Vorerkundung von Gleistrassen

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Aufgabe

Im Rahmen eines kombinierten geophysikalischen-geotechnischen Untersuchungsprogramms von Gleistrassen dient die Vorerkundung mit Georadar der schnellen und lückenlosen Grobdiagnose. Mit einer Georadarvorerkundung wird eine Übersicht über die Verhältnisse im Gleiskörper und im nahen Untergrund erzielt. Schwachstellen können entdeckt werden.

Die anschließende Feindiagnose durch geotechnische Verfahren (z.B. Bohrung oder Schürfe) kann dadurch in Hinsicht auf die Positionierung und Anzahl optimiert werden.

 

Messprogramm:
  • Multisensor-Hochgeschwindigkeitsgeoradar

 

Erkundungsziele

Typische Erkundungsziele der Grobdiagnose sind:

  • Schotterverschmutzung
  • Unterkante Schotter bzw. Planum
  • eingebaute Schichten (PSS, FSS, Packlagen)
  • Fehlstellen (z.B. Schottersäcke)
  • Schichtgrenzen im nahen Untergrund

 

Untergrund

Das wichtigste Kriterium für die Anwendung von Georadar ist allgemein der Untergrund. Seine Eigenschaft entscheidet über die Detektierbarkeit von Bodenstrukturen. Zum einen muss das Gesuchte einen ausreichenden Kontrast zur Umgebung aufweisen und zum anderen darf das Radarsignal nicht zu stark absorbiert werden. Für die Eindringtiefe ist i.w. die elektrische Leitfähigkeit des Untergrundes verantwortlich. Das Schotterbett bietet günstige Voraussetzungen für die Wellenausbreitung, da die Signalabsorption meist gering ist. Gleiches gilt für die Schutzschichten sowie für den Untergrund, falls dieser nicht bindig ist. Bindige Böden beschränken die Tiefenreichweite, da sie infolge ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit das Radarsignal stärker absorbieren.

 

Tiefenreichweite

Die ersten 1,5 Meter können in der Regel detailliert erkundet werden. Bis 2,5 m Tiefe liegen oft Verhältnisse vor, die gute Aussage über Schichtgrenzen bzw. -wechsel erlauben. Größere Tiefenreichweiten sind weniger sicher und hängen sehr von der Bodenart ab. Günstig wirkt sich sandig-kiesiger Untergrund aus, wo Eindringtiefen von
5 m und mehr vorkommen können.

 

Einschränkende Verhältnisse
  • Weichen: starke Beschränkung
  • Betonschwellen: geringer Einfluss durch Spannstahl
  • Holzschwellen: ungünstiger Einfluss bei Durchnässung
  • Stahlschwellen: starke Beschränkung, Messung nur im Schwellenfach bzw. seitlich der Schwellenköpfe erfolgreich.

 

Messsystem

Das Messsystem besteht aus einer Steuer- und Aufzeichnungseinheit sowie den Sensoren (siehe Abb. 1). Meist werden die Messungen mit mehreren Sensoren zugleich durchgeführt. Die Sensoren befinden sich z.B. an den Schwellenköpfen und in der Gleismitte (siehe Abb. 2). Mit schnellen Georadargeräten können prinzipiell hohe Geschwindigkeiten der Messfahrt erreicht werden, sodass den teilweise engen betrieblichen Voraussetzungen bei Bahnbetreibern entsprochen werden kann. Für Messungen mit erhöhter Genauigkeit ist die Geschwindigkeit zu reduzieren.
Die Georadardaten werden digital aufgezeichnet, damit die Daten mit speziellen Auswerteverfahren aufbereitet werden können.

 

Messsensoren

Für die Georadarmessungen stehen mehrere Sensortypen (Antennen) zur Verfügung. Man unterscheidet diese durch ihre sog. Dominanzfrequenz. Bedingt einerseits durch das Metall der Schienen und ggf. der Schwellen sowie andererseits durch die Rauheit des Schotters können nur mittel- bis hochfrequente Sensoren (zwischen etwa 200 MHz und 800 MHz) sinnvoll eingesetzt werden. Die tieffrequenten Sensoren besitzen eine größere Tiefen-
reichweite, reagieren aber störempfindlicher auf Metalle.

Die Hochfrequenten lösen besser auf, falls die Schichtgrenze ausreichend glatt ist.

 

Sensorkopplung

Bei den verwendeten Sensoren handelt es sich um rückwärtig abgeschirmte Flächenantennen, sodass Störsignale von oben stark unterdrückt werden. Die Sensorkopplung und damit der Energieeintrag in den Untergrund ist größer und die Streuverluste sind geringer, falls sich die Antenne nahe am Boden befindet.