POTENZIALE DES GROUND PENETRATING RADAR 

IN DER FAHRWEGDIAGNOSE VON METERSPURSTRECKEN

Technische Universität Graz // Jänner 2024 // Masterarbeit

KURZFASSUNG

Ground Penetrating Radar (GPR) ist eine Technologie, die in vielen technischen Bereichen verwendet wird, um durch den Einsatz von elektromagnetischen Wellen zerstörungsfrei Untergrundinformationen zu erfassen.

Die vorliegende Masterarbeit untersucht die Potenziale des GPR in der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken und bietet einen umfassenden globalen Überblick über die Hauptanwendungsgebiete von GPR im Eisenbahnwesen. Es wird deutlich, dass GPR im Eisenbahnbereich weltweit bereits weitverbreitet ist. 

Die vorangegangenen Untersuchungen zu den Grundlagen des GPR sowie die Auswertung und Analyse der im Februar 2023 durchgeführten GPR-Messungen auf dem Streckennetz der Rhätischen Bahn (RhB) in der Schweiz zeigen Potenziale für den Einsatz in der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken.

Die explorative Korrelationsanalyse zwischen einzelnen Messdaten aus GPR und der Messdatenbank IRISSYS ergaben keine Muster oder Trends. Demzufolge werden Vorschläge gemacht, wie zukünftige Projekte aussehen könnten.

Die grundlegenden Erkenntnisse dieser Arbeit ermöglichen abschließend die Formulierung von Empfehlungen für die effektive Anwendung des GPR bei der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken.

Mit zusätzlichen Erkenntnissen über den Gleiskörper, wie Schotterverschmutzung, Schotterfeuchtigkeit, Welligkeit und Schichtdicken, könnten die Instandhaltungsprozesse und Umbauplanungen noch präziser gestaltet werden. Die Integration dieser zusätzlichen Informationen aus GPR in das bestehende System IRISSYS erscheint als eine vielversprechende Möglichkeit, um den Weg in Richtung prädiktiver Instandhaltung weiter zu beschreiten.

EINLEITUNG

Die meterspurigen Schmalspurstrecken spielen im öffentlichen Verkehr der Schweiz eine zentrale Rolle. Diese Spurweite von 1000 mm macht fast ein Drittel des gesamten Schienennetzes aus und ist für die Erschließung abgelegener Regionen und touristischer Ziele von großer Bedeutung. In der Masterarbeit wird untersucht, wie das Ground Penetrating Radar (GPR) in der Meterspur effektiv eingesetzt werden und die bestehende Fahrwegdiagnose unterstützen kann. Mithilfe des GPR ist es möglich, den Untergrund durch das Aussenden von elektromagnetischen Wellen nicht-invasiv zu untersuchen und auf dieser Grundlage bestimmte Aussagen über den Gleiskörper zu treffen, ohne den Untergrund aufgraben zu müssen.

ZIELSETZUNG

Zu Beginn des Jahres 2023 hat die Rhätische Bahn (RhB) ein Messdienstleistungsunternehmen beauftragt, auf drei Streckenabschnitten Messungen mit dem Ground Penetrating Radar (GPR) durchzuführen. Dabei ging es primär um die Feststellung der Felsoberkante für die Planung von zwei Tunnelumbauten. Diese GPR-Messungen werden im Rahmen dieser Arbeit weiter analysiert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden dann Empfehlungen für die praktische Anwendung von GPR in der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken abgeleitet.

Bei dieser Masterarbeit werden folgende Ziele verfolgt:

• Darstellung der weltweiten Verbreitung der Meterspur

• Schaffung eines Grundverständnisses für die Funktionsweise des Ground Penetrating Radar (GPR)

• Identifikation der spezifischen Anforderungen an GPR für die Zustandserfassung des Fahrwegs 

• Ermittlung relevanter Stakeholder und Interessengruppen im Kontext von GPR im Eisenbahnwesen

• Analyse globaler Hauptanwendungsgebiete von GPR im Eisenbahnwesen

• Auswertung und Interpretation der GPR-Messungen (Bärentritttunnel und Wiesentunnel I)

• Explorative Korrelationsanalyse zwischen einzelner Parameter aus GPR-Messungen und aus Messdatenbank IRISSYS

• Formulierung von Empfehlungen zur praktischen Implementierung von GPR in der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken

AUFBAU DER MASTERARBEIT

Im zweiten Kapitel soll eine Analyse der globalen Verbreitung der Meterspur als Einstieg dienen. Damit soll die Stellung der Meterspur (Schmalspur) im Eisenbahnwesen aufgezeigt werden. Das dritte Kapitel widmet sich den grundlegenden Aspekten des Ground Penetrating Radar (GPR). Hier werden die Funktionsweise, physikalischen Grundlagen, verschiedene Arten von Antennen sowie die Methoden zur Darstellung und Interpretation von GPR-Messungen detailliert erläutert. Ein allgemeines Systemverständnis der Funktionsweise des gesamten Gleiskörpers wird in Kapitel 4 vermittelt. In Kapitel 5 werden die weltweiten Hauptanwendungsgebiete von GPR im Eisenbahnwesen untersucht, zusätzlich werden die beteiligten Akteure, der globale GPR-Markt und konkrete Anwendungsbeispiele näher beleuchtet. Eine Auswertung und Interpretation der GPR-Messungen der RhB im Bärentritttunnel und im Wiesentunnel I erfolgt in Kapitel 6. Anschließend wird in Kapitel 7 eine explorative Korrelationsanalyse mit den GPR-Messungen und Messwerten aus der Messdatenbank IRISSYS durchgeführt. Die Masterarbeit schließt mit einer Diskussion und einem Fazit in Kapitel 8, in dem die Ergebnisse zusammengefasst und Empfehlungen für den praktischen Einsatz von GPR in der Fahrwegdiagnose von Meterspurstrecken abgeleitet werden. Im Anhang befinden sich Protokolle von Interviews, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden und die Arbeit bereichern sollen, indem sie Einblicke aus erster Hand von relevanten Akteuren im Bereich von GPR im Eisenbahnwesen bieten.