem 0,1 K hochgenauen Temperatursensor wurde unter Langzeittests in der Kälte- und Wärmekammer im Temperaturbereich von -20°C bis +50°C verifiziert. Die Auswertung der erzeugten Messdaten wird in einem Gesamtmesssystem „HYDRO-LaWa“, bestehend aus einem Hard- und Softwarekonzept, verwirklicht, die als Bestandteil in ein größeres Geo-Sensornetzwerk integriert werden kann. In folgenden Anwendungsgebieten wurde das hochpräzise LSW-Messinstrument bis zur Industriereife evaluiert: Förderschacht „Alte Elisabeth“ Freiberg, Kirchen-Monitoring Dresden Leubnitz-Neuostra, Fundament Fernsehturm Dresden, Haldenböschung „Reiche Zeche“ mit Geomonitoring-Station Freiberg, WEV Tunnel-Monitoring Zentraldeponie Leipzig sowie Bodenbewegungs-Monitoring auf dem Kavernenspeicher der STORAG Etzel GmbH.