Überwachung der Stabilität einer Felswand an einer Schweizer Straßen- und Eisenbahnstrecke

Herausforderung

Die schweizerische alpenquerende Gotthardbahn ist ein wichtiger Teil des Eisenbahnnetzes, das Nord- und Südeuropa miteinander verbindet. Durch den 2016 eröffneten Gotthard-Basistunnel, den längsten und tiefsten Eisenbahntunnel der Welt, werden täglich mehr als 10.000 Personen und 67.000 Tonnen Güter befördert.

In der Nähe der Kleinstadt Sisikon am Ufer des Vierwaldstättersees führen die Bahnlinie und eine nahe gelegene Straße unter einem 120 Meter hohen Überhang hindurch. Der Überhang ist beeindruckend - und potenziell gefährlich, wenn Felsen auf die darunter liegenden Gleise fallen. Da sich einige Abschnitte als instabil erwiesen haben, war es unerlässlich, den Felsen zu sichern und ihn auf mögliche Bewegungen zu überwachen.

Lösung

Die Felswand wurde mit Netzen stabilisiert, die mit Felsbolzen gesichert wurden. Ein Teil der Felswand wurde mit einer verankerten Betonstützstruktur verstärkt. Während der Stabilisierungsarbeiten wurden vier Bohrungen bis zu einer Tiefe von 20 Metern niedergebracht, um Drei-Punkt-Bohrloch-Dehnungsmessgeräte anzubringen. Außerdem wurden vier Bodenanker-Kraftmessdosen in das Überwachungssystem der Felswand eingebaut. Die Frage war, wie die Daten von diesen Sensoren, die quer über die Felswand angebracht waren, erfasst werden sollten. Die einzige Möglichkeit, manuelle Messungen vorzunehmen, wäre die Entsendung professioneller Wartungskletterer gewesen, ein ziemlich gefährliches und teures Unterfangen. Eine automatische Überwachung hätte auch durch die Installation von Kabeln für die Datenübertragung von den Dehnungsmessern und Kraftmessdosen zu einem Datenlogger erreicht werden können, aber man kann sich die Schwierigkeiten bei der Installation von Kabeln und Kabelkanälen an einer vertikalen, 120 m hohen Felswand vorstellen.

Aufgrund der schwierigen Zugänglichkeit der Baustelle entschied sich der Schweizer Spezialist für Bauwerksüberwachung Huggenberger, der zum führenden Unternehmen für geotechnische Messgeräte Sisgeo gehört, für eine drahtlose Datenerfassungslösung von Worldsensing. Jeder Dehnungsaufnehmer ist mit einem analogen Vierkanal-Knoten ausgestattet, und jede Ankerkraftmessdose ist mit einem Worldsensing Piconode, einem einkanaligen "Mini-Knoten", verbunden. Die Knoten senden Daten an ein solarbetriebenes, drahtloses Gateway, das sich außerhalb der Sichtlinie an einer Tunneleingangswand befindet.

Das gesamte Überwachungsnetzwerk und die Geräte werden durch CMT Edge überwacht und verwaltet, ein Netzwerkmanagement-Tool, das den Status und den Zustand aller Geräte im gesamten Worldsensing-Netzwerk anzeigt und wiederum über eine API mit dem Huggenberger-Monitor-Analysesystem verbunden ist.

Vorteile

Die drahtlose Überwachungslösung wurde im Oktober 2021 in Betrieb genommen und liefert alle zwei Stunden Daten an ein Analysesystem von Huggenberger-Monitor, auf das das Schweizer Bundesamt für Strassen zugreifen kann. Der Einsatz der Worldsensing-Technologie zur drahtlosen Datenerfassung bietet viele Vorteile. Zum Beispiel ist die Installation ohne Kabel einfacher und kostengünstiger. Und es besteht kein Risiko, dass Sensordaten aufgrund von beschädigten Kabeln verloren gehen, was durch Steinschlag oder Tiere passieren könnte.

Die Gefahr der Beschädigung durch Tiere ist in dieser Region besonders groß. Deshalb wurden für die Verbindung der Wägezellen Piconodes anstelle von Vier-Kanal-Knoten verwendet, obwohl die Sensoren nur 20 Meter voneinander entfernt sind. Obwohl die Abhängigkeit von der Solarenergie die Kommunikation im Winter beeinträchtigen kann, bedeutet die von Worldsensing verwendete Low-Power-Wide-Area-Technologie (LPWAN) mit großer Reichweite (LoRa), dass es zu anderen Zeiten praktisch keine Datenverluste gibt, was die Gewissheit gibt, dass auf dem Pass alles in Ordnung ist.