Tunelowanie poniżej, bezpieczeństwo powyżej: Monitorowanie jednej z najbardziej ruchliwych brytyjskich autostrad podczas budowy kolei

Autor: Megan Hansen, Simon Hall, Craig-Lee Holt

W trakcie realizacji krytycznych projektów transportowych w Wielkiej Brytanii, monitorowanie istniejącej infrastruktury pod kątem odkształceń jest niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa i ciągłości pracy. Podczas drążenia tunelu pod szybką koleją HS2 na autostradzie M25 w pobliżu Londynu, SOCOTEC UK z powodzeniem monitorował trudno dostępną i ruchliwą autostradę za pomocą rozwiązania Leica Geosystems wyposażonego w automatyczny skaner laserowy i szereg innych technik monitoringu. 

Szybki pociąg, krytyczna autostrada i wyzwanie dla monitoringu

Pierwsza brytyjska kolej pasażerska została otwarta w 1830 roku, zapoczątkowując rewolucję tranzytową. Prawie dwa wieki później osoby dojeżdżające do pracy w Wielkiej Brytanii nadal jeżdżą koleją zbudowaną w epoce wiktoriańskiej, a zapotrzebowanie na więcej linii i szybsze połączenia transgraniczne przewyższa rozwój infrastruktury kolejowej. Budowana obecnie w Wielkiej Brytanii specjalna linia kolejowa dużych prędkości High Speed 2 (HS2) pomoże złagodzić te problemy, łącząc główne miasta i porty lotnicze w celu dalszego połączenia największych regionów gospodarczych Wielkiej Brytanii.

Jednak budowa tej rozległej linii kolejowej pomiędzy głównymi miastami, w tym Londynem, Birmingham i Manchesterem, wymaga budowy tuneli, które potencjalnie mogą zakłócić istniejący tranzyt i spowodować deformacje strukturalne znajdujących się nad nimi jezdni. Tak było w przypadku drążenia tunelu pod M25, krytyczną autostradą krajową, po której codziennie przejeżdża ponad 250 000 pojazdów na odcinku 117 mil asfaltu. 

Szczególnie budowa dwóch oddzielnych tuneli pod tym obiektem sprawiła, że National Highways, rządowa spółka odpowiedzialna za utrzymanie M25, potrzebowała rozwiązania w zakresie monitorowania, które zapewniłoby bezpieczeństwo podróżnych i pozwoliło ocenić integralność strukturalną jezdni w trakcie realizacji projektu. 

Monitorowanie tak ruchliwej autostrady stwarzało jednak problemy: jezdnia, przy stale wysokim natężeniu ruchu, miała ograniczony dostęp do obszarów monitorowania i nie było wykonalne zamknięcie autostrady w celu wstępnego lub regularnego zbierania danych w okresach budowy. Jednocześnie niepraktyczne było instalowanie pryzmatów na powierzchni drogi, gdzie byłyby niszczone przez ciężkie pojazdy lub ruch musiałby być przekierowany, aby je ominąć.

Lider branży SOCOTEC UK podejmuje wyzwanie

Aby sprostać temu wyzwaniu, Align - spółka joint venture realizująca 21,6 km infrastruktury kolejowej, w tym 16,04 km tuneli dwunitkowych pod M25 - zatrudniła ekspertów od monitoringu z SOCOTEC UK, wiodącego brytyjskiego dostawcy usług testowania, kontroli i zgodności w różnych branżach. Dzięki specjalizacji w zakresie monitoringu geotechnicznego i strukturalnego oraz ponad 30-letniemu doświadczeniu w realizacji dużych projektów z zakresu inżynierii lądowej i wodnej, takich jak modernizacja Victoria Station w Londynie, firma ta była idealnym partnerem w projekcie.

SOCOTEC UK brał pod uwagę nie tylko praktyczność instalacji pod względem dostępu i montażu instrumentów, ale także chciał zminimalizować zakłócenia i, co najważniejsze, zapewnić bezpieczeństwo podróżnym z M25 i swoim pracownikom podczas pracy wzdłuż autostrady. Dlatego wymagano rozwiązania o minimalnej instalacji na powierzchni drogi, zmniejszonej ilości instalacji do robót ziemnych oraz możliwości pełnego zdalnego działania systemu monitorowania i autonomicznej pracy 24/7 przez kilka lat. 

Firma SOCOTEC UK, oddana cyfrowym innowacjom, uznała to za okazję do wykorzystania skanowania laserowego i automatyzacji dostępnej dzięki rozwiązaniom do monitoringu firmy Leica Geosystems.

Skanowanie płaszczyznowe: Nieinwazyjne rozwiązanie do monitorowania od Leica Geosystems

Niestandardowy system monitoringu został zaprojektowany w porozumieniu z firmą SCCS, będącą częścią Hexagon i wiodącym dystrybutorem Leica Geosystems w Wielkiej Brytanii, i został wyposażony w szereg zautomatyzowanych funkcji, w tym skanowanie płaszczyznowe, obrazowanie, poziomowanie instrumentu oraz raportowanie. 

"Wybraliśmy SCCS, aby dostarczyć nam sprzęt, oprogramowanie oraz wsparcie klienta, którego potrzebowaliśmy, aby zainstalować system zdolny do dokładnego pomiaru skanów powierzchniowych, pryzmatów oraz punktów bezreflektorowych" - wyjaśnia Jeff Foggo, starszy kierownik projektu w SOCOTEC UK. 

Rozwiązanie składało się z:

• zainstalowany na komputerze lokalnym
• 3 Leica Nova MS60 MultiStation
• 1tachimetr monitorujący Leica Nova TM50
• LOC8 Rozwiązanie w zakresie zapobiegania kradzieżom oraz lokalizacji 
• 4 urządzenia komunikacyjne z obudowami Leica ComGate20
• Cztery kolumny do mocowania instrumentów z klatkami bezpieczeństwa i samopoziomującymi spodarkami AD12
• Pryzmaty Leica GRP112 i GMP104

Aby rozwiązać problemy z dostępem i zakłóceniami, SOCOTEC UK wybrał unikalne, nieinwazyjne rozwiązanie monitorujące zwane skanowaniem powierzchniowym, które wykorzystuje skanowanie laserowe i zautomatyzowane oprogramowanie monitorujące do generowania danych i analiz. Połączenie skanera laserowego MS60 o wysokiej dokładności, rejestrującego tysiące punktów na sekundę, z oprogramowaniem GeoMoS zminimalizowało potrzebę instalowania celów odblaskowych lub pryzmatów i umożliwiło monitorowanie nawet w najbardziej ograniczonych obszarach. Zmniejszyło to zakłócenia w ruchu ulicznym podczas instalacji i eksploatacji, usunęło pracowników SOCOTEC UK z potencjalnie niebezpiecznych obszarów i zapewniło bezpieczeństwo użytkownikom dróg.

SOCOTEC UK zbierał referencyjne dane pomiarowe przez 12 miesięcy przed rozpoczęciem wykopów, aby określić normalne ruchy nawierzchni. Podczas okresu monitorowania, MS60, zainstalowany wysoko na sąsiednich cokołach w celu zoptymalizowania widoczności, skanował małe obszary lub " fragmenty" powierzchni w ustalonych odstępach, za pomocą matryc o długości 20, 40 i 60 metrów. Inne tablice pomiarowe obejmowały pryzmaty ustawione na szczytach nasypów oraz wiele punktów bezreflektorowych na konstrukcjach. Dodatkowe pryzmaty zostały zainstalowane jako kontrola pomiarów w stabilnych obszarach. 

Zastosowanie technik hybrydowych z MultiStations pomogło firmie SOCOTEC UK zoptymalizować instalację monitoringu i zapewniło nienaganną wiarygodność pomiarów.  System GeoMoS porównywał pomiary z podstawowymi wartościami referencyjnymi, umożliwiając wykrywanie deformacji i powiadamianie kluczowych interesariuszy w przypadku przekroczenia progów tolerancji dla przemieszczeń. 

Dodatkowa automatyzacja umożliwiająca całodobowy monitoring

W uzupełnieniu do skanowania łat, SCCS zalecił również dalszą automatyzację projektu z wykorzystaniem obrazowania, aby zminimalizować wizyty w terenie. Zdalny dostęp do obrazów wideo na żywo i obrazów nieruchomych za pośrednictwem zintegrowanych kamer w MS60 umożliwił łatwe rozwiązywanie i weryfikację wszelkich pytań dotyczących pomiarów danych bez opóźnień. 

Inteligentne czujniki pomiarowe, w tym MS60s i TM50, były centralnie sterowane poprzez GeoMoS i korzystały z niestandardowych źródeł zasilania z zapasami, aby zapewnić ciągłe monitorowanie. Dodatkowo, ponieważ instrumenty zostały zainstalowane w odległych miejscach, gdzie czynniki środowiskowe mogą wpływać na stabilność, SOCOTEC UK potrzebował sposobu, aby zapewnić, że tachimetry pozostaną wypoziomowane. Połączony poprzez ComGate20, GeoMoS zdalnie i automatycznie aktywował samopoziomującą spodarkę AD12 dla każdego TPS przed każdym cyklem pomiarowym, zapewniając jakość wyników i redukując wizyty konserwacyjne.

SCCS dostarczył nie tylko instrumenty i oprogramowanie - wspierał również SOCOTEC UK, przeprowadzając zdalne i lokalne szkolenia w trakcie eksploatacji i dostarczania systemu monitoringu oraz całego rozwiązania. 

"SCCS zapewnił doskonałe wsparcie i pomoc, a w połączeniu z bogatą wiedzą i doświadczeniem SOCOTEC UK Monitoring UK w zakresie instalacji, uruchamiania, zarządzania i konserwacji systemów monitoringu, wyniki były bardzo wysokiej jakości", mówi Foggo.

Ciągłe monitorowanie przynosi korzyści w postaci stałej ochrony

Ze względu na zdalny charakter obiektu, przerwy w dostawie prądu i czynniki środowiskowe nie były jedynymi problemami, które SOCOTEC UK musiał wziąć pod uwagę podczas ustalania sposobu zapewnienia całodobowego monitoringu. Aby chronić cenny sprzęt w terenie, zamontowano instrumenty w bezpiecznych klatkach i zainstalowano system odstraszania i lokalizacji Leica LOC8. 

LOC8 umożliwia wyznaczanie obszarów obserwowanych, wysyłanie niestandardowych alarmów przez komunikatory oraz śledzenie i blokowanie instrumentów.  Rozwiązanie to było przydatne w codziennym zarządzaniu flotą, jednak okazało się szczególnie istotne dla projektu, gdy trzy instrumenty zostały skradzione z terenu budowy. Dzięki LOC8, SOCOTEC UK był w stanie dostarczyć informacje o śledzeniu lokalnej policji, która odzyskała skradziony sprzęt o wartości 120 000 funtów. Po odzyskaniu, instrumenty zostały poddane inspekcji, serwisowi i kontroli jakości przez SCCS przed powrotem na miejsce, aby monitoring mógł zostać wznowiony tak szybko, jak to możliwe.

Wyniki innowacyjnego systemu monitorowania

Ostatecznie, zastosowanie przez SOCOTEC UK rozwiązania do monitorowania Leica Geosystems pozwoliło na normalne funkcjonowanie M25 podczas drążenia tunelu, zapewniając, że jeden projekt mający na celu poprawę transportu nie zakłóci istniejącego, krytycznego tranzytu. 

"Dzięki naszemu wspólnemu wysiłkowi z SCCS, pewnie monitorowaliśmy M25 i okoliczne zasoby co godzinę podczas przechodzenia dwóch maszyn do drążenia tuneli pod M25 wzdłuż HS2 w szybkim tempie", zastanawia się Foggo. 

"Możliwość zapewnienia innowacyjnego systemu monitorowania dla jednej z najbardziej ruchliwych części infrastruktury autostradowej w Wielkiej Brytanii była i nadal jest satysfakcjonującym doświadczeniem. Dane z pewnością mówiły same za siebie, jeśli chodzi o sukces systemu monitorowania: zapis o minimalnym ruchu aktywów był jasny podczas fazy drążenia tunelu, a wszyscy interesariusze, tacy jak National Highways, otrzymali pewność, której wymagali".

Zainteresowany monitoringiem? Zapraszamy do zapoznania się z kolejnymi studiami przypadków, pokazującymi, jak nasi klienci wykorzystują nasze rozwiązanie do usprawnienia pracy w zakresie monitoringu:

Przykłady wdrożeń monitoringu