pokyny - G IMPULS Praha spol. s ro

Transkript

POKYNY
PRO POUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍCH GEOFYZIKÁLNÍCH
METOD V DIAGNOSTICE A PRŮZKUMU TĚLESA
ŽELEZNIČNÍHO SPODKU
POKYNY
PRO POUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍCH GEOFYZIKÁLNÍCH
METOD V DIAGNOSTICE A PRŮZKUMU TĚLESA
ŽELEZNIČNÍHO SPODKU
Účinnost od 1. 1. 2006
Schváleno náměstkem GŘ pro dopravní cestu Správy železniční dopravní cesty s. o.
dne 8. 12. 2005 pod č.j. 5612/05-OP
Schváleno náměstkem pro dopravní cestu GŘ Českých drah a. s.
dne 2. 11. 2005 pod č.j. 60 975/2005
Účinnost od 1.1.2006
Pokyny pro použití nedestruktivních geofyzikálních metod
v diagnostice a průzkumu tělesa železničního spodku
2
POKYNY PRO POUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍCH GEOFYZIKÁLNÍCH METOD
V DIAGNOSTICE A PRŮZKUMU TĚLESA ŽELEZNIČNÍHO SPODKU
OBSAH:
ČÁST I –
VŠEOBECNÁ
ČÁST II –
KOMPLEXNÍ GEOFYZIKÁLNÍ PRŮZKUM A DIAGNOSTIKA str. 6
ČÁST III –
DIAGNOSTIKA A MONITORING POMOCÍ
GEOLOGICKÉHO RADARU
str. 5
str. 19
ČÁST IV – SPOLEČNÁ ZÁVĚREČNÁ USTANOVENÍ
str. 24
SEZNAM OBRÁZKŮ
str. 25
PŘÍLOHA
str. 27
3
4
ČÁST I – VŠEOBECNÁ
1. 1. Úvod
Správa železniční dopravní cesty, s.o. (dále jen SŽDC) jako organizace přejímající
problematiku diagnostiky tělesa železničního spodku po stránce metodické a České dráhy, a.s.
(dále jen ČD) uvádějí do používání tzv. vícestupňovou diagnostiku, resp. průzkum. Diagnostika a
průzkum zejména ve své první fázi počítají s využitím vhodných geofyzikálních, nedestruktivních
metod sledujících prostředí kontinuálně a bez zásahu do železničního tělesa. Zde předkládané
pokyny a informace seznamují s možnostmi použití vybraných geofyzikálních metod
v železničním stavitelství. Geofyzikální metody sledují fyzikální pole a naměřená data, která jsou
pak interpretována tak, aby poskytla poznatky o geotechnickém stavu tělesa železničního spodku
a jeho okolí.
Pokyny jsou rozděleny do čtyř částí, a to na část I, obsahující všeobecná ustanovení
k problematice použití geofyzikálních metod, část II, popisující optimální metodiku komplexních
geofyzikálních měření při průzkumu trasy drážního tělesa a jeho okolí, část III, zabývající se
podrobně diagnostikou a monitoringem drážního tělesa prováděného pomocí geologického radaru,
který lze uskutečnit i za běžných provozních rychlostí a částí IV, která se týká společných
ustanovení ve smyslu způsobilosti zhotovitele geofyzikálních prací.
Protože zde předkládané pokyny vycházejí nejenom z posledních vědeckých poznatků, ale také
i z dosavadní praxe rutinních měření provozovaných na železničních tratích, ruší se tímto platnost
dosavadních pokynů:
- Pokyny pro používání nedestruktivních geoelektrických metod v diagnostice železničního
spodku na tratích ČD. Schváleno ČD-DDC pod čj. 56.053/97-S13.
- Pokyny pro použití georadaru v měřícím voze pro železniční svršek. Schváleno ČD-DDC pod čj.
60.139/98-O13.
- Pokyny pro používání nedestruktivní radarové metody v diagnostice železničního spodku na
tratích ČD. Schváleno ČD-DDC pod čj. 55.740/96-S13.
Geofyzikální metody, stejně jako další nedestruktivní metody nenahrazují, ale pouze
zefektivňují a doplňují klasický geotechnický průzkum prováděný podle předpisu S4 Železniční
spodek.
V odůvodněných případech mohou geofyzikální práce v zájmu kvality a bezpečnosti práce
vyžadovat kolejovou nebo napěťovou výluku.
Pokyny jsou určeny pro drážní odvětví a útvary zabývající se problematikou a kontrolou
železničního svršku a spodku, dále pro mimodrážní firmy a organizace provádějící geofyzikální a
geotechnický průzkum a rekonstrukce železničního spodku na železniční dopravní cestě, firmy
zpracovávající projektovou dokumentaci pro novostavby, rekonstrukce a opravy těchto tratí
a organizace provádějící stavební práce na železniční dopravní cestě. Pokyny dále slouží jako jeden
z podkladů pro zadání veřejné soutěže na provedení geotechnického průzkumu.
Pokyny respektují technické normy ČSN, TNŽ a interní předpisy ČD a.s. a SŽDC s.o.
5
ČÁST II – KOMPLEXNÍ GEOFYZIKÁLNÍ PRŮZKUM A DIAGNOSTIKA
2. 1. Názvosloví
CRAB – nosič geologického radaru a jeho antén na podvozku KRAB.
Diagnostika – zjišťování stavu konstrukčních prvků železničního tělesa diagnostickými
metodami.
EM – elektromagnetický.
Geofyzika – soubor nedestruktivních průzkumných metod využívající studium fyzikálních polí,
samostatný vědecký obor zařazovaný do geologických věd.
Gravimetrie (synonymum: tíhové měření) – metoda založená na přesném měření zemského
tíhového pole a jeho anomálií, které jsou projevem hustotních nehomogenit.
Krok měření GPR – délkový interval vysílání elektromagnetických (EM) impulsů (scanů) do
zkoumaného prostředí v metrech.
Metoda geofyzikální – průzkumná metoda využívající studium některého z fyzikálních polí. Je
zpravidla charakterizovaná konkrétním pracovním postupem.
Metoda kombinovaného odporového profilování (KOP) – odporové měření využívající systém
pěti elektrod. Metoda je zvláště citlivá na detekci tenkých vodičů.
Metoda multielektrodová – odporové měření využívající systém velké skupiny elektrod (desítky
až stovky elektrod). Systém měření řídí speciální software. Metoda vyžaduje použití vyspělé
počítačové techniky.
Metoda přirozených (filtračních) potenciálů (SP) – měření sleduje velikost přirozených
potenciálů. Z charakteru potenciálů lze soudit například na směr proudění podzemní vody či na
změny v intenzitě filtrace vody. Metoda není stanovena jako základní pro diagnostiku
v železničním stavitelství (není součástí těchto pokynů).
Metoda radarová (synonyma: GPR, radiolokační metoda, georadar, radar, georadarová
metoda) – geofyzikální metoda sledující odrazy elektromagnetických vln od geologických (nebo
konstrukčních) rozhraní. Signály jsou vysílány i přijímány opakovaně.
Metoda symetrického odporového profilování (SOP) – odporové měření využívající systém
čtyř elektrod.
Metoda velmi dlouhých vln (VDV) – elektromagnetická metoda sledující pole dlouhovlnných
vysílacích stanic (vesměs vojenského charakteru). Metoda je citlivá na detekci tenkých vodičů
(např. zvodnělých tektonických linií nebo inženýrských sítí). Metoda není stanovena jako
základní pro diagnostiku v železničním stavitelství (není součástí těchto pokynů).
Metoda vertikálního elektrického sondování (VES) – odporové měření, při kterém se
zvětšováním rozestupu proudových elektrod zvětšuje i hloubkový dosah měření. Interpretací
křivek se zjišťuje mocnost vrstev a jejich měrné odpory. Metoda není stanovena jako základní
(není součástí těchto pokynů).
6
Modul pružnosti – modul vyjadřující pružnou složku přetvoření. Modul lze stanovit různým
testovacím postupem (za různých podmínek). Podle podmínek testu se částečně liší i výsledek
zkoušky.
Modul přetvárnosti - modul vyjadřující trvalou složku přetvoření. Modul lze stanovit různým
testovacím postupem (za různých podmínek). Podle podmínek testu se částečně liší i výsledek
zkoušky.
Monitoring – sledování změn měřených parametrů v časovém období.
Mrtvý chod radaru - doba mezi přepnutím anténního systému GPR z vysílání na příjem.
Nehomogenita v GPR záznamu – nespojité rozložení odrazů nebo anomálně zvýrazněné, resp.
zeslabené rozhraní na primárním radarovém záznamu, které může představovat změnu vlastností
měřeného prostředí.
Odporové měření – geofyzikální metoda založená na měření elektrického odporu. Metoda je
aplikována s různým uspořádáním elektrod.
Odrazivost – schopnost prostředí odrážet nebo pohlcovat vysílanou EM energii.
Permitivita – bezrozměrná veličina charakterizující vlastnosti prostředí, kterým prostupuje
elektromagnetické vlnění (rychlost vlnění, útlum energie).
Průzkum – v souvislosti s touto instrukcí je míněna jakákoliv činnost vedoucí ke zjišťování stavu
železničního tělesa i jeho okolí (například geologický průzkum).
Radarový záznam – kontinuální záznam změn EM vlastností zkoumaného prostředí, který je
prvotním výstupem měření GPR.
Seismický záznam (vlnový záznam, vlnový obraz) – záznam chvění seismických snímačů.
Záznam může být reprodukován na papíru (resp. fotopapíru), na obrazovce počítače nebo může
být prezentován tabelárně.
Seismika (seismická metoda) – metoda založená na studiu šíření přirozených a uměle
vyvolaných elastických vln v zemním prostředí.
Seismika dynamitová – zdrojem seismických rozruchů je odpal trhaviny. Jedná se o zvláštní typ
úderové seismiky, který se v železničním stavitelství používá ojediněle a to v případech, kdy je
potřebné získat poznatky z větších hloubek (30 m a více).
Seismika úderová (kladivová seismika) – zdrojem seismických rozruchů je úder kladiva nebo
závaží a to vesměs na kovovou destičku.
Seismika vibrátorová – zdrojem seismických rozruchů je kmitání vibrátoru. Vibrátor je vesměs
schopen měnit pracovní frekvenci.
Spektrální analýza seismických vln – analýza, která vede k poznání frekvenčního spektra
seismického vlnění a poznání závislostí mezi frekvencemi a velikostmi amplitud kmitání.
Tenký vodič – vodivá struktura (užší než krok měření), která se například projevuje
charakteristickým výrazným protnutím odporových křivek při měření metodou kombinovaného
7
odporového profilování. Jedná se například o velmi tenké tektonické linie (přirozený tenký vodič)
nebo kovové potrubí uložené v zemi (umělý tenký vodič).
Tíhové měření (gravimetrie) – metoda založená na přesném měření zemského tíhového pole
a jeho anomálií, které jsou projevem hustotních nehomogenit.
Úzký vodič – vodivá struktura širší než krok měření. Například tektonicky porušená zóna
(přirozený úzký vodič) nebo oblast, ve které se nachází několik inženýrských sítí tvořících jednu
společnou vodivou strukturu (umělý úzký vodič).
Vlna podélná - seismická vlna šířící se horninovým (či jiným) prostředím. Vlna je
charakteristická kmitáním hmotných bodů ve směru pohybu vlny. Vlna patří mezi takzvané vlny
objemové a používá se pro ni symbol P.
Vlna povrchová - seismická vlna šířící se po povrchu terénu. Mezi tento typ vln patří vlna
Rayleighova a Loveho.
Vlna příčná - seismická vlna šířící se horninovým (či jiným) prostředím. Vlna je charakteristická
kmitáním hmotných bodů kolmo na směr šíření seismické vlny. Vlna patří mezi takzvané vlny
objemové a používá se pro ni symbol S.
2. 2. Vybraný komplex geofyzikálních metod
Výzkumné práce a rešerše archivních zpráv umožnily stanovit optimální komplex geofyzikálních
metod, který je efektivně využitelný pro diagnostiku v železničním stavitelství. Níže vyjmenované
metody jsou podle povahy problému využívány v celém komplexu, neúplném komplexu či
samostatně.
Vybraný komplex metod:
- GPR (geologický radar),
- odporové profilování,
- multielektrodová (odporová) měření,
- seismika úderová,
- seismika vibrátorová,
- gravimetrie.
GPR (geologický radar)
Princip metody a typické výsledky měření
Obdobně jako u klasického radaru dochází k vysílání elektromagnetických vln, které se odrážejí
od geologických rozhraní. Hloubkový dosah je nepřímo závislý na velikosti použité frekvence,
permitivity a vodivosti prostředí.
Na radarových záznamech jsou sledovatelné změny v intenzitě odrazů, a to v různých
časech
(v různých hloubkách). Radarové záznamy jsou prezentovány v podobě zápisu
průběhu amplitud nebo je velikost odrazu převáděna do barevné škály. Záznamy jsou dále
interpretovány, a to zejména ve smyslu instrukcí uvedených v Části III těchto Pokynů.
Výhody a nevýhody metody
Metoda je velmi rychlá. Anténní systém lze napojit např. do měřícího vozu nebo na vozík
CRAB. GPR je jediná metoda, která může hospodárně zajistit základní informace z tras, které
překračují délku více kilometrů. Hloubkový dosah metody je při měření mimo kolejový rošt
obvykle do 8 m, při měření na kolejovém roštu do 2,5 m. Vztah mezi geotechnickými veličinami
a naměřenými daty je pouze nepřímý.
8
Příklady použití
GPR je na železnici využívána jako standardní metoda, viz databáze radarových záznamů
z budovaných koridorů. Měření v tomto případě dokumentuje hlavně tloušťky a rozhraní
kolejového lože a konstrukčních vrstev tělesa železničního spodku. GPR lze rovněž použít pro
zjišťování dutin, zakrytých konstrukčních prvků, stupně provlhčení či indicií sesuvů.
Požadavky na přípravu a realizaci měření
Viz Část III těchto Pokynů. Pokud se měření provádí v nepřístupném terénu (hustý křovinatý
porost, stavební nepořádek apod.), je nutno pro průzkumné profily provést přípravu terénu
(průklesty, odklizení předmětů apod.).
Radarová aparatura a speciální vozík pro měření na železnici. Tuto aparaturu lze umístit i do měřícího vozu
ČD.
Odporové profilování
Metoda je založena na měření elektrického odporu hornin. Základní uspořádání měření se
vyznačuje použitím dvou vnitřních - potenčních a dvou vnějších - proudových elektrod
(uspořádání SOP). Pro vyhledávání tenkých vodičů je využívána ještě jedna vzdálená proudová
elektroda (uspořádání KOP). Při profilování zůstává zachováno konstantní uspořádání elektrod a
tedy i hloubkový dosah měření zůstává během měření konstantní. Při měření se sleduje velikost
proudu mezi dvěma proudovými elektrodami (I) a zároveň se stanovuje potenciální rozdíl (∆V)
mezi dvěma potenciálními elektrodami. Zdánlivý měrný odpor Rz se pak stanovuje ze vzorce
I
Rz = ----------- * k,
∆V
kde k je konstanta závislá na rozestupu (uspořádání) elektrod.
Velikost odporu roste s poklesem obsahu vody a poklesem její mineralizace. Odpor dále roste
v závislosti na křivce zrnitosti zeminy (se zvětšováním velikosti zrn zeminy odpor roste). Měření
probíhá na profilových liniích. Linie, pokud to dovolí terénní podmínky, jsou kladeny paralelně
vedle sebe. Naměřená data jsou vesměs prezentována formou grafů. V případě, že měření pokrývá
rozsáhlejší plochu, lze jej zpracovat i formou izolinií odporů.
9
Výhody a nevýhody
Výhodou metody je malá náročnost na technické vybavení a poměrně vysoká produktivita
práce. Relativně rychlý postup prací umožňuje ekonomicky proměřit i několikakilometrové úseky
železničních tratí.
Nevýhodou metody je rušení měření bludnými proudy a umělými vodiči (kabel, kovové
potrubí).
Vyhledávání odporových kontaktů, tenkých vodičů či úzkých vodičů. Měření odliší
jemnozrnnější horniny od hrubozrnnějších (např. jíly od písků či štěrků), sleduje průběh skalního
podloží a detekuje tektonické linie (tenké vodiče) nebo porušené zóny (úzké vodiče). V železniční
praxi lze studovat geologické poměry v blízkosti železničního tělesa či změny ve složení náspu
(např. průběh konstrukčních vrstev, zvodnělá místa apod.).
Měření nevyžaduje zvláštní přípravy na trati. Odporová měření probíhají bez problémů na
neelektrifikovaných tratích. Na elektrifikovaných tratích je optimální měřit v době vypnutí el.
trakce. Vypnutí trakce však není zásadní podmínkou. Pokud se při měření zjistí přítomnost
bludných proudů, je nutno navrhnout jejich speciální měření.
Proměření 1 km profilu s krokem 10 m (typický krok měření) trvá v průměrných terénních
podmínkách cca 6 hodin včetně vytýčení profilu.
Multielektrodová metoda
Metoda je opět založena na měření elektrického odporu hornin. Měření však probíhá pomocí
počítače, jehož operační systém umožňuje řízení vzájemného propojení řádově desítek až stovek
elektrod. Naměřená data se zaznamenávají a postupně se vytvářejí rozsáhlé a detailní databáze
zdánlivých měrných odporů vztažených k bodům ve zkoumaném prostředí. Databáze zdánlivých
odporů se dále interpretuje, a tak vzniká spolehlivý interpretační model odporových poměrů
s mnohem větší vypovídací hodnotou, než jak je tomu u odporového profilování.
Vztahy mezi velikostmi odporů a petrografickými vlastnostmi jsou stejné jako u klasického
odporového profilování. Naměřená data se nejčastěji prezentují v podobě izoohmických
vertikálních řezů. Izoohmický řez je vesměs kolorován. Některé speciální aparatury umožňují
trojrozměrnou interpretaci (3D) a izoohmické řezy pak mají i formu horizontálních řezů.
Výhody a nevýhody
Výhodou je získaný objem informací, který je díky využití posledních poznatků z vývoje
výpočetní techniky mnohonásobně větší, než jak je tomu u odporového profilování a vesměs je i
vyšší jak při nasazení GPR.
Nevýhodou metody je relativní pracnost, vysoká cena aparatury a interpretačního software.
Metoda je používána pro sledování detailních odporových poměrů. Z toho plyne, že lze zachytit
např. existenci různých konstrukčních prvků (výztuže v betonu, inženýrské sítě) nebo přítomnost
prvních připovrchových trhlin u sesuvných pohybů nebo průběh mělkých sesuvných proudů.
Měření nevyžaduje zvláštní přípravy na trati. Měření probíhají bez problémů na
neelektrifikovaných tratích. Na elektrifikovaných tratích je optimální měřit v době vypnutí el.
trakce. Pokud není trakce vypnuta, je nutno počítat s větším či menším rušením měření bludnými
proudy. Sada elektrod se v terénu řadí buď do jedné linie (tak zvané 2D měření) nebo do plochy
(takzvané 3D měření). Pro změření trasy 500 m je potřebná doba cca 8 hodin.
10
Multielektrodová aparatura. Tato aparatura je uspořádána pro trojrozměrná (3D) zobrazení výsledků a může
měřit i průběh bludných proudů.
Seismická metoda
Seismické měření je založeno na sledování šíření elastických vln. Seismické rozruchy jsou buzeny
nejčastěji údery seismického kladiva na podložku (seismika úderová). V případě varianty
s velkým hloubkovým dosahem (více jak 30 m) je zdrojem seismických rozruchů trhavina
(seismika dynamitová). Jako zdroje seismického rozruchu lze využít také vibrátoru (vibrátorová
seismika), který může budit různé frekvence v širokém frekvenčním pásmu. Pokud se sledovaná
seismická vlna na seismickém rozhraní pouze odrazí, jedná se o měření reflexní. Při refrakčním
průzkumu se seismická vlna láme a klouže nějaký čas po seismické hranici. Seismická vlna se
totiž šíří v závislosti na geomechanických vlastnostech prostředí (modul pružnosti, Poissonovo
číslo).
Při měření se používají seismické snímače (geofony), propojené s aparaturou. Vzdálenost mezi
geofony bývá 1 – 5 m.
Rychlost šíření seismické vlny v zásadě klesá se stupněm porušení zkoumaného prostředí. To
umožňuje posuzovat, zda je prostředí porušené, pevné, zda má charakter skalní horniny či zeminy.
Rychlost šíření seismické vlny je závislá na objemové hmotnosti prostředí (hustotě) a na modulu
pružnosti. S růstem modulu pružnosti lze očekávat pevnější prostředí. Nejvyššími moduly
pružnosti se vyznačují skalní horniny. Nízké moduly odpovídají zeminám.
Charakteristickým výstupem seismických měření jsou seismické řezy, ve kterých jsou
vykreslena zjištěná rozhraní. V seismických řezech jsou uvedeny také grafy hraničních rychlostí
(rychlostí seismických vln na rozhraních), popřípadě izolinie rychlostí.
Výhody a nevýhody
Seismika je vhodná pro použití v rámci podrobnějších etap měření (řádově stovky metrů
železničních tratí), jedná se o měření, jehož výstupy mají přímou vazbu na výsledky statických
zatěžovacích zkoušek a lze je s nimi porovnávat.
Metoda má značné nároky na přístrojové vybavení a nemá rychlý pracovní postup.
Metoda zjistí přítomnost tektonických linií či např. stanoví mocnosti nadložní polohy nad
pevným skalním podložím. Z informací o velikosti seismických rychlostí lze odvodit moduly
pružnosti, Poissonovo číslo, smykový modul a těžitelnost hornin. Metoda přispívá k vymezení
sesuvných oblastí a jejich vlastností. Deformace v regulérním vlnovém obrazu svědčí
o přítomnosti nehomogenit, např. dutin.
11
Při seismickém průzkumu je nutno vyžadovat klid na pracovišti. V době buzení seismického
rozruchu a jeho následného zaznamenání je třeba, aby v blízkosti seismických snímačů
neprobíhaly pracovní činnosti (např. pojezdy vozidel), které způsobují rušivé seismické signály.
Denně lze průměrně realizovat cca 700 m profilů při vzájemných vzdálenostech geofonů
(seismických snímačů) 2,5 m.
Seismická dvacetičtyřkanálová aparatura
Gravimetrie (tíhové měření)
Měření je založeno na velmi přesném sledování změn tíže. Pro zavedení topografických korekcí
je potřebné provádět souběžně přesnou nivelaci. Práce probíhají jak na profilech, tak v plošně
rozložené síti.
Pevné objekty, jako např. elevace skalních hornin, se projevují kladnými anomáliemi. Deficity
hmot (např. dutiny, zvýšená porozita prostředí) se projevují výslednou zápornou anomálií.
Charakteristickým výstupem tíhových měření jsou grafy s průběhem naměřených a korigovaných
tíhových hodnot nebo interpretační tíhové modely. Modely vyjadřují vypočtené rozložení hmot
tak, jak to nejlépe odpovídá naměřeným hodnotám.
Výhody a nevýhody
Metoda má často charakter geotechnické zkoušky, kterou nelze spolehlivě zaměnit jiným
postupem nebo nahradit produktivnějším měřením
Metoda je náročná na přístrojové vybavení a nemá velkou produktivitu práce.
Metoda se používá pro detekci změn v charakteru sypaných hmot v náspech. Měření stanoví
rozdíl mezi skutečnou objemovou hmotností náspu a objemovou hmotností danou projektem.
Gravimetrie spolehlivě detekuje přítomnost dutin a porušených zón. Optimální je společná
interpretace s radarem (detekce dutin) či seismikou (dutiny, stanovení porozity).
Práce probíhají snadněji v období, kdy není zájmové území rušeno pracovními procesy. Tíhové
měření vyžaduje přesnou nivelaci všech tíhových bodů. Denně lze realizovat průměrně 50 až 70
tíhových bodů.
12
Přesný gravimetr používaný pro detailní měření
2. 3. Etapovitost prací, jejich návaznost a optimalizace výběru geofyzikálních metod
Každý připravovaný projekt geofyzikálních prací musí být nejprve konfrontován s výsledky
případných geofyzikálních měření, které byly v zájmovém úseku již realizovány.
Pokud je území určené k průzkumu relativně velké (řádově 1 až 10 km), jsou další geofyzikální
práce zahájeny odporovým profilováním ve variantě SOP či KOP. Odporová měření poskytnou
jednak základní informace o vývoji geologických poměrů a jednak informace potřebné k zúžení
zájmových míst pro situování dalších detailních měření. Poznamenáváme, že varianta odporových
profilování může někdy být doplněna i měřením metodou vertikálního elektrického sondování
(VES). V tomto případě jde opět o odporové měření. Při měření se však měří v každém bodě
s více rozestupy elektrod (s rozdílným hloubkovým dosahem).
Je-li zájmové území pro geofyzikální měření menší (řádově stovky metrů), nevyžaduje se
striktně použití odporových měření a úloha se řeší dalšími vhodnými geofyzikálními metodami.
Pokud to řešená problematika dovoluje, je možno v zájmu hospodárnosti komplex metod zúžit.
Optimální výběr geofyzikálních metod doporučuje geofyzik.
Geotechnické veličiny získané interpretací z geofyzikálních (hlavně seismických a
gravimetrických měření) mají tu výhodu, že přinášejí souvislou informaci o zkoumaném prostředí
in situ. Jako všechny testy jsou však ovlivněny podmínkami měření. Za optimální je možno
považovat stav, kdy v místech geofyzikálních měření byly provedeny například i statické
zatěžovací zkoušky. Komplexně získaná data pak mohou být vyhodnocena společně, vzájemně
porovnána a charakteristické hodnoty geotechnických veličin stanoveny s plnou zodpovědností.
2. 4. Geofyzikální zpráva (realizační výstup geofyzikálních měření)
Geofyzikální zpráva obsahuje text popisující průběh měření, zdůvodnění vybraných
geofyzikálních metod a výsledky měření. Zpráva může být předána i v digitální formě. Zpráva
musí obsahovat i geologickou (geotechnickou, technickou) interpretaci dat.
2. 5. Hlavní typy vyobrazení
Graf naměřených hodnot.
V podobě grafů jsou prezentována nejčastěji odporová měření, která byla provedena pouze na
několika profilech a není proto účelné sestavovat mapy izolinií. Měřítka grafů jsou řízena
rozsahem měření a velikostí naměřených dat. Striktně je požadováno okótování souřadnic.
Izolinie naměřených (vypočtených) hodnot.
Měření, která nemají charakter liniových, nýbrž plošných měření jsou vesměs prezentována
v podobě map izolinií. Izolinie jsou vytvářeny početním programem. Pro větší názornost jsou
13
někdy dvourozměrné mapy transformovány i do trojrozměrné formy zobrazení. Striktně je
požadováno okótování izolinií a názorné vyjádření stupnice vzdáleností.
Seismické řezy.
Grafické vyjádření průběhu seismických rozhraní ve vertikální rovině. Zobrazení bývá doplněno
i dalšími údaji, jako jsou grafy seismických rychlostí.
Tíhový (gravimetrický) model.
Model rozložení hmot v horninovém prostředí, který podle výpočtu nejlépe odpovídá naměřené
tíhové křivce. Příloha obsahuje vlastní tíhový model a graf naměřené a teoreticky spočtené tíhové
křivky.
Izoohmický (odporový) řez.
Vertikální řez zobrazující průběh odporových poměrů. Současné možnosti multielektrodových
programů umožňují zobrazování skutečných odporových poměrů. Izoohmické řezy jsou
prezentovány formou izolinií vykreslených v barevné nebo šedé škále.
Primární radarový záznam
Kontinuální záznam změn EM vlastností zkoumaného prostředí, který je prvotním výstupem
měření GPR. Záznamy jsou prezentovány v podobě zápisu průběhu amplitud nebo je velikost
odrazu převáděna do barevné nebo šedé škály.
Interpretovaný radarový řez
Vertikální řez s vyznačenými interpretovanými prvky.
14
2. 5. Přehled častých problémů či závad, které lze řešit s pomocí geofyzikálních metod:
Úkol (problém) či závada na
trati
Doporučený postup řešení
Základní geotechnický průzkum
nových železničních tratí.
Geofyzika se využívá ve všech stupních průzkumu. Podle povahy projektu a
etapy prací se jedná o některé z metod: seismika, gravimetrie, odporové
profilování, multielektrodová měření.
Základní monitorování železničního Pravidelné sledování případných změn, které jsou kontrolovány pomocí
spodku včetně kolejového lože.
databáze radarových záznamů. Při kolaudačním řízení je proveden úvodní
záznam stavu trati. Následně se provádí opakovaná měření. Při náznacích změn
v čase, je anomálie interpretována, popřípadě je doporučeno podrobné měření.
Pro kolaudace koridorových tratí platí povinné radarové proměření nových
úseků. Radarové záznamy jsou ukládány v databázi ČD.
Sesuvy ohrožující železniční trať.
Problematika je řešena v několika etapách včetně dlouhodobého monitoringu.
První etapa řeší havarijní stav. Při detekci velkých sesuvů je využíván komplex
geofyzikálních metod (seismika, gravimetrie, multielektrodová metoda,
odporová měření).
Koleje vykazují deformace
Základní měření radarem nebo metodou odporového profilování vymezí
v záznamu GPK, příčina poškození quazihomogenní úseky. Anomální místa jsou pak proměřena širším komplexem
není zjevná.
geofyzikálních metod: gravimetrií, multielektrodovou metodou, refrakční
seismikou, seismickou tomografií, frekvenční analýzou seismických vln
šířených vibrátorem a frekvenční analýzou seismických šumů. Závady lze
očekávat v prokázání nehomogenit ve skladbě náspu nebo pláně železničního
spodku.
Násep vykazuje deformace, trať je
Provedení úvodního orientačního měření (radar nebo seismika). V druhé etapě
nutno častěji podbíjet, první projevy proveden podrobnější komplexní průzkum - seismika, gravimetrie, v některých
sesuvů na bocích náspu.
případech multielektrodová metoda a sledování filtračních (přirozených)
elektrických potenciálů. Výsledkem měření je vymezení porušených zón a
potenciálních odtrhových oblastí a návrh způsobu sanace.
Poruchy mostních konstrukcí.
Sledují se nehomogenity v geotechnických poměrech v místech mostních opěr
či pilířů. Při podezření na narušení vlastní mostní konstrukce se pomocí detailní
seismiky (mikroseismiky) zjistí fyzikálně mechanický stav zdiva. Při podezření
na napadení železných výztuží betonových konstrukcí či ocelových prvků se
provede podrobné měření přítomnosti bludných proudů.
Tunel vykazuje deformace, voda
Geofyzikální průzkum je realizován jak v tunelu, tak i na povrchu v ose a
prosakuje stěnami tunelu.
blízkém okolí tunelové osy. Geofyzika vymezí porušené struktury. Radarové
měření provedené po stěnách tunelu detekuje stupeň porušení zdiva a případné
dutiny za ostěním. Pro podrobné práce je účelné využít vrty vedené do boků
tunelu, čímž se vytvoří vrtný vějíř, který lze seismicky detailně proměřit.
K povrchu železničního tělesa
Elevace spolehlivě detekuje radarové měření bez nutnosti nasazení dalších
pronikají podložní jíly (blaťáky).
geofyzikálních metod.
Poddolovaná území ohrožující
Monitoring těchto oblastí a interpretace dopadů na železnici se provádí
železniční trať.
z tíhových, geodetických a seismických měření.
Bludné proudy – korozita.
Zmapování cesty bludných proudů, které se mohou šířit směrem od
elektrifikované železnice k ohroženému objektu. Zároveň jsou vyhodnoceny
velikosti proudové hustoty rušivých proudů a zařazení těchto hodnot podle
norem do příslušné kategorie agresivity.
Podezření na nedokonalé hutnění
Souvislé posouzení stavu hutnění poskytne gravimetrie (ve variantě velmi
(např. při zavážení výkopů či
přesného měření, tj. mikrogravimetrie). Výsledkem interpretace tíhových dat je
budování náspů).
vymezení tíhových anomálií se stanovením diferenčních hustot vůči lokálnímu
standardu.
Ekologické havárie směřující od
Geofyzika může vyhledat místa (deprese tvořící pasti pro kontaminované vody)
železniční trati do okolí (např.
a tektoniku, po které se roztoky snadno šíří. V první etapě prací je používán
kontaminace podzemní vody ropou). radar, odporová měření a následně v případě komplikovaných úkolů seismika.
Seismicita (účinek vnějších
seismických vlivů na stavby).
Posudek je založen na měření účinků otřesů pomocí seismografů a vyhodnocení
dat podle norem.
15
Podezření na přítomnost dutin či
sklepních místností v podzákladí.
Vyhledání vodních zdrojů pro
zásobování železnice.
Výstavba nové budovy s
předpokladem obtížného zakládání.
Starší budova vykazuje poškození.
Vyhledávání skrytých inženýrských
sítí, dutin pod sklepními podlahami
(vzniklých např. následkem
povodní).
Volné prostory detekuje gravimetrie a multielektrodová metoda. Jako pomocné
metody jsou doporučovány seismika a radar. Objekty skryté v náspech (staré
propustky apod.) jsou vesměs dobře detekovatelné.
Základní průzkum často vystačí s použitím jednoduchých metod odporového
profilování nebo s využitím metody VDV (metoda velmi dlouhých vln).
Geofyzika výrazně omezuje použití vrtných prací a podává souvislé, nikoliv
bodové informace o horninovém prostředí.
Při podezření, že příčina deformací je způsobena geologickou anomálií, si
statik vyžádá geofyzikální měření specializované na konkrétní problém.
Doporučuje se radarové měření doplněné 2D a 3D multielektrodovou metodou.
Některé objekty jsou detekovatelné přesnou gravimetrií.
2. 7. Postupy při projekci a sledování realizace měření
V procesu formulace úkolu pro geofyzikální průzkum, přípravy projektu, realizace měření a
jeho zpracování se doporučuje postupovat podle níže uvedeného schématu :
Formulace problému
Rešerše starších zpráv a
informací. Využití dostupných
databází ČD, měřící vůz, radar
Zadání zakázky. Požadavky na kvalifikační předpoklady řešitele problému
Samostatný projekt geofyzikálních měření
Geofyzikální práce jako součást komplexního celku
Vymezení rozsahu úkolu. Optimalizace komplexu geofyzikálních metod. Etapovitost prací
Schválení projektu
Realizace projektu. Sled a řízení
Realizační výstup
Spolupráce mezi zadavatelem úkolu a
zhotovitelem po předání závěrečné zprávy
2. 8.. Způsob využití geofyzikálních zpráv
Výsledky geofyzikálních zpráv jsou zpravidla následně využívány jako zdroj informací pro
řízení sanací, opravy či údržbu železničních objektů nebo pro kontrolu zhotovitelů staveb.
Spolupráce zhotovitele geofyzikálních prací s uživatelem předáním zprávy nekončí. Geofyzik
sleduje využití výsledků měření, radí formou konzultací s následnými opatřeními na stavbě
a případně provádí další upřesnění své interpretace.
16
2. 9. Souhrnný přehled vybraných geofyzikálních metod
Název metody
Princip metody
GPR –
geologický radar
Založen na vysílání
elektromagnetických vln,
které se odráží od
geologických rozhraní.
Hloubkový dosah je
nepřímo závislý na velikosti
použité frekvence a
vodivosti prostředí.
Na železnici se GPR
využívá jako standardní
metoda. Měření
dokumentuje hlavně
průběh vrstev železničního
spodku a kolejového lože
žel. svršku. Ze záznamů lze
také zjišťovat dutiny,
zakryté konstrukční prvky,
stupeň provlhčení či indicie
sesuvů.
Odporové
profilování
Metoda založena na měření
elektrického odporu hornin.
Základní měření využívá
dvě vnitřní, potenční a dvě
vnější, proudové elektrody
(uspořádání SOP). Pro
vyhledávání tenkých vodičů
je využívána ještě jedna
vzdálená proudová
elektroda (uspořádání
KOP). Při profilování
zůstává konstantní
uspořádání a tudíž i
konstantní hloubkový
dosah.
Metoda založena na měření
elektrického odporu hornin
při zapojení více elektrod
najednou (řádově desítky až
stovky). Naměřená a
zpracovaná data vytvářejí
rozsáhlé a detailní databáze
měrných odporů vztažených
k bodům v prostoru.
Interpretací databáze
odporů vzniká interpretační
model poměrů.
Multielektrodová
metoda
Seismika úderová
Seismika vibrační
Měření založeno na
sledování šíření elastických
vln. Buzení vln se provádí
údery seismického kladiva
na podložku nebo
trhavinou (pro velký
hloubkový dosah více jak
30 m).
Měření může být reflexní
(sledovaná seismická vlna
na rozhraní pouze odrazí)
nebo refrakční (seismická
vlna se láme a klouže
nějaký čas po seismické
hranici). Refrakční varianta
je interpretačně jednodušší
a poskytuje více informací
pro geotechnickou
interpretaci.
Měření založeno na
sledování šíření elastických
vln, které jsou buzeny
v různých frekvencích
pomocí vibrátoru. Analýza
se soustřeďuje hlavně na
průzkum povrchových
(nejčastěji Rayleighových)
vln.
Výhody a
nevýhody
Poznámky
Metoda je velmi rychlá.
Systém GPR lze napojit
např. do měřícího vozu
nebo na vozík CRAB. GPR
může rychle zajistit
informace z tras v délkách
více kilometrů. Měření má
menší hloubkový dosah
(první metry). Vztah mezi
geotechnickými veličinami
a naměřenými daty je
nepřímý.
Vyhledávání odporových
Metoda je málo náročná na
kontaktů a tenkých vodičů. technické vybavení a má
Měření odliší např. jíly od
vysokou produktivitu
štěrků, zjistí změny
práce. Rychlý postup prací
v průběhu skalního
umožňuje proměřit i
podloží, vysleduje oblasti
vícekilometrové úseky
silného zvodnění a detekuje trati. Nevýhodou metody
tektonické linie (úzké
je rušení měření bludnými
vodiče). V železniční praxi proudy a umělými vodiči.
sleduje geologické poměry Doporučuje se měření
v blízkosti železničního
provádět při výluce
tělesa či změny ve složení
trakčního vedení.
náspu. Obvyklý krok
měření je 5 až 10 m.
Na radarových záznamech
jsou sledovatelné změny
v intenzitě odrazů, a to na
různých časech (v různých
hloubkách). Záznamy jsou
prezentovány v podobě
zápisu průběhu amplitud
nebo je velikost odrazu
převáděna do barevné
škály.
Metoda se doporučuje pro
sledování detailních
odporových poměrů. Při
měření se pracuje
s rozestupem elektrod 0,4
až 4 m. Lze zachytit
existenci různých prvků
(výztuže v betonu) nebo
přítomnost prvních
připovrchových trhlin u
sesuvných pohybů nebo
průběh mělkých sesuvných
proudů.
Zjišťování přítomnosti
tektonických linií či
mocnosti nadloží nad
pevným skalním podložím.
Informace o seismických
rychlostech lze
přepočítávat na moduly
pružnosti a lze odvodit
další geotechnické veličiny
(Poissonovo číslo,
smykový modul, modul
přetvárnosti). Metoda
vymezuje sesuvné oblasti a
jejich vlastností.
Deformace v regulérním
vlnovém obrazu svědčí o
přítomnosti nehomogenit,
např. dutin.
Získaný objem informací je
mnohonásobně větší než u
odporového profilování a
je i vyšší než při nasazení
GPR.
Nevýhodou metody je její
relativní pracnost, vysoká
cena aparatury a
interpretačního software.
Vztahy mezi velikostmi
odporů a petrografickými
vlastnostmi jsou stejné jako
u klasického odporového
profilování.
Výstupy měření mají
přímou vazbu na
geotechnické vlastnosti
prostředí a lze je přímo
srovnávat s výsledky
geotechnických zkoušek.
Seismiku lze doporučit pro
použití v rámci
podrobnějších etap měření
(úseky o délce stovek
metrů železničních tras).
Metoda má značné nároky
na přístrojové vybavení a
nemá rychlý pracovní
postup.
Rychlost šíření seismické
vlny klesá se stupněm
porušení zkoumaného
prostředí.
Metoda je použitelná pro
detailní průzkum a má
charakter dynamické
geotechnické zkoušky.
Měřením lze ocenit
mocnosti konstrukčních
vrstev a stanovit moduly
pružnosti (resp. další
geotechnické
veličiny).Měření detekuje
s vysokou citlivostí
přítomnost nehomogenit.
Informace získané z měření
jsou velmi cenné a nelze je
nahradit jiným testem
(např. sledování vývoje
modulu pružnosti
s hloubkou) Metoda je
pracná a náročná na
zpracování.
S růstem použité frekvence
klesá hloubkový dosah
vlny. Pro Rayleighovu vlnu
orientačně platí, že
polovina vlnové délky se
rovná mocnosti sledované
povrchové vrstvy.
Rychlosti povrchových vln
jsou relativně malé a blíží
se rychlostem vln příčných.
17
Velikost odporu roste
s poklesem obsahu vody a
poklesem její mineralizace.
Odpor dále roste s růstem
zrnitosti zemin. Jíly se
vyznačují měrným
odporem kolem 20 ohm.
Skalní horniny mají odpor
vyšší jak 1000 ohm.
Gravimetrie
Měření založeno na velmi
přesném sledování změn
zemské tíže se zavedením
topografických korekcí
prováděných souběžnou
přesnou nivelaci. Práce
probíhají jednak na
profilech, nebo v plošně
rozložené síti.
Metoda je použitelná pro
detekci změn v charakteru
sypaných hmot v náspech,
spolehlivě detekuje
přítomnost dutin.
Optimální je společná
interpretace s radarem
(detekce dutin) či
seismikou (dutiny,
stanovení porozity). Krok
měření je pro železniční
stavitelství cca mezi 0,5 až
10 m.
18
Metoda má často charakter
geotechnické zkoušky,
kterou nelze nahradit
spolehlivě jiným postupem.
Metoda je náročná jak na
přístrojové vybavení, tak
na dobu měření a jeho
zpracování.
Pevné objekty jako např.
elevace skalních hornin, se
projevují kladnými
residuálními anomáliemi.
Deficity hmot (např.
dutiny, zvýšená porozita
prostředí)
se projevují zápornou
residuální anomálií.
ČÁST III – DIAGNOSTIKA A MONITORING STAVU ŽELEZNIČNÍHO SPODKU
POMOCÍ GEOLOGICKÉHO RADARU
3. 1. Základní ustanovení
Pro zjištění skutečného stavu konstrukčních vrstev tělesa železničního spodku a kontroly jeho
stability v čase je třeba umožnit rychlou nedestruktivní komplexní diagnostiku a monitoring jízdní
dráhy. To je možné použitím GPR metody. Aparatura včetně antén je buď umístěna na měřícím voze
GPK nebo na vozíku CRAB, který může být tažen ručně nebo pomocí MUV.
Pokyny obsahují hlavní zásady pro použití GPR v diagnostice a monitoringu železničního
spodku na železniční dopravní cestě, sjednocují a stanovují postupy při přípravě, provádění
a vyhodnocení měření touto metodou.
GPR, stejně jako i další geofyzikální metody, neposkytuje ve svém výstupu fyzikální
a mechanické parametry železničního spodku a ani neumožňuje určit druh materiálu jednotlivých
konstrukčních vrstev ve smyslu předpisu S4 Železniční spodek. Její uplatnění je proto přínosem
pouze ve spojitosti s klasickými metodami geotechnického průzkumu, které by měly na ni
navazovat.
3. 2.. Podstata radarové metody a způsob její aplikace
Radarová metoda je založena na opakovaném vysílání elektromagnetických (dále EM) vln
o vysokých frekvencích do zkoumaného prostředí (např. železničního spodku) a přijímání jejich
odrazů. Předmětem vyhodnocení jsou nehomogenity přirozeného i umělého původu v měřeném
hloubkovém intervalu, které jsou doprovázeny změnou elektrického odporu a permitivity.
K vysílání a přijímání EM impulsů slouží anténní systémy, odlišující se geometrickým
uspořádáním a frekvencemi vysílaných vln. Se snižováním frekvence se zvyšuje hloubkový dosah
radarového měření, ale snižuje se schopnost detekce nehomogenit menších velikostí.
Registrace odražených impulsů se provádí v aparatuře na magnetický pásek nebo na pevný disk
řídícího počítače. Jejich zobrazení představuje prvotní radarový záznam, který je obvykle možno
sledovat na připojené obrazovce počítače.
K úpravě a ošetření prvotního radarového záznamu slouží zpracovatelský software, umožňující
sledování intenzity a časů reflexů od sledovaného rozhraní. Dále umožňuje hodnotit útlum
v jednotlivých vrstvách, zvýraznit projev sledovaných charakteristik objektů a potlačit nežádoucí
rušivé vlivy.
3. 3. Požadavky objednatele na radarovou metodu
Při diagnostice železničního spodku jsou od GPR metody požadovány spojité informace o stavu
pražcového podloží:
- v podmínkách bez výrazných změn a poruch do hloubky cca 2,5 m pod úložnou plochou
pražců,
- v případě potřeby až do hloubky cca 3 m pod úložnou plochou pražců (významné poruchy
a změny pod aktivní oblastí, mající vliv na stav a chování konstrukce pražcového podloží,
náspy a jejich založení apod.).
3. 4. Výstupy z GPR měření
Měření GPR metodou musí ve své výsledné podobě stanovit:
- kontinuální průběh zemní pláně,
- kontinuální tloušťku kolejového lože spolu s rozhraním mezi čistým a znečištěným štěrkem,
- místa s porušenou zemní plání a zemním tělesem s uvedením rozsahu a hloubky,
- místa pro sondy a geotechnické zkoušky optimálně vystihující stav, charakter a relativní
homogenitu zkoumaného traťového úseku, umožňující jejich ověření,
- části podobného charakteru a vlastností (kvazihomogenní bloky),
- tvar a homogenitu přechodových zón mostů a úrovňových křížení s komunikacemi,
- relativní stupeň znečištění štěrkového lože.
19
3. 5. Další využití GPR metody
Využití GPR metody k přesné lokalizaci objektů a prvků v železničním spodku (např. mostů,
propustků, podzemních vedení, základů, balvanů, štětu apod.), vyžaduje jinou metodiku měření a
vyhodnocení s příslušným ekonomickým dopadem a není předmětem těchto „Pokynů“.
3. 6. Omezení metody GPR
Uplatnění GPR metody je obtížné v železničních stanicích, kde je nestandardní
konstrukce pražcového podloží a v jejich bezprostředním okolí. Tam se obvykle nachází množství
objektů, které ztěžují vlastní měření a zkreslují jeho výsledky (podzemní vedení, přechody,
podchody nástupiště, výhybky, kabelovody apod.). Přesné určení konstrukčních prvků kolejového
lože také ztěžuje jeho zvýšené znečištění.
3. 7.. Příprava měření
Příprava měření GPR metodou na stanoveném traťovém úseku zahrnuje především následující
činnosti:
- projednání cílů měření,
- shromáždění a studium podkladů,
- prohlídku traťového úseku.
Měření GPR metodou na stanoveném traťovém úseku musí zhotovitel měření projednat s ČD
a.s., Správou dopravní cesty (SDC), do jejichž působnosti traťový úsek přísluší.
Projednány a dohodnuty musí být zejména následující skutečnosti:
termín měření,
způsob měření,
výpomoci SDC zhotoviteli měření a jejich úhrada,
poskytnutí podkladů a informací, týkajících se měřeného úseku.
V případě nutnosti provádět měření ve výluce zpracuje příslušná SDC požadavek na výluku ve
smyslu předpisu ČD D 7/2 pro organizaci výluk.
Pro získání informací o měřeném traťovém úseku, vyhodnocení a zpracování naměřených dat
slouží zhotoviteli měření především tyto podklady:
- jednotná železniční mapa,
geologická mapa,
záznamy měřícího vozu GPK,
přehled mostních objektů a propustků, popřípadě dalších objektů a překážek (přejezdy,
přechody, podzemní vedení),
dokumentace a výsledky dříve prováděných průzkumů,
údaje o stavu úseku a o provádění rekonstrukcí a opravných prací,
dokumentace a výsledky průzkumů uskutečněných v okolí měřeného úseku.
Součástí přípravy měření GPR metodou je prohlídka traťového úseku, kde má být měření
prováděno. Při pochůzce sdělí pracovník příslušné SDC zhotoviteli měření informace o stavu
úseku z hlediska správce, o prováděných opravách a rekonstrukcích a upozorní na problémová
místa, např. na poruchy v pražcovém podloží, nestabilitu svahů, místa s vysokou hladinou
podzemní vody a nedostatečným odvodněním, místa s opakujícími se poruchami GPK apod.
V časovém rozvrhu činnosti během výluky je nutno počítat s dobou potřebnou na přípravu
zařízení před zahájením vlastního měření v trvání cca 20 min.
3. 8. Způsob měření
Měření radarovou metodou na stanoveném traťovém úseku se provádí v přestávkách provozu
nebo ve výlukách provozu.
Hlavní měření je umístěno do podélného profilu v ose koleje, doplňkové měření do podélného
profilu po stranách koleje za hlavami pražců. Měření GPR poskytuje podélný řez pražcovým
podložím v místě měření a neplatí pro příčný řez kolejí.
Pro uložení aparatury a antén při měření je využíván podvozek CRAB nebo měřící vůz GPK.
20
Pro diagnostiku železničního spodku je vhodné použití antén o frekvenci 200 až 500 MHz. Při
měření GPR je vhodná rychlost pojezdu MUV 2 až 10 km/h a optimální krok měření (vzorkování)
0,20 až 0,50 m. Rychlost měření je limitována překážkami v trase (přejezdy, přechody, nástupiště
a výhybky) a tím, zda je CRAB tažen ručně nebo pomocí MUV. Požadavek na měření GPR
s rychlostmi pojezdu většími než 10 km/h musí objednatel projednat se zhotoviteli měření
a použít měřícího vozu GPK.
3. 9. Zpracování záznamu měření
Zpracování prvotního záznamu měření radarovou metodou představuje především:
- ošetření dat souborem programů výrobce radaru,
- ošetření záznamu (zavedení adresné pozice měřeni),
- převod časového záznamu na hloubkový.
Prvotní radarový záznam měření uložený na přenosném médiu je podkladem pro budoucí
využití v databázi.
Cílem ošetření záznamu je :
- zvýraznit požadované charakteristiky železničního spodku,
- potlačit nežádoucí vlivy (např. vliv kovových předmětů, pražců, okolních objektů).
Převod časového záznamu na hloubkový vyžaduje znalost prostředí. Při použití dvou antén
a speciálního zapojení je možné vyhodnocovat permitivity spojitě automaticky pomocí software
zhotovitele.
3. 10. Vyhodnocení záznamu
Prvotní radarový záznam musí být vyhodnocen tak, aby pro diagnostiku železničního spodku
poskytl informace požadované články 3. 4. a 3. 5. těchto Pokynů.
Pro praktické využití (další fáze diagnostiky, projektování) je třeba vyhodnocený Prvotní
radarový záznam zpracovat graficky ve zjednodušené podobě jako podélný hloubkový řez
pražcovým podložím v měřítku nejméně 1 : 1000 : 20. Příklady grafického zpracování měření
jsou uvedeny v příloze.
Grafický záznam je třeba lokalizovat pomocí zaznamenaných orientačních bodů. Všechna
staničení určující polohu (místa vybraná pro sondy, objekty, podzemní vedení, skutečnosti
vyplývající z měření a charakterizující stav prostředí) je nutno vztahovat k nižšímu
hektometrovníku.
Informace získané z GPR měření je nutno v první fázi diagnostiky porovnat a zpřesnit na
základě výsledků klasického průzkumu, prováděného v druhé fázi diagnostiky.
Technická interpretace výsledků geotechnického průzkumu využívajícího GPR metodu
vyžaduje spolupráci geofyzika a geologa, a to již v průběhu provádění GPR měření, při jeho
vyhodnocování a zejména v konečné fázi zpracování zprávy o provedeném geotechnickém
průzkumu.
V každém výtisku zprávy o provedeném geotechnickém průzkumu využívajícím GPR metodu
musí být obsažen prvotní radarový záznam a technická interpretace vyplývající z porovnání
výsledků GPR měření a výsledků klasického průzkumu. Zhotovitel GPR měření musí v případě
požadavku objednatele poskytnout kompletní Prvotní radarový záznam s polohopisem.
3. 11. Monitoring železničního spodku pomocí měření GPR v měřícím voze GPK
Pokyny obsahují hlavní zásady pro použití GPR měření s aparaturou instalovanou v měřícím
voze pro železniční svršek (dále jen MV) a stanoví postup pro přípravu, provedení a vyhodnocení
radarového měření.
Pro GPR měření na MV může být použita pouze aparatura dvou- a vícekanálová. Toto
uspořádání umožňuje současné vyhodnocení tloušťky konstrukčních vrstev a jejich permitivity.
Při použití pouze jednokanálové aparatury nelze bez znalostí permitivity konstrukční vrstvy
s dostatečnou přesností stanovit jednoznačně její tloušťku.
21
MV musí být upraven pro montáž příslušného anténního systému. Montáž radarové aparatury
na MV trvá maximálně 30 min.
Měření obou diagnostických systémů (GPK a GPR) musí být synchronizováno. To umožňuje
identifikovat lokálně identické změny stavu GPK a železničního spodku.
Rozlišení velikosti nehomogenity (změny) závisí na pojezdové rychlosti MV. Se zvyšováním
pojezdové rychlosti klesá velikost rozlišení. Např. pojezdová rychlost MV 30 km/hod umožňuje
rozlišit nehomogenity o cca 2 m délky.
Hloubkový dosah při použití frekvence anténního systému 500 MHz je do 2,5 m od horní
plochy pražců.
Registrovaná data se průběžně zobrazují na monitoru a současně jsou ukládána na magnetickou
pásku nebo harddisk řídícího počítače. Převedením těchto snímaných dat do výkonného osobního
počítače (PC) je získán prvotní radarový záznam. Aplikací zpracovatelského a interpretačního
software jsou získány požadované výstupy. Prvotní radarový záznam je archivován minimálně po
dobu deseti let pro porovnání se záznamy z pozdějších měření.
3. 12. Využití georadaru při jízdě MV
Při jízdě MV se georadaru využívá pro :
získání informací o stavu pražcového podloží v rámci diagnostiky žel. spodku při
předběžném průzkumu spolu se současnou lokalizací závad v GPK,
kontrolu skutečného provedení konstrukčních vrstev,
zjištění nehomogenit v konstrukci pražcového podloží,
zjišťování změn konstrukce pražcového podloží v čase,
- pořízení záznamu GPR obrazu skutečného provedení stavby po rekonstrukci.
3. 13. Výstupy GPR měření
Výstupy měření GPR jsou :
- tloušťka štěrkového lože,
celková tloušťka konstrukčních vrstev,
- kontinuální průběh (hloubka) zemní pláně,
- rozhraní homogenity zemní pláně (např. úseky se stabilizací apod.),
- permitivita štěrkového lože charakterizující stupeň znečištění štěrkového lože,
- datový soubor pro uložení do databáze ve středisku v Jaroměři.
3. 14. Provádění GPR měření
Ke zpracování komplexního posudku skutečného stavu pražcového podloží je třeba, aby
objednatel poskytl dokumentaci skutečného provedení konstrukčních vrstev tělesa železničního
spodku předmětné stavby (úseku) v rozsahu:
příčné řezy s uvedením složení konstrukce a pozice řezu,
podélný profil s uvedením km polohy začátku a konce jednotlivých konstrukčních vrstev.
Základní měření se provádí:
pro přejímku stavebních prací,
předběžný geotechnický průzkum před rekonstrukcí koleje,
ke zjištění aktuálního stavu tratí,
pro databáze koridorových tratí,
pro kontrolu stability traťového úseku v garanční době.
Ke zjištění změn v pražcovém podloží se provádí následné měření, jehož prvotní radarový záznam
se porovnává s prvotním záznamem základního měření. V záruční době stavby je vhodné provádět
následná měření 1 x ročně, vždy však musí být provedeno alespoň půl roku před ukončením záruční
doby. Následné měření musí být provedeno v případě opakujících se závad geometrických parametrů
koleje, nebo při výrazných klimatických změnách, které ohrozily drážní úsek. Na stávajících tratích
se následné měření provádí rovněž v případě opakujících se poruch GPK.
22
3. 15. Prezentace výsledků
Hloubkový řez pražcového podloží se zpracovává v měřítku délek 1:2000 s vyznačením
konstrukčních vrstev.
V řezu budou vyznačena rozhraní:
štěrkového lože,
konstrukčních vrstev,
zemní pláně.
Tloušťky jednotlivých konstrukčních vrstev jsou vyhodnocovány s přesností +2 cm. Podrobnější
rozlišení konstrukčních vrstev nelze stanovit, protože používané materiály (štěrkopísky, štěrkodrtě
apod.) mají téměř stejnou permitivitu materiálu a hranice mezi nimi nevytváří odrazné rozhraní pro
elektromagnetické vlnění. Konstrukční vrstvy pod štěrkovým ložem s přibližně stejnou permitivitou
jsou proto interpretovány jako jeden celek. Součástí hloubkového řezu pražcovým podložím je i graf
relativní permitivity štěrkového lože. Permitivita je v čistém štěrkovém loži mimo jiné i funkcí míry
stabilizace ve štěrkovém loži. Za příznivých okolností mohou relativní změny čísla permitivity štěrku
znamenat také změny ve stupni stabilizace. Přibližně platí: čím je nižší permitivita štěrkového lože,
tím nižší je stupeň jeho stabilizace na zemní pláni.
V hloubkovém řezu jsou vyznačeny lokální nehomogenity v pražcovém podloží, které se projevily
při následném měření GPR. Výstupové schéma lokalizace časových změn v pražcovém podloží je
doplněno posledními hodnotami v parametrech kvality sledovaného úseku v podélné výšce
a zborcení koleje zaznamenané k datu měření úseku.
3. 16. Typy anomálií
Vzniklé rozdíly zobrazení v pražcovém podloží se označují jako tvarové deformace, lineární
změny, znečištění a nehomogenity. Z hlediska místa a hloubky defektu se vyhodnocují:
- tvarové deformace reprezentují lokální změnu tloušťky konstrukčních vrstev,
- lineární deformace reprezentují délkově rozsáhlejší změnu permitivity způsobenou
klimatickými změnami nebo rozsáhlou změnou znečištění či změnou úrovně stabilizace
štěrkového lože,
- znečištění a nehomogenity reprezentují vzájemný průnik konstrukčních vrstev nebo průnik
podzemní vody do pražcového podloží.
3. 17. Organizace měření GPR
GPR měření se provádí při plánované jízdě MV v četnosti dle článku 3.14. těchto Pokynů,
v nutných případech i při zvláštní jízdě MV. GPR měření a rozsah vyhodnocení se realizuje na
základě objednávek Správ dopravní cesty, Stavebních správ, případně mimodrážních firem,
předkládaných TÚČD Praha. Náklady na měření a vyhodnocení hradí objednavatel.
Prvotní radarové záznamy jsou archivovány v digitální formě u TÚČD Praha ve středisku
měřících vozů Jaroměř a kopie u zhotovitele záznamu.
23
ČÁST IV – SPOLEČNÁ ZÁVĚREČNÁ USTANOVENÍ
4. 1. Požadavky na kvalifikaci zhotovitele geofyzikálních prací
Pro přípravu geofyzikálního projektu a pro realizaci měření je nutno využít servisu odborné
firmy (odborníka), která má prokazatelná oprávnění v potřebném oboru. Jedná se zejména
o následující certifikace:
a) Oprávnění „Odborná způsobilost v geofyzice“ vydané MŽP ČR,
b) Oprávnění „Způsobilost pro geotechnický průzkum geofyzikálními metodami na pozemních
komunikacích“ vydané MD ČR,
c) Oprávnění „Způsobilost pro korozní průzkum na komunikacích“ vydané MD ČR,
d) Povolení pro vstup cizích osob do vyhrazeného obvodu dráhy, vydané O30 Generálního
ředitelství ČD, a.s.,
e) Certifikace Systému jakosti ISO.
Body "a", "b", "c" musí splňovat vedoucí prací nebo jiný pracovník přítomný na pracovišti.
Vedoucí prací musí úspěšně složit odbornou zkoušku F-00 nebo F-01 dle předpisu ČD Ok2. Bod
"d" musí splňovat každý pracovník vstupující do vyhrazeného obvodu dráhy. Bod "e" je
kvalifikací firmy jako celku.
Při posuzování oprávnění k činnostem je potřebné přihlédnout k aktuálnímu stavu právních
předpisů, které se s dobou mohou částečně měnit.
Tyto Pokyny jsou platné pro akce (projekty) zahajované od 1.1.2006
24
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Příklad grafů symetrického odporového profilování (SOP) z profilu vedeného po banketu
náspu. Zvýšený odpor zjištěný pro rozestup 5-5-5 (mělčí rozestup) svědčí o hrubozrnném
materiálu na banketu. Nízké odpory při rozestupu 30-5-30 indikují jílovité složení v základech
náspu.
Obr. 2 Příklad opakovaných tíhových měření realizovaných v ose koleje na náspu, který byl
částečně sanován. Zobrazené křivky prošly matematickou korekcí a jsou proto ovlivněny jenom
stavbou náspu a jeho změnami v čase. Růst hodnot s časem svědčí o postupné konsolidaci zemin.
Výrazný pokles tíže na konci profilu je projevem mostní konstrukce, ke které se profil blíží.
Obr. 3 Příklad izoohmického řezu. Barevná škála vyjadřuje odpory v ohmm. Na vertikální ose je
uvedena hloubka v metrech. Na horizontální ose je uvedeno staničení, a to opět v metrech.
Hloubková i odporová škála používá logaritmickou stupnici. Na vyobrazení je zřetelně
detekovatelný násep o mocnosti cca 2 m. V podloží se nacházejí jíly, pro které je charakteristický
nízký měrný odpor.
Obr. 4 Příklad krátkého seismického řezu spolu s grafem rychlostí v povrchové vrstvě (v0) a na
seismické refrakční hranici (vh). Povrchová vrstva zemin s rychlostí kolem 500 m/s má mocnost
mezi 0,3 až 1 m. Podloží odpovídá v tomto případě navětralé skalní hornině.
Obr. 5 Předprojekční měření – příklad rozdělení trati do bloků s obdobnými vlastnostmi. Na
radarogramu jsou vyznačena odrazná rozhraní, popřípadě jsou zaregistrovány další poznatky. Po
geotechnické interpretaci geofyzikálních dat je následně sestaven interpretovaný řez doplněný grafem
relativní permitivity. Oblasti s obdobnými (quasihomogenními) charakteristikami jsou vydělovány
jako jednotlivé bloky (viz značky BLK_1_11 a další v horní části obrázku).
Obr. 6 Interpretovaný záznam z kolaudačního měření.
Obr. 7 Příklad interpretačního výstupu rychlé kontroly stability stavby drážního tělesa v záruční
a po záruční době.
25
26
ρ [Ω m ]
PŘÍLOHA: Příklady geofyzikálních výstupů
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
SOP - profil veden u koleje č. 2
rozestup 5 -5 -5
rozestup 30-10-30
0
0
332250
332300
332350
332400
332450
332500
332550
332600
metráž [m]
Obr. 1 Příklad grafů symetrického odporového profilování (SOP) z profilu vedeného po banketu náspu.
Zvýšený odpor zjištěný pro rozestup 5-5-5 (mělčí rozestup) svědčí o hrubozrnném materiálu na banketu. Nízké
odpory při rozestupu 30-5-30 indikují jílovité složení v základech náspu.
Residuální Bouguerov y anomálie
0.5
∆ g B res( µm/s 2 )
0
-0.5
-1
-1.5
-2
Sanovaný úsek
120
140
160
180
x (m)
200
měření v červnu 2001
měření v květnu 2002
měření v květnu 2003
Obr. 2 Příklad opakovaných tíhových měření realizovaných v ose koleje na náspu, který byl částečně sanován.
Zobrazené křivky prošly matematickou korekcí a jsou proto ovlivněny jenom stavbou náspu a jeho změnami
v čase. Růst hodnot s časem svědčí o postupné konsolidaci zemin. Výrazný pokles tíže na konci profilu je
projevem mostní konstrukce, ke které se profil blíží.
27
Obr. 3 Příklad izoohmického řezu. Barevná škála vyjadřuje odpory v ohmm. Na vertikální ose je uvedena
hloubka v metrech. Na horizontální ose je uvedeno staničení, a to opět v metrech. Hloubková i odporová škála
používá logaritmickou stupnici. Na vyobrazení je zřetelně detekovatelný násep o mocnosti cca 2 m. V podloží se
nacházejí jíly, pro které je charakteristický nízký měrný odpor.
v0
vh
0
2
4
6
8
10
12
1000
v [m/s]
1000
100
100
10
10
0
0
2
1
2
4
3
4
6
5
6
8
7
8
10
9
10
12
11
12
0
0
h [m]
-0.5
-0.5
-1
-1
-1.5
-1.5
-2
-2
0
1
2
3
4
5
6
x [m ]
7
8
9
10
11
12
refrak n í rozh raní
Obr. 4 Příklad krátkého seismického řezu spolu s grafem rychlostí v povrchové vrstvě (v0) a na seismické
refrakční hranici (vh). Povrchová vrstva zemin s rychlostí kolem 500 m/s má mocnost mezi 0,3 až 1 m. Podloží
odpovídá v tomto případě navětralé skalní hornině.
28
321500
40
20
0
2
1.5
1
0.5
0
321600
321700
BLK_1_11
321800
321900
322000
kilometráž
322100
interpretované radarogramy
relativní permitivita
BLK_1_12
podélný řez drážním tělesem
322200
322300
BLK_1_13
322400
20
0
5
6
7
322500
BLK_1_14
anténa 2 (ns)
29
Obr.5: Předprojekční měření – příklad rozdělení trati do bloků s obdobnými vlastnostmi. Na radarogramu jsou vyznačena odrazná rozhraní, popřípadě jsou zaregistrovány
další poznatky. Po geotechnické interpretaci geofyzikálních dat je následně sestaven interpretovaný řez doplněný grafem relativní permitivity. Oblasti s obdobnými
(quasihomogenními) charakteristikami jsou vydělovány jako jednotlivé bloky (viz značky BLK_1_11 a další v horní části obrázku).
anténa 1 (ns)
hloubka od hlavy pražců (m)
e(jednotek SI)
40
20
0
82900
83000
83100
30
kilometráž
83200
interpretované radrogramy
83300
83400
20
0
3
2
5
4
relativní permitivita + směrodatné odchylky (SDOSK,SDOPR,SDOVY)
podélný řez drážním tělesem
4
6
2
1.5
1
0.5
0
Obr. 6: Interpretovaný záznam z kolaudačního měření
anténa 1 (ns)
SDO
hloubka od hlavy pražců (m)
e(jednotek SI)
anténa 2 (ns)
Interpretovaný radarový záznam 2003
0
[ns]
10
20
30
40
Interpretovaný radarový záznam 2005
0
[ns]
10
20
30
40
Rozdílový radarový záznam 2003/2005
0
[ns]
10
20
30
40
Odvozený podélný řez
0
[m]
0.5
1
1.5
2
SDO
3
Směrodatné odchylky v GPK (SDOSK, SDOPR, SDOVY)
2
1
0
180,800
181,000
181,200
181,400
kilometráž
181,600
181,800
182,000
Obr. 7: Příklad interpretačního výstupu rychlé kontroly stability stavby drážního tělesa v záruční a po záruční
době.
31
anom álie
nesp .vrstva
umělý objekt
rel.pe rm itivita
SDOS K
SDOP R
SDOV Y
p lá ň
obr.6
pláň/násep
s ta b ili z a c e
h r a n i c e b lok u
r e l . p e r m itiv ita
u m ě l ý o b je k t
n e s p . v rstv a
a n o m á lie
stabilizace
podkl.vrstva
p o d k l . v rs tv a
š tě rk
štěrk
Vysvětlivky k obrázkům 5, 6 a 7
obr.7
32
SDO-směrodatná odchylka, SK- směru koleje, PR-převýšení koleje, VY-podélné výšky koleje
obr.5
výrazné odchylky/porušeno
SDO PR
SDO VY
SDO SK
podkladní vrstva 2005
štěrkové lože 2005
štěrkové lože 2003
podkladní vrstva 2003
Poznámky:
33
Zpracovatel:
G IMPULS Praha spol. s r.o., RNDr. Jaroslav Bárta, CSc.
České dráhy, a.s., Technická ústředna dopravní cesty
Správa železniční dopravní cesty, státní organizace
Gestorský útvar:
Správa železniční dopravní cesty, státní organizace
Odbor provozuschopnosti ŽDC
Oddělení stavební
Prvního pluku 367/5
186 00 Praha 8
Tisk:
České dráhy, a.s.,
Zásobovací centrum Praha,
Provoz tiskárna Olomouc
Nerudova 1
772 58 Olomouc
Náklad:
50 výtisků
Rok vydání:
2006
34

pokyny - G IMPULS Praha spol. s ro

Transkript

Podobné dokumenty

Farní zpravodaj 3.2008 - Farnost Nový Hrozenkov

projekt FlashPoM-1 - Západočeská univerzita

www .korgpa.com www .korg.cz

K 1. výročí strašického poltergeista.

Prezentace aplikace PowerPoint - IGDM

11 - G IMPULS Praha spol. s ro