setzungs- und hebungsüberwachung

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SETZUNGS- UND HEBUNGSÜBERWACHUNG
Sicherungskonzept für Bahntrassen - Deutsche Bahn
Autor: Jürgen Glötzl
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> Aus der Leistungsbeschreibung
„Neubau OU Berne B212n, Bau-km 1+000
bis 10+ 927,89, 287400/115100
Seite 8/9
Bei Bau-km 4+046 wird die eingleisige
DB-Strecke Delmenhorst-Nordenham
mit dem Brückenbauwerk BER 6 unterführt. Die Überführungsrampen werden
bis zu einer Höhe von 11 m (westliche
Rampe) und 12 m (östliche Rampe) im
Überschüttverfahren hergestellt.
Der zu überwachende Gleisabschnitt beträgt etwa 90 m, um mögliche Auswirkungen auf das DB-Gleis während der
Dammschüttarbeiten zeitnah zu erfassen. Hierzu ist ein Messsystem erforderlich, das vertikale Verformungen (Setzungen, Hebungen) des DB-Gleises mit
einer Messgenauigkeit von < =1,0 mm
erfassen kann.
Die einzelnen Messpunkte müssen in
Abständen von etwa 15,0 m im unmittelbaren Einflussbereich der westlichen
Rampe angeordnet werden. Jeweils 15 m
außerhalb des Einflussbereiches der
Dammschüttung ist eine Null- bzw. Referenzmessstelle einzurichten.
Für die einzelnen Messpunkte sind folgende Abstände von der Achse der
B212n einzuhalten:
Messpunkt 1: 45,0 m links der Achse
(Nullmessstelle 1)
Messpunkt 2: 30,0 m links der Achse
Messpunkt 3: 15,0 m links der Achse
Messpunkt 4: Achse
Messpunkt 5: 15,0 m rechts der Achse
Messpunkt 6: 30,0 m rechts der Achse
Messpunkt 7: 45,0 m rechts der Achse
(Nullmessstelle 2)
Die Messungen müssen während der
Dammschüttarbeiten stündlich erfolgen
und über eine frei wählbare Grenzwertvorgabe in der automatischen Messanlage und mittels Auswertesoftware bewertbar und kontrollierbar sein.
Die Erfassung der Messwerte erfolgt
kompensiert und die Angabe der
Messwerte in reproduzierbaren physikalischen Größen (Echtwert). Äußere
Einflüsse wie Temperaturgänge und
Flüssigkeitsverluste werden erfasst
und kompensiert.
Die angeschlossene Messanlage
muss alle dazugehörigen Berechnungen inklusive der Referenzmessstelle während der Messung durchführen und ggf. Aussagen über
Redundanzbetrachtungen benachbarter
Systeme durchführen können, damit
Fehlalarme aus einfacher Grenzwertbeobachtung einzelner Systeme ausgeschlossen werden können.
Die automatische Messanlage muss
Sensordefekte und Grundtypen eines
Messwertausfalls sicher erkennen und
melden können. Sie ist permanent
erreichbar und sendet unabhängig von
angeschlossener Serversoftware
eigenständig Meldungen über den
Zustand der Installation ab.
Fehlmeldungen, die nicht im Zusammenhang einer Grundverformung
stehen, sind weitestgehend zu vermeiden. Der Fahrbetrieb darf nur im
begründeten Fall einer Grenzwertüberschreitenden Hebung oder Setzung
beeinträchtigt werden.
Die Daten werden kontinuierlich erfasst
und in Form von Visualisierungen im
Internet für einen definierbaren Personenkreis bereitgestellt.
Die Kommunikation erfolgt via Internet
passwortgeschützt und mit 128 kBit
SSL Verschlüsselung im HomebankingStandard.
Im Störfall muss ein Zugang zu aussagekräftigen Auswertungen mit in Form
von Zeit-Wert Diagrammen und in
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den Diagrammen aufgezeigten Grenzwerten übersichtlich dargestellt
werden. Voraussetzung ist ein bauseits
zu stellendes internetfähiges Endgerät
mit html-Browser und Internetzugang.
(herstellerunabhängig).
Des Weiteren ist eine Übersichtsgrafik
über der Installationsanordnung in
Form eines Bauplanes und den dazu
gehörigen aktuellen, zuletzt gemessenen
Messwerten anzuzeigen. Die Fehlerklassifizierung und Grenzwertüberschreitung wird in farbig markierten
Echtwerten auf dieser Übersicht je
nach Zustand dargestellt.
Alarme werden an vorgegebene
Meldelinien im verständlichen
Klartext mit Informationen über den
aktuellen Zustand des Systems
zeitnah übermittelt.
Als Kommunikationsmittel stehen
SMS, E-mail und Fax zur Verfügung.
Grenzwerte und Auswertungen müssen
bei Bedarf online anpassbar sein.
ÜBERWACHUNGSGRÖSSEN
Hebung und Setzung der Bahnstrecke
im Einflussbereich der Schüttdämme.
Verkippung der Gleisstrecken in
beiden Richtungen der Schüttdämme.
Temperatur
Einflussgrößen der Umgebung auf das
Messsystem und deren Kompensation
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UCHWAAGE
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am Bahndamm
Die Montage der einzelnen Schlauchwaagen-Elemente erfolgt auf einer Rohrkonsole in der Nähe des Bahndamms.
Die Rohrkonsolen werden neben dem
Gleiskörper im Erdreich einbetoniert.
EMPFEHLUNG
Bei dieser Variante sollten 2 parallel zur
Fahrtrasse verlaufenden Messlinien
installiert werden. Es ist nicht davon
auszugehen, dass die Schüttungen der
Dämme gleichzeitig erfolgen und sich
damit Setzungen/ Hebungen auf beiden
Seiten ergeben können.
Bei dieser Variante werden Setzungen/
Hebungen im Erdreich unter dem Bahndamm gemessen und nicht am Gleiskörper selbst. Diese Variante hat den Vorteil, dass zeitige Bewegungen im Erdreich erfasst werden können. Auf der
anderen Seite können aber keine direkten qualitativen Aussagen bezüglich
des Einflusses auf den Gleiskörper getroffen werden. Ein geodätisches Nivellement ist im Einflussfall durchzuführen
um die Einflussgrößen auf die Schienen
sicher stellen zu können.
Abb.: Schlauchwaage GHD 3 mit ReferenzstaƟon
VORTEIL
Genaue Setzungsüberwachung mit einer
Auflösung von 0,02 mm und 0,2 mm theoretischer Genauigkeit. Frühzeitige Meldung über Hebungen/ Setzungen des
Untergrundes.
NACHTEIL
Kein direkter Bezug zur Lageüberwachung des Gleises oder Auflockerungen
des Schotterbettes. Ggf. manuelles
Höhennivellement erforderlich.
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STRECKENEXTENSOMETER
Ein alternatives Konzept zur Überwachung durch Schlauchwaagen stellt das
Streckenextensometer dar. In Abständen
von 5 m werden Messcontroller in Reihe
kombiniert. Jeder Controller wird auf den
Schwellen fixiert und stellt gleichzeitig
das Wegaufnehmersystem, mit dem die
einzelnen Strecken miteinander in Reihe
geschaltet werden auf. Verbunden sind
diese Controller durch Glasfaserextensometer, in der Länge der zu überwachenden Strecke.
Bei einer auftretenden Setzung tritt eine
Längung zwischen ein oder mehreren
Controllern auf, aus der über die Übermittlung des Bogenmaß auf die Setzung
zwischen zwei Controllern (Fixpunkten)
geschlossen werden kann.
Die Überfahrt mehrere Züge kann nach
der Installation dynamisch erfasst werden. Eine mögliche Nulllagenänderung
kann hierdurch sichergestellt werden.
Zukünftig wird über eine Lichtschranke
jede Zugüberfahrt messtechnisch erfasst. Der interne Dynamikcontroller
erfasst nach einer Überfahrt über einen
digitalen Schleppzeiger die Maximalauslenkung in beiden Richtungen inkl. einen
Endlagewert. Diese Werte werden an
eine automatische Messanlage übergeben.
Auf Grundlage dynamischer Vorversuche
können zielsicher Grenzwerte festgelegt
werden, deren Verletzung als Alarmwert
von der Anlage erfasst werden.
WESENTLICHE VORTEILE:
Setzungsüberwachungssystem das
jede Überfahrung auf seine Lageänderung mit geringen Datenaufkommen
einfach in Grenzwerte fassen lässt.
Erfassung der Setzung durchgängig
verteilt und unabhängig von einzelnen
Messpunkten.
Einfache Installation durch Anschließen
der Extensometerstrecken an den
einzelnen Schwellen des Bahngleises.
Direkte Messung am Gleiskörper.
Geringe Setzungen messbar. Abhängig
von Länge und Anzahl der Sensorcontroller.
Abb.: KeƩeninklinometer
KETTENINKLINOMETER MIT
INTEGRIERTEM VERDREHUNGSSENSOR
Ketteninklinometer mit integriertem
Verdrehungssensor ist die logische Konsequenz einer vollständigen Bahndammüberwachung. Sie erfasst eine Aufsummierung der Einzelwinkel innerhalb der
Inklinometerkette zu einem Polygonzug,
der präzise Aussagen zu einer Setzungslinie geben kann. Abweichend von einem
Standardketteninklinometer sind die einzelnen Streckenabschnitte (empfohlene
Länge bis zu 3 m) einseitig drehend gelagert, so dass zur bestehenden Setzungslinie der Strecke die Verkippung der
Schwellen über einen zusätzlichen Neigungsmesssensor an den Einbindungspunkten gemessen wird.
Das System baut nur flach auf (Bauhöhe
ca. 8 cm) und kann mittig auf den
Schwellen zwischen den Schienen montiert werden. Ein Ketteninklinometer besitzt eine hohe Messgenauigkeit in
Längs- und Querlage der Schienen von
0,1 mm pro m.
Die Längenänderung der einzelnen
Kettenglieder wird durch ein Teleskop
und integrierten Wegaufnehmern erfasst
und kann kompensiert in die Polygonzug-Berechnung einbezogen werden und
ist damit weitestgehendst Temperaturunabhängig.
Das System lässt sich einfach installieren. (Die Montage erfolgt auf jeder
4. Schwelle)
automatisch temperaturkompensiert
Messwerte nach jeder Überfahrt
und Möglichkeit der Grenzwertbetrachtung
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Messan onzept GLA 8
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Softwar
MCC 5.0
MEASUREMENT COMMUNICATION CONTROL SYSTEM
Wenn Sie neben der Anschaffung einer zuverlässigen Messanlage noch besondere
Ansprüche im Bereich der Kommunikation
und direkter Datenverarbeitung haben,
finden Sie in diesem System alle Ihre
Wünsche berücksichtigt. Die MCC ist eine
sehr universelle und ausbaubare Messanlage aus dem Hause GLÖTZL, die mit allen
marktüblichen Kommunikationstechnologien arbeiten kann.
TECHNISCHE DATEN
FUNKTIONEN
Gleitende Mittelwertbetrachtung
Filterfunktionen
Medianberechnung
Differenzierung von Wertänderungen
Automatische Kompensation
Messwertberechnung
Messwertverknüpfung
Kaskadierbare Formeln
Redundanzabgleiche über logische
Verknüpfungen
Programmierbare Aktionen
Kombinationsalarme für bis zu 50 Gruppen
3-Stufen Grenzwertbeobachtung
KOMMUNIKATION
Digitale Eingänge:
4 x RS485
2 x RS232
6 x I/O
Analoge Eingänge:
20 on Board
Multiplexer
Controller
Digitale Ausgänge:
6 x I/O
Analoge Ausgänge:
4 x 4-20 mA
Messkanäle bis:
2.000
Messprogramme:
20
Messfrequenz:
60 Hz
Meldungen im Ringspeicher:
1.000
Messwerte im Ringspeicher:
10.000.000
Versorgung 240 VAC batteriegepuffert
Optional Solaranlage und Batteriebetrieb
LAN, WLAN, VPN, GPRS/UMTS
Analog, ISDN, GSM, USB Ready, u.v.m.
Abb.: Messanlage MCC 5.0 L
GLA SERVER
AUSWERTUNGEN
ANWENDUNG: Datenserver, Meldeserver, TECHNISCHE AUSWERTUNG:
Zeit-/Wert-Diagramm
Steuerserver. Betriebssystem: Windows®
Wert-/Wert-Diagramm
Server, Mietversion über RDP
Messwerttabellen
Excel-Export
ASCII-Export
PDF- und Druckausgabe
DOKUMENTATION
KOMMUNIKATION
ONLINE, INTRANET UND LOKAL:
ZEITGESTEUERTER IMPORT:
via UMTS/LAN/WLAN/Internet
Webinterface
Grafische Übersicht Bitmap
in 2 Ebenen statisch
GLL Logger Server
Automatische
HTML-Generierung in Echtzeit
MCC LT Digitalanlage
Einzelauswertungen und
Sammelplots
MDL Analoganlage
Parametersicherung
MFA Anlagenfamilie
SONDERFUNKTIONEN
Grenzwertdarstellung
PDF-Generierung von technischen
Sammelauswertungen
Automatischer E-Mail Versand
Fotoarchiv
LEICA GeoMoS® Server
MCC S Analoganlage
MFM Analoganlage
MFF Datensammler
CAMPBELL® Logger
ZEITGESTEUERTER EXPORT:
Internet/E-Mail
HTML Internetpräsentation
PDF Versand via E-Mail
Dokumentenablage
Übersicht aktueller
Messwerte (Farbmarkierung)
Abb.: Darstellung Grafik GLA Server
ALARMMELDUNGEN:
via E-Mail oder SMS
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In allen Varianten kommt ein modernes
Daten Erfassungs-, Auswerte- und Meldeanlage vom Typ MCC zum Einsatz. Sie
entspricht den anfangs beschriebenen
Leistungsparametern im Abschnitt:
„Ergänzendes Lastenheft GLÖTZL“.
Hierbei verweisen wir auf die aktuellen
Produktunterlagen in unserem Hause.
Hinweis: Wir empfehlen bei allen Installationen eine vorlaufende Instrumentierung von mindestens 2 Monaten vor
Baubeginn. In dieser Zeit werden physikalische Einflussgrößen im Ruhezustand
der Gleisanlage erfasst und Eigenbewegungen im Rahmen von Temperaturgängen ermittelt und anschließend in die
Kompensationsbetrachtung der Sensoren eingebunden und verrechnet.
Auf diesen Grundlagen besitzt die Messanlage alle notwendigen Parameter, die
für eine qualifizierte Alarmmeldung notwendig ist. Im Vorfeld sind die Grenzwertparameter von einem Gutachter zu
erfassen und bereitzustellen und während des Betriebes der Messanlage zu
prüfen, ggf. auch anzupassen.
Abb. MCC 5.0 L
DIE SICHERUNG DER DB-STRECKE
ERFOLGTE MIT EINEM SETZUNGSMESSSYSTEM (PRINZIP DER
SCHLAUCHWAAGE)
Wirtschaftsweg Vermessungspunkte errichtet und die Höhenlage der Setzungsgeräte monatlich aufgemessen.
Instrumentiert wurden 5 Systeme. Der
Festpunkt befindet sich F1 ca. 50 m außerhalb des Schüttbereiches. Die weiteren Messstellen von S1 bis S4 sind
ausgehend vom Festpunkt bis zur
Dammmittelachse in gegenseitig gleichgrossen Abständen, in unmittelbarer
Nähe des Bahndammes und somit in
dessen Einflussbereich montiert.
Das nach dem Prinzip der Druckschlauchwaage arbeitende Setzungssystem ist in
der Lage, Veränderungen der Geräte zueinander (Setzungen) mit einer Genauigkeit von 0,2 mm anzuzeigen. Damit ist sichergestellt, dass Setzungen und
Hebungen, welche die Sicherheit des
Bahnverkehrs beeinflussen können,
rechtzeitig erkannt
werden.
Die Messgeräte werden stündlich erfasst und täglich über Grenzwertvorgabe
auf zulässige Veränderungen bewertet
und kontrolliert. Zur Prüfung der Zuverlässigkeit der Systeme wurden im
Abb.: Detailansicht ReferenzstaƟon Schlauchwaage
Abb.: ReferenzstaƟon Schlauchwaage
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Abb.: BAB A 26, 1. BauabschniƩ: Stade-Horneburg (Trasse A 26)
GLÖTZL Gesellschaft
für Baumeßtechnik mbH
Forlenweg 11
76287 Rheinstetten
Germany
Telefon +49 (0)721 51 66 - 0
Telefax +49 (0)721 51 66 - 30
[email protected]
www.gloetzl.com
Version 08.01.2014/ SP_Schienenueberwachung_de.pdf