3D-modellering av fjellskjæring for dobbeltsporet jernbane

Nykirke-Barkåker er en av delstrekningene hvor det bygges dobbeltsporet høyhastighetsbane på Vestfoldbanen. For å få plass til nytt spor må Bollerudskjæringen utvides nært eksisterende bane. Før nedsprengning har NGI i samarbeid med Geovita hatt ansvaret for å lage en 3D-bergmodell av skjæringen, inkludert visualisering av sprekkene og vurdering av risiko knyttet til nedsprengning.

Stabilitetsvurdering og kartlegging av sprekker

Før nedsprengning av Bollerudskjæringen er det nødvendig med en stabilitetsvurdering. Dette innebærer blant annet å identifisere sprekkesettene i bergmassen, som igjen bidrar til at man kan identifisere potensielle ustabile blokker, og dermed vurdere stabiliteten av skjæringen.

NGI og Geovita har brukt en helhetlig digital arbeidsflyt for å løse dette oppdraget, med en økende grad av FoU underveis i prosjektet. Arbeidet bestod i hovedsak av følgende steg:

1. Datainnsamling ved hjelp av drone, LiDAR-skanner og feltmålinger
2. Prosessering og behandling av punktsky (innsamlede data) ved hjelp av programvare (CloudCompare og Maptek Pointstudio)
3. Sprekkegjenkjenning på 3D-modell i Maptek
4. Visualisere sprekker og potensielt ustabile blokker i Rhino3D/Grasshopper.

Datainnsamling og 3D modellering

For å produsere en komplett punktsky over hele skjæringen ble både fotogrammetri (drone) og LiDAR-scanning benyttet. Mye vegetasjon og et eksisterende sikringsnett gjorde det utfordrende å få en komplett punktsky kun ved hjelp av drone. Komplementert med LiDAR-scanning og manuell filtrering av vegetasjon ble den resulterende punktskyen bedre egnet for videre behandling. For senere å kunne verifisere kvaliteten av sprekkeklassifiseringen, utførte man også feltmålinger av sprekkeorienteringen.

Før punktskyen kunne bli omgjort til en 3D-modell, ble den behandlet ved hjelp av programvarene CloudCompare og Maptek Pointstudio. Her ble det gjennomført filtrering av punkttetthet og støy, og det ble fjernet unødvendige deler av punktskyen, eksempelvis overlappende deler fra de to datainnsamlingsmetodene.

Punktskyen ble så omgjort til et mesh, og deretter satt sammen til en 3D modell. Deretter ble en semi-automatisk sprekkegjenkjenning utført ved hjelp av Pointstudio, der liknende sprekker ble gruppert i sprekkesett. En kinematisk analyse ble gjort i Pointstudio, og de risikoutsatte sprekkene ble identifisert.

Sprekkene ble deretter importert til programvaren Rhino3D/Grasshopper, der man ved hjelp av 3D-modellen og sprekkesettene kunne identifisere potensielle ustabile blokker og beregne volum og vekt av blokkene.