Erde in Bewegung

15. September 2016

Schwere Erschütterungen und Bodenbewegungen gibt es in Deutschland selten. Wenn doch, können die Schäden groß sein. Ob so geartete Ereignisse drohen, und wie diese zu vermeiden sind, wissen die Ingenieure und Wissenschaftler von DMT in Essen.

Im März 2009 stürzte das Kölner Stadtarchiv in einen plötzlich aufgetretenen Absenktrichter an der Baugrube der U-Bahnbaustelle Waidmarkt. Eine Katastrophe von historischem Ausmaß. Immerhin gehörten zum Kölner Archiv allein 65.000 Urkunden aus 1.100 Jahren Stadtgeschichte, 1.800 Handschriften aus Mittelalter und früher Neuzeit und 150.000 Karten und Pläne. Außerdem wurden dort mehr als eine halbe Million Fotos und etwa 800 Sammlungen beziehungsweise Nachlässe aufbewahrt – darunter die des Komponisten Jacques Offenbach und des Literatur-Nobelpreisträgers Heinrich Böll.

Insgesamt konnten 95 Prozent des Archivguts aus Trümmern und Grundwasser geborgen werden – die restlichen fünf Prozent sind unwiederbringlich verloren. Die Restaurierung aller geborgenen Dokumente wird nun Jahrzehnte dauern. Wollte ein Restaurator allein die Mammutaufgabe nach dem Kölner Archiveinsturz bewältigen – er wäre 6.300 Jahre damit beschäftigt.

Warum überhaupt es zu dem Archiveinsturz kam, dessen Gesamtschaden die Stadt Köln auf eine Milliarde Euro beziffert, ist nicht zweifelsfrei erwiesen. Dass sich das Drama am Ende nicht noch ausweitet, ist nicht zuletzt DMT zu verdanken. Das Unternehmen ist ein international tätiger, unabhängiger Ingenieur- und Consulting-Dienstleister. Zu den Tätigkeiten von DMT gehören in Köln die geotechnische Beurteilung der Standsicherheit des Untergrundes und der benachbarten Gebäude sowie ein 3D-Laserscanning zur geometrischen Dokumentation und Beweissicherung. Außerdem installierte DMT nach dem Unglücksfall ein komplexes geotechnisches Monitoringsystem zur geodätischen und technischen Überwachung.

Dieses Monitoringsystem ist bis heute fester Bestandteil der Sanierungsarbeiten an der Baustelle. „Es dient der Überwachung des Umfelds zur Abwehr weiterer Gefahren. Es besteht aus einem Tachymetersystem mit zahlreichen Messpunkten, das Boden- und Gebäudebewegungen in Lage und Höhe überwacht“, sagt Dr. Karsten Zimmermann, Leiter der Fachstelle für Bodenbewegungen.

Zudem werden auch die Neigungen von Gebäudewänden und Baukonstruktionselementen, Grundwasserpegelstände sowie Erschütterungsimmissionen auf potenziell erschütterungsempfindliche Gebäude erfasst. Dabei sind alle Komponenten zu einem automatischen Überwachungssystem vernetzt, um durch Alarmierung der Einsatzleitstellen auf eine plötzlich eintretende Ausbreitung der Schadensstelle hinzuweisen.

Die geodätische, geophysikalische und geotechnische Überwachung der Georisiken bei Großprojekten hat in der Bau- und Rohstoffindustrie eine erhebliche Bedeutung. „Im Mittelpunkt steht der Schutz von Menschen und Sachwerten durch Messung, Überwa- chung und Auswertung sicherheitsrelevanter Parameter“, sagt Dr. Zimmermann. So ist beispielsweise die Überwachung des Verlaufs der Boden- und Erdbewegung notwendig, um eine Einschätzung des Bewegungsverhaltens und dessen Ursachen zu ermöglichen. Insbesondere in besiedelten Gebieten kann ein Echtzeit-Monitoring mit moderner Messtechnik notwendig sein, um auf ein plötzlich eintretendes Ereignis hinzuweisen – zum Beispiel auf einen Tagesbruch als Folge eines möglichen Einsturzes eines Bergwerkstollens.

Die qualitativen Anforderungen an die entsprechenden Überwachungssysteme haben nicht zuletzt aufgrund einer gesteigerten Umweltsensibilität und der hohen Sicherheitsanforderungen deutlich zugenommen. In vielen Projekten leistet DMT in der Überwachung einen wichtigen Beitrag, um Risikobereiche und Schadenpotenziale früh erkennen und rechtzeitig Vorsorge treffen zu können. „DMT liefert damit entscheidende Informationen für eine umfassende Risikobeurteilung in allen Phasen der Projekte seiner Aufrageber“, beschreibt Dr. Zimmermann die Bedeutung seines Unternehmens bei der Schadensprävention.

Neben dem Kölner Stadtarchiv ist DMT bei zahlreichen anderen Projekten mit von der Partie. Beispiele:

• Zur Erfassung von seismischen Ereignissen im Bereich der Erdgasfelder im Gebiet zwischen Weser und Elbe betreibt DMT seit Ende 2012 ein seismologisches Erschütterungs-Monitoring. Zu diesem Zweck wurden in öffentlichen und privaten Gebäuden Messstationen errichtet. Diese erfassen die Bodenschwinggeschwindigkeiten an der Erdoberfläche. Darüber hinaus besteht das seismologische Ortungsnetz aus sechs Bohrlochmessstationen. Die Bohrlöcher haben Tiefen von bis zu 200 Metern. So ist sichergestellt, dass selbst kleinste Erschütterungen bemerkt werden.
• Aufgrund von unterirdischen Hohlräumen, entstanden durch oberflächennahe bergbauliche Tätigkeit oder durch natürliche unterirdische Stofflösungs- und Transportvorgänge, kann es an der Tagesoberfläche zu Erdfällen oder Tagesbrüchen kommen, welche insbesondere in bewohnten Gebieten zu beträchtlichen Schäden führen können. So kam es in den vergangenen Jahren zum Beispiel in Thüringen zu zahlreichen Erdfällen in Siedlungsgebieten mit signifikanten Gebäudeschäden. Aus diesem Grund wurde DMT vom Thüringer Landesamt für Umwelt und Geologie mit der Errichtung eines umfassenden Monitoringsystems zur Überwachung von Boden- und Erdbewegungen beauftragt. Ziel ist es, eine Einschätzung der verbleibenden Aktivität zu bekommen. Bei dem installierten System handelt es sich um ein Echtzeit-Monitoring mit verschiedenen Messeinrichtungen bestehend unter anderem aus Erdfallpegeln, Bohrlochgeophonen, Bohrlochextensometern, Mikrofonen und einer Kamera. Alle Komponenten sind zu einem automatischen Überwachungssystem vernetzt und alarmieren die Einsatzleitstellen, sobald die Erde im betroffenen Gebiet in Bewegung gerät.

Messverfahren sind fast immer gleichbedeutend mit immensen Datenmengen. Für die Handhabung und Analyse der Messdaten betreibt DMT eine komplexe Hard- und Softwarelösung. „DMT SAFEGUARD verwaltet, visualisiert und analysiert Geodaten und ermöglicht durch ein ausgeklügeltes Frühwarn- und Meldesystem schnelle und fundierte Entscheidungen. Es unterstützt damit ein professionelles Risikomanagement“, erklärt Dr. Zimmermann.

Auftraggeber können die Messdaten und Grenzwerte über ein Web-Nutzerportal mit interaktiven Web-GIS-Karten abrufen. Web-GIS ist ein rechnergestütztes Informationssystem, mit dem sich raumbezogene Daten digital erfassen und redigieren, speichern und reorganisieren, modellieren und analysieren sowie alphanumerisch aufbereiten und visualisieren lassen. So betreibt die Fachstelle für Bodenbewegungen im Auftrag des Wirtschaftsverbands Erdöl- und Erdgasgewinnung in Norddeutschland einen auf DMT SAFEGUARD basierenden Bürger-Informationsdienst, mit dem sich Anwohner jederzeit online über die aktuelle Erschütterungssituation informieren können.