Surveillance des tunnels avec la technologie LoRa star : les réponses à vos questions

Le creusement de tunnels est une opération risquée et complexe où il convient de procéder avec prudence, en surveillant les progrès à chaque étape. Dans les tunnels, les réseaux sans fil LoRa star peuvent jouer un rôle important en fournissant des données opportunes de manière simple et rentable. Pour montrer comment, Worldsensing a organisé unwebinaire gratuit comprenant des présentations de la géologue Maria Navarro et d'Alexandre Cosentino, chef de projet chez GKM Consultants. Ce blog répond à certaines des questions soulevées lors de l'événement.

Questions

Quelle est la fréquence d'échantillonnage la plus élevée autorisée par le système ?

Le nœud laser doit-il être dirigé vers des cibles pour recueillir des informations, ou peut-il pointer directement vers la surface ?

Comment puis-je savoir si un nœud laser a besoin d'être entretenu ?

Pourquoi avez-vous choisi une thermistance plutôt qu'un thermocouple ou un détecteur de température à résistance (RTD) pour mesurer la température du béton ?

Combien coûte un réseau LoRa typique ?

Avez-vous un exemple de suivi à long terme ?

Est-il possible de combiner les données du tunnelier avec celles des enregistreurs de données ?

Quelle est l'importance de continuer à surveiller les appareils électriques après la construction d'un tunnelier et d'une nouvelle méthode autrichienne de creusement de tunnel (NATM) ? Doit-on continuer la surveillance pendant une courte période ? La surveillance est-elle nécessaire si le tunnel ne présente aucun problème pendant la construction ?

Avez-vous des suggestions pour mesurer la convergence d'un tunnel avec une méthode similaire à un ruban de mesure de la convergence, mais en recueillant les données à distance afin de ne pas interrompre l'excavation du tunnel ?

Quelle est la meilleure pratique pour mettre en place une surveillance à long terme ou continue sur un tunnel fragile ou ancien ?

Où doit-on placer les capteurs dans un tunnel ?

La technologie est-elle capable de détecter les services existants à proximité du tunnel ?

Recommandez-vous d'installer les appareils à l'intérieur d'un boîtier pour les protéger dans un environnement de tunnel ?

Envisagez-vous d'utiliser des câbles en fibre optique ?

Comment transférer les données vers les enregistreurs de données de surface ?

Le système LoRa de Worldsensing gère-t-il automatiquement la limitation du cycle de service de 1% sur la bande 868 Mhz ?

Existe-t-il des limites à l'utilisation de Worldsensing dans les puits de grande profondeur ?

Quelle est la portée de la technologie ?

Quelle est la meilleure façon d'aborder les problèmes de tassement dans un tunnel NATM en roche de 200 mètres ?

Quelle est la fréquence d'échantillonnage la plus élevée autorisée par le système ?

Maria Navarro : Worldsensingest adapté aux mesures statiques et le taux d'échantillonnage le plus élevé qui peut être configuré est une fois toutes les 30 secondes. Gardez à l'esprit que si vous avez besoin d'échantillonner toutes les 30 secondes, la taille maximale du réseau variera en fonction du type d'architecture Worldsensing. Vous trouverez plus d'informations dans notre base de connaissances.

Le nœud laser doit-il être dirigé vers des cibles pour recueillir des informations, ou peut-il pointer directement vers la surface ?

Maria Navarro : Vous pouvez avoir besoin de feuilles de cible dans certaines conditions d'installation. Les cibles peuvent aider le nœud laser à mesurer avec la précision maximale spécifiée, même dans des conditions favorables. L'utilisation de cibles pour les mesures de distance par laser permet d'améliorer les conditions de mesure et d'atteindre une précision spécifiée sur de longues distances ou lorsque l'éclairage n'est pas idéal.

Nous recommandons des surfaces opaques plutôt que des cibles réfléchissantes et des prismes utilisés en topographie. Vous obtenez des paramètres de signal avec chaque lecture de nœud laser qui peuvent vous aider à évaluer le besoin de feuilles de cible.

Comment puis-je savoir si un nœud laser a besoin d'être entretenu ?

Maria Navarro : Le nœud de distance laser mesure les paramètres du signal en plus de la distance et de la température. Les paramètres de gain et d'intensité du signal peuvent vous aider à planifier les tâches de nettoyage. Vous n'avez pas besoin de nettoyer la surface tant que le nœud laser continue à transmettre des mesures. Vous pouvez trouver plus d'informations dans notre base de connaissances.

Pourquoi avez-vous choisi une thermistance plutôt qu'un thermocouple ou un détecteur de température à résistance (RTD) pour mesurer la température du béton ?

Alexandre Cosentino :Les nœuds de détection du mondene sont pas compatibles avec les thermocouples. Les RTD sont généralement plus précis que les thermistances, mais ils sont aussi beaucoup plus chers. Les exigences de précision et la nature à court terme des mesures ne justifiaient pas le coût supplémentaire de l'utilisation des RTD.

Combien coûte un Réseau LoRa typique ?

Maria Navarro : L'investissement nécessaire à l'installation d'un réseau Worldsensing dépend de nombreux facteurs. Avant de le déployer, il est nécessaire de disposer d'informations telles que les suivantes :

• Le type et le nombre de capteurs qui doivent être automatisés et leur emplacement.
• La taille de la zone où les capteurs seront placés.
• Le taux d'échantillonnage requis pendant chaque phase du projet.
• Les exigences du projet qui influencent l'architecture de gestion de la connectivité de Worldsensing à utiliser (en périphérie ou dans le nuage).
• Exigences en matière d'alimentation et de connectivité.

Avez-vous un exemple de suivi à long terme ?

Alexandre Cosentino : Chez GKM, la plupart de nos instruments géotechniques sont liés à des projets de surveillance à long terme. Vous pouvez trouver des résumés de projets sur notre site web.

Est-il possible de combiner les données du tunnelier avec celles des enregistreurs de données ?

Alexandre Cosentino : Nous n'avons jamais eu l'occasion d'intégrer les données dans le logiciel d'un tunnelier, mais nous ne voyons pas pourquoi ce ne serait pas possible. La passerelle Worldsensing permet de transférer des données via Modbus, File Transfer Protocol et autres, elle devrait donc être compatible avec l'intégration dans un système de gestion de données TBM.

Quelle est l'importance de continuer à surveiller les appareils électriques après la construction d'un tunnelier et d'une nouvelle méthode autrichienne de creusement de tunnel (NATM) ? Doit-on continuer la surveillance pendant une courte période ? La surveillance est-elle nécessaire si le tunnel ne présente aucun problème pendant la construction ?

Alexandre Cosentino : Nous pouvons certainement réduire le taux d'échantillonnage du capteur géotechnique une fois la construction terminée. Mais en maintenant la surveillance active, on obtient des informations importantes. Les informations géotechniques peuvent être utilisées à d'autres fins une fois le tunnel en exploitation, comme la prévision des défaillances, la planification de l'entretien et la surveillance de la sécurité des travailleurs ou du public.

Avez-vous des suggestions pour mesurer la convergence d'un tunnel avec une méthode similaire à un ruban de mesure de la convergence, mais en recueillant les données à distance afin de ne pas interrompre l'excavation du tunnel ?

Alexandre Cosentino : Le nœud de distance laser de Worldsensing permet de mesurer la distance entre deux points à distance, sans interrompre la construction ou l'exploitation du tunnel.

Quelle est la meilleure pratique pour mettre en place une surveillance à long terme ou continue sur un tunnel fragile ou ancien ?

Maria Navarro : Avant d'installer un système de surveillance dans un ancien tunnel, vous devez réaliser une étude pour déterminer l'état de la structure et vérifier les pathologies potentielles et leur ampleur. L'étude doit fournir des informations sur les paramètres à surveiller, tels que l'extension des fissures et les infiltrations d'eau.

Le système de surveillance doit être en mesure de fournir des informations sur l'état actuel de la structure et son évolution, mais aussi sur la nécessité d'entreprendre des actions structurelles telles que la réparation des éléments structurels ou leur renforcement et leur surveillance.

Où doit-on placer les capteurs dans un tunnel ?

Maria Navarro : Vous devez disposer d'un plan de contrôle qui précise le type et le nombre de capteurs à installer, la précision et les autres spécifications des relevés, le seuil qui s'appliquera à chaque type de contrôle, et un plan d'urgence. Ce plan sera généralement créé pendant la phase de conception, avant l'excavation. Il doit tenir compte de la méthode d'excavation, du type de terrain et, dans les zones urbaines, des structures environnantes et de leurs mouvements prévus.

Une fois l'excavation terminée, en fonction de l'évolution des relevés, vous pourrez décider de renforcer des sections et d'installer davantage de capteurs pour vous assurer que les zones critiques sont bien couvertes.

La technologie est-elle capable de détecter les services existants à proximité du tunnel ?

Maria Navarro : La détection se fait généralement lors de la phase de conception, mais elle peut se faire pendant la construction s'il y a une incertitude sur la profondeur de certains services, par exemple. La technique la plus répandue est le géoradar, un radar terrestre qui permet de détecter des objets sous la surface grâce à la transmission d'ondes électromagnétiques ultra-larges.

Recommandez-vous d'installer les appareils à l'intérieur d'un boîtier pour les protéger dans un environnement de tunnel ?

Maria Navarro : Worldsensingest une solution robuste, classée IP67 et IP8, et sa conception est adaptée aux environnements difficiles, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de protéger l'équipement dans des boîtiers spéciaux. Si un projet exige que l'équipement soit protégé, il est important de ne pas utiliser de boîtiers métalliques, car ils interfèrent avec les communications radio et diminuent le signal.

Envisagez-vous d'utiliser des câbles en fibre optique ?

Maria Navarro : L'utilisation de capteurs à fibre optique pour surveiller la construction est une alternative, mais il s'agit d'une technologie complètement différente des systèmes radio LoRa utilisés par Worldsensing. L'utilisation de cette technique surveillée, distribuée et continue présente des avantages, mais elle implique de couvrir la structure avec de longues distances de câbles.

Worldsensing est une solution de surveillance sans fil dont l'objectif est d'installer des enregistreurs à proximité des capteurs, sans longs câbles. Les nœuds communiquent par radio avec la passerelle et centralisent les informations sur un serveur de données.

Comment transférer les données vers les enregistreurs de données de surface ?

Maria Navarro : Il existe de nombreux capteurs qui sont généralement utilisés pour la surveillance de la construction des tunnels dans les environnements urbains. On peut les diviser en capteurs de surface et capteurs enterrés. Pour les capteurs de surface, tels que les fissuromètres, les cellules de charge, les jauges de contrainte, les inclinomètres et autres, les enregistreurs de données sont installés près des capteurs pour éviter les longues distances de câbles.

Avec les capteurs enterrés, tels que les piézomètres, les extensomètres et les inclinomètres en place, une fois que le capteur a été installé à l'intérieur d'un forage, le câble est relié à un enregistreur de données à la surface. En général, ces capteurs sont installés dans des trous d'homme qui abritent l'enregistreur et protègent le système. Tous les enregistreurs installés à la surface communiquent avec des passerelles également situées à la surface.

Les passerelles peuvent être connectées à l'internet, via une connexion mobile ou un câble Ethernet, ou à un réseau local. Le système est le même pour les capteurs à l'intérieur d'un tunnel. Les enregistreurs sont installés près des capteurs et communiquent avec les passerelles dans le tunnel. En général, en raison de l'absence de couverture du réseau mobile, la connexion se fait par Ethernet.

Le système LoRa de Worldsensing gère-t-il automatiquement la limitation du cycle de service de 1% sur la bande 868 Mhz ?

Maria Navarro : Cela se fait automatiquement lors de la configuration du nœud avec l'application mobile. La configuration standard permet à Worldsensing de se conformer aux réglementations radio.

Existe-t-il des limites à l'utilisation de Worldsensing dans les puits de grande profondeur ?

Maria Navarro : En général, Worldsensing est largement utilisé pour la surveillance de la surface et la construction de tunnels. Certaines bonnes pratiques d'installation peuvent être trouvées dans notre base de connaissances, mais en règle générale, il est important de toujours placer la passerelle au-dessus des nœuds. Comme nos périphériques et nos passerelles utilisent des antennes omnidirectionnelles, nous recommandons toujours de les installer en position verticale.

Pour un puits de grande profondeur, cependant, en raison de son alignement vertical, nous recommandons d'installer l'antenne du nœud et de la passerelle perpendiculairement à l'alignement du puits, car cela pourrait améliorer la couverture radio.

Quelle est la portée de la technologie ?

Maria Navarro : LoRa est une technologie sans fil qui utilise des fréquences radio basses fonctionnant dans un spectre radio sans licence. L'un des avantages de cette technologie est sa longue portée et sa faible puissance. LoRa est utilisée dans plusieurs marchés, y compris les villes intelligentes et l'automatisation industrielle. Worldsensing est basé sur la technologie LoRa star et se concentre sur l'automatisation sans fil des capteurs géotechniques et structurels.

Nous proposons des enregistreurs de données compatibles avec la plupart des capteurs du marché et nous automatisons les relevés sur de longues distances en consommant peu d'énergie. Ces relevés sont reçus par des passerelles et peuvent être visualisés par un logiciel basé sur le web et intégrés dans des systèmes tiers.

Quelle est la meilleure façon d'aborder les problèmes de tassement dans un tunnel NATM en roche de 200 mètres ?

Maria Navarro : Lors de la surveillance d'un tunnel NATM en roche pendant la construction, il est important d'avoir une vue d'ensemble des paramètres impliqués dans l'excavation. Des méthodes d'arpentage sont utilisées pour la surveillance de la surface du sol et de la structure, mais certaines zones peuvent être difficiles à couvrir car ces systèmes nécessitent une ligne de visée.

Dans ces cas, l'utilisation de jauges de tassement ou d'inclinomètres fixés aux poutres pourrait être une option pour obtenir l'inclinaison et ainsi calculer le tassement. De même, l'installation d'extensomètres fournira des informations importantes concernant les mouvements verticaux en profondeur. La combinaison de ces relevés avec les informations fournies par les extensomètres incrémentaux et le contrôle de la convergence de la section d'excavation vous renseignera sur les mouvements verticaux induits par l'excavation.