Краткое описание проекта:

• Съемка и сопровождение реконструкции двух подземных туннелей
• Протяженность туннелей по 2 км каждый.
• Стоимость проекта - 211 миллионов норвежских крон (24,8 миллиона долларов США).

Объект работ: туннели Маурсунд и Кеген

Метод сканирования: наземное лазерное сканирование

Используемое оборудование:

• Сканирующий тахеометр Trimble SX12
• Полевой контроллер Trimble TSC7

Используемое программное обеспечение:

• Полевое ПО Trimble Access Туннели

Каждый туннель длиной около 2 километров, Маурсунд проходит по дну Северного моря, максильная глубина составляет 92,5 метра ниже уровня моря, некоторые участки продольного профиля имеют 10% уклон; Кеген проходит сквозь одноименную гору Кеген, на которой часто наблюдаются лавины и оползни. Тунели были введены в эксплуатацию в 1991 году, подвергнуты масштабной модернизации, включая строительство нового дорожного покрытия, расширение проезжей части, установку нового светодиодного освещения, газовых счетчиков CО₂ / NО₂ с высокой пыле-, влагозищищенностью и защитой от замерзания, а также новые дренажные системы.

Общий вид проекта. Красными линиями обозначены два туннеля — Маурсунд слева и Кеген справа.

После недельной работы в темных, сырых туннелях Де Вюйст стало совершенно ясно, что ей нужно быть мобильнее. «Главная проблема с Маурсундом заключалась в том, что он должен оставаться открытым 24 часа в сутки 7 дней в неделю, чтобы движение осуществлялось согласно установленному графику. Во время движения тяжеловозов рабочую технику приходилось уводить в сторону, монтажники тоже освобождали полосы, иногда и мне приходилось останавливать изыскательские работы. Поэтому, мы должны были максимизировать нашу производительность», - говорит Де Вюйст.

Вместо использования традиционного тахеометра (типичный инструмент для туннельных съемок) Де Вюйст решила заменить его сканирующим тахеометром. Сочетая высокоточные измерения традиционного тахеометра со скоростью и точностью 3D-сканирования, Де Вюйст самостоятельно смогла вести измерения в двух туннелях, где допуски жесткие, пространство ограничено, видимость низкая, а ожидания высокие. Это позволило ей соответствовать бешеному темпу реконструкции туннелей, сопровождаемому взрывными работами и монтажом конструкций, со скоростью, в шесть раз превышающей скорость бригады, состоящей из нескольких человек.

Зеленый лазер Trimble SX12 ярко светит в тоннеле Маурсунд. На стенах армирующие конструкции. Красные диски с поперечинами - это болты, на которых крепятся маты. Стальная сетка служит для дополнительного усиления, позднее на нее будет распыляться бетон.

Изменение плана

Съемка туннелей — это особый этап проекта, который требует уникальных методик и навыков. Сложно создать и управлять сетью геодезического контроля, работать в среде с ограничениями GNSS и поддерживать высокую точность, находясь глубоко под землей. Также требуется хорошее понимание геодезии, чтобы просчитывать, как вертикальное проложение туннеля влияет на его длину.

Мало того, что туннели Маурсунд и Кеген имеют общие сложные участки, у них есть многоуровневые проблемы в дополнение к проблеме с круглосуточным потоком транспорта. Ни один из них не был разработан с заранее заданной формой по текущему проекту, что затруднило геодезическое сопровождение строительства. Весь добытый горный материал сразу же повторно используется другими компаниями, поэтому нет возможности измерить запасы и рассчитать объемы. Ни одно оборудование, за исключением единственного грейдера с Trimble SCS900, не оборудовано системой управления. А в туннеле Маурсунд нужно было построить и смонтировать в замкнутом пространстве техническое помещение шириной 5,4 м, высотой 4 м и длиной 19 м с допуском 0,5 м.

Бурение места под техническое помещение в тоннеле Маурсунд. На экране буровой установки оператор видит проходческую часть, что помогает контролировать бурение.

Просмотр двух сканов с помощью контроллера Trimble TSC7. На более гладком зеленом участке скана показан участок Маурсунда, где уже установлены армирующие конструкции. На более грубом, красном участке они еще не смонтированы.

Когда в январе 2021 года приступили к реконструкции, первоначальный план состоял в том, чтобы создать съемочные группы из одного или двух геодезистов для периодической съемки характерных точек обычным тахеометром. Группы должны были чередоваться каждую неделю. Однако с учетом масштаба, сложности и сроков проекта такой подход оказался проблематичным уже в первые два месяца работы.

«Измерение и контроль проезжей части — одна из самых важных задач и чтобы выдержать необходимые параметры с помощью тахеометра, требуется постоянная настройка измерений и разбивки, что занимает довольно много времени», - говорит Де Вюйст. «Поэтому, чтобы не отставать, им приходилось быть на месте круглосуточно, проводя измерения. Лазерное сканирование намного эффективнее. С помощью сканирующего тахеометра я могу отсканировать 500 метров, с 5 мм точностью измерения за четыре часа; это заняло бы у команды с традиционным тахеометром два дня. Такая эффективность не только позволила мне самостоятельно справляться со всеми задачами съемки, но и уменьшить время съемки на местности до четырёх дней вместо двух недель, сэкономив затраты на съемку и положительно повлияв на бюджет проекта».

Сканирующий тахеометр, о котором говорит Де Вюйст это Trimble SX12 - комбинация тахеометра и сканера, которая особенно хорошо подходит для подземных проектов, таких как туннели. Он может сканировать полный купол на расстоянии до 100 м с плотностью точек 0,1 м за 11 минут, захватывать призму за 5 секунд, с размером пятна диаметром 3 мм на расстоянии 50 м с помощью безопасной для глаз лазерной указки зеленого цвета.

«Мы выбрали SX12, основываясь на подробных презентационных материалах, которые мы получили, а также на нашем опыте работы с предыдущей моделью Trimble SX», - объясняет Де Вюйст. «Сочетание съемки и сканирования делает его невероятно универсальным — я могу выполнять несколько функций одним инструментом. Благодаря простоте использования, интуитивно понятному интерфейсу, функциональности и полной интеграции рабочего процесса я чувствовала, что SX12 полностью подходит для моего первого проекта с Mesta».

Судя по прогрессу на сегодняшний день, кажется, что SX12 и геодезические задачи в надежных руках Де Вюйст.

На сегодняшний день

В условиях недостатка освещения в туннелях, для бригад было крайне важно иметь надежные ориентиры, чтобы знать, где они физически находятся и где необходимо выполнить конкретную работу. Таким образом, одной из основных задач Де Вюйст было беспрепятственное переключение между тахеометром SX12 и сканером для обеспечения такой навигации. Наземный контроль осуществлялся по призмам, которые Де Вюйст установила через каждые 80 метров по всему туннелю. Благодаря этим фиксированным точкам Де Вюйст поддерживает сеть управления проектом с точностью до 5 мм.

Чтобы надежно и легко направлять четыре бригады из 40-50 человек, работающих в туннеле, Де Вюйст использует SX12 для разбивки «метровой линии» - горизонтальной линии, нанесенной через каждые 10 м, указывающей на отметку, находящуюся на 1 метр выше будущей новой дороги Маурсунда. «Существующая дорога имеет крутой уклон вниз примерно на 80 м и изгибается, поэтому она не является надежным эталоном», - говорит Де Вюйст. «Мы знаем превышение и конструкцию новой дороги, поэтому я могу использовать эти теоретические данные и SX12 для измерения и установки метровой линии, которая не только позволяет бригадам точно определять своё физическое положение в туннеле, но и служит отметкой для определенного вида работ на местах, таких как прокладка кабелей или установка армирующих материалов на стенах. Чтобы выполнить подобную работу с помощью традиционного тахеометра, потребуются часы работы, но с зеленым лазерным дальномером и скоростью SX12 я могу получить данные съемки за считанные минуты из одной точки».

Объемы в объемах

Если есть одно слово, которое однозначно описывает рабочий день Де Вюйст, это «объем». В ходе рутинных взрывных и земляных работ, направленных на расширение и увеличения высоты Маурсунда, Де Вюйст постоянно проверяет и подсчитывает объемы, чтобы подтвердить, что бригады удалили достаточно грунта для строительства проезжей части шириной 6 м с шириной обочины 1,2 м по обеим сторонам и высотой свода 4,6 метра.

И Де Вюйст пришлось проявить творческий подход к управлению всей системой, поскольку ни один из экскаваторов на площадке не подключен к технологии позиционирования роботизированного тахеометра. Чтобы решить эту проблему, Де Вюйст сначала создала 3D-модель проходной части туннеля, заданной высоты и ширины, необходимых для безопасного проезда транспортных средств.

Отсканировав секцию туннеля длиной 60 метров, она импортировала 3D-данные в ПО Trimble Business Center (TBC) для создания модели дороги, а затем ввела размеры проходной части шириной 6 м и высотой 4,6 м. Затем полученную 3D модель она загрузила в программное обеспечение Trimble Access Туннели и сохранила как проектную основу на контроллере Trimble TSC7, что позволило ей в любое время быстро проверить объем земляных работ. После установки станции SX12, она делала измерения и на экране контроллера видела значения отклонений относительно проектной модели.

Геодезическая команда, состоящая исключительно из женщин. Сильвия Де Вюйст (справа) и её практикант Софи Колсум.

Де Вюйст создавала чертежи 3D-профилей, в которых представлена форма туннеля, подошва туннеля, проходческая часть с пронумерованными пикетами. После взрывных и технических работ, Де Вюйст выполняла установку станции SX12 и сканировала весь свод, полученное облако она импортировала в TBC, чтобы очистить его от лишних деталей (техника, люди, стройматериалы, кучи пород). Классификация выполнялась с помощью функции «Классификация туннеля», а затем создавалась TIN модель туннеля — на каждые 60 метров рабочий процесс в программном обеспечении занимал 3 минуты.

Отклассифицированное облако точек в ПО TBC: синие точки - туннель, коричневые – подошва, Серые - остальные элементы. SP местоположение станций, зеленые линии показывают на какие точки был сориентирован тахеометр.

«Сканер фиксирует все, что видит, — людей, машины, даже капли воды, — а также форму туннеля, — говорит Де Вюйст. «Без инструмента автоматической классификации в TBC мне пришлось бы вручную выбирать каждый бит шума и удалять его. Эта функция, наряду с автоматическим сканированием с привязкой, экономит мне часы времени при обработке данных. И поскольку я знаю, что могу автоматически убрать шум, я не беспокоюсь о проезжающих автомобилях или других посторонних объектах».

Получив форму туннеля, можно комбинировать элементы управления съемкой с плотностью точек для расчета и проверки объемов земляных работ, а также преобразовать 3D-модель в чертеж профиля туннеля, точно указав, где и в каком количестве необходимо удалить больше рабочей породы. Затем водители экскаватора используют распечатанные чертежи в качестве руководства по проведению работ.

«Я распечатываю чертеж профиля туннеля через каждые полметра,» — говорит Де Вюйст. «Это позволяет каждому отслеживать этапы строительства через заданные промежутки времени. Бригады могут видеть, как туннель выглядит сейчас, я могу предоставить предыдущие чертежи, чтобы показать, как туннель выглядел неделю назад или даже в начале строительства. Это невероятно полезно для измерений и мониторинга строительства».

Возможность эффективного создания профилей туннелей оказалась особенно полезной для подготовки и размещения технического помещения в туннеле Маурсунд, расположенного в центре туннеля на глубине 93 м ниже уровня моря. Команды должны были, путем взрывных работ, создать пространство глубиной 5 м и длиной 20 м. Точность имела первостепенное значение, потому что сборная конструкция здания была предварительно спроектирована с точностью до полуметра от стены туннеля и верхней части двух углов здания. Компания Де Вюйст использовала SX12 для построения и расчета объемов земляных работ на основе двух распечаток профилей одних и тех же участков, чтобы убедиться, что пространство рассчитано правильно. В начале июня бригады успешно построили техническое помещение.

Болты и крепежи

В дополнение к проверке и подсчету объемов выработки пород, Де Вюйст также была занята контролем положения различных типов болтов — призматическими болтами, арматурными болтами, болтами для освещения и болтами для вывесок, все они использовались на разных этапах строительства.

Де Вюйст использует SX12 для установки болтов для вентиляционных отверстий.

Из примерно 170 болтов, которые были на чертежах, сложнее всего было определить положение болтов под дорожные знаки, которые должны быть установлены в туннеле. Болты должны были быть установлены на высоте не менее 2,2 м над готовой дорогой, но на момент измерений там была вырыта канава для подземных кабелей, что затрудняло доступ к надлежащей маркировке позиций. Де Вюйст решила эту проблему с помощью зеленого лазера SX12 и грузовика с гидравлической платформой.

Используя модель туннеля в качестве основы, она использовала необходимые проектные чертежи и нанесла 3D линии с высотой на которой должны были располагаться дорожные знаки. Затем перенесла 3D-файл в полевое ПО Trimble Access на контроллере TSC7. Установив SX12 примерно в 20 м от грузовика, она воспользовалась функцией разбивки линии определяя местоположения каждого болта, а работник с грузовика отмечал точки на сводах туннеля.

«Яркость, точность и дальность действия зеленого лазера значительно облегчили задачу», — говорит Де Вюйст. «Даже на расстоянии 100 метров точки видны кристально четко».

На один километр туннеля Маурсунд Де Вюйст получила 8,5 миллиардов 3D-точек.