Wie Technologie bei einem riesigen Landgewinnungsprojekt half

Für diese Aufgabe sind Hunderttausende Kubikmeter Material und der Einbau von Millionen Metern vorgefertigter vertikaler Drainagen (im Wesentlichen große Strohhalme) erforderlich, um die Materialien im Untergrund zu trocknen.

Andrew Schweitzer, General Manager von MGN Civil, sagte: „Herkömmliche Methoden zur Installation von Dochtdränagen waren bestenfalls rudimentär. Die Bauunternehmer positionierten die Dochtdränagen so gut wie möglich, ohne eine einfache Möglichkeit sicherzustellen, dass die Dränagen genau und an der vorgesehenen Stelle oder Tiefe installiert wurden. Ohne digitale Bestandsaufzeichnungen war eine Qualitätskontrolle für Zehntausende von Dränagen nahezu unmöglich.“

Die Hafenbesitzer suchten nach einer präzisen und automatisierten Lösung. 2017 wandten sie sich an MGN Civil, einen auf komplexe zivile Projekte spezialisierten Schiffbauunternehmer aus Queensland, um ein besseres Verfahren zu finden. Die Lösung musste in der Lage sein, die geplante Dochtablaufposition automatisch zu lokalisieren, die Platzierungstiefe zu messen und idealerweise rund um die Uhr zu funktionieren.

Maschinensteuerungssoftware

MGN Civil hatte die Idee, einen maßgeschneiderten Bagger zu entwickeln, der mit der Trimble-Maschinensteuerungssoftware ausgestattet ist. Heute, fünf Jahre nach der ersten Implementierung, bringt diese Lösung dem Hafen von Brisbane weiterhin Fortschritte.

Die Landgewinnung auf der Fisherman Island in Queensland erfordert detaillierte Planung und Geduld. Der erste Schritt besteht darin, eine Steinmauer zu errichten, um das zu erschließende Gebiet abzugrenzen. Anschließend baggern die MGN-Teams Material aus dem Brisbane River, das in große Koppeln gepumpt wird. Dieser Vorgang dauert normalerweise über zwei Jahre. Sobald er abgeschlossen ist, baggern die Teams Sand aus der Moreton Bay und pumpen ihn bis zu einer Tiefe von zwei Metern in die Koppeln.

Anschließend begannen die Teams damit, die vorgefertigten vertikalen Dochtdrainagen mit einer Tiefe von 20 bis 40 Metern in einem Rautenmuster über einen einzelnen Bereich zu legen, normalerweise in einem Raster von 50 x 50 Metern. Das Raster wird in die Bordsoftware und ein bodengestütztes Roversystem importiert.

Wenn der Sand auf die Oberfläche gedrückt wird, wirken die Drainagen wie Strohhalme, die das Wasser nach oben drücken und zurück ins Meer fließen lassen. Sobald sie platziert sind, werden die Dochte abgeschnitten, sodass der Bereich wie eine Koppel aussieht.

Anschließend platzieren die Arbeiter eine konstruktionsbedingte Menge an Material, darunter zusätzlichen Sand und Gesteinsfüllungen wie Abraum, Steinbruchgestein oder Zuschlagstoffe, um den Boden im erforderlichen Zeitraum (normalerweise 18 bis 24 Monate) zu stabilisieren. Das Gewicht der Gesteinsfüllung presst mehr Wasser aus den unteren Erdschichten und nach oben durch die Dochte.

Die effiziente Platzierung der Dochte stellt die größte Herausforderung dar - und ist der wichtigste Teil des Prozesses, da die Position dieser Strohhalme entscheidend dafür ist, dass dem neu gewonnenen Land möglichst viel Feuchtigkeit entzogen wird, um eine höhere Langzeitstabilität zu erreichen.

MGN Civil arbeitete zunächst mit dem Gerätehersteller zusammen, um eine der modernsten und leistungsfähigsten vorgefertigten Vertikaldrainagen-Installationsanlagen in Australien zu entwickeln, den Komatsu PC850 Prefabricated Vertical Drain (PVD)-Bagger.

Schweitzer sagte: „Mit einer Höhe von 60 m ist es eine der größten Dochtdrainage-Installationsmaschinen ihrer Art. Diese Maschine ist in der Lage, bisher unerreichbare Tiefen von bis zu 60 m zu erreichen.“

Das erstmals im Jahr 2018 von MGN Civil vorgestellte Fahrzeug verfügt über breite Ketten und Bodenstabilisatoren zur Gewichtsverteilung (niedriger Bodendruck), um die Betriebssicherheit zu verbessern und das Kipprisiko zu verringern.

Als nächstes benötigte MGN eine Software, die die Positionierung ermöglichte und Tiefen messen und aufzeichnen konnte. „Maschinensteuerungssoftware schien eine mögliche Lösung zu sein, also kontaktierten wir unseren lokalen SITECH Solutions-Partner“, so Schweitzer weiter.

In enger Zusammenarbeit mit SITECH Construction Systems, dem Trimble-Händler in Australien, hat MGN den PVD-Bagger mit der Trimble Groundworks-Software ausgestattet, einer Maschinensteuerungslösung, die ursprünglich für Bohr-, Ramm- und dynamische Verdichtungsarbeiten entwickelt wurde, um die effiziente Modellierung des Standorts und die Installation von Dochtdrainagen ohne die Notwendigkeit von Vermessungen und Bestandskartierungen zu unterstützen.

Mit dieser Lösung kann das Baggersystem die Dochte auf der Baustelle auf 50 mm genau positionieren und entspricht damit den Konstruktionsvorgaben.

Souverän in der Kabine

Der mit Trimble Groundworks ausgestattete Komatsu PC850-Bagger wurde zur Unterstützung mehrerer Landgewinnungsprojekte eingesetzt. Im vergangenen Jahr schlossen die Teams die Projektphase B1 Paddock Ground Improvement des Landgewinnungsprogramms von Fisherman Island ab. In diesem Fall war MGN Civil für die Installation von zwei Millionen Metern Dochtdrainagen und über einer Million Kubikmeter Auffüllmaterial verantwortlich.

Zu Beginn legt der Hafen von Brisbane die Parameter für Anzahl, Abstand und Tiefe der Drainagerohre in einem bestimmten Gebiet fest. Anschließend führt MGN Civil eine weitere Untersuchung vor Ort durch und entnimmt Kernproben, um zu bestätigen, was sich darunter befindet. Wie man im Laufe der Zeit gelernt hat, kann die darunter liegende Unterlage erheblich variieren, von weichem Schlamm bis hin zu Bauschutt.

Die Untergrunddaten und Projektparameter werden den Vermessungsingenieuren von MGN Civil zur Verfügung gestellt, die dann auf Grundlage der bereitgestellten Informationen die 3D-DWG-Datei erstellen, die den geplanten Standort und die Tiefe jedes Drainagerohrs zeigt. Das Modell wird dann in die Trimble Groundworks-Software importiert, um die Installation zu leiten.

Auf dem Trimble Groundworks-Monitor in der Kabine sieht der Bediener rote Punkte, wo die Dochtdräns platziert werden sollen. Für jeden roten Punkt sind etwa 30 zugehörige Daten sichtbar, wie Ostwert, Nordwert, erwartete Sandtiefe, erwartete Schlammtiefe, erwartete Harttontiefe und mehr. Während der Installation des Drains werden auch Druckwerte in Echtzeit aufgezeichnet, um die Installationstiefe und den Widerstand zu messen.

Optische rote/grüne Lichter und Audiosignale führen den Bediener an jedem Abflusspunkt durch den Installationsprozess. Rot bedeutet, dass der Abfluss nicht installiert ist; Grün bedeutet, dass der Docht gemäß den Spezifikationen installiert ist.

Schweitzer sagte: „Eine der genialen Eigenschaften der Trimble Groundworks-Software – und eine der Anforderungen der Hafenbehörden – ist die genaue Ausrichtung an den angegebenen Dochtdrainagestellen. Mit dieser Software muss unser Bediener bis auf 150 Millimeter an die Lochstelle herankommen, bevor die Maschine dem Stahldorn erlaubt, den Dochtdrain in den Boden zu drücken.“

Sobald der Dorn beginnt, sich durch die Erde zu bohren, misst und zeichnet die Software den Druck (die Ablehnung) auf. Dieser wird automatisch an die Cloud gesendet, wo ein Datenoperator die eingehenden Daten verwaltet und sie in einfache Diagramme und Berichte für den Eigentümer umwandelt.

Laut Schweitzer rationalisiert die Software die Abläufe und die Qualitätskontrolle, sodass MGN Civil über 600 Drainagen pro Tag installieren kann. Im vergangenen Jahr installierte MGN Civil zwei Millionen Meter vorgefertigte vertikale Dochtdrainagen.

„Wir werden pro Meter bezahlt, also versuchen wir, alle 24 Stunden 16.000 m Dochte zu verlegen, was im Durchschnitt etwa 600 Dochte ausmacht“, sagte er. „Noch wichtiger ist, dass wir bei der jüngsten Kampagne bei über 80.000 installierten Abflüssen eine extrem hohe Erfolgsquote von über 99,5 % erreicht haben, also bisher über 300.000 Dochte.“

MGN hat im Hafen von Brisbane vier Kampagnen abgeschlossen, eine fünfte soll im Oktober dieses Jahres beginnen und erfordert die Platzierung von mehr als 84.000 zusätzlichen Dochtdrainagen.