Projekt TV4: Erste britische Eisenbahn-Baustelle mit GPS-Maschinensteuerung

Eisenbahnen sind eines der umweltfreundlichsten Transportmittel, während Kurzstreckenflüge immer stärker aufgrund ihrer hohen Abgasemissionen unter Kritik geraten. Daher ist es eine gute Nachricht für Reisende zwischen Glasgow und London, dass auf der Hauptverkehrslinie an der Westküste die Hälfte des viergleisigen Streckenausbau-Projekts im Trent Valley (TV4) fertig gestellt ist. Die Hauptverkehrslinie an der Westküste zwischen Tamworth und Armitage bei Handsacre ist derzeit nur zweigleisig ausgebaut und stellt damit ein rund 19 Kilometer langes Nadelöhr für die Züge dar. Das TV4-Projekt hat zum Ziel, dieses Nadelöhr durch die Verdopplung der Fahrgleise von zwei auf vier zu beseitigen. Nach Einbau von 38 neuen Gleiskilometern kann dann der Hochgeschwindigkeitsverkehr von Nahverkehrs- und Güterzügen getrennt werden.

Um den 200 km/h-schnellen Bahnverkehr voll aufrecht zu erhalten, dürfen die Bauarbeiten natürlich nur zu möglichst wenigen Betriebsunterbrechungen führen.

Der Einbau neuer Gleise verlangt Verfahrenslösungen, die trotz ohnehin höchster Zeitknappheit, immer weiter Zeit einsparen. Entsprechend war das ausführende Unternehmen Buckingham Group Contracting Ltd. aus Buckinghamshire sehr an neuen Technologien zur Steigerung der Effizienz auf der Baustelle interessiert.

Die Buckingham-Gruppe arbeitet bereits lange mit KOREC zusammen, dem britischen Trimble-Partner für Grade Control Systeme, sowie mit dem Unternehmen Sinbad Plant Ltd., einem unabhängigen Baumaschinenvermieter. Sinbad ist führend im Einsatz von Maschinensteuerungen und hat langjährige Erfahrungen im Eisenbahnbau. Nach eingehender Analyse der TV4-Projektanforderungen mit beiden Partnern, stellte Buckingham fest, dass die Einführung von Maschinensteuerungen bedeutende Produktivitäts- und Leistungssteigerungen im TV4-Projekt bringen könnte. Man mietete daher Trimbles Flagschiff, das GCS900 3D-Grade Control System, auf einem Caterpillar-Dozer D5N aus dem Bestand von Sinbad. Das System umfasste u.a. zwei Trimble® MS990 Smart GPS-Antennen und einen CB430 Steuerungsrechner für die Kabine.

Buckingham-Bauleiter David Mainwaring erklärt: „Zuvor hätten wir diese Gleisbauarbeiten mit einer Kombination aus Totalstationen und Lasersteuerungen ausgeführt - entweder mit herkömmlichen Absteckungen oder in jüngerer Zeit mit Verfahren der Maschinensteuerung. Durch die Anlage der Baustelle, eigentlich ein 15 Kilometer lange und 20 Meter breiter Arbeitsstreifen, hätte dies viele Stunden der Arbeitsvorbereitung, der Einrichtung und des Weitertransport von Vermessungsgeräten bedeutet, um das Schotterbett an einer Reihe von Einbaustellen zu errichten. Mit dem Trimble GCS900 Grade Control System können wir jetzt gleichzeitig viele Maschinen mit nur einer Basisstation betreiben. Damit haben unsere Ingenieure jetzt mehr Zeit für die Überwachung der Ausführungsqualität und die Erfassung der Bauwerksdaten.”

Den Mieteinsatz dieses Systems optimierte Buckingham mit der Verwendung eines modularen Trimble SPS850 GPS-Empfängers und SPS880 Smart GPS-Antenne sowie der Kontrolleinheit TSC2 mit der neuesten Trimble SCS900 Site Controller Software zur Überprüfung der abgeschlossenen Arbeiten. Sowohl die Maschinenführer als auch die Rover-Nutzer arbeiteten mit derselben GPS-Basisstation.

3D Planiersteuerung im Einsatz

Trimble GCS900 liefert Solloberflächen, Planievorgaben und Streckenfluchten direkt in die Kabine. Die Planungsdaten aus dem Buckingham-Büro werden auf die CB430 Steuerrechner in der Kabine geladen. Zu Überwachungszwecken werden sie ebenso auf die TCS2-Kontrolleinheit aufgespielt. Am Dozer ermitteln die Positionssensoren bis zu zwanzigmal pro Sekunde die Schildposition. Im Vergleich zu den Soll-Höhenangaben werden anhand dieser Werte dann notwendige Ab- oder Auftragsmengen errechnet. Per Knopfdruck lässt sich über eine Steuerungsautomatik der Arbeitshydraulik das Schild in die richtige Höhe oder in den gewünschten Angriffswinkel bringen.

Zusätzlich werden die Ab- und Auftragsdaten über die Trimble GCS900 Lichtbalken dargestellt. Dies ermöglicht dem Maschinenführer die optische Kontrolle, ebenso kann er seine Maschine entlang über einen horizontalen Lichtbalken steuern, der einer Fluchtung folgt oder sich an einer ausrichtet.

Buckingham benötigte das Trimble GCS900 Grade Control System vorrangig zum Einbau von 170 mm dicken Schotterlagen, die danach zur Stabilisierung und Steigerung des Fahrkomforts auf 150 mm verdichtet wurden. Toleranzwerte von +10mm/-20mm waren für diese Arbeiten vorgeschrieben, dank der neuen Generation von Trimble-Empfängern berichtet David von durchgängig höheren Genauigkeiten. Sind noch höhere Genauigkeiten erforderlich, kann die Leistungsfähigkeit des GCS900-Systems durch Laser und fortschrittliche Totalstations-Technologie weiter erhöht werden.

David weiter: ”Durch die Speicherung der Oberflächendaten, einschließlich Begrenzungen und Bruchlinien, konnten wir überdies unsere Nachbearbeitungszeiten bedeutend senken. Die Daten werden direkt auf der Kontrolleinheit gespeichert und als DXF-Format in die Trimble Terramodel CAD-Entwurfsoftware geladen. Zusätzlich konnten wir unseren Kunden zusammengefasste, tabellarische und graphische Aufzeichnungen liefern.”

Qualitätssicherung

Zur Überprüfung der Ausführungsqualität werden allmorgendlich Referenzvergleiche mit permanenten Untergrundmarkierungen durchgeführt. Liegen diese in akzeptablen Toleranzen, geht David von weiterhin konstanten Maschinenleistungen aus. Ebenso wird das Niveau der Schildunterkante im sogenannten Benching-Verfahren täglich überprüft. Dazu misst David optisch einen temporären Festpunkt auf der Mittenlinie der Baustraße ein und platziert darauf die Schildunterkante. Die in Echtzeit erfasste Höhe wird dann mit diesem Festpunkt verglichen. Das Buckingham-Team stellte fest, dass sie kontinuierlich jeweils im Bereich von +/- 10-20 mm liegt. David erklärt: „Wenn das Schild arbeitet ‚laufen wir hinterher‘ und sammeln Ab- und Auftragsmessungen in Echtzeit. Der Maschinenführer kann dann Schildanpassungen in der Kabine vornehmen. Ist der Schotter dann gewalzt oder gestampft, nehmen wir in einem weiteren Übergang die endgültigen Werte auf, um zu gewährleisten, das er innerhalb der Toleranzen eingebaut wurde.”

Zukunftspläne

Für Buckingham war der Hauptnutzen des Trimble GCS900 Systems die Zeiteinsparung für den Ingenieur. Waren die Basisstation einmal aufgestellt und die täglichen Überprüfungen durchgeführt, konnte der Maschinenführer weitgehend selbständig arbeiten und der Ingenieur hatte mehr Zeit für die Qualitätssicherung und die Bauwerkserfassung. Die Vermessungskosten vor Ort waren dabei fast zu vernachlässigen.

David Mainwaring fast zusammen: „Der Technische Service von KOREC ist ständig verfügbar und leistet freundliche und leicht verständliche Unterstützung. Trat doch einmal ein Problem auf, war das Personal zur Stelle und löste es innerhalb von 24 Stunden. Jetzt werden wir einen zweiten Dozer auf die Baustelle bringen und der Zeitplan schreibt vor, dass die beiden Geräte für etwa 12 Wochen vor Ort bleiben. Die vom System erfassten Bauwerksdaten werden nun den Netzverantwortlichen der Eisenbahn als Excel-Daten zur Verfügung gestellt. Unsere Ingenieure stellen die Daten zusammen und die Netzexperten können überprüfen, ob die Arbeitsqualität jederzeit gewährleistet war.”

Dieser Beitrag entstand durch freundliche Unterstützung von David Mainwaring, Bauleiter der Buckingham-Gruppe.