Navigationssystem für Microtunneling und Rohrvortrieb N A V 24

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1 Navigationssystem für Microtunneling und Rohrvortrieb N A V 24 ermöglicht das Auffahren von geraden, sowie von horizontal und vertikal gekrümmter Haltungen liefert präzise Informationen bezüglich Position Richtung Neigung Verrollung einfache Bedienführung und sichere Bedienung Copyright Tunnel24/Germany 2017 Änderungen vorbehalten. Bilder und Texte nicht in allen Einzelheiten für die Ausführung der Geräte maßgebend NAV24, Seite 1 / 15

2 Inhalt 1 Steuerung von Tunnelvortrieben Betriebsmodi von NAV Vorteile von NAV Praktische Anwendung von NAV Einbau und Bedienungsablauf abbildungen der Komponenten Technische Daten NAV24, Seite 2 / 15

3 1 STEUERUNG VON TUNNELVORTRIEBEN Die Firma Tunnel24 verfügt im Bereich der Tunnelvermessung und Navigationssysteme bereits über eine 30-jährige Erfahrung Mit dem speziell für den Rohrvortrieb und das Microtunneling entwickelten Navigationssystem NAV24 ist es Tunnel24 gelungen, eine wirtschaftliche Alternative zu den anderen am Markt bekannten Navigationssystemen zu schaffen. Die hochgenaue erprobte elektronische Schlauchwaage ermöglicht die zuverlässige, millimetergenaue Bestimmung der aktuellen Höhen im Vortrieb. Die elektronische Zieltafel, sowie die beiden optional verfügbaren Kreiselkompasse MK20 und MWD II erlauben die präzise und gleichmäßige Steuerung des Rohrvortriebs in der Lage. Vortriebe mit einem Innendurchmesser D min 800 mm können autonom, schnell, einfach und zuverlässig vermessen werden, der Maschinenführer hat jederzeit zuverlässige Information zur Steuerung der Maschine. 2 BETRIEBSMODI VON NAV24 Das NAV24 verfügt über verschiedene Betriebsmodi, die optional- je nach Bedarf durch Freischaltung des entsprechenden Softwaremoduls- aktiviert werden können. Modus 1 LASER Dieser Modus ist geeignet für gerade Haltungen bis ca. 300m Länge. Hierbei wird die Lage-und Höhenabweichung direkt von dem in der TBM montierten Lasertarget ermittelt. 300m max. Startschacht Zielschacht NAV24, Seite 3 / 15

4 Modus 2 LASER mit Elektronischer Schlauchwasserwaage Dieser Modus ist geeignet für gerade Haltungen, welcher länger als 300m, aber nicht länger als 500m sind. Hierbei wird die Lageabweichung von dem in der TBM montierten Lasertarget ermittelt. Zur Ermittlung der Höhenabweichung dient in diesem Modus die Elektronische Schlauchwasserwaage. >300m bis max 500m Startschacht Zielschacht Modus 3 Kreiselkompass mit Elektronischer Schlauchwasserwaage Dieser Modus wird verwendet für Haltungen, welche entweder gekrümmt sind oder für längere Geraden >500m. Hier erfolgt die Ermittlung der Lageabweichung mittels Kreiselkompass und die Ermittlung der vertikale Abweichung mittels elektronischer Schlauchwasserwaage. Kurvenvortrieb oder Langstrecke Zielschacht Startschacht oder NAV24, Seite 4 / 15

5 Beim Kreiselkompass sind 2 Varianten verfügbar: 1) MK20 Messung nur im Stillstand möglich, Messzeit ca. 2 min je Messung 2) MWD II (Measurement Whilst Drilling) Kontinuierliche Messung auch während des Vortriebs 3 VORTEILE VON NAV24 Rohrvortriebe erfordern, z.b. beim Durchfahren komplizierter Trassen, einen erheblichen Vermessungsaufwand, der mit Hilfe von NAV24 stark vermindert werden kann. Im Anwendungsbereich Microtunneling liegt der entscheidende Vorteil gegenüber konventionellen Systemen darin, die Vortriebsmaschine auch ohne Sichtverbindung zum Startschacht, und damit gekrümmte Vortriebe, sowie auch Raumkurven zuverlässig steuern zu können. Bei Modus 3 entfällt die Notwendigkeit eines optischen Kanals grundsätzlich. Der gesamte Vortriebsverlauf wird automatisch abgespeichert und dokumentiert und erlaubt somit eine Transparenz des Projektes auch nach Abschluss der ausführenden Arbeiten. Der im NAV24 integrierte nordsuchende Kreisel (wahlweise MK20 oder MWD II) bietet die Möglichkeit, Vortriebsmaschinen in der Startbaugrube direkt in bezug zur geographischen Nordrichtung einzurichten. Der gesamte Vortrieb wird so mit Hilfe der präzisen Nordreferenz zuverlässig gesteuert. NAV24, Seite 5 / 15

6 Das System setzt sich aus mehreren elektronischen Modulen und dem dazugehörigen Bedien-Pad zusammen Nordsuchender selbsthorizontierender Kreiselkompass (MK20 oder MWD II) Als Kernstück des Systems ist dieser fest verbunden mit dem Arbeitsrohr der Vortriebsmaschine und ermittelt drei Lagewinkel: - Geographische Nordrichtung Richtung der Maschine - Kippwinkel Neigung der Maschine - Kantwinkel Verrollung der Maschine Elektronische Schlauchwaageeinheit Die elektronische Schlauchwaage ermittelt während des gesamten Vortriebverlaufes permanent die aktuelle N.N.-Höhe des Vortriebes. Sie besteht aus drei Modulen: Einer ca. 10mm starken Schlauchleitung, welche durch den gesamten Rohrstrang mitgeführt wird. Sie besteht aus Einzellängen zu je 50m und wird auf Schlauchtrommeln geliefert. Die Schlauchleitung verbindet den Höhensensor in der Maschine mit dem Referenzsensor in der Pressgrube. Der Höhensensor, montiert im Arbeitsrohr, ermittelt den statischen Druck, der in der Schlauchleitung anstehenden Wassersäule und zusätzlich die Verrollung des Höhensensors. Der Referenzsensor befindet sich fest montiert in der Pressgrube. Er bildet einen konstanten Bezugspunkt. Das Referenzmodul befindet sich in der Pressgrube. Es liegt höher als der Höhensensor in der Maschine. NAV24, Seite 6 / 15

7 Weglängenmessung Der Weggeber / Messrad befindet sich auf dem Rohrstrang im Startschacht und ermittelt die aktuelle Länge des bereits verpreßten Rohrstranges. Dehnermaße werden, falls notwendig, per Hand eingegeben. Steuer-PC / WS-Box Die WS-Box ist das Gehirn des NAV24. In der WS-Box (Windows Server Box) befindet sich neben Schnittstellen und Stromversorgungseinheit der Steuer-PC. Dieser ist über Datenleitungen mit allen Modulen verbunden. Er wird bedient über ein Industrielles Pad welches via W-LAN mit der WS-Box verbunden ist und kann entweder im Arbeitsrohr oder an einem ausgelagerten Steuerstand (Steuercontainer) montiert und bedient werden. Die WS-Box verfügt über W-LAN Antennen. System-Software Die NAV24-Systemsoftware steuert den Ablauf eines Meßvorganges und berechnet auf der Basis der von den Sensoren ermittelten Meßwerte die Lage und die Position des Arbeitsrohres der Vortriebsmaschine. Ein Soll-Ist Vergleich wird unmittelbar vorgenommen. Die benutzerfreundliche Bedienoberfläche ist menuegeführt und orientiert sich bei der graphischen Darstellung an den Gewohnheiten des Baustellenpersonals (Gittertafel). Die Software arbeitet unter MS-WINDOWS. Sämtliche Messdaten und Eingaben werden automatisch gespeichert, so daß eine Dokumentation des gesamten Vortriebsverlaufes gewährleistet ist. NAV24, Seite 7 / 15

8 4 PRAKTISCHE ANWENDUNG VON NAV24 Das Messprinzip von NAV24 basiert auf dem Koppelnavigationsverfahren. Die Solltrasse (DTA) der Pressung wird vor Beginn der Arbeiten in Form der Trassierungselemente (x,y,z) in das System eingegeben. D.h., die Sollachse wird in Segmente aufgeteilt und jeweils die Koordinaten der Punkte, an denen eine Richtungs- oder Höhenänderung erfolgt, werden im Programm definiert. Die Startrichtung und Position des Arbeitsrohres wird durch geodätische Vermessung ermittelt. Bei der Verwendung des Kreiselkompass MK20 werden während des Vortriebes nun Messungen in frei wählbaren Abständen (empfohlen <1,5m), über den Steuer-PC ausgelöst. Im Zuge dieser Messung werden alle Daten des Systems in den PC eingelesen. Bei der Verwendung des Kreiselkompass MWD II erfolgt die Messung kontinuierlich, die Abspeicherung der Daten erfolgt im vorgegebenen Intervall, z.b. 20 cm. Mit Hilfe der Nordrichtung des Kreisels, der Länge des Meßrades und der Kipp- und Kantwinkel der Inklinometer wird unmittelbar die Berechnung der Lageposition vorgenommen. Die Höhenbestimmung des NAV24 basiert auf dem Prinzip der hydrostatischen Differenzdruckmessung. Sowohl im Höhensensor des Arbeitsrohres, als auch im Referenzmodul im Startschacht sind hochgenaue Drucksensoren installiert. Diese Meßdaten werden, unter Berücksichtigung einer Temperaturkompensation, im Steuer PC in eine Höhendifferenz umgerechnet. Lage und Höhe der Vortriebsmaschine werden in Form einer graphischen Gitterdarstellung im Soll- Ist Vergleich dargestellt und abgespeichert. NAV24, Seite 8 / 15

9 Abbildung der Anzeige Darstellung der Navigationsdaten auf dem Steuer PC. Die aktuelle Position des Arbeitsrohres wird in Form eines SOLL IST Vergleiches auf einer Gittertafel dargestellt. Am rechten Bildrand werden ergänzend Neigung, Richtung und Verrollung sowie die momentane Haltungslänge angezeigt. Horizontale und Vertikale Abweichnung werden durch Linien am linken und unteren Bildschirmrand dargestellt. NAV24, Seite 9 / 15

10 Einrichtung Die Einrichtung der Maschinenparameter sowie des Betriebsmodus erfolgt über ein übersichtlich gestaltetes Eingabemenue. 5 EINBAU UND BEDIENUNGSABLAUF Einbau Aufgrund der modularen Bauweise lassen sich alle Systemkomponenten einfach und schnell in jede Vortriebsmaschine einbauen und den räumlichen Gegebenheiten anpassen. Verpolungssichere Stecker und normaler einphasiger Stromanschluß an jede elektrische Verteilung vereinfachen die Montage. NAV24, Seite 10 / 15

11 Einrichtung Die Startkoordinaten -richtung und -höhe der Vortriebsmaschine werden durch geodätische Vermessung ermittelt. Die Daten der Sollbahn des Vortriebes, unterteilt in Segmente, werden als Start- oder Einrichtparameter eingegeben. NAV24 Messungen Das Auslösen der Messungen erfolgt beim MK20 über den Steuer-PC, welcher sich entweder in der Maschine oder im oberirdischen Steuercontainer befindet, oder beim MWD II automatisch. Das Intervall der Messungen kann vom Maschinenfahrer frei gewählt werden. Es sollte 2 m nicht überschreiten, abhängig von den örtlichen Gegebenheiten können kürzere Abstände erforderlich werden. In dem Moment, in dem die Messung ausgelöst wird, liest das NAV24 die Daten der Schlauchwaage und des Weggebers ein und startet daraufhin die Kreiselmessung. Die Messzeit des MK20 beträgt ca. 2 Minuten. Sollte der Kreisel während der Messung durch Erschütterungen gestört werden, verlängert er die Meßzeit, bis zuverlässige Werte garantiert sind. Der MWD II misst kontinuierlich, eine Messzeit und dadurch verbundenen Stillstand gibt es hier nicht. Nach Abschluß der Messung werden die Ergebnisse graphisch und numerisch auf dem Bildschirm ausgegeben. Da das NAV24 nach dem Prinzip der Koppelnavigation arbeitet, ist es notwendig, im ca.40m bis 50m Intervall, geodätische Kontrollvermessungen durchzuführen. Mit Hilfe dieser Kontrollvermessungen wird das Nav24 neu initialisiert und der Driftwinkel neu bestimmt und eingegeben. Handhabung von NAV24 beim Rohrwechsel Die vom NAV24 benötigten Schlauch- und Verbindungskabel werden auf 50m-Trommeln geliefert. Die jeweils letzte Trommel läßt sich problemlos bei jedem Rohrwechsel entkoppeln und später wieder verbinden. Die Schläuche der Schlauchwaage sind mit Schnellverschlüssen ausgestattet; in der Preßgrube sorgt ein spezielles hydraulisches Schnellschlussstück für schnelles und sicheres An- und Abkoppeln. Durch das nach oben offene Ausgleichsgefäß werden Lufteinschlüsse in der Schlauchwaage vermieden. NAV24, Seite 11 / 15

12 Dokumentation des Vortriebs Die vom Steuer-PC des NAV24 automatisch gespeicherten Daten können jederzeit eingesehen und gesichert werden. Die Ausgabe der Vortriebsdaten erfolgt über eine einfache Funktion, bei der die Vortriebsdaten als CSV Datei (Excel lesbar) auf einen Memory Stick gespeichert werden. 6 ABBILDUNGEN DER KOMPONENTEN Bild 1 Kreiselkompaß MK 20 Bild 2 Kreiselkompass MWD II Bild 3 Höhensensor / Referenzsensor Bild 4 Elektronische Zieltafel NAV24, Seite 12 / 15

13 Bild 5 TC Box Bild 6 Weggeber Bild 7 WS Box (PC innen) Bild 8 Tough Pad zur Bedienung Bild 9 W LAN Antennen der WS Box Bild 10 Schnellschlußkupplung NAV24, Seite 13 / 15

14 Bild 11 Kabeltrommel (50m) Bild 12 Schlauchtrommel (50m) NAV24, Seite 14 / 15

15 7 TECHNISCHE DATEN Genauigkeit der Nordrichtung, Kreiselkompaß: < 0,0600 gon Genauigkeit der Lagenmessung, Kreiselkompaß: Neigung: max. zulässiger Bereich 60 gon Verrollung: max. zulässiger Bereich 16 gon < 0,0600 gon Genauigkeit der Höhenanzeige: (abhängig vom Messbereich der Drucktransmitter: 0,2 bis 1,0 bar) <1 bis 5 mm Weitere Messbereiche auf Anfrage Schnittstellen: Sensoreinheiten CAN-Bus Temperaturbereich der Sensoreinheiten: (mit geeignetem Messmedium) -10 C C Stromversorgung Spannung / Frequenz: 230 V / Hz NAV24, Seite 15 / 15