AT516158A4 - Tübbingelement mit Dehnungsmessung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tübbingelement (100) für eine Tübbinganordnung (600) zur Innenausschalung eines Tunnels. Das Tübbingelement weist einen Tübbingkörper (101) und ein faseroptisches Kabel (102) auf, welches an dem Tübbingkörper (101) derart befestigt ist, dass eine Dehnungsänderung (402) des Tübbingkörpers (101) auf das faseroptische Kabel (102) übertragbar ist. Das faseroptische Kabel (102) erstreckt sich entlang einer Messstrecke (401) entlang des Tübbingkörpers (101), wobei das faseroptische Kabel (102) entlang der gesamten Messstrecke kraftschlüssig mit dem Tübbingkörper (101) verbunden ist. Das faseroptische Kabel (102) ist an eine optische Messeinrichtung (701) zum optischen Messen einer Dehnungsänderung (402) des faseroptischen Kabels (102) entlang der gesamten Messstrecke (401) anschließbar, wobei die Dehnungsänderung (402) des faseroptischen Kabels (102) indikativ für die Dehnungsänderung (402) des Tübbingkörpers (101) ist.
Description
Tübbingeierrsent mit Dehnungsmessung:
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung; betrifft ein Tübbingelement für eineTübbinganordnung zur Innenausschaiung eines Tunnels. Ferner betrifft dievorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Dehnungsänderungeines Tübbingelemmnts für eine Tübbinganordnung zur Innenausschaiung eines Tunnels.
Hintergrund der Erfindung
Im Tunnelbau, insbesondere bet EiUsätz eines kontinuierlichenTunnelvortriebS:,:: werden von einer Tunneibohrmaschine zur Versteifung desTunnels'Vorgefertigte Betonsegmente (sog, Tübbinge} verlegt. MehrereTübbinge ergeben einen kraftschiüssigen geschlossenen Tübbing-Ring.
Der gesamte Tunnel: setzt sich aus einer Vielzahl von: Tübbing-Ringen:Zusammen, welche die Stabilität des:Tunnels garantieren sollen. ZurBeurteilung1 des AUslastungsgrades, insbesondere: in geologischen Storzonen;*:ist die Erfassung der Verformung der Tübbinge dienlich:.
Beispielsweise können Tubhingdeformationen auf der Oberfläche; (dunktueil:mi:ttelS;Totäistatibnen auf1 Prismen oder flächenhaft: mittels Laserscanner:)gemessen: Werden, Allerdings ist eine Messung direktmach dem Einbau derTübbinge kaum: möglich und es ist nur eine Messung; an der sichtbarenInnenseite der Tübbinge möglich, Ferner können Tubbingdeformationen1 imInneren der Tübbinge mittels punktuellen Messungen mit ZviBvScbwlogsaitensenspren oder Faser Bragg Gitter Sensoren ermittelt werden, was jedoch keine vollständige;Erfassung: von Dehnungen und daher keineErmittlung vo n sog, Dehnungs-BötSpots; ermöglicht,: Die Messergebnisse: dergenannten: Messmethoden: erlauben: ferner keine Aussage zumAusiastungsgrad eines fdhhinietements, da unklar 1st, ob mit der Messungeines singulären Messpunktes defacto die maximal beanspruchten Stellen: destibbingelements erfasst wurden, DE 6#4 06 447 T2 Offenbart einen faseroptische Biege- undPobittömerungssensof,: IDer Sensor besteht aus einer Lichtleitfaser mitwenigstens einer UChtimmisstönsfiache, die sich über ein: fei! derLicbtieitfäSerlänge in eine bestimmte Richtung erstreckt,: Der Sensor weistferner1 Mittel: zur Messung von ilntensitätsdifferenzen des; Lichtstrahls zwischenzwei Enden der UchtieitfaSer^üf,. Mittels der Lichtemisslonsfläche wirdermöglicht,, dass Lichtstrahlen:,: weiche aus dersLichtemiss:i:ö:nsfläche austretensich von: anderen Lichtstrahlen unterscheiden zu einem Kern des Liehtieitfaserbrechen:, so dass eine durchschnittliche Krümmung über eine Länge der Fasererfesst/werdeo: kann. DE 10 2011 050 717 Al offenbart einen faseroptischen Sensor, welcher einenoptisch leitenden Faser kern, eine; elektrisch ieitfähige Schicht, die den optischleitenden Faserkern in zumindest einem Abschnitt umgibt, und eine auf dieelektrisch leitfähige Schicht aufgaivanisierte magnetostriktive Schicht umfasst, JP 2003 247 814 A offenbart einen optischen Fasersensor, welche entlangeines Tunnels angeordnet ist. Der Sensor ist an eine Beton wand des Tunnelsmit Befestigungseiementen an den Positionen befestigt, WO der SensorTrennfugen des Betons überschreitet. Entsprechend könnenTrennfugenbewegungen gemessen werden. JP 2014-109536 A offenbart eine Vorrichtung zur Verschleißmessung vonBetonstrukturen. Ein optischer Fasersensor ist an eine Betonstruktur:mittels - S'-
Befestigühgseinheiteb an beiden; Enden befestigt Abweichungen der Lage derBefestif iungselnheiten: des optischen Fasefseosocs werden: gemessen, so dassdaraus ein Ermüdungsverhaiten der Betönsttüktur messbar Ist, 5
Darsteilung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine exakteVerformungsme ss u ng für Tübbingeiemente zu schaffen. 0
Diese Aufgabe wird mit einem Tübbingelement für eine Tübbinganordnung zurInnenausschalung eines Tunnels, durch die Tübbinganordnung und durch einVerfahren zur Messung einer Dehnungsänderung eines Tübbingelements füreine Tübbinganordnung; zur Innenausschalung eines Tunnels gemäß den5 unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemiß einem: ersten Aspekt: der vorliegenden Erfindung: wird einTübbingelemant für eine Tübbinganörinung zur innenausschalung einesTunnels beschrieben. DaS'Tübbingelement weist einen Tübbingkörper und einiO faseroptische# Kabel auf, welches an dem Tübbingkörper derart befestigt lst,:dass eine : Dehnung sänderüng: des Tübbingkörpers auf das faseroptische Kabelübertragbar ist. Das faseroptische: Kabel erstreckt sich entlang einerMessstrecke: entlang des Tübbingkörpers, wobei das faseroptische Kabelentlang der gesamten Pessstrecki kraftschlüssig mit dem Tubbingkprper15 befestigt ist. Das faseroptische Kabel ist an eine optische Messeinrichtung zum:optischen Messen einer Dehnungsähderung des faseföptischeh: Kabels entlangder gesamten: Messstrecke anschileßbar, wobei diepfhnubgslnd^^faseroptischer); Kabels indikativ für die pehnungsäbderung des Tfebbingkörpotsist.
Kl
Gemäß· einem weiteren. Aspekt der vprlleigenden: Erfindung wird eineTübbinganordnung zur Innenaussehstuog: eines; Tunnels beschrieben, welchezumindest ein: erstes oben beschriebenes' Tübibingelement und ein zweitesTübbing element mit einem zweiten; Tühhiogkörper aufweist. Der ersteTübbingkörpr ist ml'dem zweiten Tübbingkörper befestigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird: ein Verfahrenzur Messung einer Dehnungsanderung eines eben beschriebenenTübbingelements: für eine Tübbinganordnung zur Innenäüsschaiung einesTunnels beschriebe^:: Gemäß dem Verfahren wird eine; Dehnungsänderungeines faseroptischen tiabeis entlang einer gesamten: Messstrecke gemessen,;wobei die Dehnuogsänderuni des: faseroptischen Nabels indikativ für die:Dehnunfseoderung des Tübbingkörpers ist. fm modernen Tunnelbau:· werden: Turneibahrmaschinen eingesetzt, weichemittels eines kontinuierilehen Tunnelvortriebs einen zu bildenden Tunnelherstellem 2ur Versteifung des: Tunnels werden die oben beschriebenen(yorgefertigten) Tübbingelemente verlegt. Mehrere TübbingeJemente sindentlang einer Umfangsrichtunt miteinander befestigt: und ergeben somit einenkraftschlüssigen geschlossenen Tubbing-fling (bzw. die oben beschriebeneTu bbinganordnung).
Der Tübbingkörper des Tübbingelements ist beispielsweise aus:: Beton bzw.Stahlbeton gefertigt, Ferner kann der Tübhingkörper beispielsweise einerechteckige Form aufweisen und entlang einer Ebene verlaufen. Alternativkann, gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, derTübbingkörper ein kreissegmentartiges, schalenförmiges Profil ausbiiden.
Das faseroptische Kabel ist beispielsweiseein Lichtielter und bestehtbeispielsweise aus einer oder einer Vielzahl von Kunststofffasern bzw.Kunststofflichtwelienleitern. Das faseroptische Kabel enthält:Fasern für die ychtüberttagung, Die Fasern können entweder aus Glas (Glasfaserkabel} oderaus Kunststoff (Polymerfasef) hefgesteltt sein. Derzeit empfiehlt sieh: für großeIn|tallationen Glasfaserkabel: zu verwenden, da damit Sensorkabellängen biszu I:Q0: fern gemessen werden können. Das faseroptische Kabel kann einenManfefi aufweisen, sodass keine lateralen bzw. seitlich:: abstrahlendenLichtverluste: vorkommen,: Pas Licht wird insbesondere: ausschließlich an denKabeienden des faseroptischen Kabels eingekoppelt oder gemessen.
Das faseroptische Kabel: ist an dem Tübbfng:kÖn>er entlang der gesamtenMessstrecke derart kraftschlussig fixiert, dass keine relative Verschiebungzwischen dem faseroptische Kabel und; darrt Tübbingkörper vorkommt, so dasseine Dehnungsänderung des Tübbingkörpersauf das faseroptische Kabelübertragen wird- Dazu kann das faseroptische Kabel beispielsweise an einerOberfläche des Tübbingkörpers ixieit werden, beispielsweise mittels Klebens.Ferner kann das faseroRtisehe: Kabel im Inneren des Tüfabingkörpers verlaufen,iatsplalsweise kann während des Herstellens, beispielsweise: während desPefpngießens, des: Tübbingkeepers das faseroptische; Kabel eingebrachtwerden, so dass nach Aushärtung des Tübbingkörpers das faseroptische Kabelin dem Tübbingkörper fixiert ist, Entsprechend ist gemäß einer weiterenbeispielhaften Aushlhrungsform das faseroptische Kabel in den Tübbingkörpereingebettet.
Eine Dehnungsänderung beschreibt im Folgenden eine Dehnung, d.h. einerelative Lingeninderang (Verlängerung bzw. Verkürzung) des faseroptischenKabels bzw. des Tübbingfeörpers unter Belastung, beispielsweise durch eineKraft oder durch: eine Temperaturänderung (Wärmeausdehnung), welche aufden Tübbingkörper wirkt. Wenn die Abmessung des Tübbingkörpers oder desfaseroptischen Kabels sich vergrößert, spricht man von einer positivenDehnung (Streckung}:,: andernfalls von einer negativen Dehnung oderStauchung.
Das faseroptische Kabel erstreckt sich entlang einer vorbestimmtenl^essstrecKe entlang des Tübbingkörpers.: Mittels optischer MessverfahrenKann die lokale Dehnungsinderung: des faseroptischen Kabels an einerbestimmten Dtelie der Messstrecke: bestimmt werden. Im Gegensatz zupunktuefien und quasi verteilten faseroptischen Messungen ermöglichen dieerfindungsgemäße kontinuierliche unc verteilte faseroptische Messung: entlangder gesamten Messstrecke· die: Erfassung von Dehnungen entlang dergesamten Messstrecke ohne Unterbrechung, Derzeitige Distanzaufiosungen(Ortsauflösungen) von gängigen Systemen sind 0.5m für Messlängen bis zu100km und einige Millimeter bzw. Zentimeter für Messiängen von < TGQm, Mitder Vorliegenden Erfindung kann kontinuierlich bzw. mit einer hohen□rtsaüfiösung sozusagen lückenlos: eitr pehnungsänderungsverlayf entlang dergesamten Messstrecke bestimmt werden.
Eine lokale Dehhühgsänderung des faseroptischen Kabels ist indikativ miteiner lokalen Dehnungsänderung an dieser Stelle des Tubbingkörpers. Gemäßeiner weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das faseroptische Kabelderart an dem Tübbingkörper angeordnet ist, das vorbestimmteKabelabschnitte vorbestimmten Tübbingkörperabschnitten zugeordnet sind.Somit kann entlang der gesamten: Messstrecke: eine: lokale Dehnungsänderungdes Tübbingkörpers exakt benimmt; werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird mit anderen Worten ein Messkonzept zurräumlich hochauflösenden Verformungsmessung im; Inneren vonTübbingeiementen bereitgesteift. Dies wird bereitgesteilt, indem dasfaseroptische Messkabe! in geeigneter Anordnung: entlang der Messtreeke imTübbingeiement einer Dehnungsmessung (- Strainmessung): unterzogen wird. hierzu wird an das faseroptische Kabel die Messeinrichtung angeschlossemmittels welcher die Messung initiiert:wird.: Zur Dehnunqsinderungsmessungwird Licht in das faseroptische Kabel eingekoppelt und das durchgehende bzw. füCkgestrahlte: Licht ausgeweftet. Eine Auswertemheit der Messeinrichtunganalysiert dabei z.8< die iriiiouihrüekstreuung (BOTDR (Brillouin optical time-domain reflectömetry), B0TDÄ (Brillouin optical time domain analysis), BO FDA(Brillouin optical frequency-domain analysis, etc..,) oder RayleighRuCkstreuung:, Als Ergebnis erhalt man einen Dehnungsänderungswert fürjeden Ort der Faser entlang der Messstrecke,
Je nach .Anordnung des faseroptischen: Kabels an dem Tübbingkörper, können:Verformungen sowohl auf der Innenseite als auch an der Außenseite desTubbingkörpefs erfasst werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann somiteine räumlich hochauflösende Erfassung der Verformung von Tunneltübbingen:bzw, Tübbiigelernenten |n nie htzu gang lieh eh; Steilen bereitgestellt werden.
Daher ist: beispielsweise eine ybliständige Emässüng:1 der Verformung über diegesamte Lebensdauer eines Tunneltübbings bzw. Tübbingelements(Ausschalen, Transport, Einbau, Lastumlagerung, Langzeitverhalten etc.)möglich. Zum Beispiel kann eine Nullmessung bereits nach dem Einlegen desSensorkabels in einem Ärmierungskörb bet der Herstellung desTübbingelements erfolgen. Somit können die Verformungen beim Aushärten,beim Entfernen: der Schalung, beim Transport zum Lagerplatz, während derLagerung, durch den Transport in den Tunnei und/oder bei der Erstbelastunggemessen werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das faseroptischeKabel einenAnfangsbereich (bzw. Kabelanfang) und einen gegenüber vomAnfangsbereich liegenden Endbereich (bzw, Kabelende) auf, zwischen weichensich die Messstrecke ausbiidet. Der Anfangsbereich und der Endbereich sind ineinem Anschiussbereich des Tübbingkörpers angeordnet, wobei sich dasfaseroptische Kabel: aus dem Anschlussbereich schSaufenartig entlang desTübbingkörpers erstreckt. per Anschlussbereich des Tübbingkörpefs kann: beispielsweise aus einerAussparung (sog. : Anseh iüssbökj bestehen, in weicher der Kabelanfang unddas Kabelende; des1 faseroptiseben Kabell pgeöfdhet werden. An den·Kabeiianient: bzw, dem Kaheiehde kanf: die Messeihfiehtüng; ahgeschiossenwerden, Berner kann an dern; Kabelanfang bzw, dem Käbelende ein weiteresfaseroptisches Kabel ähgeschtossen werden, weldbes ebenfalls! in; demselbenTübbingkörper verläuft oder weiches entlang: eines benachbarten:TübbingelementS verläuft:,:
Beispielsweise kann: eine angeSchiossene: Messeinrichtung bzw.
Ei n kop pelein richtung ;ab dem Käbelanfeng; ychtwellen in das faseroptischeKabel einspeisen und; an dem ;:Kabeiend;e das ankommende Licht gemessenwerden, ferner kann das faseroptische Kabe! schlaufenförmig verlaufen, wasbedeutet, dass baCifaseroptiaclIe Kabel entlang gewünschter Bereiche desTubbingkÖrpers verläuft und beide Kabe lenden im Anschlussbereich enden.
Oemäß einer weiteren beispie 1 haften Ausführungsf orm kann das faseroptiscbeKabel ebenfalls linear, bogenartig und/oder mäanderförmig entlangvofbestimmter Bereiche des Tübbingkörpers verlaufen. Dabei könnenbeispielsweise der Anfangsbereicb und der Endbereich des faseroptischenKabels an unterschiedlichen lokalen Bereichen des:Tübbingkörpers angeordnetsein:. So kann beispielsweise der Änfangsbereich des faseroptischen Kabels aneinem ersten Endbereich: des fübblngkorpers: angeordnet sein und mit einembenachbarten faseroptischen: Kabel: gekoppelt; werden und der Endbereich desfaseroptischen Kabels kann an einem; gegenüberliegenden Ende desTübbingkörpers enden und mit einem entsprechend anderen angrenzendenfaseroptischen Kabe! eines weiteren Tübbingkörpers gekoppelt werden.
Da entlang der gesamten Messstrecke ein bestimmter Ort bzw, Messpunkt desfaseroptischen Kabels einen bestimmten Ort bzw. Messpunkt desTübbingkörpers zugeorönet ist, kann entlang der gesamten Messstrecke das gewünschte Deformationsverhalten an jedem Ort desTübbingkorpersgemessen werden,
Gemiß einer weiterem belspielbailen^^usföjirungslpfm:· verläuft dasfaseroptische: Nabe!· derart entlang des TübhingkGrpers;,dass sich zumindestdrei Nabiiabschhitte des faseroptischen Kabels oder zumindest dreiKabelabschnitte: von weiteren faseroptischen:: Kabeln in einem Kreuzungspunkt:kraözen* insbesondere besteht in dern Kreuzphgspunkdirzwisshen dreiNabelabschnitten jeweils ein Winkel}von: ungefähr 60 Grad-:
Oie Nabelabsehnitte in dem Kreuzungspunkt iiegen:; dabei in pickenri:e:htö:ngfd.h, zum Beispiel entlang der Radialriehfung bzw. entlang. der Blcke des;:TpbbingkörperS:, übereinander, Die Kabeläbschnitte: könnert: sich dabetberühren oder beanstandet entlang der Dicke dies Tübbingkörpers fixiert sein,Weisen alle drei Kabelabschnitte im Kreyzungspunkt yntersehiedHcheRichtungen auf, kann man aus den jeweiligen eindimensionalen Messungender Dehnungsänderung entiang der Faserabschnitte eine flächenhafteDehnung berechnen. Vorteiihafterweise weisen die jeweiligen: Kabelabschnitteuntereinander einen Winke! von ungefähr 60 Grad auf.
Gemäß einer weiteren beispieihaften Ausführungsform verläuft dasfaseroptische Kabel entlang eines ersten Oberfiächenbereichs desTübbingkörpers. Das faseroptische Kabel kann beispielsweise direkt auf derOberfläche des ersten Oberfiä che n b e re 1 ch s fixiert werden, beispielsweisemittels Kiebens. Ferner kann der Oberfiehenhereieh beispielsweise; von derOberfläche ausgehend eine Tiefe von ca. 1 bis ca, 15 Zentimeter in demTübbingkörper aufweisen. Entsprechend verläuft beispielsweise dasfaseroptische Kabel: innerhaib dieses Oberfiächenbereichs, das heißt In einerentsprechenden Tiefe ausgehend von der gewünschten Oberfläche von ca. 1bis ca,: 15 Zentimeter, Entsprechend kann die Dehnungsänderung entiang dieses OheiSäcHenbeteichs mii^Sl&::^eS.'::<Bseroptäschen.·Kabels gemessenwerden.
Gemäß: einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform verläuft:: dasfaseroptische label entlang eines zweiten Qherfiächenbefeichs desfühbihgkörpers, Der zweite QbeffläChenbereich liegt dem erstehDberfliebenbereicH des Tübbingkirpers gegenüber. Somit kann: beispielsweiseein faseroptisches Kabel entlang mehrerer öherflächehbeteiche verlaufen, sodass1 entlang aller Öberlächenbereiehe des Tübbingkörpers entsprechendeDehnungsinderungen: mittels nur eines faseroptischen Kabels gemessenwerden können. Somit bönnen Verbindungsstellen zwischen verschiedenenMessdaten reduziert:: werden, so dass die FehleranfäliigfcbiC gering ist-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist: derlübbingkorper eine Neutralachse auf/ welche von einem erstenÖberflächenbereich zu einem gegenüberliegenden zweiten pberflächeniereichinnerhalb des Tübbingkörpers verläuft. Die Neutralachse verläuft derart, dassbei einer Verbiegung: des Tübbingkörpers keine Dehnungsänderung derNeytfäiächse stattfindet, Wobei ein Bereich des faseroptischen Kabels entlangder Neutfeiachse angeördhet ist. Befindet sich der Bereich des faseroptischenKabels entlang der Neutralachse, so kann dieser Bereich des faseroptischenKabels als Referenzbereich herangezogen Werden. Somit kann dieMessgenauigkeit erhöht werden.
Entsprechend weist, gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform desBetnebsveffahfens, der Schritt des Messens der Dehnungsänderung desfaseroptischen labels' entlang der Messstrecke ferner a) Messen einer ersten Dehnungsänderung:: des erstenö b e rf I ächen bereich s, b) Messung einer zweiten Dehnungsänderung, des zweitenÖberflächenberelehs, und c) Bestlrnrrifjrig einer Neutralachse mittels Vergleichs der erstenDehnungsänderung und der zweiten Dehnungsänderung, auf.
GefnäS einer Weiteren beispielhaften Ausführungsform weist des faseroptischeKabel einen Kembefeieh und einen Schutzmantel, welcher den Kernbereichumhüiit, auf. Der Schutzmantel weist eine strukturierte Oberfläche auf, weichemit: dem Tuhbingkgrper kraftschlüssig: gekoppelt ist. In dem Kernbereichverlauft insbesondere die Faser bzw, die Fasern des faseroptischen Kabels. DieStrukturierte:: Dberfjiche; kann beispielsweise aus verschiedenen Erhebungenund: Absenkung, welche ein bestimmtes Muster aufweisen, bestehen. Diestrukturierte Oberfläche: weist beispielsweise haekenähniiche Erhebungen oderRiffelungen auf; so dass hier eine gute kraftschlüssige Verbindung zu demumgebenden TübbingkÖrper hergesteilt werden kann. Dadurch wirdverhindert, dass: eine relative Verschiebung des faseroptischen Kabels relativzu dem Tübbihikörper aufgrund einer starken Dehnungsbeanspruehungentsteht:.
Gemäß einer weiteren beispleihalten Ausführungsform weist dasTübbingeiement ferner ein weiteres faseroptisches Kabel auf, weiches an demTübbing Körper derart: befestigt ist, dass: eine weitere Dehnungsänderung desTübbing körpers auf das weitere faseroptische Kabel übertragbar ist. Dasweitere faseroptische Kabel erstreckt sich entlang einer weiteren Messstreckeentlang des Tübbingkörpers, Das weitere faseroptische Kabel ist an dieoptische Messeinrichtung zum optischen:: Messen einer weiterenDehnungsänderung des weiteren faseroptischen Kabels entlang der weiterenMessstrecke anschileßbar, wobei die weitere Dehnungsänderung des weiterenfaseroptischen Kabels Indikativ für die:: weitere Dehnungsänderung: desTübbing Körpers ist ,
Das weitere faseroptische Kabel: kann:: beispielsweise: seriell mit demfaseroptischen Kaiel beispielsweise: miteinern optischen: Stecker verbunden:;werden. Ferner kann das weitere faseroptische:Käbei:parallel zu dem faseroptischen Kabel angeordnet werden. Damit wird die Messsicherheit: beiZerstörung eines Messkabeiabschnifts, zum Beispiel; bei Bruch öderthermischer Zerstörung, erhöht.
Mit dem oben genannten Ausführungsbeispiel wird verdeutlicht/dass; eineVielzahl von faseroptischen Kabeln, welche jeweils1 eine vorbestimmteMessstrecke: bilden, entlang eines Tübbingkörpers angeordnet sein können.
Die fase topischen Kabel können untereinander optisch: gekoppelt werden:.Terner kann, ein; fassoptisches Kabel oder mehrere faseroptische Kabel mitIhnen Sndberel eben in dem Anschiusshereich des Tübbingkörpers angeordnetwerden; und somit an ein und dieselbe Messeinrichtung angeschiossen werden.Entsprechend kann ein gewünschtes dichtes Metz an Messstrecke angeordnetwerden# um eine gewünschte hochauflösende Messgenauigkeit des;Verformungsverhaltens des Tübbingkörpers zu messen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform:: weist das:Tübbingeiement die optische Messeinrichtung auf, wobei die optischeMesseinrichtung an dem Tübbingkörper angeordnet ist. Die Messeinrichtungkann wie oben beschrieben: beispielsweise in dem Anschlussbereich desTübbingkörpers angeordnet werden.
Alternativ zu diesem oben genannten Ausführungsbeispie! kann eine zentraleoptische Messeinrichtung: außerhalb des Tübbingelements angeordnet sein undmitteis eines Verbindüngskaheis an das faseroptische Kabel gekoppelt werden.An dieMesseinrichtung;können beispielsweise eine Vielzahl von faseroptischenKabeln von weiteren henacHbarten Tübbingeiementen gekoppelt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist dasTibbingeiement eine Einkoppeleinrichtung auf, welche mit dem faseroptischenKabel zum Ein koppeln: von Licht in das faseroptische Kabel gekoppelt ist. DieEinkoppeleinrichtung kann an einer gewünschten Einspeisesteile, beispielsweise in dem Ansehlyssbereich des TübbingkÖtpefS:, angeordnetwerden und mit einer vorgegebenen Lichtintensität Lieht:: in das faseroptischeKabel. einspeisen;,
Gemäß einer weiteren: beispielhaften Ausführungsfofm; weist dasTübbingelement die optische Messeinrichtung auf, wobei das faseroptischeKabel eine Steckerverbihdung aufwelst, an weicher die optische.Messelhrichtühg: oder ein: weiteresifaseroptidches Kabel lösbar ansteckbar ist.Die: iteckerverbindung1 ist: beispielsweise ein feserophseher Stecker. Somit:kannvföriReparatür'· und vW:a:rtunge2Wetke^^dgigi das· faseroptische Kabel vo:nder Messeihrichtüng: oder von: einem weiteren: faseroptischen Kabel gelöstwerden,
Gemißt einer weiteren beispielhaften Kusführungsform weist das faseroptischeKabel: einen:: Referenzbereich: mit:einer Referenzstrecfee des faseroptischenKabe:ls: auf. Die fteferenzstreeke deSifaseröptischen Kabels Istk:raiitube:rtragiungsh“e:i: an dem: Tübbiogkörper angeordnet, so dass eineReferenzdebnuhg. des faseroptischen: Kabels messbar ist, oderdie: Referenzstrecle des faseroptischen Kabels ist mit einer vorbestimmtenDehnung an dem; f übbingkörper angeordnet.
Bei einer teraftübertragungsfreien Kopplung des faseroptischen Kabels an demTübbing Körper wird keine Kraft zwischen: diesem Bereich des faseroptischenKabels und dem Tübbingkörper übertragen, Somit werden ebenfalls keineDehnungen übertragen. In diesem Referenzbereich des faseroptischen Kabels:werden Dehnyngsänöerung ausschließlich: durch äußere Einflüsse, wiebeispieisweise durch Temperaturschwankungen, verursacht. Die gemesseneReferenzdehnung kann den: Messwerten der Dehnungsänderung derangrenzenden Bereiche des faseroptischen Kabels zu Grunde gelegt werden,Mittels des Referenzwerts der Referenzdehnung kann; somit:ein Messergebnisder angrenzenden Bereiche des faseroptischen Kabels bereinigt werden, So dass;eine Dehnungsinderung des faseroptischen Kabels berechnet werdenkönnen:, welche: ausschließlich durch eine Dehnnngsanderung: desTübbingkorpers: und nicht durch äußere Einflüsse; verursacht wurden. Dadurchwird: die Messgenaulgkeit erhöht.
Indern die Referenzstrecke des faseroptischen Kabels mit einer vörbestimmtenDehnung an derm TDbbingkörper angeordnet ist,, kann· somit; ein; bestimmtes;Tübbingelement; Identifiziert werden. Beispielsweise' können eine Vielzahl vonTübbingelementen hergestellt werden, wobei jedes einzelne; eine' individuellevorbestimmte; Dehnung des: faseroptischen: Kabels in dem Referenzbereichaufweist. Somit: kann jedes der vielen Tübbingeiemente zugeordnet undkatalogisiert werden:, Ferner weist dieses:faseroptische Kabel entlang eines:Tübblngkörpers eine: indlvidueSle Signaicharakteristik im NuSlzustand auf, sodass diese SignälchaFakteristik als Referenz dienen kann, um einzelneTIbbingetemente: zu identifizieren.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist dasTubbingelement ferner einen Temperatursensor auf, weicher an demTübbingkörper zum Messen einer Temperatur des Tübbingkörpers angeordnetist. Der Temperatursensör 1st an die optische Messeinrichtung anschließbar,ßei der Messung der Dehnungsänderung des faseroptischen Kabels kannmittels Messens der Temperatur der Dehnungsfaktor herausgerechnet werden,welcher ausschließlich durch die Temperatur eingetragen wurde, Somit wirddie Messgenauigkeit weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Äusfubrungsform weist die optischeMesseinrichtung eine Speichervorriehtung auf, wobei die Speichereinrichtungkonfiguriert ist, die Dehnungsänderung des faseroptischen Kabels über einbestimmtes Zeltinterval] zu speichern. Somit können Dehnungsänderungendes Tübbingkörpers; über ein bestimmtes Zeitintervaii ausgelesen werden undder zeitliche Verlauf der Dehnungsänderung gemessen Werden, Dadurch kann; beispielsweise ein: Ermüdpegsverhaien des Tübbingkörpers analysiert werdenoder tektonische Veränderungen der Tunnelwände untersucht werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist dasTübbingelement einen Ankoppelstecker, weicher mit denn:: faseroptischen Kabelgekoppelt ist, wobei der Ankoppeistecker zu Ankopplung einer portablenMesseinrichtung konfiguriert ist, per Ankoppeistecker befindet sichbeispielsweise an einer zugänglichen Steile am Tübbingkörper, beispielsweiseim Anschjussbereich des Tübbingkörpers, Wird ein Tunnei mit einer Vielzahlvon Tübbingelementen hergesfeilt, kann zu UberprüfungS“ oderWäftüngszwecken jedes Tübbi ngei ern eut einzeln und individuell gemessenwerden, indem an dem Ankoppelstecker die portable MesseinricMuriig lösbarangesehiossen wird.
Wie eingangs beschrieben wird in einer weiteren beispielhaftenAüSfubrungsfqrm eine Tibbinganordnung beschrieben, welche eine Vielzahl anmiteinander befestigten Tübbingeiementen aufweist. Zumindest ein erstesTübbingeiement der Tübbinganordhung ist gemäß den oben beschriebenenAusfuhrungsformen bereitgestelit. Die Tübbingelemente derTübbinganordnung: bilden beispielsweise eine Ringform: aus.
Gemäß einer weiteren .beispielhaften: Ausführungsform der Tübbinganordnung,ist das erste faseroptische Kabel ferner an dem zweiten Tübbingkörper derartbefestigt, dass ferner eine zweite Dehnungsänderung des zweitenTübbingkörpersdüf das erste faseroptische Kabel übertragbar ist. Das erstefaseroptische kabei erstreckt sich ferner entlang der ersten Messstreekeentlang des zweiten: Tübbing körpers.
Mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Verdeutlicht, dass: einfaseroptisches Kabel entlang einer Vielzahl von Tübbingelementen verlaufenkann, so dass mittels eines faseroptischen Kabels Dehnungsändetüngen mehrerer Tübbingkörper entsprechender Tübbi:ng:efeme:nte gemessen werdenkann. Mit einem ein2i:g:en:t&serQpti.sc^e.hi: Kabel; kennen: zahlreicheTübbingelemente gleichzeitig gemessen: 'werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften: Ausführüngsjidrm weist das zweiteTübbingelement ein zweites faseroptisches: Kabel auf, welches an dem zweitenTübbingkirpef'':derä:rtvbeiesti:gt 1st, dass:: eine: zweite Dehnung sä π deamg: deszweiten TühfeibgkQrpers auf dasizwelte faseroptische: Kabel· übertragbar ist,wobei das zweite faseroptische Kabei: sich:; entlang; einer zweiten Messstreckeentlang; des zweiten: Tübbingkörpers:; erstreckt. Das zweite:faseroptische Kaie!an die dptiscle: Messeinrichtung; oder eine' Weitere' optische: Messeinrichtung·zum;: optischen Messen: einer zweiten Dehnungsfndecuhf des zweitenfaseroptischen Kabels ehtiang; der zweiten Messstrecks anschließbar: ist. Diezweite' Debbuh;g;si:ndef:uh:g:::·des;..zweiten faseroptischen Kabels ist indikativ1 fürdie zweite Dehnungsänderung des zweiten Tübbingkörgers.
Beispielsweise kann das zweite Tübbingeiernent gemäBden Obenbeschriebenen Ausführung sfo r me π des Tüb b in ge I e me n ts äusgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahrenzur Hersteilung: des oben beschriebenenTübbing Tübbinganorönuhg zur innenausschaiurtg eines Tu nnels :beschrieben. Gemäßdem Herste!! verfahren wird das faseroptische Kabel an einem: Tübbingkörperderart befestigt, dass eine Dehnüngsinderuiig des; Tübbingkörpers auf dasfaseroptische Kabel übertragbar ist.
Gemäß einer beispielhaffeh Ausführungsform des Herstellverfahrens weist derSchritt des Befestigens; eines faseroptischen Kabels an dem: Tübbingkörper einBereitsteilen eines Bewehrungsgitiers auf. Ferner Wird das faseroptische Kabelan dem Bewehrungsgitter befestigt. Anschließend wird der Tübbingkörper gegossen, indem Betonmaterial um das: Bewehrungsgitter gegossen wird, sodass das faseroptische Kabel in dem Tübbingkörper eingebettet ist.
Das: Bewehrüngsgitter (bzw. Afmiefungseisen) besteht insbesondere ausStahl, Beim berstelten der Tühbingkörper wird eine gewisse Anza.nl anBewehruhgsgitter in eine Gussform bzw, in einer Verschalung angeordnet:. Aufdem Bewehrühgsgitter wird änschiießend das faseroptische Kabel ingewünschter Konfiguration befestigt, Dies-kann beispielsweise mittelsFestbindenS: oder Kiebens durch geführt: werden. Anschließend wird in die Formbzw. in die: Verschalung eine gewünschte Menge an Beton gegossen. Derflüssige Beton umgibt das Bewehrühgsgitter und entsprechend dasfaseroptische: Kabel, hiech: dem Aushalten des Betons ist das faseroptischeKabel in dem so dass eine kraftschlussige
Verbindung zwischen: dem faseroptischen Kabel und dem Tübbingkörpervorliegt.
Zur zuverlässigen1 Dehnungsübertragung des Tübbingkörpers auf dasfaseroptische Kabel entlang der gesamten Messstrecke kann das faseroptischeKabel beispielsweise auf das Bewehrungsgitter bzw, das Armierungseisenaufgeklebt werden oder zürn Beispiel in Schütze des Bewegungsgitters bzw.des Armierungseisens befestigt werden. Zusätzlich kann, wie obenbeschrieben, das teseröptische Kabel einen strukturierten Schutzmantel bzw.Schutzhille zur besseren Anbindung an den Tübbingkörper aufweisen.
Mit der oben beschriebenen Erfindung werden die Tübbingelementebereitgesteilt, deren Dehnungsänderung exakt;bestimmt weiden kann. DieDehnung sä hderung kann beispielsweise aufgrund von tektonischenVeränderungen der Tunneiwände, aufgrund von Ermüdungserscheinungen derTübbingelemente oder durch Faktoren während des Herstellens und desEinbaus der Tübbingelemente verursacht werden. ^Zusätzlich: zuden oben stehenden Verform ungsmessungeh. kann mit dem obenbestimmten optischen Messverfahren die Entwicklung der Festigkeits- und^pföHmungs'pahämeter des für die Tübbinghersteilung verwendeten Materialsermittelt werden,: Wichtig ist dabei die Materiatparameterzu jenen Zeitpunkten::zu ermitteln, zu weichen die oben stehenden Verformungen derTübbirigeiemente gemessen werden. Nach: Vorliegen der Festigkeits- undVerfermringsperaimeter des Tübbing materials: der Tübbirigeiemente kann einentsprechendes· Materialgesetz für die Tyböfngelemerite ermittelt werden.Unter Zugrundelegung dieses ermittelten: MaterialgesetieS: und denMessergebnissen der Verformungsänderühgeh können an den MesssteHen die:mechehiseh: wirksamen Zug- und Druckspannungen ermittelt werden. Dieermittelten: Zug- und Druckspannungen im Tübbingelement werden in weitererFolge den über geotechnische Laborversuche ermittelten Festigkeitswertengegenubergestelit. Der Quotient aus den mechanisch wirksamen Zug- undDruckspannungen und den: zugehörigen Festigkeitswerten ergibt denAusiastungsgrad des Tübbihgeiements,
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen: Ausfuhrungsformenlediglich: eine beschränkte Auswahl an mögiichen Ausführungsvarianten derErfindung: dar steilen. So ist es möglich, die Merkmaie einzelnerAusführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dassfür den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahlvon verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offen hart a rvzusehensind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mitVorrichtungsansprüchen: und: andere Ausführungsformen der Erfindung mitVerfahrensansprüchen: beschrieben:. Dem Fachmann wird jedoch bei derLektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizitanders angegeben, zusätzlich: zu einer kombination von Merkmalen, die zueinem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebigeKombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen vonIrfindungsgegenstinden: gehören.
Kurze Beschreibung: der Zeichnungen
Im Folgenden: werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es Zeigen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tubbingelements gemäß einerbeispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines; gebogenen Tübbingelements:gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegendenErfindung,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines gestreckten Tüobingefementsgemäß einer beispethaften Ausfphfungsfbrm der·'Vorliegenden.
Erfindung,
Fig. Geweift ein DJlgimmm einer'Dehhungslnderung:: eines TübbingelementS:entlang einer bestimmten Messstrecke gemäß einer beispielhaften::Ausfuhruh:§Sfprrn; def:Vörl:leiehden Erfindung, fig., 5 Zeigt ein Diagramm einer Dehnungsänderung des 1"Übbingelements ausFig. 3,: füg. 6 zeigt dine schematische Darstellung einerTübblnganordnung gemäßeiner beispielhaften Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 zeigt eine schematise!« Darstellung elfter TubMnganordnung Und einerweiteren Tübhlnganördnung gemäß: einer beispielhaftenAUsfy h ru n gsfo rm -dsh vo ri i egend e n: Brfi hd ung,.
Fig. 8 zeigt eine; schematische Darstellung: eines verformten Tüb bin ge! ©meritsgemäß einer b:eisp:iei!allen Äusführungsform der vorliegendenErfindung,
Fig, 9 zeigt:ein, Diagramm einer Dehnungsihderung:entlang, einer Messstfeckedes TuPblngelements äüäjFig, 8,
Fig. 10 zeigt eine schematische:'Darstellung: eines Tübbihgelfmenfs mit einem;Referenzbereich gemäß einer beispielhallen Auäfpruhgsfprm dervorliegenden Erfin d u n g,:
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines faseroptischen Kabelsgemäß einer Beispielhaften Äusführungsform der vorliegendenErfindung,
Fig. 12 zeigt eine schematische: Darstellung eines in der Zeichenebene: abgerollten 'Fübbingeiemehts, welches in Maasseg mente gemäß: einerbeispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeteiltist,
Fig, 13 und Fig. 14:::zeigen Schematische Darstellungen eines·nicht gekrümmten Und eines gekrümmten Messsegments aus Fig. 12 gemäßeiner beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung eines lOBIbingkorpers mit einem:mäanderförmigen Verlauf des faseroptischen Kabels gemäß einerbeispielhaften Äusführungsförm der vorliegenden Erfindung, und
Fig. IS bis Fig. 18 zeigen schematische Darstellungen eines Tübbingkörpersmit; einem Verlauf des faseroptischen Kabels, bei welchem sich jeweilsdrei Abschnitte des faseroptischen Kabels in einem Kreuzungspunktkreuzen, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegendenErfindung,
Detaillierte Beschreibung von exernplahschen Äusfühf üagsfofmen
Gleiche oder ähnliche: Komponenten in untefschiedliCheh kigyceh-sind mit;gleichen Bezuglziftem: versehen.; Die.Darstellungen in den: Figuren sindschematisch.
Fig« 1 zeigt ein Tübbingelement 100 für eine Tübbinganordnung: 600 zurInnenausschsiung eines Tunnels gemäß einer beispielhaften Ausführungsformder vorliegenden Erfindung. Das Tübbing element 100 weist einenTübbingkörper 101 und ein faseroptisches Kabel 102 auf, welches an demTübbingkörper 101 derart befestigt ist, dass eine Dehnungsänderung 402 desTubbingkörpefs 101 auf das faseroptische Kabel 102 übertragbar ist. Daslaseroptische Kabel 102 erstreckt sieh entlang einer Messstrecke 401 (sieheinsbesondere Fig. 4) entlang des Tübbingkörpers 101, wobei das faseroptischeKabel 102 entlang der gesamten Messstrecke kraftschiüssig mit demTübbingkörper 101 befestigt ist. Das faseroptische Kabei 102 ist an eineoptische; Messeinrichtung 701 zum optischen Messen einer Dehnungsänderung402 des faseroptischen Kabels 102 entlang der gesamten Messstrecke 401anschließbar, wobei die Dehnungsinderong 402 des faseroptischen Kabels 102indikativ für die Dehnungsänderung 402 des Tübbingkörpers 101 ist. Somitkann kontinuierlich bzw. mit einer hohen Ortsaufiösung sozusagen lückenlosein Dehnungsänderungsverlauf entlang: der Messstrecke 401 bestimmtwerden.
Das Tübbingelemenf: 100 dient zurVersteifung:: eines Tunnels, MehrereTübhihgeiemente 100 sind entlang· einer DmfahgsfSchtung: 112 miteinanderbefestigt und ergeben somit einen kfäftsCbiussigeh geschlossenen Tübbing-Ring (bzw. Tübbsnganordnung 600,: siebe Fig. 6). Eine Axisirichtuhg 113beschreibt eine Tunneliängsachsenrtebtungi und eine RadislFicbtuhg 114beschreibt eine Richtung senkrecht: zur Axlairiehtüing 113 und zurUmfangsfiehtung 112,
Der Tübbingkörper 101 des Tübbingelements 100 ist beispielsweise aus Betonbzw, Stahlbeton gefertigt. Der Tübbingkörper 101 bildet in der beispieihaftenAusführdngsforrn in Fig, 1 ein kreissegmentartiges, schalenförmiges Profil aus.
Das faseroptische Kabel 102 ist ein Lichtleiter. Das faseroptische Kabel 102 istan dem Tübbingkirper 101 dersrtfsxiert, dass keine relative VerschiebungZwischen dem faseroptische Kabel 102 und dem Tübbingkörper 101vörkommt, so dass eine Dehnungsänderung des Tübbingkörpers 101 auf dasfaseroptische Kabel 102 übertragen wird. Das faseroptische Kabel 102 verlauftim; Inneren des Tübbingkörpers 101. Beispielsweise kann während desHefsteiiens, beispielsweise während des Betongießens, des Tübbingkörpers101 das faseroptische Kabel 102 eingebracht: Werden.,: sp· dass nachAushärtung des Tübbingkörpers 101 daS faseroptische:; Kabel 102 m demTüböihgkörper 101 fixiert ist;
Das Faseroptische Kabel 1:02 (in Fig. 1; als gestrichelte Linie:. dargestellt)erstreckt sich entlang: eifter vorbestimmten Me:s:sstreeke;4pl: (siehe Diagrammin Fig. 4) entlang des Tübbing kör pers H'iSSiSVierfahren kann idle lokale Dehnuftpahderung des: faseroptischen:: Kabels 102 an einerbestimmten· Stelle der Mpssstrecfee 40.1: bestlmmt;werdeft<': Diese lokaleDehnungsänderung des faseroptischen Kabels 102 ist Indikativ mit einerlokalen Dehnungsänderung an dieser Stelle des TübhlngkÖrpers 101, Vörbestimmte Kahelätahnitte sind vorbestimmten Tübbingkörperabschnittenzugeördnet. Somit Miln entlang der gesamten Messstrecke 401 eine lokaleDehnungsänderung des Tübbingkörpers 101 exakt bestimmt werden,
Das faseroptische Kabel 102 ist an der Messeinrichtung 701 (siehe Fig. 7}angeschlossen, mittels welcher die Messung; Initiiert wird. ZurDehnungslnderungsmessuni wird Licht In das faseroptische Kabel 102 kanneingekoppelt: lind das: durchgehende bzw. rückgestrahlte Licht ausgewertet.Eine Auswerteinheit der Messeinrichtung 701 analysiert dabei z.B. dieBfillouinrückstreuung öder Rayleigh Rückstreuung, Ais Ergebnis erhält maneinen Dehnungsänderungswert für pdeo Oft des faseroptischen Kabels 102entlang der Messstrecke 401.
Je nach Anordnung des faseroptischen Kabels 102 an dem Tübbingkgrper 101,ikinnen Verformungen sowohl auf der Infienseite, d.h. entlang eines ersten©berflächenbereichs 106, als auch an def Außenseite, d. h, entlang eineszweiten Öberflächenbereichs: 1©7>: dWTübbmgkörpers 101 erfasst werden,:Somit kann eine räumlich hochauflösende Erfassung der Verformung vontu n ne itübb Ingen: bzw, Tübhingelemehten 100 an nichtzugänglichen Stellenbereitgestellt werden.
In Fig, 1 verläuft das faseroptisch# Ksbei 102 entlang des erstenOberfiächenbefeiChs 106 und entlang des zweiten: ©berflächenberelchs 107des Tübbingkörpers: löl. Entsprechend kann die DehnuHgsanderung entlangder OberfSächehbefeiche 106, 107 mittels des faseroptischen Kabeis 101gemessen wefdeb,
Das faseroptische^ Kabel 102 kann: mit dem Tübbingkprper iöi fixiert werden,,indem das fasefoptische Kabel 102:: beispielsweise: punktuell mitArmierungseiseh imllübbihikörper 102 (mit z.B. febelbindern) verbunden werden oderi^ Kabel 102 linienweise aufbzw. in die
Armierungseisen geklebt wird.
Nach; dem Einlegen des faseroptischen Kabels 102 im Tübbingkörper 101 wirddie Lage des faseroptischen Kabels 102 im Tübbingkörper 101 kartiert, umeine Zuordnung der Messung (Strain;: (Dehnung) auf Kabelmeter (Messtrecke) I, siehe Fig. 4|; zu einem Ort im Tübbingkerper 101 (Strain auf Position x,y,z)zu ermöglichen. Die Kartierung kann unter Zuhilfenahme vonDistanzmarkierungen auf der Faser- bzw. Kabeioberseite erfolgen, Für genaueOrtszuordnungen kann die Lage des faseroptischen Kabels:: 102 auch mitgeoditischen Messmethoden erfasst werden.
Das faseroptische Kabe! 102 in Fig. 1 weist; einen Anfangsbereich 103 (bzw.Kabeianfangi und einen gegenüber vom Anfangsbereich 10:3 HegendenEndbereieh 104 (bzw. Kabeienöe} auf, zwischen welchen sich die Messstreeke401 ausbildet. Der Anfangsbereich 103 und der Endbereich 10# sind in einemArisch iussberetch 105 des TubbingkÖrpers 101 angeordnet, wobei sich dasfaseroptische Kabel 102. aus dem Änschiussbefeieh 105 schiaufehartig entlangdes: Tübbingkörpers: 101 erstreckt.
Der AnschiUssbefeichlOS'des Tübbingkörpers 101 kann beispielsweise auseiner Aussparung bestehen, in welcher der Kabeianfang und das Kabetendedes; faseroptischen KabelS: 102 angeordnet werden. An den Kabetahfang bzw,dem Kabeiende kann die Messeinrichtung 701 angeschiassen werden. Ternerkann an dem Kabelahfäng bzw. dem Kabetende ein weiteres faseroptischesKabel ahgeschiosseh; werden, welches ebenfalls in demselben Tübbingkörper101 Verlauft oder weiches:: entlang eines benachbarten Tübbingelementsyerfiyft:
Die optische Messeinrichtung 701 kann beispielsweise in dem Anschtussherftlch105 des Tübbingkörpers 102 angeördhet werden.
Das Tübbingeiement 102 kann ferner einen Temperatursensor 111 aufweisen,welcher an dem Tübbingkörper 101 zum Messen einer Temperatur desfübbingkörpers lÖl angeordnet ist. Der Temperatursensor 111 ist an dieoptische Messeinrichtung 701 anschiießbar. Da die Signale von verteiltenfaseroptischen Kabeln 102 nicht nur auf Dehnungen sondern auch aufTemperaturanderungen sensitiv sind, kann eine Temperaturkorrekturdurchieführt werden. Bei der Messung der Dehnungsänderung desfaseroptischen Kabels 102 kann mittels: Messens der Temperatur derDehnungsfaktor herausgerechnet werden, welcher ausschließlich durch dieTemperatur eingetragen wurde. Somit wird die Messgenauigkeit weiter erhöht,
Die optische Messeinrichtung 701 weist ferner eine Speichervorrichtung auf,wobei die Speichereinrichtung konfiguriert ist, die Dehnungsänderung desifeseroptischen Kabels 102 über ein bestirnmtesZeitintervali zu speichern.Somit: können Dehnungsänderungen des Tübbingkörpers;: löl über einbestimmtes Zeitintervali ausgeiesen werden und der zeitliche Verlauf derDehnu ngsä nderung ge messen werden,
Mg. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines gebogenen Tübbingelements100, während Pig. 3 ein weniger gebogenes Tübbingeiement 100 däfstelit.:
Durch die Messung von Dehnungen bzw. Dehnungsänderungen entlang desersten Oberflaebenbereichs 106 und des zweiten Oberflächenbereichs 107(d.h. der Ihheh- und Außenseite) des Tubbingkorpers 102, kann eineVerbiegung des Tübbingkörpers 102 festgestellt werden. Ferner kann einePosition: der ineutraien: Linie 201 errechnet werden.
In der:Ftg.Z: dargestellten Verflachung des Tübbingkörpecs; 101 verlängert sichbiispieisweise der Abschnitt (a), Abschnitt (b) und (d) bleiben gleich und
Anschnitt (c) verkürzt sich. Entsprechende Dehriungsähderungen wirken aufdas faseroptische Kabel M2,.·
Die Neutraiachse: Ml verläuft derart, dass bei: einer Verbiegung desTübbiogkbrpers 101 keine·. Peh:Rüh|sähderüd:g: der Neutralachse pättfindetr:wobef ein: Bereich des faseroptischen Kabels 102: entlang der Meutraiachse: 201angeördnetrist, Befindet: sich der Bereich: des faseroptischen Kabels 102entlang der Neutraliehse 201, so kann: dieser Bereich des faseroptischen:Kabels 102:: als Befere naher eich h er an gezogen: werden. Somit kann dieiMessfenadlgkeit erhöht werden, ln Fl:g„ 4:Wird: ein Diagramm dargestelJt, in Welchem eine: Dehnungsänderung:402: (Strain! entlang der: Messstrecke 401 (Länge [m]) dargesteilt ist. Einpositives Vorzeichen -f der Dehnungsänderung 402 gibt eine Dehnung aneinem Bereich der Messstrscke 401: an und: ein negatives Vorzeichen - derBshnungsänderung: 402 gibt eine Stauchung an einem: Bereich derMessstteeke 401 an, in FIQ. S ist in dem Diagramm die :Messstreck:e:401 des faseroptischen Kabels.:102.: aus Fig. 3 beispielhaft dargestpllL Der Abschnitt (a) dehnt sich, Abschnittfl) und (c) bleiben: gleich und Anschnitt (c) Verkürzt (staucht) sich.Entsprechende: Dehnungsänderungen Wirken auf das faseroptische Kabel 102und sind in dem Diagramm alsfig. 5 ablesbar.
Fig, Szelgt eine schematische Darstellung einer Tülbbinganordnung: 00:0gemäß einer beispielhaften AUsführuogsfgrm der vorliegenden Erfindung:, :DleTübbinganordnung 600 weist eine Vielzahl miteinander befestigter erster undzweiter Tübbingelementen 610, 620 auf. Zur besseren Übersichtlichkeit sindnur jeweils eines der ersten Tübbingelemente 610 und eines der zweitenTübbingelemente 620 mit Bezugszeichen versehen. Zumindest ein erstesTübbingeiement 610 der Tübbinganordnung 600 ist gemäß dem oben beschriebenen Tdhbfngefement 100 bereitgesteilt. Pie Tübbingeiemente 610,620 der Tübbfnganorbnung 600 bilden beispielsweise eine Ringform aus. ieim kontinuierlichen Tunnelvortrieb werden von der Tunnelbohrmaschine zurVersteifung; und Ausschälung des Tunnels vorgefertigte erste und zweiteTübbingelemente 610, 620 verlegt. Mehrere Tübbingeiemente 610, 620ergeben dabei einen: kraftschlüssigen Ring» Per gesamte Tunnei setzt sich auseiner Vielzahl von derartigen; Ringanordnungen 600 zusammen, welche die^Stabilität des Tunnels garantieren;so!;le:n. Tur Beurteilung des;Äusiastungsgrades, insbesondere in geologischen, Störzonen,, ist die Erfassung:der Verformung von Tübbingeierrienten 610r 620 hilfreich.
Jedes der Tübbingelemente 610, 620 kann; ein entsprechendes faseroptischesKabel 102 aufweisen, An den: lehnlÄ den Tübbingelementen 610, 620 können entsprechende optische Stecker angeordnet sein, welche beikorrekter Positionierung der jeweiligen: Tübbingeiemente 610, 620 zueinanderautomatisch eine optische Kopplung zwischen den: entsprechendenfaseroptischen: Kabeln 102 der Tübbingelemente: 610, 620 ausbilden.Beispielsweise kann hierzu an den Schnittstellen der Tübbingelemente 610,620 Pos it ions marken, beispielsweise in das 'Beton materia i der entsprechendenTübbingeiemente 610, 620, angeordnet bzw. eingegossen werden, um eineexakte Positionierung der entsprechenden Tübbingeiemente: 610, 620zueinander sicherzustelien. Somit kann eine effektive Anordnung mehrererTübbingeiemehte 610, 620 geschaffen»werden, so dass automatisch optischeKopplungen zwischen den Tübbingelementen 610, 620 ohne aufwändigeJustageschritte gebildet werden können. F»g. 7 zeigt eine schematische: Darstellung einer Tübbängähordnung 600 undeiner weiteren Tühhinganordnung 700 gemäß einer beispielhaftenAusführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Tübbinganordnungen 600, 700 werden entlang: der ÄxlaSnchtyngrllB des Τοηπ:6:ίΐ hintereinanderbefestigt und schalen den: Tunnel somit aus.
Das erste faseroptische Kabel 102: bzw. 712 verläuft: beispielsweise entlangdem ersten Tübbingkörper 711 und: ist ferner an dem zweiten Tübbingkörper721 derart befestigt^ dass ferner eine zweite Dehnungsiänderung des zweitenTübbingkörpers 721 auf das erste^seroptische:ii<abeir2i2 übertragbar ist. Daserste· faseroptische: Kabel 712 erstreckt sich z.B. ferner entlang, derPessstrecke 401 entlang des zweiten Tübbingkörpers 721, Das erstefaseroptisches Kabel 712 kann entsprechend entlang: einer Vielzahl vonTübbingelementen 610, 620 verlaufen, so dass mittels eines erstenfaseroptischen Kabels 712 Dehnungsänderungen mehrerer Tübbingkörper 711, 721 entsprechender Tübbingelemente 61Ö, 62:0 gemessen werden kann,
Terner 'weist,, wie in Fig. 7 bafgestelit, das zweite Tübbingelement 620 einzweites faseroptisches Kabel 722 auf, welches an dem: zweiten Tübbingkörper72.1 derart befestigt ist, dass eine zweite De h n u n gs a ride rung des zweitenTübbingkörpers 721 auf das zweite faseroptische Kabei722 übertragbar ist,wobei das zweite faseroptische Kabel 722 sich entlang einer zweitenMessstrecke entlang; des zweiten Tübbingkörpers:: 620 erstreckt. Das zweitefaseroptische Kabel 722 ist an bis optische Messeinrichtung 701 oder eineweitere optische Messeinrichtung zum optischen Messen einer zweitenDehsuhgsänderuhg: des zweiten faseroptischen Kabels 722 entlang derzweiten Messstrecke anschiießbar. Die zweite Pehnungsänderung des zweitenfaseroptischeh Kabels;722 ist indikativ für die zweite Dehnungsänderung deszweiten Tü:bbingkör:pers:: 620,
Wie in Fig, 7 dargesteiit, kann eine zentrale optische Messeinrichtung 701außerhalb der Tübbingelemente 610, 620 angeörönetsein und mittelsentsprechender Verbindungskabei 702, 703 an die faseroptische Kabel 712, 722 gekoppelt werden. An die Messeinrichtung 701 können beispielsweise eine
Vielzahl von faseroptischen Kabeln 71?, 722 von weiteren benachbartenTübbingelementen 610, 620 gekoppelt werden. An entsprechendenAnschiussbereichen 715, 725 der Tübbingelemente 610, 620 können diefaseroptischen Kabel 712, 722 an die Niesseinrichtung 70.1 gekoppelt werden.
Zur besseren Übersichtlichkeii; sind nur zwei der in Flg. 7 dargesteütenTühhingelemente und deren Komponenten mit Bezugszeichen versehen.
Die faseroptischen Kabel 712, 722 können mittels optischer Steckerverbindunglösbar miteinander öder an eine Messeinrichtung 701 koppeibar seinansteckbar ist.
Ferner kann .beispielsweise in einem Anschiussbereich 715, 725 eines:TÖbbihgelements ölö, 620 ein Ankoppelstecker angeordnet werden, welchermit dem faseroptischen Kabel 712, 722 gekoppelt ist, wobei derAnkoppefsteeker zu Abkopplung einer portablen Messeinrichtung konfiguriertist. Wird ein Tunnel mit einer Vielzahl von Tübbingelementen hergestellt, kannzu Überprüfungs- oder Ärfeungszwecken jedes Tübbingelement 610, 620einzeln und Individuell: gemessen werden, indem an dern Ankoppelstecker dieportable Messeinrichtung lösbar angeschlossen wird,
Ferner kann eine Einkoppeieihrichtung in einem Anschiussbereich 715, 725eines Tübbingelements 610, 620 angeordnet oder temporar angeschlossenwerden, wobei die EinkoppeleinriChtuhg mit dem faseroptischen 712, 722Kabel zum Ein koppeln von; Licht in das faseroptische Kabel 712, 722 gekoppeltist. Die EinkoppeleinRChtüng kann dadurch mit einer vorgegebenenUchtintensität Licht in dasfaseroptische Kabel 712, 722 einspeisen.
Ferner kann ein faseroptische Kabel 712, 722: entlang der Axialrichtung 113des Tunnels über eine Vielzahl von hintereinander an geordneterTübbinganordnung 600, 7ÖQ: verlaufen, Sokann beispielsweise am
Tunneianfang an einer ersten Tübbinganordnung 600 eineifnkbpjiefeinrfcötlini angeschiossen werden, welche das Licht in dasentsprechendef Äsereptische kabei: 712, 722 einspeist. Am Tunnelende kannbeispielsweise an der letzten Tübbinganordnung 700 die Messeinrichtung 701angeschlossen werden:,
Ferner das entsprechende faseroptische Kabel 712, 722 entlang einer erstenRichtün:| entlang der Tübbinganordnüngen 660, 760 iron einem Tunnelanfangbis zu einem Tunneiende entian|: der Axiafrichtung 112 verlaufen. AmTunnetende kann elne Schieife: des entsprechende faseroptische Kabel 712, 722 ausgebildet werden, so dass das entsprechendelaseroptische Kabel 712,722 entlang einer zweiten Riebtung entlang der Tübbinganordnüngen 600, 700 von dem Tunneiende bis zu dem Tunneianfang entlang der Axialrichtung113 verlaufen::. So kann am Tunnelanfang in einem Tübbingeiement 710, 720die Esnkoppeieinnchtung und die: Messeinrichtung 701 angeordnet werden undsomit von einer Stelle die gesamte Dehnungsmessung für den gesamtenTunnel durchgefyhrt werden. Das entsprechende faseroptische Kabel 712, 722kann zwischen den TQbbinganordnungen 600, 700 unterbrochen sein undmitte! optischen Steckverbindungen optisch gekoppelt werden.
Zudem kann beispielsweise in der Tunneimitte an einer Tübbinganordnung600, 700 eine portable Messeinrichtung an das faseroptische Kabel 712, 722angeschiossen werden. Bei: einer Zerstörung des faseroptischen Kabels 712,722 in der Tunneimitte kann beispielsweise der jeweilige Bereich von derZerstörungsstelie bis zu dem Tunnelende dennoch gemessen werden.
Ferner kann ein Signalsplitter angeordnet werden, welche einen Teil des Lichtsweiterleitet und eitlen: anderen Teil reflektiert. Somit kann an derEinspeisestelle ebenfalls eine: Messeinrichtung angeordnet werden, um dasreflektierte Licht zu messen. Zudem ist es möglich entlang eines längerenTunnels Licht Verstärker anzuordnen, um die Signaiintensität zu erhöhen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Parateilung eines: verformten Tübbingeiements100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,Das Tübbingelement 100 wird eine einer bestimmten Stelle entlang des erstenOberflächenbereich 106 Lokal betastet und; überdehnt (siehe: Stelle c'). fig, 9 zeigt bin Diagramm einer Dehnungsänderung entlang einer Messstrecke401:deS::Tübbiö:gfete:fn;e:nts I00 aus Fig, 8. In; dem Diagramm wird exakt dielokal beiastete Stelle ^ ersichtlich. Es ist somit mit der vorliegenden Erfindungmöglich, töfcä! ghclereS: Dehnungsverhalten zu erkennen.
Fig, 10 Zeigt ein Tübbihgelement Γ00 mit einem Referenzbereich 1001 bzw.einer Referenzstrecke des faseroptischen Kabels 102 gemäß einerbeispielhaften Äusführuhgsförm der vorliegenden Erfindung, Derieferenebereich 1001 ist kr a ftϋbertragungsfrei an dem: Tühblngkofper 101angeordnet,: so dass eine Referenzdehnung des faseroptischen Kabels 102messbar ist. Dies kann z.B> realisiert werden, indem das faseroptische Kabel102 in einem Abschnitt im Tübbingkörper 101 lose in einem Leerrohr lOOZgeführt ist.
Bei einer kraftübertragüngsfreieh Kopplung des faseroptischen Kabels 102 ahdem Tübbingkörper 101 wird keine Kraft zwischen diesem Bereich desfaseroptischen Kabels 102 und dem Tübbingkörper 101 übertragen. Somitwerden ebenfalls keine Dehnungen übertragen. In diesem Referenzbereich1001 des faseroptischen Kabels werden Dehnungsänderung ausschließlichdurch äußere Einflüsse, wie beispielsweise durch TemperaturschWahkungen,verursacht, Die gemessene Referenzdehhuhg kann den Messwerten derDehnungsänderung der angrenzenden Bereiche: des faseroptischen Kabels 102zu Grunde gelegt werden:. Mittels des Referenzwerts der Referenzdehnungkann somit ein Messergebnis der angrenzenden Bereiche des faseroptischenKabels 102 bereinigt werden, m dass eine Dehhühgsänderung des faseroptische Kabels 102 berechnet werden können, welche ausschließlichdurch eine Oehnungsänderuhg deftÄ 101 und nicht durch JUiere Bnflusse verursacht wurden,
Der Referenzbereich lööl bzw. die Referenzstfecke: des faseroptischen Kabels102 kann ferner mit einer vorbestirhmten Dehnung:: an dem Tnbbinpörper 101angeordnet: sein. Indem die Referenzstrecke desfaseroptischen Kabels 102mit einer vorbestimmten Dehnung an dem Tubblngkörber löl: angebrclnelIst,kann somit ein bestimmtes Tübbingelement löO identifiziert Werden.Beispielsweise können eine Vielzahl von Tübblngelementeh 10Q hergestelltwerden, wobei jedes einzelne eine individuelle vöriestitnmte Dehnung desfaseroptischen Kabels: 102 in dem Referenzbereich 1001 bzw. dersReferenzstrecke aufweist. Somit kann jedes: der vielen Tübbingelemente 100zugeordnet und kataioglslerfc werden,
Flgi. il zeigt eine schematische Darstellung eines faseroptischen Kabels 102gemäß: einer beispielhaften Ausführungsförrm Das faseroptische Kabel :102weist einen Kernbereich 1100 und einen· Sehutzmahtef iTöf, welcher denKernbereich noo umhüllt, auf, Der: Schutzmiahtel 1101 rWeiäbeihestrukturierte Oberfläche auf, weiche mit dem Tubbingkörper löl kraftschlüssiggekoppelt ist, indem Kernbereich 1100: VeriaUft:bzw, Verläufen insbesondereim Kern 1004 die: Faser bzw, die Fasern; deslfaseroptischen: Kabels· 102, Indem Kernbereich 1100 kann um den Kern 10:4/ ein:14ehtef 1104 angeordnetsein, welcher Wiederum: von einer BeschiChtUng: 1:10:2; Umhüilt sein kann.:
Fig, 1:2 zeigt ein: In der Zeichenebene abgefpItäS Tübbingelement 100,welches in Messsegmente 1201 gemäß eingeteilt ist.
Das faseroptische Kabel 102 verläuft entlang des ersten Oberflächenbereichs106 Und des zweiten Oberflächenbereichs 107 in einer Schlaufe, wobei Endendes faseroptischen Kabels 102 in dem Änschlussbereich 105 münden.
Alternativ können zwei getrennte faseroptische Kabel eingesetzt werden,wobei eines entlang des; ersten Oberf 1 äc h enbereichs 106 und das andereentlang des zweiten Öberflächenbereichs: 107 verlaufen. Mit der Einteilung desTübbingkörpers 101 in eine Vielzahl von Messsegmenten 1201, kann eineDiskretisierung des kontinuierlichen Dehnungsverlaufs analog zur numerischenDiskretisierung mittels;Finiter Elemente durchgeführt werden. Die Feinheit derDiskretisierung ist dabei von der Ortsauflösung des Messsystems abhängig. Mitden erhaltenen Messdaten kann die Lage der Neutralen Dehnungsachse bzw,Neutralachse 201 bestimmt werden.
Pig. 13 und Füg, 14 zeigen schematische Darstellungen eines; nichtgekrümmten und eines gekrümmten Messsegments 1201 aus Flg. 12,
Die Krümmung κ bzw. der Krümmungsradius r eines Messsegments; 1201 kanndabei aus den Dehnungsmessungen: der Abschnitte des faseroptischen Kabels102 in den jeweiligen Öbertiachenbereichen 106, 107 (bzw. sl, s2) ermittelt werden:
Dadurch; kann ferner die Lage der Neutralachse 201 bestimmt werden. DurchnumeräscheTntegration der Dehnungswerte bzw;. der Dehnungsänderung kannauf die; Biegeverformung des gesamten Tübbingeiements 100 rückgeschlossenwerden.
Flg* 15 zeigt einen Tübbingkörper 101 mit einem mäanderförmigen Verlaufdes faseroptischen Kabels 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.Mit einem mianderförmigen Verlauf des faseroptischen Kabels 102 kann eineengmaschige Abdeckung: mit dem faseroptischen Kabel 102 entlang; desTübbingkörpers 101 erreicht werden, ohne dass Überschneidungen oderQuetschstelfen des faseroptischen: Kabels 102 notwendig sind.
Fig«: 16 bis Fig, 18 zeigen schematische Darstellungen eines Tübbingkörpersi:öl: mit einem Verlauf des faseroptischen Kabels 102, bei welchem sichjeweils drei Abschnitte I, Π, III des faseroptischen Kabels 102 oderverschiedener faseroptischer Kabel in einem Kfeezungspunkt 1601 Kreuzen,Insbesondere besteht in einem Kreuzungspunkt 1601 zwischen dienKabelabschnitten I, II, III jeweils ein Winkel von ungefähr «-60 Grad. In denFig, 16 bis Fig. 18 sind mehrere Kreuzungspunkte 1601 dargestellt, Wobei zurbesseren Übersicht lediglich zwei Kreuzungspunkte 1601 mit Bezugszeiehenversehensind:·
Die Kabeiabschntttei I, II, in in dem Kreuzungspunkten 1601 liegen dabei inDickenrichtußg;, d.h. zum Beispiel entlang der Radiairicbtung 114 bzw. entlangder Dicke des ^Obbingkörpers 102, übereinander. Die Kabeiabsehmtte I, II, IIIkönnen sich dabei berühren oder beabstandet sein. Weisen alle dreiKabeiabsehmtte I, II, III im Kfeuzungspunkt unterschiedliche Richtungen auf,kann man aus den jeweiligen eindimensionalen Messungen derDehhunpänderung entlang der Faserabschnitte I, II, III eine flächenhafteDehnung berechnen,
Mit dem VeriegsnpmuSter des faseroptischen Kabels 102 In Fig. 16 könnenmit ei hem einzigen faseroptischen Kabels 102 alle erforderlichen Messdatenerfasst werden Können,
In Fig:, 17 und Fig, 18 werden um die Kreuzungspunkte 1601 fernerDehnüngSeilipseh 1701 darqestellt. Im Nuilzustand, d.h. in einemdehnungSfreien Zustand des Tubbingkörpers 101, können dieDehnungsellipsen 1701 als Kreise dargesteilt werden(Fig. 17). Durch dieMessung der Dehnungen entlang der drei Kreuzungsrichtungen(Längsrichtungen am Kreuzungspunkt 1601) der drei Kabeiabsehmtte I, Η, IIIkönnen die Hauptdehnungen sowie deren Orientierung berechnet werden. Bei einem Winkei von zwischen den Dehnungsmessungen bzw.
Kabelabschnitten I, II, III ergeben sich die Hauptdehnungen und die{Orientierung der Dehnungsellipsen 1701. in Fig, .18 werden die Dehnungsellipsen 1701 in einem Tübbingkörper 101 ineinem Ve tf o r mu n g szusta n d, das heißt unter Einwirkung einerDehnungsänderung dargestellt. Die Dehnungseiiipsen 1701 werden abgeleitetaus den eindimensionalen faseroptischen Dehnungsmessungen entlang derhängsnehtung der entsprechenden drei Kabeiabschnitte I, II, III,
Mit der Verwendung des faseroptischen Kabels 102 gemäß der vorliegendenErfindung können insbesondere lokaien Verformungsspitzen bestimmt werden.Insbesondere kann mit dem Veriegungsmuster des faseroptischen Kabels 102insbesondere aus Fig. 16 bis Flg. 18 und der Auswertung der Dehnungswerteflächenhalte Dehnungen und die Biegevefformung des Tübbingkörpers 102bestimmt werden.
Ergänzend iäi darauf hinzüWeisen, dass "umfassend- keine anderen Eiemente:oder Schritte aosseteließt und "eine11 oder "ein" keine Vielzahl äussch ließt,Ferner sei darauf hinge wiesen, dass Merkmale oder'Seh ritte, die mit Verweisauf eines der obigen Äusführungsbeispiiie beschrieben;; Wörden ist, auch InKombination mit anderen Merkmalen öder Schritten ählerär obenbeschriebener Aüsführuhgsbeispiele verwendet werden1 können. Bezugszeichenin den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezuaszeichertfistsr 100 Tübbingelement 700 weitere Tübhingäneränung 101 töibbingkörper 701 Messeihnchtbhg 102: faseroptisches Käbej 702 VerbihbüOgskibel 103 Ärtlangsbereich: 7Ö3 weiteres Verbindungskahei 104 iodbereicb 105 Änschiussbereicb 711 erster Tübbingkörper IQi erster Öberfiächenbereich 712 erstes Faseroptisches Kabel 107 zweiter Oberflächenbereich 715 erster Anschlussbereich lOi erster Randbereich 100 zweiter Randbereich 721 zweiter Tübbingkörper 110 Steckerverblndüng 722 zweites faseroptisches Kabel 111 Temperatursehsor 725 zweiter Anschiussbereich 112 Umfangsrichtung;: 113 Äxiairichturtg 801 lokaler Dehnungsbereich 114 Radialrichtung 115 Einkoppeieinrichtbng 1001 Referenzbereich 1002 Leerrohr 201 Neutraiacbse 1100 Kernbereich 401 Messstrecke 1101 Schutzmantel 402 Dehnungsänderung 1102 Beschichtung 1103 Mantel 600 Tübbinganordnung 1104 Kern 610 erstes Tübbingelement 1201 Messsegment 620 zweites Tübbingelement 1601 Kreuzungspunkt 1701 Dehnungseilipse 5
Claims (8)
- Patentansprüche; 1. Tübbingelement (10Ü) für eine Tübbinganordnung (600) zurInnenausscbaiung eines Tunnels, wobei das Tübbingelement (100) aufweist einen Tübbingkörper (101), ein faseroptisches Kabel (102), welches an dem Tübbingkörper (101)derart befestigt: ist, dass eine Dehnungsänderung (402) des: Tübbingkörpers(101) auf das: faseroptische Kabel (102) übertragbar ist,wobei: das faseroptische Kabel (102) sich entlang einer Messstrecke (401)entlang des Tübbingkörpers (101) erstreckt, wobei das faseroptische Kabel (102) entlang; der gesamten Messstreskekraftsehiüssig; mit dem Tübbingkörper (101) befestigt ist,wobei das faseroptische Kabel (102) an eine optische Messeinrichtüng (701)zum optischen Messen einer Dehnungsänderung (402) des faseroptischenKabels (1Ö2) entlang der gesamten Messstrecke (401) anschiießbar ist, undwobei die Dehnungsänderung (4Ö2) des faseroptischen Kabels (102) indikativfür die Dehnungsänderung; (402): des Tübbingkörpers (101) ist. 2. TÜbbingeiement (100) gemäß Anspruch 1, wobei das faseroptische Kabel (102) derart an dem Tübbingkörper (101)angeordnet ist, das vorbestimmte Kabelabschnitfce vorbestimmtenTübbingkörperabschnitten zugeordnet sind. 3. Tübbingelement (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das faseroptische Kabel (102) einen Anfängsbereich (103) und einengegenüber vom Anfängsbereich (103) liegenden Endbereich (104) aufvveist,zwischen: weichen: sich die Messstrecke (401) ausbiidet,wobei der Anfängsbereich (103) und der Endbereieh (104): in einemÄnschiussbereich (105) des Tübbingkörpers (101) angeordnet sind,wobei sich das faseroptische Kabei (102) aus dem Ansehiussbereieh (105)schlaufenärtig entlang des Tübbingkörpers (101) erstreckt.
- 4. Tubbiogofement (100) gerniß einem der Ansprüche 1 bis 3,wobei das faseroptische Kabel (102) mäanderförmig entlang desTübbingkörpers verlieft. 5. Tübbingelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,wobei das faseroptische: Kabel (102) derart entlang des Tübbingkörpersverlauft;: dass sich zumindest drei Kabeiabschnitte des faseroptischen Kabels(102) in einem; feuzungspunkt (1701) kreuzen. 6. Tübbingelement (100) gemäß Anspruch 5, wobei in dem; Kreuzungspunkt (1701) zwischen den Kabeiabschnitten Jeweilsein Winkei 60 Grad besteht, 7v Tübbingeiement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das; faseroptische Kabel (102) entlang eines ersten OberfTächenbereichs (106) des Tübbingkörpers (10¾) verläuft. 8, Tübbingeiement (100) gemäß: Anspruch: 7, wobei das faseroptische Kabel (102) entlang: eines: zweiten Dberflächenbereichs (107) des Tübbingkörpers (101) verläuft, wobei der zweite Oberfiaehenbereich (107) dem ersten Qberflächenbereieb (106) des Tubbing körpers (101) gegenüberliegt. Iv Tübbingeiement (TOO) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Tübbingkörper (101) eine Neutralachse: (201) äüfweist, welche von einem ersten Randbereich (1Q;8) zu einem gegenüberliegenden .zweiten Randbereich (109) innerhalb des Tübbingkörpers (101) verläuft,: wobei die Neutralachse (201): derart verläuft, dass bei einer Verbiegung des Tübbing körpers (101) keine· ilehhupg^Sndätüiig (402) der Neufralächse (201) stäfcthhdet, wobei; insbesondere ein Bereich des. faseroptische (102) entlang derNeutraläehse (201) angeordnetlst,: 10. Tübbίngelement (100) gemä0 einem ÜM' Ansprüch e :1 Pis 0, wobei; das faseroptische Kabel (102) in den Ifebhingkörper (10:1) eingebettetist, 11. fübbingelement (100) gemäß Anspruch 10, wobei; das; faseroptische Kabel (102) einen Kernbereich (llOOl ond einenSchutzmantel (1101), weicher den Kernbereich (1100) umhüllt, aufweist,wobei; der Schützmantel (11ÖI) eine strukturierte Oberfläche aufweist, welchemit dem Tübbingkdrper (101) kraftschlüssig gekoppelt ist. 12, fübbingelement (100) gemäß einem: der Ansprüche 1 bis 11, ferneraufweisend ein weiteres faseroptisches; Kabel, weiches an dem Tübbingkörper (101)derart befestigt ist, dass eine weitere Dehnungsänderung: des Tübbingkörpers(101) auf das weitere faseroptische Kabei übertragbar ist,wobei das weitere faseroptische Kabei sich entlang einer weiteren Messstrecke(401) entlang des Tübbingkörpers (101) erstreckt, wobei das weitere: faseroptische Kabei an die optische Messeinrichtung (701)zum optischen Messen einer weiteren Dehnungsänderung: des weiterenfaseroptischen Kabels entlang der weiteren Messstrecke (401) anschiießbarist, wobei die weitere Dehnungsänderung des weiteren faseroptischen Kabelsindikativ für die weitere Dehnungsänderung des Tübbingkirpers (:1Q1) ist. 13, Tübbingelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Tübbingkörper (101) ein kreissegmentärtiges, schalenförmiges Profilausöildet. 14. Tübbing^ gemäß einem der Ansprüche 1 dis 13, ferner aufweisenb die optische Messeinrichtung (701), wobei; die optische Messeinrichtung(701) an dem: Tibbingfcörper (101) angeordnet ist.
- 15. Tubbingeiement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferneraufweisend eine Einkoppeleinnchtung, weiche mit dem faseroptischen Kabel (102)zum linfeöppein von Licht in das faseroptische Kabel (102) gekoppelt ist. 16. Tübbingeiement (1:00) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das faseroptische Kabel (102) eine Steckerverbindüng (110) aufweist,an weicher die optische Messeinrichtung (7Öl) oder ein weiteresfaseroptisches Kabel lösbar ansteckbar' ist, 17. TübbingelemenßpöO} gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das faseroptische Kabel (102) einen Referenzbereich (1001) mit einerReferenzstrecke des faseroptischen Kabels aufweist, wobei die Referenzstrecke des faseroptischen Kabels kraίτübertragungsfrei andem Tübbingkörper (101) angeordnet ist, so dass eine Referenzdehnung desfaseroptischen Kabels (102) messbar ist, oder wobei die Referenzstreckeides faseroptischen Kabels mit einer vorbestimmtenDehnung en dem Tübbihgkdfper (101) angeordnet ist. 18. Tübbingelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner aufweisend einen Temperatursensor (111), welcher an de^m Tübbingkörper (101)zum Messen einer Temperatur des Tübbingkörpers f lOl) angeordnet ist,wobei der Temperatursensor (111) an die optische Messeinrichtung (701)anschließbar ist.
- 19. Tyliijirtgeteniept (100¾ gemäß einem; der Ansprüche 1 bis 18, ferneraufweisend wobei; die optische Messeinrichtung (701) eine Speichervorrichtungaufweist, wobei die Speichereinrichtung konfiguriert ist, die pehnungsineierung (402)des faseroptischen Kabels (102) über ein bestimmtes Zeitintervalizuspeichern. 20. Tübbingeiement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner aufweisend einen ÄnKoppeisteckerr welcher mit dern faseroptischen Kabei (102)gekoppelt ist, wobei der Anfeoppeistecker zu Ankoppiung einer portabien Messeinficbtungkonfiguriert ist. 21. Tübbinganordnung (600) zur Innenausschalung eines Tunnels, dieTübbihganordnung (600) aufweisend eine erstes Tübbingelement (610) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, und ein zweites Tübbingelement (620); mit einem zweiten Tübbing körper (221), wobei der erste Tübbingkörper (711) mit dem zweiten Tübbingkörper (721)befestigt ist. 22. Tübbinganordnung (600) gemäß Anspruch 21, wobei das erste faseroptische Kabel (712) Jemer an dem zweitenTübbingkörper (721) derart befestigt ist, dass ferner eine zweiteDehnungsänderung des zweiten Tübbingkörpers (721) auf das erstefaseroptische Kabei (712) übertragbar ist, wobei das erste; faseroptische; kabei (712) sich ferner edtfahgrder erstehMeSsstrecke:(40:l) entlang: des zweiten Tübbing körpers (721) erstreckt;.: 23. Tübbinganorönung (600) gemäß Anspruch .21 ober 22, wobei das zweite; Tübbingelement (620) ein zweitesTaseroptiäches:: Kabel(722) aufwetst/: welches an dem zweiten;fybßlnf Körper (72i| derart, befestigtist, dass eine zweite Dehnungsänderüng; des; zweiten Tübbingkörpers ip2;l') aufdas zweite faseroptische Kabel (722) übetTragbar ist,wobei das zweite faseroptische Kabel (722); sich entlang einer zweitenMessstrecke (401) entlang des zweiten Tubbingkirpers (721) erstreckt,wobei das zweite faseroptische Kabel (722) an die optische Messeinrichtung(701) oder eine weitere optische Messeinrichtungizym optischen; Messen einerzweiten Dehnungsänderüng des zweitenTäseroptischen Kabels; (722) entlang ,der zweiten Messstrecke (401) anschließbar ist, und wobei die zweite Dehnungsänderung des zweiten faseroptischen Kabels (722)indikativ für die zweite Pehnungsänderung des zweiten Tübbingkörpers (721)ist, 24. Tübbinganordnung (600) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23,wobei das zweite Tübbsngeiement (620) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13ausgebiidet ist.
- 25. Verfahren zur Messung einer Dehnungsinderüng (402) einesTübbingelements (100) für eine Tübbinganordnung (600) zurInnenausschalung eines Tunnels, wobei das Verehren aufweist Messen einer Pehnungsänderung (402) eines faseroptischen Kabels(102) entlang; einer gesamten Messstrecke (401),wobei das faseroptische Kabel (102) an einem Tübbingkörper (101) desTübbingelemenls (100) derart befestigt ist, dass eine Dehnungsänderung(402) des Tübbingkörpers (101) auf das faseroptische Kabel (102) übertragbarist, wobei das;faseroptische Kabel (102) sich: entlang der Messstrecke (:401)entlang des Tübbingkörpers (101:) erstreckt, wobeldas faseroptische Kabel (102) entlang:: der gesamten: Messstrecke kraftsehfüssig mit dem Tübbing Körper (101) befestigt ist, wobei das faseroptische Kabel (102) an eine Messeinrichtung (701): zum optischen Messen der Dehnungsanderunq (402) des faseroptischen Kabels (lOZKenttang der Messstrecke :(4Ö:1| anschlleObar ist, und wobei die Dehnungsänderung; (402) des faseroptischen Kabels :(10:2) Indikativ für die Dehnungsänderung (402) des Tübbingfeorpers (101) ist,
- 26. Verfahren gemä® Anspruch 25, wobei das faseroptische Kabel {102) entlang; eines ersten Oberflächeribereiehs (1:06): des Tühbingkörpers (TOi) und: entlang eines zweiten Dberflächenbereichs (107) des Tübbingkörpers (101) verlauft, wobei der zweite öberflächenbereich (107): dem: ersten Oberfllehönbereieh (106) des Tübbingkörpers (101) gegenüberliegt, wobei der Schritt des: Messens: der Dehnungsänderung (402) des faseroptischen Kabels (102): entlang der Messstrecke (401) ferner aufweist Messen: einer ersten Dehnungsänderung des: ersten Dbehlächenbereiehs (106), Messung einer zweiten Dehnungsänderung: des: zweitenOberflächen bereichs (107), Bestimmung einer Neutralachse (201) mittels Vergleichs der erstenDehnungsänderung und der zweiten Dehnungsänderung,wobei die Neutralachse (201) zwischen einem ersten Randbereich (108) undeinem gegenüberliegenden: zweiten Rand bene ich (109) innerhalb desTübbingkörpers (1:01) verläuft, wobei die Neutraiäefese (20.1.) derart: verläuft, dass bei einer Verbiegung desTübbingkörpers (IDT) keine Dehnungsinderung (402) der Neutralächse (2:01:)stattfindet.
- 27. Verfahren; zur Herstellung: eines Tübbingelements (100) ©reineTübbinganordnung (600) zur Innenauaschaiung eines Tunnels, wobei ;däS:Verfahren aufweist ^Befestigen;: eines; faseroptischen Kabels (102) an einem TÜÖhingköfper(101) des Tübbingelements (100) derart, dass eine Dehnungsänderung (402)des Tübbingkörpers (101); auf das faseroptische Kabel (102) übertragbar ist,wobei: das faseroptische Kabel (102) sich entlang einer Messstrecke (401)entlang des: Tubbtnikörpers (101) erstreckt, wobei das: faseroptische Kabel (102) entlang der gesamten Messstreckekraftschlüssig mit dem Tübbingkörper (101) befestigt ist,wobei das faseroptische Kabel (102) an eine optische Messeinrichtung (701)zum optischen Messen einer Dehnungsänderung: (402) des faseroptischenKabels: (102) entlang der gesamten Messstrecle (401) anschließbar ist, undwobei die: Dehnungsänderung (402) des faseroptischen kabeis (102) indikativfür die Dehnungsänderung (402) des Tübbingkörpers (101): ist;
- 28. Verfahren nach: Anspruch 27, wobei der Schritt des Befestigens eines 'faseroptischen·: Kabeis (102) an demTübbingkörper (101) aufweist Bereitsteilen eines: Bewehrungsgitters, Befestigen des faseroptischen KabeiS: (102) an dem Bewehrungsgitter, und Gießen des Tübbingkörpers (101), Indem Beton material pin dasBewehrungsgitter gegossen wird, SO dass das faseroptische Kabel (102) indem Tübbingkörper (10:1) eingebettet ist.
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| ATA50727/2014A AT516158B1 (de) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | Tübbingelement mit Dehnungsmessung |
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| JP2002062119A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Sho Bond Constr Co Ltd | コンクリート構造物の損傷進行確認面状歪センサー及びコンクリート構造物の損傷の進行を確認する方法 |
| JP2003247814A (ja) * | 2002-02-22 | 2003-09-05 | Tohoku Regional Bureau Ministry Of Land Infrastructure & Transport | トンネルの変形測定方法 |
| KR100755469B1 (ko) * | 2006-05-01 | 2007-09-04 | (주)지엠지 | 터널의 변형 계측방법 및 그 계측장치 |
| JP2008175562A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Central Nippon Expressway Co Ltd | 歪み計測システム |
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2014
- 2014-10-10 AT ATA50727/2014A patent/AT516158B1/de active
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