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E. Brückl, W. Chwatal, S. Mertl, A. Radinger:
"Ahead of a Tunnel Face by TSWD-Tunnel Seismic White Drilling";
Talk: 57. Geomechanik-Kolloquium, Salzburg; 2008-10-09 - 2008-10-10; in: "Geomechanics and Tunnelling", Ernst & Sohn, 1. Jahrgang, Heft 5 (2008), ISSN: 1865-7362; 460 - 465.

Geological and geophysical investigations, as well as drilling have brought the quality of geotechnical prognosis for tunnels to a high standard. However, the remaining risk during tunnel construction is still considerable, especially in case of construction by a tunnel boring machine (TBM). Seismic imaging of faults and other geological features affecting the construction ahead of a tunnel face can supply valuable information to reduce this risk. These methods are based on Vertical Seismic Profiling (VSP) locating sources and receivers in the tunnel and generating seismic waves by small blasts or mechanical devices. A fundamental problem in the application of this method is that reflectors (fault zones, petrologic boundaries, or similar) are imaged at their intersection with the tunnel axis only in case they are orthogonal to this axis. Reflectors oriented obliquely to the tunnel axis may be imaged perfectly. However, they must be extrapolated to their intersection with the tunnel axis, thus imposing major uncertainties on prediction.
Therefore it was decided to concentrate on Tunnel Seismic While Drilling (TSWD), an alternative method, which uses the vibrations produced by the cutting head of the TBM as seismic source. Continuous monitoring is possible by this method and the above mentioned problem may be overcome. Conventional seismic traces are extracted from the recordings by the use of a pilot signal recorded near the cutting head of the TBM. First results from a pilot study accompanying the construction of a gallery in the Gesäuse mountain range, Styria, Austria are presented. The bandwidth of the seismic signals is >200 Hz, a high signal to noise ratio is achieved, and excellent conventional seismic traces are extracted. Thus the most important component of the whole method has been realised successfully. Additional aspects of the method are discussed and an outlook to the continuation of the pilot study is given.

Geologische und geophysikalische Erkundungen, Aufschlussbohrungen und geotechnische Untersuchungen garantieren heute einen hohen Standard der geotechnischen Prognose im Tunnelbau. Dennoch verbleiben für die Ausführung der Bauarbeiten hohe Risiken. Dies gilt insbesondere für den Einsatz von Tunnelbohrmaschinen (TBM). Die seismische Abbildung von geologischen Störungen und anderen Strukturen vor der Ortsbrust kann zur Verminderung der Risiken beitragen. Diese seismischen Methoden basieren auf Vertical Seismic Profiling (VSP) - ein Verfahren, bei der die Empfänger im Tunnel installiert und seismische Wellen mit Sprengstoff oder Hammer an der Ulme oder Ortsbrust erzeugt werden. Ein grundlegendes Problem in der Anwendung dieser Methode ist, dass Reflektoren (Störungszonen, petrologische Grenzen oder ähnliches) nur dann auf die Tunnelachse abgebildet werden, wenn sie orthogonal zu dieser liegen. Schräg zur Tunnelachse orientierte Störungen können zwar seitlich der Tunnelachse gut abgebildet werden, sie müssen aber bis zum Schnittpunkt mit der Tunnelachse extrapoliert werden, was eine Unsicherheit der Prognose bedingt.
Daher konzentrierten sich die Autoren auf die Methode Tunnel Seismic While Drilling (TSWD), bei der die Erschütterungen durch das Schneidrad der TBM als seismische Quelle verwendet werden. Kontinuierliche Überwachung ist dadurch möglich, und das oben erwähnte Problem der Extrapolation kann überwunden werden. Herkömmliche seismische Spuren werden unter Verwendung der Pilot-Sensoren erzeugt, die am nicht-drehenden Teil des Hauptlagers des Schneidrads der TBM installiert sind. Der Beitrag zeigt erste Resultate von einer Pilotuntersuchung, die den Ausbau eines Stollens im Gesäuse-Gebirgszug in der Steiermark begleitet. Die Bandbreite der seismischen Signale bei dieser Untersuchung liegt über 200 Hz; ein hohes Verhältnis von Signal zu Rauschen wird erzielt und ausgezeichnete seismische Spuren extrahiert. Dies bedeutet, dass der wichtigste Bestandteil dieser Methode erfolgreich verwirklicht wurde. Zusätzliche Aspekte dieser Methode werden besprochen und eine Vorausschau zur Fortsetzung der Pilotuntersuchung gegeben.