Verbesserung der Sicherheit bei der Überwachung des Baus von U-Bahn-Tunneln
Herausforderung
Der Bau von Tunneln ist eine mühsame Angelegenheit. Riesige Tunnelbohrmaschinen (TBM) fräsen sich durch die Erde, tragen Erdreich ab und verlegen in ihrem Schlepptau Segmente aus vorgefertigten Betonringen, um das Einstürzen der Decke zu verhindern. Selbst wenn die Reifen an Ort und Stelle sind, ist der Tunnel ein potenziell gefährlicher Ort. Die Ingenieure können nicht wissen, ob ein Betonsegment versagen wird, solange sie keine Überwachungsgeräte installiert haben, die Spannungen und Dehnungen messen können.
Der Einbau dieser Ausrüstung gefährdet die Sicherheit der Ingenieure, vor allem wenn Erschütterungen auftreten, so dass die TBM stundenlang pausieren muss, während der Einbau erfolgt. Dies verlangsamt den Tunnelbau und treibt die Kosten in die Höhe. Bei der Arbeit an der Grand-Paris-Express-Metro-Linie 18 in Frankreich kamen die Experten des Bauberatungsunternehmens Sixense zu dem Schluss, dass es einen intelligenteren Weg für die Installation von Tunnelüberwachungsgeräten geben muss, und arbeiteten mit Worldsensing an einem bahnbrechenden neuen Ansatz.
Lösung
Anstatt die Überwachungsgeräte nach dem Einbringen der Auskleidung im Tunnel zu installieren, dachten die Experten, warum nicht die Geräte in die Auskleidung selbst einbetten? Die von der TBM eingebauten Betonsegmente werden außerhalb der Baustelle vorgefertigt, so dass sich die Sensoren leicht einbetten lassen. Zu diesem Zweck entwickelte Worldsensing eine spezielle Version seines Fünfkanal-Datenspeichers mit schwingendem Draht, der in einem robusten Polymergehäuse untergebracht ist, das direkt in den Beton versenkt werden kann.
Alle elektronischen Komponenten innerhalb der Einheit sind mit isolierendem Harz geschützt, nur die USB-Anschlüsse des Geräts bleiben für Konfigurationszwecke offen. Die Datenlogger werden von Batterien gespeist, die bis zu zehn Jahre lang wartungsfrei arbeiten können. Die gesamte Einheit wird in einem externen Schaumstoffgehäuse in den Beton eingelassen, so dass sie bündig mit der Oberfläche der Tunnelauskleidung abschließt.
Vorteile
Die Datenlogger werden sicher an Vibrationssensoren wie Dehnungsmessstreifen oder Druckzellen angeschlossen und liefern ab der ersten Minute ihrer Installation nützliche Informationen, die den Experten helfen, die strukturelle Festigkeit jedes Betonabschnitts auch während der Aushärtung zu beurteilen. Während der Bauarbeiten werden die Geräte als Teil der Tunnelauskleidung installiert, so dass es keine Verzögerungen im Betrieb und keine Risiken für die Ingenieure gibt.
Zunächst kann jeder Datenlogger Signale an ein Gateway senden, das bis zu 100 m entfernt im Kopf der TBM oder an einer anderen Stelle des Tunnels installiert ist, so dass ein nahezu sofortiger Echtzeit-Überblick über die strukturelle Stabilität ab dem Zeitpunkt des Einbaus der Auskleidung möglich ist. Sobald die TBM mehr als 100 m von einem Sensor entfernt ist, nehmen die Störungen ab, und die Datenlogger können mit Gateways kommunizieren, die in einer geraden Linie bis zu 3 km oder in einem nicht linearen Tunnel bis zu 800 m voneinander entfernt sind.
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