Tunnel sotto, sicurezza sopra: Monitoraggio di una delle autostrade più trafficate del Regno Unito durante i lavori di costruzione della ferrovia

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

Con la realizzazione di progetti di trasporto critici in tutto il Regno Unito, il monitoraggio delle deformazioni delle infrastrutture esistenti nelle vicinanze è essenziale per garantire la sicurezza e il funzionamento continuo. Durante lo scavo della ferrovia ad alta velocità HS2 sotto l'autostrada M25 vicino a Londra, SOCOTEC UK ha monitorato con successo l'autostrada di difficile accesso e molto trafficata con una soluzione Leica Geosystems che prevede la scansione laser automatizzata e una serie di altre tecniche di monitoraggio.

Un treno ad alta velocità, un'autostrada critica e una sfida di monitoraggio

La prima ferrovia passeggeri della Gran Bretagna è stata inaugurata nel 1830, dando inizio a una rivoluzione dei trasporti. A distanza di quasi due secoli, i pendolari britannici utilizzano ancora le ferrovie costruite in epoca vittoriana, mentre la domanda di un maggior numero di linee e di collegamenti più veloci con il resto del Paese ha superato lo sviluppo delle infrastrutture ferroviarie. L'Alta Velocità 2 (HS2) del Regno Unito, una ferrovia dedicata all'alta velocità attualmente in costruzione, contribuirà ad alleviare questi problemi collegando le principali città e gli aeroporti per unire ulteriormente le maggiori regioni economiche della Gran Bretagna.

Tuttavia, la costruzione di questa estesa ferrovia tra le principali città, tra cui Londra, Birmingham e Manchester, richiede la costruzione di tunnel che potenzialmente potrebbero interrompere il transito esistente e creare deformazioni strutturali alle strade sovrastanti. È questo il caso del tunnel sotto la M25, un'autostrada nazionale di importanza cruciale che trasporta ogni giorno oltre 250.000 veicoli su 117 miglia di asfalto. 

In particolare, la costruzione di due tunnel separati sotto questa struttura ha portato la National Highways, una società di proprietà del governo incaricata della manutenzione della M25, a richiedere una soluzione di monitoraggio che garantisse la sicurezza dei viaggiatori e valutasse l'integrità strutturale della carreggiata durante l'avanzamento del progetto. 

Il monitoraggio di un'autostrada così trafficata, tuttavia, poneva dei problemi: la carreggiata, con volumi di traffico costantemente elevati, aveva un accesso limitato alle aree di monitoraggio e non era fattibile chiudere l'autostrada per la raccolta iniziale o regolare dei dati durante i periodi di costruzione. Allo stesso tempo, era impraticabile installare i prismi sulla superficie stradale, dove sarebbero stati distrutti dai veicoli pesanti o il traffico avrebbe dovuto essere deviato per evitarli.

Il leader del settore SOCOTEC UK accetta la sfida

Per affrontare questa sfida, Align - la joint venture che sta completando 21,6 km di infrastruttura ferroviaria, compresi i 16,04 km di tunnel a doppia canna sotto la M25 - si è affidata agli esperti di monitoraggio di SOCOTEC UK, fornitore leader nel Regno Unito di servizi di collaudo, ispezione e conformità in tutti i settori industriali. Con una specializzazione nel monitoraggio geotecnico e strutturale e oltre 30 anni di esperienza in progetti di ingegneria civile su larga scala, come l'ammodernamento della Victoria Station di Londra, SOCOTEC UK era il partner perfetto per il progetto.

SOCOTEC UK non solo ha tenuto conto della praticità dell'installazione in termini di accesso e di installazione degli strumenti, ma voleva anche ridurre al minimo le interruzioni e, soprattutto, garantire la sicurezza dei viaggiatori della M25 e del proprio personale durante il lavoro lungo l'autostrada. Per questo motivo, hanno richiesto una soluzione con un'installazione minima sul manto stradale, installazioni ridotte per i lavori di sterro e la capacità del sistema di monitoraggio di essere completamente remoto e di funzionare autonomamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per diversi anni. 

Dedita all'innovazione digitale, SOCOTEC UK ha colto l'opportunità di incorporare la scansione laser e l'automazione disponibili con la soluzione di monitoraggio Leica Geosystems.

Patch scanning: Una soluzione di monitoraggio non invasiva di Leica Geosystems

Lo schema di monitoraggio personalizzato è stato progettato in consultazione con SCCS, parte di Hexagon e distributore leader di Leica Geosystems nel Regno Unito, e ha implementato una serie di funzioni automatizzate, tra cui la scansione di patch, l'imaging, il livellamento degli strumenti e la creazione di report. 

"Abbiamo scelto SCCS per fornirci l'hardware, il software e l'assistenza clienti necessari per installare un sistema in grado di rilevare scansioni patch accurate, prismi e punti senza riflettore", spiega Jeff Foggo, Senior Project Manager di SOCOTEC UK. 

La soluzione comprendeva:

• Installato su un PC locale
• Tre stazioni multiple Leica Nova MS60
• Una stazione totale di monitoraggio Leica Nova TM50
• Soluzione di localizzazione e dissuasione dai furti LOC8 
• Quattro dispositivi di comunicazione Leica ComGate20 con custodia
• Quattro monumenti per il montaggio degli strumenti con gabbie di sicurezza e basamento autolivellante AD12
• Prismi Leica GRP112 e GMP104 

Per risolvere i problemi di accesso e di interruzione, SOCOTEC UK ha scelto una soluzione di monitoraggio unica e non intrusiva, chiamata patch scanning, che utilizza la scansione laser e un software di monitoraggio automatizzato per generare dati e analisi. La combinazione dello scanner laser ad alta precisione dell'MS60, che acquisisce migliaia di punti al secondo, con il software GeoMoS ha ridotto al minimo la necessità di installare bersagli riflettenti o prismi e ha permesso di effettuare il monitoraggio anche nelle aree più ristrette. Questo ha ridotto le interruzioni del traffico durante l'installazione e il funzionamento, ha allontanato il personale di SOCOTEC UK da aree potenzialmente pericolose e ha garantito la sicurezza degli utenti della strada.

SOCOTEC UK ha acquisito dati di misura di riferimento per 12 mesi prima degli scavi per determinare i normali movimenti della superficie stradale. Durante il periodo di monitoraggio, l'MS60, installato in alto su plinti adiacenti per ottimizzare la visibilità, ha scansionato piccole aree o "chiazze" di superficie a intervalli determinati con array di 20, 40 e 60 metri. Altri array di misurazione comprendevano prismi installati sulla sommità dei terrapieni e punti multipli senza riflettore sulle strutture. Ulteriori prismi sono stati installati come controllo del rilievo nelle aree stabili. 

L'utilizzo di tecniche ibride con MultiStation ha aiutato SOCOTEC UK a ottimizzare l'installazione di monitoraggio e a garantire un'affidabilità di misura impeccabile.  GeoMoS ha confrontato le misure con i valori di riferimento della linea di base, consentendo il rilevamento delle deformazioni e la notifica ai principali stakeholder in caso di superamento delle soglie di tolleranza per i movimenti.

Automazione aggiuntiva per un monitoraggio 24/7

A complemento delle scansioni, SCCS ha consigliato di automatizzare ulteriormente il progetto utilizzando le immagini per ridurre al minimo le visite al sito. L'accesso remoto a video e immagini fisse in tempo reale tramite le telecamere integrate nell'MS60 ha permesso di risolvere e verificare facilmente e senza ritardi qualsiasi problema di misurazione dei dati. 

I sensori di misura intelligenti, compresi gli MS60 e i TM50, sono stati controllati centralmente tramite GeoMoS e hanno utilizzato fonti di alimentazione personalizzate con backup per garantire un monitoraggio continuo. Inoltre, poiché gli strumenti erano installati in luoghi remoti dove i fattori ambientali potevano influire sulla stabilità, SOCOTEC UK aveva bisogno di un modo per garantire che le stazioni totali rimanessero in piano. Collegato tramite ComGate20, GeoMoS ha attivato in remoto e automaticamente il basamento autolivellante AD12 per ogni TPS prima di ogni ciclo di misura, garantendo la qualità dei risultati e riducendo le visite di manutenzione.

Tuttavia, SCCS non ha fornito solo gli strumenti e il software, ma ha anche supportato SOCOTEC UK con corsi di formazione a distanza e in loco durante il funzionamento e la consegna dello schema di monitoraggio e della soluzione complessiva. 

"SCCS ha fornito un supporto e un'assistenza eccellenti e, in combinazione con il patrimonio di conoscenze e di esperienza di SOCOTEC UK Monitoring UK nell'installazione, nella messa in servizio, nella gestione e nella manutenzione dei sistemi di monitoraggio, i risultati sono stati di altissima qualità", afferma Foggo.

Il monitoraggio continuo beneficia di una protezione costante

Data la natura remota del sito, le interruzioni di corrente e i fattori ambientali non sono stati gli unici problemi che SOCOTEC UK ha dovuto prendere in considerazione quando ha deciso come garantire il monitoraggio 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per proteggere le preziose apparecchiature sul campo, hanno montato gli strumenti all'interno di gabbie sicure e hanno installato la soluzione Leica LOC8 per la prevenzione dei furti e la localizzazione. 

LOC8 consente il geofencing, gli avvisi personalizzati tramite messaggistica e la localizzazione e il blocco degli strumenti.  Pur essendo utile per la gestione quotidiana della flotta, questa soluzione è stata particolarmente cruciale per il progetto quando tre strumenti sono stati rubati dal sito. Grazie a LOC8, SOCOTEC UK è stata in grado di fornire informazioni di tracciamento alla polizia locale, che ha recuperato 120.000 sterline di attrezzature rubate. Una volta restituiti, gli strumenti sono stati ispezionati, revisionati e sottoposti a controlli di qualità da parte di SCCS prima di tornare al sito, in modo da poter riprendere il monitoraggio il prima possibile.

Risultati del sistema di monitoraggio innovativo

In definitiva, l'utilizzo da parte di SOCOTEC UK della soluzione di monitoraggio Leica Geosystems ha permesso alla M25 di funzionare come sempre durante il periodo di scavo del tunnel, garantendo che un progetto di miglioramento dei trasporti non interferisse con il transito critico esistente. 

"Grazie al nostro impegno collettivo con SCCS, abbiamo monitorato con sicurezza la M25 e gli asset circostanti su base oraria durante il passaggio di due frese sotto la M25 lungo l'HS2 in rapida successione", riflette Foggo. 

"Avere l'opportunità di fornire un sistema di monitoraggio innovativo per una delle parti più trafficate dell'infrastruttura autostradale del Regno Unito è stata e continua ad essere un'esperienza gratificante. I dati hanno certamente parlato da soli in termini di successo del sistema di monitoraggio: il record di movimenti minimi degli asset è stato evidente durante la fase di scavo del tunnel e tutte le parti interessate, come National Highways, hanno ricevuto la rassicurazione necessaria".

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