Developing automated methods for pipe driving control surveying

Tunnelvortriebsmaschinen werden eingesetzt, um weitestgehend ohne größere Eingriffe in oberirdischen Geländestrukturen unterirdische Tunnel und Kanäle für Straßen- und Bahntunnel sowie für wasser- und abwassertechnische Anlagen zu errichten. In der vorliegenden Arbeit werden die Entwicklungen automatisierter Messverfahren beschrieben, die eine Alternative zu den herkömmlichen Vortriebskontrollvermessungen darstellen. Die Kontrollvermessungen sind wesentlicher Bestandteil für einen zielgerichteten Vortrieb. Für einen planmäßigen Vortrieb und einer sicheren Einfahrt in den Zielschacht sind Vermessungsnetze, bestehend aus Grundlagen-, Portal- und Vortriebsnetzen, eine Grundvoraussetzung. Es wird gezeigt, dass die Methodenlehre der Netzkonfiguration und die Datumsfestlegungen einen entscheidenden Einfluss auf die Vortriebsgenauigkeit haben. Die Steuerung der Vortriebsmaschinen erfolgt über Navigationssysteme, die aus Lasertheodolit- und Schlauchwaagensystemen sowie Tachymeter bestehen. Die unterschiedlichen Systeme werden mit ihren projektspezifischen Parametern erläutert und in Verbindung mit den Rohrvortriebskontrollvermessungen gesetzt. Basierend auf den Beschreibungen der gebräuchlichen Vortriebskontrollvermessungen wird die Entwicklung der neuen Messverfahren erläutert, die über mehrere Schritte zu dem Bau eines autonomen Messroboters geführt haben. Die in der Praxis gebräuchlichen Vortriebsnetze, Messinstrumente und Gerätschaften werden beschrieben, um daraus Erkenntnisse für das neue autonome Messverfahren ableiten zu können. Die Umsetzung erfolgt über ein darauf abgestimmtes Vortriebsnetz, welches auch eine Neuentwicklung der für das Verfahren unabdingbar wichtigen Messprismen beinhaltet. Die Vorteile des autonomen Messverfahrens mit dem Roboter liegen in einer geringeren Kontrollmesszeit und der damit verbundenen Reduzierung von Baustillstandszeiten. Darüber hinaus entfällt ein Begehen in Rohren mit geringen Durchmessern. Mit der Elimination von gesundheitlichen Beeinträchtigungen werden Forderungen des Arbeits- und Gesundheitsschutzes berücksichtigt. An Hand von Simulationsberechnungen wird gezeigt, dass das autonome Messverfahren zu einer Verbesserung bei den Genauigkeiten am Durchschlagspunkt des Zielschachtes führt. Die geringeren Messzeiten führen zu einer Kosten- und Zeiteinsparung. Die Ergebnisse unterstreichen, dass der autonome Messroboter eine effiziente Alternative zu hergebrachten Kontrollmessverfahren darstellt.Pipe driving machines are used to construct underground road and railway tunnels as well as water and wastewater canals with minimum impact on existing structures above ground. Control surveying is an integral part of targeted pipe driving. The thesis at hand describes the development of automated surveying methods that an alternative to conventional forms of control surveying in the context of pipe driving. Orderly pipe driving and safe entry into the target shaft require the setup of base, portal, and pipe driving networks. The thesis shows that it is primarily the network configuration and the determination of the geodetic datum which have a decisive impact on pipe driving accuracy. Pipe driving machines are steered via navigational systems using laser theodolite and hydrostatic level systems as well as tachymeters. The thesis describes the different systems and their project-specific parameters and places them in the context of pipe driving control surveying. Based on descriptions of conventional forms of pipe driving control surveying, the thesis explains the development of new forms of surveying which, through a number of steps, resulted in the construction of an autonomous surveying robot. The pipe driving networks and surveying instruments that have already been in practical use for some time are described in order to derive insights into the new, autonomous method of surveying. This new method is implemented using a pipe driving network specifically geared to this purpose, which crucially also includes the required surveying prism. The advantages of the autonomous method are reduced control surveying times and the associated decrease in construction standstill times. In addition, the autonomous method obviates the need for on-site inspection in small-diameter pipes, and the concomitant elimination of health risks is in line with the requirements of occupational safety and health protection. The thesis also shows, on the basis of simulations, that the autonomous surveying method leads to an improvement in pipe driving accuracy. Moreover, the reduced surveying times lead to cost and time savings. The results therefore highlight that the autonomous surveying robot constitutes an efficient alternative to conventional methods of control surveying in the context of pipe driving