An innovative machine for digitalization of shotcrete operations in tunnelling with real-time process control and 3D mapping.

Denne innovasjonen hadde som mål å gjøre sprøytebetong operasjonen i ''Drill & Blast'' tunnel-/ og gruvemetoden mer miljøvennlig, sikker, med bedre kvalitet og høyere kostnadseffektivitet. I denne innovasjonen utviklet og demonstrerte vi en helautomatisert sprøytebetongmaskin, som sikrer i sanntid at tykkelsen på betonglaget alltid er riktig i henhold til spesifikasjoner (sikkerhet, kostnader og miljøfotavtrykk). Det utviklede systemet består av et høypresisjons 3D-scannesystem bestående av to optiske sensorer for generering av punktskydata og programvare som utfører sanntidsmåling av betongtykkelse under sprøytebetongprosessen. Dette 3D-scannesystemet genererer også 3D-kartet over tunnelveggen som visualiseres i sanntid med tykkelses informasjon. Dette 3D-scannesystemet er også koblet til det datastyrte sprøytebetongkontrollsystemet for fremtidig bruk for å automatisere justeringen av betongspøytingen der det er nødvendig. Videre er den realiserte visualiseringen også lett tilgjengelig for operatør gjennom en industriell PC og skjerm på maskinen for å muliggjøre oppfølging av driften, men også for å sikre digitalisert dokumentasjon av ferdig prosess og betongtykkelse. I denne innovasjonen designet vi også et robotisert sprøytebetongutstyr som skal kombineres med 3D-scannesystemet for å full automatisere prosessen. Hele systemet ble pilotert i reelle tunneler i Agder- og Porsgrunnsområdet for å optimalisere det for en endelig prototype. Selskapet har mottatt den første ordren av systemet som skal leveres kommersielt sommeren 2023, og derfor pågår en produksjons- og utrullingsprosess. I tillegg har vi hatt flere formidlingsaktiviteter i løpet av prosjektets levetid (presentasjoner, pressemelding og markedsføring), hvorfra vi forventer å følge opp for bred utnyttelse og kommersialisering av systemet.

For AMV, this innovation has enabled to develop a new product (based on the 3D vision system) with a first commercial order to be delivered in Summer 2023. Also AMV has made a radical innovation in the shotcrete process by adding a robotized system that will give their actual product a leading competitive advantage towards a higher market shares. For Veidekke and LKAB Berg & Betong, they are aiming to deploy the new product to achieve 15% reduction of concrete, which means app. 1000 NOK cost-reduction per meter of tunnel produced - in addition to achieving a better quality. This will also give tremendous benefits for society at large. For NORCE, this innovation has enabled to gain into a new domain knowledge for development and innovation of 3D Vision and allowed novel research methods for achieving real-time high-precision and high-resolution 3D visual mapping.

This innovation has the aim to make the shotcrete operation in the ''Drill & Blast'' tunneling and mining method more environmental friendly, safe, with better quality and high cost-effectiveness. This can be achieved by developing a fully automated shotcrete machine, which ensures in real-time that the thickness of the concrete layer is always correct according to specifications (neither more nor less). The shotcrete operation has severe HSE (Health, Safety and Environment) issues, because of the concrete dust and chemicals in the air. We therefore see a great potential if they could be automated towards less (or no) personnel on site, in addition to more efficient digitalization of the production and documentation of the finished work (e.g. concrete thickness, quality,...etc). To reach this goal, we aim to realize a new system including automated real-time concrete thickness measurement by means of accurate real-time 3D vision in the dusty low-light tunnel environment. This 3D mapping system shall be a part of the shotcrete process, continuously transferring the ''3D map'' of the tunnel ceiling/wall in real-time to the computerized shotcrete control system, which again use this to spray the concrete where needed (according to specified concrete thickness). In addition we aim to realize an interactive visualization system of the 3D mapping for operators/personnel to follow-up the operation (using e.g. tablet or goggles), but also to ensure digitalized documentation of the finished process and concrete thickness. The potential of this technology seems unlimited, as there are no such solutions available in the market today. The participation of Veidekke and LKAB B&B in this project can also be seen as a door opener for realizing this innovation. The demonstration of the new machine in tunneling and mining in Norway and Sweden (Kiruna) can be the gate to marketing and commercialization worldwide.