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




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 Princip metody a typické výsledky měření 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). Příklady použití 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.). Požadavky na přípravu a realizaci měření 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 Princip metody a typické výsledky měření 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. Příklady použití 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. Požadavky na přípravu a realizaci měření 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 Princip metody a typické výsledky měření 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. Příklady použití 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



Požadavky na přípravu a realizaci měření 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) Princip metody a typické výsledky 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. Příklady použití 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). Požadavky na přípravu a realizaci měření 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

Příklady použití

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

Pokyny pro použití nedestruktivních geofyzikálních metod v diagnostice a průzkumu tělesa železničního spodku 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 PRO POUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍCH GEOFYZIKÁLNÍCH METOD V DIAGNOSTICE A PRŮZKUMU TĚLESA ŽELEZNIČNÍHO SPODKU

Recommend Documents