Grundlagenvermessung AlpTransit Gotthard-Basistunnel

Transkript

1 Diplomarbeit Sommersemester 2006 Grundlagenvermessung AlpTransit Gotthard-Basistunnel Samuel Bühler Betreuer: Adrian Ryf Diplomkolloquium Juli Juli

2 Hat sich die Linie Erstfeld-Biasca in 10 Jahren vergrössert?

3 Inhalt Grundlagennetz Ausgangslage Aufgabenstellung der Diplomarbeit GPS-Neuauswertung 1995, 2005, 2006 Neuauswertung NetzGBT Empfehlungen an VI-GBT

4 Gotthard Basistunnel Linienführung Gotthard Basistunnel Gotthard Basistunnel ein Teilstück der NEAT Flachbahn (Scheitelpunkt 550 m. ü. M. =Stadt Bern). Gotthard Basistunnel gehört zum Projekt AlpTransit, das sich von Arth-Goldau bis Lugano erstreckt. Basistunnel Ceneri und der Zimmerbergtunnel gehören auch dazu. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich jedoch nur mit der Grundlagenvermessung des Gotthard Basistunnel. Quelle: AlpTransit Gotthard Ag Grundlagenvermessung

5 Grundlagenvermessung Warum braucht es eine Grundlagenvermessung? Primäres Ziel ist es, Massstab und Orientierung des oberirdischen Grundlagennetzes mit minimalem Genauigkeitsverlust durch die Portalzonen nach untertage, also in den Berg zu übertragen [Schätti I., 2006]. Bestehende Vermessung mit den Zwängen genügt nicht für ein solches Grossprojekt. Einheitliche Vermessungsgrundlage: für Projektierung, Bau, Betrieb Eigenes Grundlagennetz. Grundlagenvermessung

6 Def. Lagebezugsrahmen NetzGBT (= Grundlagenvermessung GBT) Trennung der Lage und Höhe (Diplomarbeit: nur Lage). Das Höhennetz wird ans Landesnivellement angeschlossen. Kriterien für die Punktewahl: 1 Hauptpunkt + 3 Fernzielpunkte (2-6 km Abstand vom Hauptpunkt) LV95 Punkte Biasca, Dalpe, Oberalp, Disentis, Amsteg und Altdorf 3 stabile Triangulationspunkte im Fels. Bezug zur bestehenden Landesvermessung. GPS-tauglich keine grossen Hindernisse 62 km Zweitägige GPS-Messkampagne mal 2 Stunden. Grundlagenvermessung

7 Auswertung / Lagerung NetzGBT Ablauf der VI-GBT Auswertung 1. Post-Processing GPS-Auswertung mit SKI. 2. Gezwängte LTOP-Ausgleichung der GPS-Messungen mit den Koordinaten der LV95-Punkte als Fixpunkte. 3. Helmerttransformation des NetzGBT von LV95-Koordinaten in den LV03- Bezugsrahmen. Passpunkte im Bereich der Portale. Hohe innere Genauigkeit von 1σ = 10 mm (einfache St.abw.) beibehalten. Gute Übereinstimmung mit der lokalen amtlichen Vermessung in Portalbereichen. Differenzen in Sedrun und Faido werden in Kauf genommen. Massstab muss berücksichtigt werden. Grundlagenvermessung

8 Genauigkeit Grundlagennetz Ist eine Genauigkeit von 1σ = 10 mm genau Genug für die Absteckung des Tunnels? Um diese Frage zu beantworten könnte eine Präanalyse gerechnet werden. Für eine grobe Abschätzung reicht eine einfachere Überlegung mit der ersten geodätischen Fundamentalformel: Bei 20 mm Genauigkeit und einer Entfernung von 4.5 km 0.3 mgon Vorgehen bei der Tunnelvermessung 10 mm reichen aus. Wichtig ist die Vermessung im Tunnel, um die geforderten Durchschlagsgenauigkeit Quer 1σ = 10 cm einzuhalten. Portalpfeiler Präzisionspolygonzüge oder polygonartige Netzwerke. Grundlagenvermessung

9 Ausgangslage Zweite Messung 2005 im Geodätischen Projektkurs ETH in Zusammenarbeit mit VI-GBT. Eine Session Ziel: Prüfung der Netzstabilität Erstfeld Erste Ergebnisse aus dem Projektkurs Massstabsdifferenz von 1.04 ppm 62 mm auf 62 km. zwischen NetzGBT und NetzGPS mm Gründe: tektonische Bewegungen? Systematische Differenz auf Grund der GPS-Auswertung? (1995 SKI/2005 LGO) Biasca Ausgangslage

10 Ausgangslage Signifikante unplausible Punktverschiebungen in Bodio von mm DY. VI-GBT Auswertung Punktverschiebungen werden von VI-GBT Auswertungen bestätigt. Ausgangslage

11 Aufgabenstellung 1. Zusätzliche GPS-Messkampagne (Nachmessung 2006) im Raum Bodio-Faido in Zusammenarbeit mit dem Konsortium VI-GBT. 2. Komplette Neuauswertung der GPS-Netze 1995, 2005 und 2006, um einen Massstabseffekt auf Grund der verschiedenen Auswertesoftwares auszuschliessen. 3. Neuauswertung des Werknetz NetzGBT. 4. Gesamtausgleichung mit astronomischen Azimuten vom GPK Analyse der Deformationen innerhalb des Netzes. 6. Empfehlung an die AlpTransit Gotthard AG und das Konsortium VI-GBT. Aufgabenstellung der der Diplomarbeit

12 GPS-Neuauswertung GPS-Neuauswertung aller Messepochen: 1995, 2005 und 2006 (Nachmessungen) Vorgesehen nur mit Leica Geo Office Eingesetzte Software: Trimble Geomatics Office V1.68 SKI Pro V2.5 GrafNav/GrafNet Versuch: Leica Geo Office 3.0 Scheitert, weil in den Messungen von 1995 halbe Wellenlängen in L2 enthalten sind. Nachmessungen 2006: Weglassen der ersten 10 Minuten beim Punkt , sonst wird eine Koordinate abhängig von der Referenz um ca. 4 m falsch gerechnet. Kein Hinweis in Form einer Fehlermeldung. GPS-Neuauswertung

13 GPS-Neuauswertung 2. Versuch: SKI Pro V2.5 Kann halbe Wellenlängen noch auswerten. Resultate sind nicht plausibel. Vergleich der Netze mit Transint führt zu einem Massstab von 8.69 ppm 0.5 m Vergrösserung der Distanz Erstfeld-Biasca. SKI Pro 1995 Erstfeld Globales Netz Software Lokales Netz Software Massstab [ppm] Rotation [cc] NetzGPS2005 SKI Pro NetzLTOP1995 SKI Pro Netzgrösse [km] 0.5 m 2005 LV95 Koordinaten widerlegen die Vergrösserung. Vergleich definitiver Bezugsrahmen NetzGBT mit dem NetzGPS2005 widerlegen diese Vergrösserung. Biasca GPS-Neuauswertung

14 GPS-Neuauswertung 3. Versuch: Trimble Geomatics Office V1.62 Die Daten von 1995 können berechnet werden. Gleiche unplausible Daten wie SKI Pro. 4. Versuch: GrafNav/GrafNet 7.01 Plausible Resultate liefert komplette Neuauswertung wird mit GrafNet gemacht. Probleme der Messungen von 1995: und können nicht mit genügender Qualität berechnet werden Grosse Restklaffen (Tabelle) Sonst stimmen alle Punkte innerhalb der GPS-Genauigkeit überein. Massstab zwischen 1995 und 2005 beträgt 0.47 ppm. Punkt Restklaffe Y (VY) [mm] Restklaffe X (VX) [mm] GPS-Neuauswertung

15 Schlussfolgerungen Antwort auf die Massstabsdifferenz kann nicht gegeben werden. Die Frage, ob sich die Linie Erstfeld-Biasca vergrössert hat, ist noch offen. Die GrafNet-Auswertung bestätigt grösstenteils die Auswertung von Leica Geo Office. Die unplausible Punktverschiebung von , kann auf Grund unabhängiger GPS-Auswertung der Rohdaten nicht sicher nachgewiesen werden. GrafNet-Auswertung zeigt keine Verschiebung. GPS-Rohdaten mit halben Wellenlängen in L2 sind problematisch. Die Neuauswertung zeigt: Die GPS Technologie hat sich in nur zehn Jahren stark geändert. GPS-Neuauswertung

16 Neuauswertung NetzGBT Vorgehen GPS-Auswertung wird die von VI-GBT übernommen Gezwängte Ausgleichung (LTOP) Helmerttransformation auf LV03 Netzmassstab NetzGBT Erstfeld Massstabsdifferenz von 1.04 ppm 62 mm auf 62 km Keine klaren Erkenntnisse nach der GPS-Neuauswertung Neuauswertung zeigt klar, dass es keinen Massstabsdifferenz zwischen dem NetzGBT und den GPS-Messungen von 2005 gibt. Netze sind gleich Gross Massstabsdifferenz entstand auf Grund einer nicht ganzheitlichen Betrachtung der Auswertung von 1995 (NetzGBT). 62 mm Wie kommt diese Massstabsdifferenz zustande? Biasca Neuauswertung NetzGBT

17 Netzmassstab NetzGBT Ablauf der VI-GBT Auswertung 1995 Massstäbe [ppm] Ausgangssystem Zielsystem Bemerkung GPS-Auswertung mit SKI WGS84-Ellipsoid Besselellipsoid Granit aus SKI Auswertung Gezwängte LTOP-Ausgleichung der GPS-Messungen mit den Koordinaten der LV95-Punkte als Fixpunkte. Helmerttransformation des NetzGBT von LV95-Koordinaten in den LV03- Bezugsrahmen NetzGPS1995 NetzLTOP1995 LTOP Vers NetzLTOP1995 NetzGBT LV03 Lagerung Total: NetzGBT Massstab Wie kommt diese Massstabsdifferenz von ppm zustande? Helmerttransformation des GPS Netzes 2005 auf das NetzGBT ergibt einen Massstab von ppm NetzGBT ist um ppm kleiner ppm (-1.64) = ppm Achtung: Die ersten beiden Massstäbe vergessen. Neuauswertung NetzGBT

18 Netzmassstab NetzGBT Die ganze Auflösung der unbekannten Massstabsdifferenz konnte erst nach der Neuauswertung gelöst werden. Fehler in den VI-GBT-Unterlagen Fehler im Abriss der LTOP-Ausgleichung Fehlinterpretation Gemäss den Unterlagen von VI-GBT sieht die Zusammenstellung der Massstäbe wie folgt aus: Massstäbe [ppm] Ausgangssystem Zielsystem Bemerkung GPS-Auswertung mit SKI WGS84-Ellipsoid Besselellipsoid Granit aus SKI Auswertung Gezwängte LTOP-Ausgleichung der GPS-Messungen mit den Koordinaten der LV95-Punkte als Fixpunkte. Helmerttransformation des NetzGBT von LV95-Koordinaten in den LV03- Bezugsrahmen NetzGPS1995 NetzLTOP1995 LTOP Vers NetzLTOP1995 NetzGBT LV03 Lagerung Total: NetzGBT Massstab Neuauswertung NetzGBT

19 Netzmassstab NetzGBT Die Neuauswertung NetzGBT zeigt klar: Die Linie Erstfeld-Biasca ist in den 10 Jahren konstant geblieben. Es kann keine Deformation der Alpen nachgewiesen werden. Rotation NetzGBT Die Stabilität der Orientierung ist bei der Tunnelvermessung wichtig. Das Netz sollte keine Verdrehung aufweisen. Die GPS-Auswertung und die Neuauswertung des NetzGBT s zeigen, dass die Orientierung stabil ist. Neuauswertung NetzGBT

20 Empfehlungen an VI-GBT Die Koordinaten des NetzGBT können weiter verwendet werden, die Punkte erweisen sich grösstenteils als stabil. Es wird empfohlen, die GPS-Rohdaten 1995 nicht noch einmal neu auszuwerten. Die Messungen von 2005 und 2006 können mit Leica Geo Office ausgewertet werden. Die reduzierten Azimute können problemlos in die Gesamtausgleichung integriert werden. Die Azimute haben keinen Einfluss auf die Lösung der Gesamtausgleichung. Eine Aussage über die Verschiebung von Punkten nur auf Grund der GPS- Auswertung ist äusserst problematisch. Es wird davon abgeraten Das zeigt die alternative Auswertung mit GrafNet. Es sollten die Rückversicherungen mit einbezogen werden. Empfehlungen an an VI-GBT VI-GBT

21 Besten Dank für die Aufmerksamkeit Fragen?