Intelligentes Monitoring gewährleistet Verkehrssicherheit bei Tiefbauvorhaben

Author: Megan Hanssen ist Product Marketing Manager bei Leica Geosystems, einem Unternehmen von Hexagon, Simon Hall ist Content & Distribution Marketing Executive bei Leica Geosystems, einem Unternehmen von Hexagon, Craig-Lee Holt ist Monitoring & Tunnelling Solution Specialist bei Leica Geosystems, einem Unternehmen von Hexagon

In Großbritannien laufende kritische Tiefbauvorhaben erfordern eine Deformationsüberwachung der nahe gelegenen Infrastruktur, um die Sicherheit und den reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Während der Untertunnelung der Autobahn M25 nahe London für die Hochgeschwindigkeits-Bahnstrecke HS2 überwachte SOCOTEC UK, ein Anbieter von Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsdienstleistungen, erfolgreich die schwer zugängliche, stark befahrene Autobahn. Dazu setzte SOCOTEC eine Lösung von Leica Geosystems mit automatischem Laserscanning sowie diverser Monitoringverfahren ein.

Anspruchsvolle Aufgaben bewältigen

Als 1830 der erste britische Passagierzug verkehrte, leitete er eine Verkehrswende ein. Fast zwei Jahrhunderte später fahren britische Pendler noch immer auf Gleisen aus dem viktorianischen Zeitalter. Doch der Bedarf weiterer und schnellerer Verbindungen im Land hat die Entwicklung der Schieneninfrastruktur überholt. Die derzeit in Bau befindliche britische Hochgeschwindigkeits- Bahnstrecke High Speed 2 (HS2) soll hier Abhilfe schaffen. Sie bindet Großstädte und Flughäfen in den wichtigen Wirtschaftsregionen Großbritanniens besser an das öffentliche Verkehrsnetz an.

Für dieses Jahrhundertvorhaben, das Großstädte wie London, Birmingham und Manchester miteinander verbindet, müssen Tunnel gebaut werden. Die entsprechenden Bauarbeiten können zu Verkehrsbehinderungen auf der darüber liegenden Autobahn sowie zu strukturellen Deformationen führen. Ein besonderes Risiko stellte dabei die Untertunnelung der M25 dar. Auf den 188 Kilometern Asphalt dieser wichtigen Autobahn verkehren täglich mehr als 250.000 Fahrzeuge. Aufgrund des Baus zweier getrennter Tunnel unterhalb dieser Straße schrieb National Highways – der Straßenerhalter der M25 – eine Überwachungslösung aus, um die Sicherheit der Reisenden und laufende Evaluierung der strukturellen Integrität der Fahrbahn während des gesamten Vorhabens zu gewährleisten

Das Monitoring einer so stark befahrenen Autobahn war jedoch nicht unproblematisch: Eine Vollsperrung der Autobahn war für regelmäßige Messungen wegen des gleichbleibend hohen Verkehrsaufkommens und der schwierigen Zugänglichkeit der zu überwachenden Bereiche keine Option. Auf der Fahrbahn installierte Prismen wären entweder von schweren Fahrzeugen zerstört worden oder der Verkehr hätte umgeleitet werden müssen.

Branchenführer SOCOTEC UK stellt sich dieser Aufgabe

Align – das Joint Venture, das den Zuschlag für 21,6 Kilometer der Bahntrasse einschließlich eines 16,04 Kilometer langen Doppeltunnels unterhalb der M25 erhalten hat – verpflichtete für das Monitoring die Experten von SOCOTEC UK. Das Unternehmen ist auf geotechnische und strukturelle Überwachung spezialisiert und verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung bei Großprojekten wie dem Ausbau der Victoria Station in London.

SOCOTEC UK kümmerte sich um das Set Up und die Zugänglichkeit der Monitoringausrüstung, reduzierte Verkehrsbeeinträchtigungen auf ein Minimum und gewährleistete vor allem die Sicherheit des eigenen Personals und der Fahrzeuge auf der M25. Das erforderte eine Remote-Lösung für den komplett autonomen Betrieb 24/7 über mehrere Jahre, bei der möglichst wenig Equipment unmittelbar auf der Straße oder auf Schüttungen angebracht werden musste.

Für SOCOTEC UK eine ideale Gelegenheit, die digitale Innovation voranzutreiben und Überwachungslösungen von Leica Geosystems einzusetzen, die Laserscanning- und Automatisierungstechnologien integrieren.

Patchscans: eine nicht-invasive Überwachungslösung von Leica Geosystems

Das maßgeschneiderte Monitoringkonzept wurde in Zusammenarbeit mit SCCS entwickelt, einem Unternehmen von Hexagon und führendem britischen Vertriebspartner von Leica Geosystems. Die Überwachungslösung bot eine Reihe automatisierter Funktionen, darunter Patchscans, Bildauswertung, Instrumentennivellement und Protokollierung.

„Wir benötigten ein System, das präzise Patchscans, Prismen und reflektorlose Punkte erfassen kann und haben uns deshalb für SCCS entschieden, weil wir sicher waren, dort das geeignete Komplettpaket aus Hardware, Software und Support zu erhalten,“ erklärt Jeff Foggo, Senior Project Manager bei SOCOTEC UK.

Um Probleme im Hinblick auf Zugänglichkeit und Verkehrsunterbrechnung zu vermeiden, griff SOCOTEC UK auf nicht-invasive Patch- scans zurück. Dabei dienen Laserscans und automatisierte Monitoringsoftware der Generierung von Daten und Analysen. Dank der Kombination aus den hochgenauen Leica Nova MS60 MultiStations, die Tausende von Punkten pro Sekunde erfassen, und der Leica GeoMoS-Software, mussten nur wenige Zielmarken und Prismen angebracht werden und auch schwer zugängliche Bereiche waren einfach zu überwachen. Verkehrsstörungen während der Installation und des Betriebs waren auf ein Minimum beschränkt, und weder für die Mitarbeiter von SOCOTEC UK noch für die Fahrzeuge auf der M25 bestand eine Gefahr.

Bereits zwölf Monate vor dem Beginn der Erdarbeiten begann SOCOTEC UK mit der Erfassung von Referenzdaten, um die normalen Fahrbahnbewegungen zu dokumentieren. Während dieses Überwachungszeitraums wurden die MS60 unmittelbar an der Fahrbahn erhöht auf einer Säule montiert, um freie Sicht zu gewährleisten. So wurden in festgelegten Abständen von 20, 40 und 60 Metern kleine Flächen, sogenannte Patches, gescannt.

Zusätzlich wurden auf Schüttungen angebrachte Prismen sowie reflektorlose Punkte auf Bauwerken gemessen und weitere Prismen als Festpunkte in stabilen Bereichen montiert.

Durch den Einsatz von MultiStations mit Hybridtechnologie konnte SOCOTEC UK seine Monitoringlösung optimieren und so eine hohe Zuverlässigkeit seiner Messungen garantieren. GeoMoS glich diese Messungen mit den zuvor erfassten Referenzwerten ab, um Deformationen sowie die Überschreitung definierter Toleranzen zu identifizieren.

Zusätzliche Automatisierung für 24/7-Überwachung

Ergänzend zu den Patchscans empfahl SCCS im Zuge einer weiteren Automatisierung die Verwendung von Bilddaten. Durch den Fernzugriff auf Live-Videos und Standbilder über die integrierten Kameras der MS60 ließen sich Fragen aller Art umgehend und ortsunabhängig beantworten.

Intelligente Messsysteme, darunter MS60 und TM50, wurden zentral über GeoMoS gesteuert und nutzten eigene Stromversorgungen samt Backup, um eine kontinuierliche Überwachung zu gewährleisten. Die Instrumente wurden an Standorten installiert, an denen Umweltfaktoren die Stabilität potenziell beeinträchtigen konnten. Das hieß für SOCOTEC UK, das gleichbleibende Nivellement sicherstellen. Über das Kommunikationsmodul Leica ComGate20 aktivierte GeoMoS vor jedem Messzyklus automatisch den selbstnivellierenden AD12- Dreifuss des TPS, um die Qualität der Ergebnisse sicherzustellen und die Wartungseinsätze vor Ort zu reduzieren.

SCCS stellte nicht nur die Hardware und Software zur Verfügung, sondern unterstützte SOCOTEC UK auch während des gesamten Monitoringzeitraums mit Remote- und Vor-Ort-Schulungen und -Support.

Zum Schutz der Ausrüstung wurden die Instrumente in absperrbare Gitterboxen montiert und mit der Leica LOC8-Lösung zur Diebstahlsicherung und Ortung ausgestattet. LOC8 bietet Geofencing, benutzerdefinierte Warnmeldungen über Messaging- Dienste inklusive Tracking und Sperre von Geräten. Als drei Instrumente vom Gelände gestohlen wurden, stellte SOCOTEC UK der Polizei genaue Ortungsdaten zur Verfügung, mit deren Hilfe Diebesgut im Wert von ca. 138.000 Euro sichergestellt werden konnte. Nach der Rückgabe wurden die Geräte von SCCS überprüft, gewartet und kontrolliert, um dann das Monitoring schnellstmöglichst fortzusetzen.

Vorteile des innovativen Überwachungssystems

Durch den Einsatz der Monitoringlösung von Leica Geosystems konnte der Verkehr auf der M25 während des Tunnelbaus ungehindert fließen, damit sich der Ausbau der Schieneninfrastruktur nicht nachteilig auf den Straßenverkehr auswirkte.

„Gemeinsam mit SCCS konnten wir die M25 und ihre Umgebung während der Untertunnelung mit zwei Tunnelbohrmaschinen im Stundentakt problemlos überwachen“, erinnert sich Foggo.

„Die Möglichkeit, in einem so anspruchsvollen Umfeld mit einem so innovativen Monitoringsystem zu arbeiten, empfanden wir als Privileg. Dabei haben die Daten für sich gesprochen: Während der Tunnelbauphase wurden nur minimale Bewegungen der umliegenden Infrastruktur nachgewiesen. Das vermittelte allen Beteiligten, insbesondere dem Auftraggeber National Highways, ein hohes Maß an Sicherheit.“

Monitoring-Experten nutzten ein automatisiertes Überwachungssystem, um eine wichtige Autobahn- verbindung in Großbritannien während ihrer Unter- tunnelung uneingeschränkt befahrbar zu halten. Um die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer zu gewährleisten, wurden mit einer Laserscanning-Totalstation Deformationsdaten autonom und kontinuierlich erfasst. Die Auswertung erfolgte automatisch in einer Monitoring-Software, welche die Verantwortlichen mit Messprotokollen und Nachrichten über etwaige Toleranzüberschreitungen auf dem Laufenden hielt.