Các kỹ sư tại Giao thông vận tải Scotland đã nghiên cứu tiềm năng của các hệ thống giám sát mực nước để giúp giảm thiểu rủi ro khi cơ sở hạ tầng giao thông tương tác với nước chuyển động. Thử nghiệm được tiến hành tại một cây cầu bắc qua Vales Burn gần Hawick ở Scotland, và thiết bị giám sát được cung cấp bởi OTT HydroMet. Wendy Strain của OTT cho biết: “Hệ thống được thiết lập để đưa ra các cảnh báo ở mực nước đã đặt trước, giúp nâng cao thời gian và hiệu quả của việc kiểm tra hiện trường.”
Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão và lũ lụt. Điều này gây ra mối đe dọa ngày càng tăng đối với các cấu trúc có thể dễ bị xói mòn trong thời gian nước chảy nhiều. Do đó, thử nghiệm đã được thiết lập để xác định xem liệu việc tiếp cận các phép đo mực nước từ xa có thể tăng cường bảo vệ cơ sở hạ tầng giao thông quan trọng hay không.
Tiểu sử
Tính ổn định và tính toàn vẹn của các kết cấu như cầu, cống và tường có thể bị tổn hại do 'nước chảy xiết' gây ra bởi nước chảy xiết cuốn trôi vật liệu xung quanh móng của mố cầu hoặc trụ cầu.
Có ba loại cọ rửa chính. Sủi cục bộ là do dòng nước chảy nhanh hơn xảy ra xung quanh các trụ và mố. Vẹo thắt được tạo ra do nước tăng tốc qua một khe hở hẹp, và xói lở suy thoái có thể hạ thấp lòng sông trong một thời gian dài hơn, cả ở thượng nguồn và hạ lưu của một cấu trúc.
Tác hại của việc soi cầu có thể rất tai hại. Ví dụ, trong trận lũ lụt năm 1987, cầu Glanrhyd ở Carmarthenshire bị sập một phần, khiến một đoàn tàu lao xuống sông Towy, giết chết tài xế và 2009 hành khách. Năm 20, cầu cạn Malahide ở Dublin, Ireland bị hỏng do sạt lở móng. Hai chuyến tàu chở hàng trăm hành khách chỉ cách thảm họa vài giây khi một đoạn cầu cạn dài XNUMX mét bị sập sau khi họ đi qua nó. Không ai bị giết, nhưng hỗn loạn du lịch xảy ra sau đó.
Ngày nay, các cơ quan quản lý đường cao tốc và đường sắt tiến hành kiểm tra thường xuyên để đánh giá rủi ro.
Cầu lùng ở Scotland
Giao thông vận tải Scotland được chia thành bốn khu vực hoạt động và Jim Brown là Giám đốc Đơn vị Cầu Đông Nam. Trước khi đảm nhiệm vị trí này, Jim đã có 42 năm làm kỹ sư xây dựng cho Network Rail, 13 năm trong đó ông đứng đầu bộ môn địa kỹ thuật ở Scotland - vì vậy công bằng mà nói Jim biết một hoặc hai điều về dò tìm cầu. Jim giải thích: “Mục tiêu quan trọng nhất là phát hiện sớm nguy cơ gia tăng. “Khi chúng tôi đã xác định được cấu trúc nào dễ bị tổn thương hơn trong lũ lụt, chúng tôi có thể thực hiện các mức độ giảm thiểu khác nhau.
Jim cho biết thêm: “Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong một nỗ lực để có thể theo dõi hoạt động lùng sục, nhưng điều này rõ ràng là có vấn đề vì việc lùng sục tiềm năng diễn ra vào những thời điểm không thể nhìn thấy lòng sông và chắc chắn không thể triển khai thợ lặn. “Vì lý do này, việc theo dõi mực nước liên tục không phải là giải pháp hoàn hảo, nhưng có thể là giải pháp tốt nhất và khả thi nhất”.
Mực nước đã được các đoàn kiểm tra sử dụng làm yếu tố rủi ro khi mực nước lũ 1 trên 200 được thể hiện trên các công trình bằng một điểm đánh dấu cố định. Tuy nhiên, Bộ Giao thông Vận tải Scotland phải giám sát 700 cấu trúc nằm trên hoặc tiếp giáp với nước, và việc kiểm tra hiện trường rất tốn kém; cả về tài chính và nguồn lực. Do đó, hệ thống kiểm tra có thể hiệu quả hơn nếu nó có thể được thông báo bằng dữ liệu mực nước có sẵn từ xa, đặc biệt nếu dữ liệu cho phép thực hiện nhanh hơn, hiệu quả hơn các biện pháp giảm thiểu.
Nếu một cấu trúc được xác định là có rủi ro cao, thì việc đánh giá thủy văn sẽ được thực hiện. Điều này có thể thúc đẩy yêu cầu tăng cường cấu trúc, cũng như các biện pháp để bảo vệ hoặc lấp đầy các vùng xói mòn tiềm ẩn, và / hoặc để thay đổi dòng nước và phá vỡ các dòng xoáy. Trong trường hợp cực đoan, khi một cấu trúc có khả năng bị tổn thương tiếp xúc với nước cao, có thể cần phải đóng đường cao tốc hoặc đường sắt cho đến khi mức độ rủi ro có thể được hạ xuống.
Vales Burn dùng thử
Với tiềm năng về dữ liệu mực nước sống để cung cấp thông tin cho quá trình kiểm tra cầu, OTT HydroMet đã được mời đề xuất một hệ thống giám sát có thể được đánh giá tại một cống trên Lò đốt. “Giải pháp của chúng tôi bao gồm máy ghi mực nước OTT ecoLog 1000 trong giếng tĩnh, với kết nối dữ liệu di động với Hydromet Cloud; Wendy Strain giải thích một nền tảng hỗ trợ web để xử lý, hiển thị và lưu trữ dữ liệu khí tượng thủy văn. “Dữ liệu được thiết lập để truyền định kỳ 6 giờ một lần, nhưng hai mức báo động đã được đặt để nhắc nhở cảnh báo SMS, khi cần thiết.”
Hệ thống giám sát được lắp đặt vào tháng 2021 năm XNUMX và Jim Brown nói: “Cuộc thử nghiệm đã thành công tốt đẹp; chúng tôi sử dụng các cảnh báo về lũ lụt của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Scotland (SEPA) để theo dõi lũ lụt và theo kinh nghiệm của chúng tôi rằng mực nước cao nhất thường xảy ra khoảng một hoặc hai ngày sau một cơn bão, vì vậy một trong những mục tiêu chính của thử nghiệm là xác định thời điểm tốt nhất để cử nhân viên kiểm tra.
“Các màn hình đã đưa ra cảnh báo trong quá trình thử nghiệm, nhưng đây là khi các mức đạt mức báo động thấp hơn và trong những trường hợp này, không cần can thiệp thêm. Với lợi ích của dữ liệu mực nước, chúng tôi sẽ có thể tối ưu hóa việc triển khai các nhóm kiểm tra và giảm thiểu rủi ro, ”Jim cho biết thêm.
Tổng kết
Vét cầu là một vấn đề lâu dài đối với cơ sở hạ tầng giao thông, vì vậy việc triển khai các thiết bị theo dõi / cảnh báo mực nước từ xa có thể được truy cập thông qua PC hoặc ứng dụng di động mang lại cho các cơ quan quản lý đường sắt và đường cao tốc cơ hội để tối ưu hóa các hoạt động đánh giá dò tìm của họ, ưu tiên các biện pháp đối phó, cải thiện khả năng phục hồi vận chuyển và bảo vệ an toàn.
Phản ánh về cuộc thử nghiệm, Jim nói: “Dự án này đã chỉ ra rằng một mạng lưới giám sát mực nước có thể thông báo cho các kỹ sư cầu về các công trình có khả năng bị ảnh hưởng. Tôi hiểu rằng nền tảng Hydromet Cloud có thể kết nối với vô số thiết bị theo dõi mực nước, vì vậy chúng tôi có thể triển khai tính năng này trên quy mô lớn hơn trong tương lai. ”
