Застосування технології лазерного сканування для моніторингу деформації залізничного тунелю

Abstract

Підтримання залізничних тунелів у належному стані – ключове завдання для безпеки перевезень та його експлуатації. Ці споруди постійно зазнають навантаження, що може призводити до поступових, але небезпечних деформацій та осідань. Сьогодні для контролю за їх станом у нашому арсеналі є безліч інструментів, один із яких – технологія лазерного сканування. Вона дає можливість отримати надзвичайно точну модель тунелю. Це дозволяє не просто подивитися на конструкцію, а й порівнювати її поточний стан із попередніми вимірами. Такий підхід допомагає завчасно виявити будь-які відхилення від норми та першо чергового положення, що робить цю технологію незамінною для підвищення надійності та продовження життя залізничних тунелів. Актуальність. Переваги використання технологій лазерного сканування для моніторингу тунелів є беззаперечними. Сучасні системи лазерного сканування забезпечують високу точність вимірювань і дозволяють створювати детальну тривимірну модель конструкції або високоточні 2D креслення тунелю. Це дає можливість виявляти навіть незначні деформації або відхилення від проектного положення, які можуть впливати на безпеку руху поїздів. Важливо зазначити, що процес сканування є повністю безпечний для людини, адже всі вимірювання робляться дистанційно – геодезист не перебуває в зоні ймовірних ризиків, що актуально в умовах обмеженого простору або в умовах активного використання тунелю. Використання лазерного сканування підвищує ефективність моніторингу, забезпечуючи можливість порівнювати результати у динаміці, що створює умови для своєчасного прийняття рішень щодо технічного обслуговування і ремонту споруди. Об’єкт дослідження. Об’єктом дослідження є 1765 метрів залізничного тунелю, розташованого у гірському масиві, який перебуває в експлуатації та піддається впливу різних природних і техногенних факторів, що можуть спричиняти його деформацію. Предмет дослідження. Предметом дослідження є комплекс геодезичних робіт та оптимальні методи їх виконання під час моніторингу деформацій залізничного тунелю із застосуванням технологій лазерного сканування. Дослідження охоплює вибір і використання сучасного геодезичного обладнання, методику збору та опрацювання зібраних даних, а також оцінку точності отриманих результатів. Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності та точності геодезичного моніторингу деформацій залізничного тунелю шляхом застосування технології лазерного сканування. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити такі завдання: − проаналізувати науково-методичні засади та нормативно-правові документи, що регламентують виконання геодезичного моніторингу інженерної споруди; − розглянути принципи роботи та технічні характеристики сучасних сканувальних лазерних систем; − провести польові роботи; − виконати камеральні опрацювання та оцінити точність хмари точок; − визначити характер і величину деформації конструкції тунелю. Методи дослідження. У досліджені використовувались наступні методи: геодезичні методи – для створення опорної мережі та забезпечення точності позиціювання сканів; лазерне сканування – для отримання високоточної тривимірної моделі тунелю та виявлення просторових деформацій; аналітичний метод – для опрацювання та узагальнення отриманих даних, визначення відхилень і оцінки точності вимірювань; комп’ютерне моделювання – для створення високоточних 2D креслень Наукова новизна роботи полягає у застосуванні технологій лазерного сканування для комплексного моніторингу деформацій залізничного тунелю та створенні високоточних 2D креслень на основі хмари точок. У процесі дослідження було розроблено послідовність виконання геодезичних робіт із використанням сучасних геодезичних приладів та програмного забезпечення для опрацювання даних. Визначено оптимальні параметри зйомки, що забезпечують міліметрову точність моделювання геометрії тунелю, а також доведено ефективність поєднання лазерного сканування з традиційними геодезичними методами при контролі технічного стану інженерних споруд. Інформаційна база. Інформаційну базу роботи становить законодавчі, нормативно-правові, науково-технічні джерела, що регламентують виконання геодезичних і моніторингових робіт на інженерних спорудах. Основу складають законодавчі та нормативні акти України у сфері топографо-геодезичної діяльності, будівництва та технічного контролю, зокрема: • Закон України «Про топографо-геодезичну та картографічну діяльність»; • Постанова Кабінету Міністрів України «Про затвердження Порядку здійснення моніторингу технічного стану об’єктів будівництва»; • Інструкція х проведення нівелювання I-IV класів (ГКІНП-03-01-09); • ДСТУ 2229:2020 «Зйомка інженерних споруд методом лазерного сканування. Загальні умови». Також використано технічний звіт та матеріали підприємства якому надавався проект, у яких відображено результати лазерного сканування залізничного тунелю, а також супровідні польові журнали, каталоги координат і результати камерального опрацювання даних. Практичне значення роботи полягає у впровадженні технології лазерного сканування для підвищення точності та ефективності моніторингу залізничних тунелів. Запропонована методика дозволяє швидко отримувати достовірні просторові дані, виявляти деформації та створювати високоточні 2D креслення. Результати дослідження можуть бути використані геодезичними та проектними організаціями при виконані робіт з контролю технічного стану інженерних споруд.