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Angermeier Ingenieure GmbH

Satellitenbasierte Setzungsmessung im Rahmen von Pumpversuchen beim Bau der 2. S-Bahn-Stammstrecke München

Andreas Wagner
, Dr.-Ing.
, Angermeier Ingenieure GmbH
Tobias Strebel
, Angermeier Ingenieure GmbH
Martin Goelz
, Karner Ingenieure GmbH
03. März 2022 | 09:50 Uhr

Die Herstellung/Erweiterung von innerstädtischen, unterirdischen Schienenverkehrssystemen stellt in allen Belangen eine enorme Herausforderung dar. Um die Auswirkung auf Bestandsgebäude zu minimieren, ist – neben dem baubegleitenden Monitoring während der Bauphase – die Erstellung von umfangreichen geotechnischen Modellen des Baugrunds im Vorfeld unverzichtbar; so auch beim bayerischen Großprojekt, dem Bau der 2. S-Bahn-Stammstrecke München. Dessen Kernstück ist ein sieben Kilometer langer Tunnel, der mitten unter der Innenstadt der Isar-Metropole errichtet wird.

Im Rahmen der Baugrunduntersuchung und der Verfeinerung der geotechnischen und hydrologischen Modelle wurden u. a. Pumpversuche zur Grundwasserabsenkung im Bereich des Münchner Hauptbahnhofs durchgeführt. Um potenzielle Setzungen inkl. deren Dimensionen messtechnisch zu erfassen, haben die Firmen ANGERMEIER INGENIEURE und KARNER INGENIEURE in einem gemeinsamen Pilotprojekt eine flächenhafte satellitengestützte Überwachungsmessung im Bereich des Hauptbahnhofs vorgenommen.

Radarsatellitenaufnahmen der TerraSAR-X/TanDEM-X und PAZ Satelliten aus einer zwei Jahre rückblickenden „Nullmessung“ wurden verwendet, um die Stabilität des Untergrunds nachzuweisen und saisonale Einflüsse im Untersuchungsgebiet zu bestimmen. Nur mit Kenntnis etwaiger regelmäßiger (zyklischer) Einflüsse können diese im Weiteren vom eigentlichen Messsignal getrennt und dieses letztendlich korrekt interpretiert werden.

Für das ca. 3 km² große Untersuchungsgebiet wurden Aufnahmen im Modus High-Resolution Spotlight (HS) eingesetzt, die eine Bodenauflösung von etwa 1x1 m erreichen; jeweils Aufnahmen aus einem aufsteigenden Orbit. In der Auswertung des Zeitraums 11/2018 bis 10/2020 konnten keine größeren signifikanten Hebungs- oder Setzungsereignisse identifiziert werden. D. h. der Baugrund kann in dem Untersuchungsbereich als stabil angesehen werden.

Im Zeitraum der darauffolgenden Satellitenbilder (11/2020 bis 01/2021) wurden zwei Pumpversuche zur Grundwasserabsenkung durchgeführt. Beispielsweise für den Bau des neuen unterirdischen S-Bahn Haltepunkts am Hauptbahnhof, der in rund 41 Metern Tiefe zentral unter der Haupthalle liegen wird, ist es notwendig das Grundwasser mit Förderbrunnen zu entspannen und den Wasserdruck auf die Verbauten zu verringern. Bei den Versuchen galt es u. a. festzustellen, wie stark und wie weit sich eine Setzungsmulde ausbilden wird, um damit ggf. die hydraulischen Modelle zu verfeinern.

In den prozessierten Radardaten war es möglich, Bewegungen im niedrigen einstelligen Millimeterbereich zu detektieren und klar die Einflüsse der Pumpversuche darzustellen. Sowohl das Eintreten von Setzungen während und gegen Ende der Grundwasserförderung, die sich nahezu kreisförmig um die Förderbrunnen ausbildeten, als auch eine Hebung / ein Wiederanstieg des vorher entstandenen Setzungsbereichs zurück in die Normallage konnte eindeutig in den Daten nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Messungen aus dem All decken sich mit geodätischen Nivellements und den Berechnungen der Grundwasserdynamik; sie konnten deren Modelle zusätzlich noch weiter verfeinern.

Das Pilotprojekt zeigt eindeutig das Potential der InSAR Technologie: Im innerstädtischen Bereich mit guten Rückstreueigenschaften können Höhenänderungen von einigen wenigen Millimetern signifikant nachgewiesen werden. Andererseits zeigten sich auch hier die Probleme, die bei allen Fernerkundungsverfahren vorhanden sind. So konnten einige Aufnahmen in den Wintermonaten nicht verwendet werden, da eine geschlossene Schneedecke eine Auswertung unmöglich machte.

Für Überwachung der tatsächlichen Baumaßnahme wird eine satellitenbasierte Überwachung in Verbindung mit geodätischem und geotechnischem Monitoring das perfekte Verfahren darstellen. So ist eine Kombination aus flächenhafter großräumiger Überwachung zusammen mit örtlichem objektbezogenem Monitoring möglich, die Risiken minimiert und unmittelbares Eingreifen ermöglicht.