Badania deformacji obiektów tunelowych realizowane w Zakładzie Geodezji Inżynieryjnej i Systemów Pomiarowych

Zaproponowane w grancie podejście badania deformacji obiektów tunelowych stanowi alternatywę dla tradycyjnych analiz przekrojowych i wizualizacji 3D, eliminując ich ograniczenia i umożliwiając bardziej kompleksową ocenę deformacji obiektów o złożonej geometrii. Kluczowe elementy prac obejmowały przygotowanie chmury punktów, dobór parametrów rozwinięcia oraz ocenę dokładności wyników. Szczególną uwagę poświęcono zagadnieniu wpływu infrastruktury technicznej przysłaniającej powierzchnię na wyniki analiz deformacji. Metodykę przetestowano na różnych typach obiektów tunelowych (tunel metra, tunel drogowy, kolektor ściekowy, galeria zapory), zróżnicowanych pod względem funkcji, obciążeń i wymagań prawnych.

Opis projektu:

Technologia naziemnego skaningu laserowego pozwala na pozyskanie gęstej chmury punktów w bardzo krótkim czasie. Dzięki temu uzyskujemy quasi-ciągły model powierzchni szczegółowo obrazujący aktualny kształt mierzonego obiektu. W praktyce oraz w badaniach naukowych, analizy deformacji w oparciu o chmury punktów dla obiektów o skomplikowanej geometrii są wykonywane w postaci przekrojów lub kolorowania chmury punktów zgodnie z przyjętą skalą barwną dla wyznaczonych wartości deformacji (w odniesieniu do modelu teoretycznego walca). Oba te podejścia mają jednak pewne ograniczenia. W przypadku przekrojów analizujemy wybrane miejsca, a zatem quasi-ciągły model sprowadzamy do analiz miejscowych/punktowych. W przypadku kolorowania chmury punktów wg. wartości obliczonych deformacji musimy analizować wyniki w postaci trójwymiarowego modelu za pomocą dedykowanego oprogramowania, jakiekolwiek ustawienie widoku modelu (zobrazowanie płaskie) takich danych będzie powodowało ich wzajemne przysłanianie, chyba że analiza będzie dotyczyła tylko płaszczyzny. Stąd też w grancie zaproponowano wykorzystanie rozwinięcia powierzchni na płaszczyznę jako potencjalnie korzystnego podejścia dla skomplikowanych geometrycznie, symetrycznych obiektów.

Oprócz właściwego doboru parametrów rozwinięcia, kluczowa jest analiza dokładności uzyskiwanych wyników w kontekście wielkości wyznaczanych deformacji. Jako obiekty badawcze przyjęto szeroko definiowane obiekty tunelowe, które cechują się geometrią zbliżoną do walca, natomiast analiza ich deformacji jest utrudniona nie tylko ze względu na ich geometrię ale też występującą wewnątrz aparaturę specjalistyczną i infrastrukturę techniczną. Wspomniana infrastruktura przysłania fragmenty analizowanej powierzchni oraz w znaczący sposób komplikuje aproksymację parametrów powierzchni referencyjnej (teoretycznej).

Wynikiem grantu jest metodyka opisująca w kolejnych krokach przygotowanie chmury punktów do rozwinięcia, sposób doboru parametrów rozwinięcia oraz ocenę dokładności uzyskiwanych wyników, dodatkowym elementem jest wskazanie rozwiązań pozwalających na uwzględnienie na rozwinięciu przebiegu infrastruktury technicznej. Prace zostały zrealizowane dla czterech grup obiektów, pełniących różne funkcje, podlegających różnym obciążeniom eksploatacyjnym i objętych różnymi regulacjami prawnymi:

• tunel metra w obudowie żeliwnej typu tubing – podlega deformacji zarówno od ośrodka gruntowego, w którym się znajduje, jak i od ruchu eksploatacyjnego, dodatkowo są odcinki w centrum miasta na których realizowane są budynki z oparciem płyty fundamentowej na obudowie metra/stacji  – dla zapewnienia bezpieczeństwa pasażerów kluczowym jest szybkie (możliwe tylko w trakcie krótkiej przerwy nocnej) cykliczne monitorowanie odkształceń oraz zmian przekrojów i skrajni tuneli,
• tunel drogowy – opracowanie postępowania w przypadku tuneli narażonych na oddziaływania od obiektów sąsiednich lub obciążeń eksploatacyjnych wynikających z niedoszacowanego poziomu ruchu,
• kolektor ściekowy – niezbędne okresowe monitorowanie deformacji w celu zapobiegania awarii, ze względu na swój przekrój oraz znaczenie dla Warszawy ocena stanu kolektora Burakowskiego jest niezwykle istotna, dzięki pracom pomiarowym na obiekcie możliwe będzie opracowanie metodyki postępowania w przypadku obiektów tunelowych o średnicy mniejszej niż 2m,
• galeria kontrolna zapory wodnej – ocena deformacji jest szczególnie istotna po przejściu fal powodziowych, ocena deformacji i podjęcie decyzji o odpowiedniej formie zabezpieczeń jest niezwykle ważne w przypadku obiektów piętrzących wodę.