Hauptbahnhof, Berlin

Messung/Überwachung der Wechselwirkungen
zwischen Trogbauwerk und Unterwasserbetonsohle

Am Berliner Hauptbahnhof wird der Zugverkehr auf der Nord-Süd-Achse über ein Trogbauwerk von der Oberfläche zur tiefsten Verkehrsebene im Bahnhof geführt. Auf diese fast vollständig im Grundwasser liegende Betonstruktur wirken starke Auftriebs- und Horizontalkräfte. Um die Auswirkungen dieser Kräfte abzumildern, wird die Trogsohle TS an die Unterwasserbetonsohle US vertikal angekoppelt und zusätzlich mit ihr horizontal verzahnt. Diese Maßnahme behindert jedoch die thermische Verformung der Trogsohle und führt zu erheblichem Zwang.

Zur Bestimmung der Bemessungsparameter für die Konstruktion und Statik dieses komplexen Tragwerks sind zur Erfassung des Zwangs über das Regelwerk hinausgehende Annahmen notwendig. Zur Verifizierung der Berechnungsannahmen und zur Erarbeitung aktualisierter Spezifikationen für künftige Trogbauwerke beschließt die Deutsche Bahn ein System zur messtechnischen Langzeitüberwachung zu installieren, das kontinuierlich die Relativbewegungen, Verformungen, Spannungen und Temperaturen in dem Ankopplungs- und Verzahnungsbereich zwischen TS und US registriert.

Draufsicht auf Gebäude und Trogbauwerk- Hauptbahnhof Berlin – Foto/Abbildung 101 – Draufsicht auf Gebäude und Trogbauwerk

(bearbeiteter) Screenshot © Google Earth, http://earth.google.de)
Copyright der anderen Fotos: MPA Braunschweig

Trogbauwerk am Nordportal - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 202 – Trogbauwerk am Nordportal Trogquerschnitt - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 303 – Trogquerschnitt - Hauptbahnhof Berlin Messorte auf der Trogsohle - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 404 – Messorte auf der Trogsohle Messaufbau an einem Messort - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 505 – Messaufbau an einem Messort Blockkammer in der Trogsohle mit Pfahldurchtritt - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 606 – Blockkammer in der Trogsohle mit Pfahldurchtritt Installation der Dehnungsaufnehmer am Pfahlkopf - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 707 – Installation der Dehnungsaufnehmer am Pfahlkopf Dehnungsmesser am Pfahlkopf - Hauptbahnhof Berlin -; Foto/Abbildung 808 – Dehnungsmesser am Pfahlkopf Aufschweissbarer Stahl-Dehnungsmesser Typ 4000 - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 909 – Aufschweissbarer Stahl-Dehnungsmesser Typ 4000 Wegaufnehmer für die 3D-Verschiebungsmessung zwischen US und TS - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 101– Wegaufnehmer für die 3D-Verschiebungsmessung zwischen US und TS Wegaufnehmer mit schwingender Saite Typ 4450 - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 1111 – Wegaufnehmer mit schwingender Saite Typ 4450 Befestigung eines Betonspannungsaufnehmers an der Bewehrung - Hauptbahnhof Berlin - Foto/Abbildung 1212 – Befestigung eines Betonspannungsaufnehmers an der Bewehrung

Die automatischen Messungen beginnen am Herstelltag des überwachten Bauwerksbereichs und laufen seit mehreren Jahren problemlos. Sie werden weiterhin bei laufendem Bahnbetrieb fortgeführt.

Die Relativverschiebungen zwischen TS und US werden an sechs Messstellen in x-, y- und z-Richtung gemessen. An drei Messstellen wird jeweils in zwei Ebenen und acht Stellen die Längsdehnung der Zugpfahlverlängerungen bestimmt, welche die vertikale Ankopplung zwischen TS und US herstellen. Die Spannungen im nichtlinearen Bereich des ungerissenen Betons in der horizontalen Verzahnungszone werden an zwei Messstellen jeweils in zwei Ebenen und in x- und y-Richtung gemessen.

Anforderungen an das geotechnische Messsystem:

  • Robuste, wasserdichte Ausführung der Messgeräte für die Einbettung in Beton
  • Sieben Messorte auf ca. 25 m x 25 m auf der Trogsohle verteilt
  • Messsignal unverfälscht auf langen Leitungsstrecken übertragbar
  • Langzeitstabiles Messverfahren
  • Aufschweissbare Stahldehungsmessgeräte
  • Aufnehmer zur Ermittlung der Zug- und Druckspannungen des jungen Betons
  • Wegaufnehmer zur Messung der Relativverscheibung zwischen TS und US
  • Alle Messgeräte mit Thermistoren zur Messung der Temperatur
  • Batteriebetriebene Datenerfassung

Veröffentlichungen mit Darstellung der Messergebnisse (demnächst als Download verfügbar)

  • Online-Monitoring des Temperaturzwangs für ein Trogbauwerk am Hautbahnhof Berlin infolge Kopplung des Trogs mit der Unterwasserbetonsohle, Ferdinand S. Rostásy et al
  • Online-Monitoring und Berechnung der Betonspannungen infolge thermischen Zwangs für ein Trogbauerk am Hauptbahnhof Berlin, Ferdinand S. Rostásy et al

Verwendete Geräte von Geokon

Automatisches Messsystem zur Langzeitbeobachtung mit Schwingsaiten-Aufnehmern im Kopplungsbereich zwischen Unterwasserbetonsohle und Trogsohle bestehend aus:

Projekt Eckdaten

Zeitraum Juli 2003 bis Dezember 2005
(Messungen werden seitdem laufend fortgeführt)
Messsystem 24 Stahldehnungsmesser Typ 4000
8 Betonspannungsaufnehmer Typ 4370
18 Wegaufnehmer Typ 4450
Batteriebetrieben Datenerfassung
Ergebnis-Visualisierung: auf PCs in Berlin und Braunschweig
Performance Ermittlung der lastabhängigen- und lastunabhängigen Verformungen, Verschiebungen und Spannungen an Strukturelementen aus Stahl und Beton im Kopplungsbereich zwischen Unterwasserbetonsohle und Trogsohle aufgrund von Druck- und Auftriebskräften sowie durch thermisch bedingten Zwang
Auftraggeber/Planer MPA Braunschweig
Bauherr Deutsche Bahn AG