Intelligent monitoring solution ensures highway safety amid high-speed rail construction

Autore: Megan Hanssen è Product Marketing Manager di Leica Geosystem, parte del gruppo Hexagon Simon Hall è dirigente del Content & Distribution Marketing di Leica Geosystem, parte del gruppo Hexagon, Craig-Lee Holt è specialista in Monitoring & Tunnelling Solution di Leica Geosystem, parte del gruppo Hexagon

Mentre in tutto il Regno Unito si stanno realizzando importanti progetti di trasporto, il monitoraggio delle deformazioni delle infrastrutture esistenti nelle vicinanze è essenziale per garantire la sicurezza e il funzionamento continuato. Durante lo scavo del tunnel per la ferrovia ad alta velocità HS2 sotto l'autostrada M25 vicino a Londra, SOCOTEC UK - fornitore di servizi di test, ispezione e certificazione - ha monitorato con successo questa autostrada di difficile accesso e molto trafficata. SOCOTEC ha utilizzato una soluzione di Leica Geosystems, con 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 per passeggeri della Gran Bretagna è stata aperta nel 1830, dando il via a una rivoluzione dei transiti. Quasi due secoli dopo, i pendolari britannici viaggiano ancora sulle ferrovie costruite nell’epoca vittoriana. Tuttavia la richiesta di un maggior numero di linee e di collegamenti più veloci attraverso il paese ha superato lo stadio di sviluppo dell'infrastruttura ferroviaria. La High Speed 2 (HS2) britannica, una ferrovia ad alta velocità attualmente in costruzione, contribuirà ad alleviare questi problemi collegando le principali città e gli aeroporti per potenziare la connessione delle maggiori regioni economiche della Gran Bretagna.

La realizzazione di questa estesa ferrovia tra le principali città, comprese Londra, Birmingham e Manchester, richiede la costruzione di tunnel che potrebbero interrompere il transito esistente e creare deformazioni strutturali alle strade sovrastanti. Costruire un tunnel sotto la M25 ha rappresentato un grosso rischio Ogni giorno oltre 250.000 veicoli percorrono questa principale autostrada nazionale lungo circa 188 chilometri d’asfalto. La costruzione di due tunnel separati sotto questo tracciato, in particolare, ha portato la National Highways - 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 strada per tutta la durata del progetto.

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

SOCOTEC UK, azienda leader del settore, raccoglie la sfida

Per affrontare questa sfida, Align, la joint venture che doveva completare 21,6 Km dell’infrastruttura ferroviaria, compresi i 16,04 Km dei tunnel a doppia canna sotto la M25, si è avvalsa degli esperti di monitoraggio della SOCOTEC UK. Questo fornitore di servizi di test, ispezione e certificazione in tutti i settori è specializzato nel monitoraggio geotecnico e strutturale e vanta oltre 30 anni di esperienza in progetti di ingegneria civile su larga scala, come l'ammodernamento della Victoria Station di Londra.

SOCOTEC UK non solo ha considerato la praticabilità dell'allestimento in termini di accesso e d’installazione degli strumenti, ma ha anche voluto ridurre al minimo le interruzioni e, soprattutto, garantire la sicurezza dei viaggiatori sulla M25 e del proprio personale durante i lavori lungo l'autostrada. Per questo motivo, era necessaria una soluzione che prevedesse un'installazione minima sul manto stradale, installazioni ridotte per i lavori di sterro e la possibilità che il sistema di monitoraggio fosse completamente in remoto e funzionasse autonomamente 24/7, per diversi anni.

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

Scansione patch: Una soluzione di monitoraggio non intrusivo di Leica Geosystems

Il sistema di monitoraggio customizzato è stato progettato di concerto con SCCS, facente parte di Hexagon e distributore leader di Leica Geosystems nel Regno Unito, e ha incorporato una serie di funzioni automatizzate, tra cui la scansione patch, l'imaging, il livellamento degli strumenti e la creazione di report.

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

Per risolvere i problemi dell’accesso e delle interruzioni, SOCOTEC UK ha scelto una speciale soluzione di monitoraggio non intrusiva chiamata scansione patch che utilizza la scansione laser e il software di monitoraggio automatico per generare dati e analisi. La combinazione del laser scanner ad alta precisione MS60, che cattura migliaia di punti al secondo, con il software GeoMoS ha ridotto al minimo la necessità di installare target riflettenti o prismi e ha permesso di proseguire il monitoraggio anche nelle aree più critiche. Ciò ha diminuito le interruzioni del traffico durante l’installazione e le operazioni, ha tenuto lontano il personale di SOCOTEC UK da aree potenzialmente pericolose e garantito la sicurezza degli utenti della strada.

SOCOTEC UK ha catturato dati di misurazione referenziali nei dodici mesi precedenti gli scavi per verificare 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 "patch" di superfici a intervalli determinati con sezioni di 20, 40 e 60 metri. Altre sezioni di misurazione comprendevano prismi installati sulla sommità dei terrapieni e vari punti senza riflettore sulle strutture. Ulteriori prismi erano stati installati in aree stabili come controllo dei rilevamenti.

L’impiego di tecniche ibride con le MultiStation ha permesso a SOCOTEC UK di ottimizzare la propria installazione di monitoraggio e garantire un’affidabilità impeccabile delle misure. GeoMoS ha confrontato le misure con i valori di riferimento di base, consentendo il rilevamento delle deformazioni e la notifica ai principali responsabili in caso di superamento delle soglie di tolleranza per i movimenti.

Automazione ulteriore per un monitoraggio 24/7

Come integrazione delle scansioni patch, SCCS ha inoltre raccomandato di automatizzare ulteriormente il progetto utilizzando immagini per ridurre al minimo le visite in luogo. L’accesso remoto a video dal vivo e immagini fisse tramite le fotocamere integrate nell’MS60 hanno permesso di risolvere facilmente e verificare qualsiasi problema nella misurazione dei dati senza creare ritardi.

I sensori di misurazione intelligenti, compresi gli MS60 e i TM50, sono stati controllati centralmente tramite GeoMoS e hanno utilizzato fonti personalizzate d’alimentazione 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 a livello. Collegato tramite il ComGate20, GeoMoS ha attivato automaticamente in remoto il basamento autolivellante AD12 per ogni TPS prima di ciascun ciclo di misurazione, garantendo la qualità dei risultati e riducendo i sopralluoghi per la manutenzione.

Ma SCCS ha fornito più che gli strumenti e il software: ha anche supportato SOCOTEC UK con corsi di formazione a distanza e in loco durante le operazioni e la consegna dello schema di monitoraggio e della soluzione complessiva.

Il monitoraggio continuo trae vantaggio dalla protezione costante

Per proteggere le apparecchiature di valore sul campo, SOCOTEC UK ha montato gli strumenti dentro gabbie sicure e installato Leica LOC8, la soluzione deterrente per i furti e di localizzazione. LOC8 consente il geofencing, gli avvisi personalizzati tramite messaggistica e la localizzazione e il blocco degli strumenti. Quando tre strumenti sono stati rubati dal sito, SOCOTEC UK è stata in grado di fornire informazioni sul rintracciamento alla polizia locale che ha recuperato l’attrezzatura rubata per un valore di 120.000 Sterline inglesi (circa 138.000 Euro). Una volta riconsegnati, 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 più rapidamente possibile.

I risultati dell’innovativo sistema di monitoraggio

L'utilizzo della soluzione di monitoraggio di Leica Geosystems da parte di SOCOTEC UK ha permesso il normale funzionamento della M25 durante il periodo di scavo del tunnel, garantendo che un progetto di miglioramento dei trasporti non interferisse con la già critica situazione del transito.

"Grazie allo sforzo collettivo con SCCS, abbiamo tranquillamente monitorato la M25 e le risorse circostanti su base oraria durante il passaggio di due frese sotto la M25 lungo l'HS2 in rapida successione", ripensa Foggo.

“Avere l’opportunità di fornire un sistema di monitoraggio innovativo per uno dei tratti più trafficati dell’infrastruttura autostradale del Regno Unito è stata, e continua ad essere, un’esperienza gratificante. I dati confermano chiaramente che questo sistema di monitoraggio è stato un successo: durante la fase di scavo del tunnel, il movimento minimo degli asset è stato evidente e tutte le parti interessate, come la National Highways, hanno ricevuto le rassicurazioni necessarie.”

Gli esperti di monitoraggio hanno sfruttato un sistema di monitoraggio automatizzato per consentire che un'importante autostrada del Regno Unito rimanesse aperta durante i sottostanti lavori di costruzione della ferrovia. Per garantire la sicurezza dei pendolari e l'operatività delle strade, i dati sulle deformazioni sono stati raccolti in modo autonomo e continuo con una stazione totale a scansione laser e analizzati automaticamente nel software di monitoraggio, includendo reportistica e notifiche automatiche per le parti interessate.