Jaroslav Bárta, Vojtěch Beneš, Dušan Dostál, Karel Drozd, Jaroslav Kněz, Petr Nakládal, Jiří Skopec, Jan Vilhelm
Využití geofyzikálních metod pro ověřování stavu železničních tratí – informace o výsledcích grantu MD ČR
Klíčová slova: geotechnika, geofyzika, seismika, gravimetrie, odporové profilování, multielektrodová metoda, radar.
1. Úvod Na základě rozhodnutí o poskytnutí účelových finančních prostředků Ministerstva dopravy a spojů České republiky zajistila firma G IMPULS Praha spol. s r.o. se spoluřešitelem, tj. Přírodovědeckou fakultou Univerzity Karlovy realizaci výzkumného projektu: Využití geofyzikálních metod pro ověřování stavu železničních tratí Českých drah. Identifikační kód projektu“ CE803130122. Projekt byl zahájen v březnu 2001 a byl dokončen v prosinci 2003. Předmětem projektu je aplikace geofyzikálních metod v podmínkách železničních tratí v České republice. Hlavní cíle projektu stanovil zadavatel úkolu v následujících bodech: - Vybrat a ověřit vhodné nedestruktivní geofyzikální metody pro zjišťování složení a stavu konstrukce železničního spodku, včetně posouzení stability zemního tělesa. - Určit, pro jaké účely jsou jednotlivé geofyzikální metody vhodné, a stanovit podmínky pro jejich využití u ČD. - Navrhnout optimální metodiku geofyzikálních měření pro monitorování geotechnických poměrů na železničních tratích s cílem zvýšit bezpečnost a spolehlivost železničního provozu. Projekt, o kterém pojednává zde předkládaná zpráva, navazuje zejména na předcházející výzkumné úkoly a směrnice Českých drah, viz lit. [2], [3], [5]. Rešerše starších geofyzikálních zpráv ukázala, že je nutno se soustředit na určitý, vymezený okruh geofyzikálních metod, a to zejména na ty, které slibují přinést optimální výsledky a zároveň na metody zatím podrobně neprověřované. Z tohoto důvodu byla RNDr. Jaroslav Bárta, CSc., nar. 1937, absolvent Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, obor užitá geofyzika v roce 1962. Specializuje se zejména na využití geofyziky pro inženýrskou geologii a hydrogeologii. Pracovník firmy G IMPULS Praha spol. s r.o. Člen sboru expertů České asociace geofyziků. Kontakt:
[email protected], tel. 724066550.
1
pozornost soustředěna zejména na seismické metody a mikrogravimetrii. Naopak byla omezena pozornost na využití geologického radaru. Radar je již ve stádiu rutinního využití a jeho další rozvoj je zajišťován přípravou specializovaných výzkumných úkolů. V průběhu terénních prací bylo na podzim 2001 zjištěno, že určité možnosti využití má i nově zaváděná metoda, která využívá systém multielektrodového odporového měření. Multielektrodový systém byl proto zařazen do komplexu intenzivně zkoumaných metod. Pro aplikaci seismických metod bylo nutno zajistit malý seismický vibrátor, který umožňuje studium dynamických (ale i kinematických) charakteristik seismických vln. Používání seismických kladiv či malých odpalů trhavin neumožňuje zjistit všechny potřebné charakteristiky. Používání seismického vibrátoru bylo v posledních dvaceti letech pro inženýrskou seismiku v Československu (Česku) téměř opomíjeno, a proto vývoj v tomto směru prakticky ustal. Pro obnovení prací bylo nutno buď zakoupit geofyzikální vibrátor v cizině, či přistoupit k vývoji vlastního zařízení. Zahraniční výrobky přesahují ceny, které mohou zajistit v podmínkách České republiky přiměřenou návratnost. Z tohoto důvodu bylo přistoupeno k vývoji vlastního malého zařízení, které má použitelnost pro mělké průzkumy do hloubky cca 10 m (což je dostatečné pro běžnou mocnost železničních náspů). Zařízení bylo v podobě modelu poprvé úspěšně odzkoušeno v červnu 2001 a následně byl sestaven vlastní vibrátor. Vibrátor byl úspěšně odzkoušen v průběhu roku 2002, práce s ním pokračovaly i v roce 2003.
Obr. 1: Seismický vibrátor Aby bylo možno výsledky výzkumu již v průběhu řešení úkolu částečně využít i v praxi, bylo vybráno několik železničních úseků, které byly odborem 13 GŘ ČD doporučeny k prozkoumání. V těchto místech pak byly provedeny některé geofyzikální práce, které sloužily jako ověřovací pro potřeby úkolu (např. úseky koridoru u Rájce - Jestřebí a u Šakvic, sesuv na trati mezi Vsetínem a Valašským Meziříčím, budovaný koridor u žst. Záboří nad Labem).
2. Optimalizace výběru geofyzikálních metod ČD postupně budují a uplatňují tzv. vícestupňovou diagnostiku tělesa železničního spodku, která zejména ve své první fázi počítá s využitím vhodných geofyzikálních, nedestruktivních metod sledujících prostředí kontinuálně a bez zásahu do železničního tělesa. Geofyzikální metody, stejně jako další nedestruktivní metody, neposkytují ve svém výstupu fyzikální a mechanické parametry materiálů železničního spodku přesně ve smyslu předpisu ČD S4 Železniční spodek. Jejich uplatnění je však významným přínosem ve spojitosti s klasickými metodami geologického průzkumu, v jejichž spojitosti by měly být prováděny a aplikovány. Znakem dobře realizovaných projektů je, že interpretace geofyzikálních prací se opírá o
2
dostupné poznatky získané z dalších výsledků geologického průzkumu a že naopak geolog se odvolává ve svých závěrech na geofyzikální průzkum. Geotechnické veličiny (modul pružnosti, modul ve smyku, Poissonovo číslo, objemová hmotnost prostředí) získané interpretací geofyzikálních měření (hlavně seismických a gravimetrických) mají tu výhodu, že přinášejí souvislou informaci o zkoumaném prostředí in situ. Jako všechny testy jsou však ovlivněny podmínkami měření a je nutno tedy k jejich využití přistupovat s určitou znalostí. Za optimální je možno považovat stav, kdy v místech geofyzikálních měření byly provedeny například i zatěžovací zkoušky. Komplexně získaná data pak mohou být vyhodnocena společně, vzájemně porovnána a charakteristické hodnoty geotechnických veličin stanoveny s plnou zodpovědností (viz standardy Evropského komitétu pro standardizaci CEN, Eurocode 7 a část 5 tohoto textu). Níže doporučené geofyzikální metody byly vybrány a prověřeny v rámci popisovaného úkolu a považujeme je za nejdůležitější pro aplikace v železničním stavitelství s tím, že pokrývají většinu nejčastěji řešených úkolů. Níže vyjmenované metody jsou podle povahy problému využívány jak v celém komplexu, tak v neúplném komplexu či samostatně. - GPR (geologický radar) - odporové profilování, - multielektrodová měření, - seismika úderová, - seismika vibrátorová, - gravimetrie. 2.1 GPR (geologický radar) Princip metody: 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 a vodivosti prostředí. Typické anomálie a jejich prezentace : 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 (dnes častější případ). Výhody a nevýhody metody: Měření má vesměs menší hloubkový dosah (nejčastěji do osmi metrů). Vztah mezi geotechnickými veličinami a naměřenými daty je pouze nepřímý. 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. Příklady použití ČD využívá GPR jako standardní metodu, viz databáze radarových záznamů z budovaných koridorů. Měření dokumentuje hlavně průběh vrstev kolejového lože železničního svršku a konstrukčních vrstev tělesa železničního spodku. Ze záznamů lze také zjišťovat dutiny, zakryté konstrukční prvky, stupeň provlhčení či indicie sesuvů.
3
Požadavky na přípravu a realizaci měření. Pokud radarový průzkum probíhá spolu s rutinní činností měřícího vozu, je radarová aparatura napojena na systém vozu a není třeba zajišťovat speciální přípravu ze strany pracovníků ČD. V případě umístění radarové aparatury na vozíku CRAB je třeba uvažovat s výlukou měřené koleje. Na proměření 1 km koleje je třeba plánovat výluku v délce jedné hodiny. Měření v těsném okolí kolem kolejí jsou vesměs prováděna ručním posouváním antény po zemi. Radarové záznamy prováděné na kolejích je nutno lokalizovat pomocí zaznamenaných orientačních bodů. Všechna staničení určující polohu (místa vybraná pro sondy, skutečnosti vyplývající z měření) je nutno vztahovat k nižšímu hektometrovníku trati.
Obr. 2: Radarová aparatura SIR 10 (GSSI, USA) a speciální vozík CRAB pro měření na železnici. Aparaturu lze situovat i do měřícího vozu ČD. 2.2 Odporové profilování Princip metody: Metoda je založena na měření 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 konstantní uspořádání, a tedy i hloubkový dosah zůstává během měření konstantní. Hloubkový dosah měření odpovídá přibližně čtvrtině rozestupu proudových elektrod. Typické anomálie a jejich prezentace Velikost odporu roste s poklesem obsahu vody a poklesem její mineralizace. Odpor dále roste s růstem zrnitosti zemin. Jíly se například vyznačují měrným odporem kolem 20 ohmm. Skalní horniny mají odpor vyšší jak 1000 ohmm. 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 měření zpracovat i formou izolinií odporů. 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 tras. Měření vyžaduje vesměs skupinu 4 osob. Nevýhodou metody je občasné rušení měření bludnými proudy a umělými vodiči. Interpretace měření je vesměs
4
rychlá a snadná. První názor na geologickou stavbu si lze vytvářet již v průběhu terénních měření. Příklady použití Vyhledávání odporových kontaktů, tenkých vodičů či úzkých vodičů. Měření odliší např. jíly od štěrků, sleduje průběh skalního podloží a detekuje tektonické linie (tenké vodiče) nebo porušené zóny (úzké vodiče). Požadavky na přípravu a realizaci měření Měření nevyžaduje zvláštní přípravy na trati. Měřící skupina je tvořena čtyřmi až pěti osobami, které procházejí terénem v řadě. Operátor nese přenosný přístroj. Pracovníci nesou a zapichují do země tyčové elektrody. Na elektrifikovaných tratích je optimální měřit v době vypnutí el. trakce. Vypnutí trakce však není zásadní podmínkou. Proměření 1 km profilu s krokem 10 m (typický krok měření) trvá v průměrných terénních podmínkách cca 6 hodin včetně vytýčení profilu. 2.3 Multielektrodová metoda Princip metody: Metoda je založena na měření odporu hornin. Měření však probíhá pomocí moderních přístrojů, které umožňují zapojit najednou více elektrod (řádově desítky až stovky). 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 zpracovává, a tak vzniká spolehlivý interpretační model odporových poměrů s mnohem větší vypovídací hodnotou, než jak je tomu u odporového profilování Typické anomálie a jejich prezentace Vztahy mezi velikostmi odporů a petrografickými vlastnostmi jsou stejné jako u klasického odporového profilování. Naměřená data jsou vesměs prezentována 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 Nevýhodou metody je relativní pracnost, vysoká cena aparatury a interpretačního software. 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. Příklady použití Metoda je používána pro sledování detailních odporových poměrů. Zatímco běžné odporové profilování sleduje změny odporů na profilech s krokem 5 až 10 m, multielektrodová měření pracují s rozestupem elektrod vesměs 0,4 až 4 m. Z toho plyne, že lze zachytit např. i existenci různých konstrukčních prvků (výztuže v betonu, přítomnost geomembrán a izolačních fólií) 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. Na elektrifikovaných tratích je optimální měřit v době vypnutí elektrické trakce. Pokud není trakce vypnuta, je nutno počítat s větším či
5
menším rušením měření bludnými proudy. Sada elektrod se v terénu řadí buď do jedné linie (tak zvané 2D měření) nebo do plochy (tak zvané 3D měření).
Obr. 3: Multielektrodová aparatura MRS 256, výrobek GF Instruments. Tato aparatura je uspořádána pro trojrozměrná (3D) zobrazení výsledků a může měřit i průběh bludných proudů. 2.4 Seismická metoda Princip metody: Seismické měření je založeno na sledování elastických vln, které 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. Refrakční varianta je interpretačně jednodušší a poskytuje více informací důležitých pro geotechnickou interpretaci. Typické anomálie a jejich prezentace 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 přímo závislá na objemové hmotnosti prostředí (hustotě), Poissonově čísle a na modulu pružnosti. Charakteristickým výstupem seismických měření jsou seismické řezy, ve kterých jsou vykreslena zjištěná seismická rozhraní. V seismických řezech jsou uvedeny také grafy hraničních rychlostí (rychlostí seismických vln na seismických rozhraních), popřípadě izolinie rychlostí. Výhody a nevýhody Metoda má značné nároky na přístrojové vybavení a nemá rychlý pracovní postup. Na druhé straně se jedná o měření, jehož výstupy mají přímou vazbu na výsledky statických geotechnických zkoušek a lze je s nimi porovnávat. Seismika je vhodná pro použití v rámci podrobnějších etap měření (vesměs úseky prvních stovek metrů železničních tras).
6
Příklady použití Metoda zjistí přítomnost tektonických linií či např. stanoví mocnosti nadložní polohy nad pevným skalním podložím. Informace o velikosti seismických rychlostí lze přepočítávat na moduly pružnosti a je možno odvodit i další geotechnické veličiny (Poissonovo číslo, modul ve smyku, kvalifikovaný odhad modulu přetvárnosti). Metoda také přispívá k vymezení sesuvných oblastí a jejich vlastností. Deformace v regulérním vlnovém obrazu svědčí o přítomnosti nehomogenit, např. dutin. 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. Vlastní seismická aparatura je přenosná, posun zařízení pomocí malého dopravního zařízení (vozík, auto pojíždějící podél trati) je však výhodou. Denně lze průměrně realizovat cca 700 m profilů při vzdálenostech geofonů od sebe 2,5 m.
Obr. 4: Seismická aparatura McSeis 1600 firmy OYO. 2.5 Gravimetrie (tíhové měření) Princip metody: Měření je založeno na velmi přesném sledování změn tíže. Pro zavedení topografických korekcí je potřebné provádět souběžně přesnou nivelaci. Krok měření je různý; pro železniční stavitelství vesměs mezi 0,5 až 10 m. Práce probíhají jednak na profilech, nebo v plošně rozložené síti. Typické anomálie a jejich prezentace Pevné objekty, jako např. elevace skalních hornin, se projevují kladnými anomáliemi. Nedostatek hmot (např. dutiny, zvýšená porosita prostředí) se projevuje 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 je náročná na přístrojové vybavení a nemá velkou produktivitu práce. Metodu však nelze v případě sledování změn v hustotách hornin nahradit produktivnějším měřením. Příklady použití Metoda se například používá pro detekci změn v charakteru sypaných hmot v náspech. Měření například stanoví rozdíl mezi skutečnou objemovou hmotností náspu a objemovou hmotností danou projektem. Gravimetrie spolehlivě detekuje přítomnost dutin. Optimální je společná interpretace s radarem (detekce dutin) či seismikou (dutiny, stanovení porosity). 7
Požadavky na přípravu a realizaci měření Práce probíhají snadněji v období, kdy není zájmové území rušeno pracovními procesy. Gravimetrická skupina se skládá vesměs z dvou osob. Používané přístroje jsou plně přenosné. Tíhové měření vyžaduje přesnou nivelaci všech tíhových bodů. Denně lze realizovat průměrně 50 až 70 tíhových bodů.
Obr. 5: Přesný gravimetr CG-3M (Scintrex).
3. Nároky na kvalifikaci pracovníků Pokud je příprava geofyzikálního projektu aktuální, je nutno požádat o spolupráci odbornou firmu, resp. odborníka, který má prokazatelná oprávnění v potřebném oboru. Jedná se zejména o následující certifikace: 1. Osvědčení „Odborná způsobilost projektovat, provádět a vyhodnocovat geologické práce v oboru geofyzika“ vydané MŽP ČR, 2. Oprávnění „Způsobilost pro geotechnický průzkum geofyzikálními metodami na komunikacích“ vydané MD ČR, 3. Certifikace ISO 9001:2000. Bod 1 je zásadní. Osvědčení musí vlastnit nejméně odborný reprezentant dodavatele, jinak je nebezpečí, že firma a její dodávka budou zpochybněny. Bod 3 je kvalifikací firmy jako celku a osvědčení tohoto typu vlastní všichni kvalitní dodavatelé prací. Připomínáme, že geofyzikální měření prováděná neodbornými firmami jsou s pohledu MŽP ČR nezákonná a hlavně bez zaručené kvality. V žádném případě tedy nelze doporučit zajištění geofyzikálních prací svépomocí. Na druhé straně od managementu pracovníků ČD je správné očekávat základní orientaci v problematice.
4. Závěry a výstupy z výzkumných prací - výzkumný úkol dospěl k optimálnímu výběru geofyzikálních metod, které budou zavedeny do praxe železničního stavitelství a monitorování stavu dopravních cest.
8
- výzkumný úkol prokázal využitelnost vibrátorové technologie buzení seismických rozruchů při seismickém průzkumu železničních těles. - v rámci výzkumného úkolu byl uveden do praxe malý seismický vibrátor. V rámci jeho testování byla blíže studována problematika tak zvaných povrchových seismických vln (Rayleighových vln). Výsledkem studia je vypracování programu (software) Dispers a Phase. Program Phase umožňuje provedení frekvenční analýzy seismického záznamu a stanovení fázových rychlostí vln. Program Dispers umožňuje výpočet a optimalizaci rychlostního modelu pro konkrétní seismický záznam. Sestavení vibrátoru a realizace software umožnila dostihnout mezinárodní úroveň v oboru, který zaznamenává v poslední době velký rozvoj. Nákup přístrojového vybavení a softwaru „na klíč“ by byl cca desetkrát dražší. Přitom by nakoupená technologie neumožňovala přizpůsobovat metodiku měření a jeho interpretaci proměnlivým geologickým poměrům a inovacím v interpretačních postupech. - výsledky výzkumného úkolu byly shrnuty do textu, který je přípravou (návrhem) pro Pokyny pro použití geofyzikálních metod v železničním stavitelství Tato instrukce po dopracování odbornou komisí má být schválena jako oficiální pokyn pro využití geofyzikálních metod na železnicích. - v rámci studie gravimetrických metod byl úspěšně využit kolejový vozík Crab pro transport gravimetru po kolejích s tím, že měření se provádí přímo na vozíku. To zvyšuje produktivitu práce oproti běžnému stavu čtyřikrát. - o výsledcích geofyzikálních měření, která byla prováděna na vybraných úsecích dopravních cest (Kněžice, Rájec - Jestřebí, Šakvice atd.) byly průběžně informováni zainteresovaní pracovníci a tato diskuse bude dále pokračovat v zájmu využití výzkumů v praxi. - o výsledcích výzkumného úkolu byla informována odborná veřejnost mimo jiné na mezinárodních geofyzikálních konferencích Environmental and Engineering Geophysical Society, European Section, (EEGS) v Birminghamu v roce 2001 a v Praze v roce 2003. - autoři zprávy o výzkumném úkolu plánují, že budou informovat o výsledcích na odborných shromážděních pracovníků na železnicích.
9
ρ [ Ωm]
5. Ukázky z geofyzikálních měření 6 00
6 00
5 00
5 00
4 00
4 00
3 00
3 00
2 00
2 00
1 00
1 00
0 3322 50
SOP - profil veden u koleje č. 1
rozestup 5 - 5 - 5 rozestup 30 -10 -30
0 3323 00
3323 50
3324 00
3324 50
3325 00
3325 50
3326 00
ρ [Ω m]
metráž [m ]
6 00
6 00
5 00
5 00
4 00
4 00
3 00
3 00
2 00
2 00
1 00
1 00
0 3322 50
SOP - profil veden u koleje č. 2
0 3323 00
3323 50
3324 00
3324 50
3325 00
3325 50
3326 00
m etráž [m ]
Obr. 6: Příklad symetrického odporového profilování (SOP). Úsek budovaného koridoru u Záboří nad Labem, km 332,250 až 332,600. Odporové profilování bylo provedeno se dvěma hloubkovými dosahy. Rozestup elektrod 5-5-5 (v metrech) informuje o prostředí do hloubky cca 3,5 m. To znamená, že v daném terénu byly studovány poměry v náspu. Rozestup elektrod 30-10-30 má hloubkový dosah cca do 17 m, a informuje tedy hlavně o poměrech v podloží pod náspem. Z grafů je zřetelně patrné, že v podloží se vyskytují nízké odpory, tj. podloží je budováno jíly. Násyp je tvořen hrubozrnnějším materiálem, jako jsou hlinité písky. Násyp se nachází nad úrovní podzemní vody. Násyp u koleje č. 2 se zřejmě vyznačuje zeminami, ve kterých se vyskytuje více klastik (viz vyšší odpor příslušné křivky v grafu), než je tomu na straně u koleje č. 1. V obr. 7 je uveden příklad tíhového (gravimetrického) měření na náspu železničního tělesa. Rozdíly v hodnotách tíže na levé a pravé straně náspu jasně svědčí o postupném rozšiřování tělesa a jeho nehomogenitě. Rozdíly v tíži indikují drobné rozdíly ve zhutnění náspu a jeho složení v příčném směru. Uprostřed měřeného profilu je zřetelná indicie změny v konstrukci (složení) náspu i v podélném směru. Tíhové nehomogenity jsou jednou z příčin drobných deformací kolejí, které jsou zde pozorovány.
10
Obr. 7: Koridor u Rájce - Jestřebí, km 189,900 – 190,200. Gravimetrické měření po stranách náspu.
11
)
2
0
-0 .4
-0 .2
P1
P2
0 .2
0
40
60
80
regionální změna konstrukce náspu, např. rozdílná objemová hmotnost materiálu náspu pod kolejí 1 a 2
lokální tíhové anomálie, zředění materiálu železničního náspu
20
Grafy residuální Bouguerovy anomálie (projev nehomogenity náspu)
Km 189,900
( µ m/s ∆g B re s
1 00
oblast 1
1 20
1 40 x ( m)
1 60
18 0
22 0
24 0
26 0
280
Km 190,200
300
Oblast 2: tíhové minimum v místě, kde násep probíhá v prostoru starého ramene říčky, přibližně stejné objemové hmotnosti náspu pod 1. a 2. kolejí.
Oblast 1: konstrukce náspu s rozdílnou objemovou hmotností náspu pod 1. a 2. kolejí, lokální tíhové anomálie vymezující zředěné úseky
20 0
oblast 2
Obr. 8: Příklad měření multielektrodovou metodou. Železniční násep na lokalitě Kněžice.
Vysoké odpory na obr. 8, které lze sledovat při povrchu terénu, odpovídají štěrkům, které v průběhu neustálých oprav náspu (podbíjení) se postupně sesouvají po svahu dolů a indikují tak počáteční stav sesuvných pohybů. Vyobrazení odporových řezů lze prezentovat i v barevné škále. Černobílá verze byla zvolena s ohledem na způsob tisku publikace.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
m
m
co efficient of pro porciona lity (for seismic velocity) between fir st and second mea surement
Obr. 9: Koeficient změny mezi seismickými rychlostmi, které byly zjištěny v letech 2001 a 2002. Povrch terénu náspu se nachází na výškové úrovni 100 m. Na obr. 9 je uveden příklad monitoringu železničního náspu pomocí kladivové seismiky. Jedná se o seismický řez z profilu vedeném po koruně náspu, a to opět na trati v Kněžicích. Vyobrazení uvádí velikost a charakter změn seismických rychlostí z měření v roce 2001 a 2002. Na obrázku jsou patrné oblasti nárůstu rychlostí které jsou důkazem vzrůstu napětí 12
Porušená zóna (interpretováno dle seismiky)
105
100
95
90
105
100
95
90
140 120
Kaplička
0
135
20
40
60
Navětralý masiv (kolem 1500 m/s)
Kvartér a zvětraliny (cca 600 m/s)
80
100
Tunel
geofyz. staničení [m]
160
180
Rozvolněná zóna kolem tunelu (1500 m/s)
Zvětráním neporušený masiv (cca 4000 m/s)
200
1
220
240
110 110
120 120
115
125 125
115
130
135
relat. výšky [m] 130
Výrazná tektonická zóna (interpretováno dle seismiky a potvrzeno KOP)
v tělese. Místo na metráži 195 se shoduje s místem, kde byl veden příčný multielektrodový profil (viz obr. 8). V okolí těchto napjatostních změn bylo možno na svazích náspu sledovat drobné svahové pohyby. Část náspu prošla v roce 2003 generální opravou. Výsledky z obr. 8 a 9 byly tedy ověřeny vrty i odkrytím náspu.
relat. výšky [m]
Obr. 10: Geofyzikální měření v tunelu a nad železničním tunelem u Brumova. Výsledek komplexní interpretace kombinovaného odporového profilování a seismiky. Měření proběhlo před rekonstrukcí tunelu,
13
Na obr. 10 lze sledovat rozložení pevných a porušených horninových bloků v oblasti starého tunelu. Tektonické linie jsou příčinou průsaků vod do tunelu v deštivých obdobích. Poděkování Kolektiv řešitelů děkuje panu Ing. Josefu Faltusovi (MD ČR), paní Ing. Danuši Marusičové a panu Ing. Josefu Mynářovi (ČD) za soustavnou pomoc a rady v průběhu řešení zadaného úkolu. Dále děkujeme za pomoc při organizování terénních prací na Moravě panu Ing. Janu Slavatovi (SDC Brno). Děkujeme také všem pracovníkům Staveb silnic a železnic a.s., kteří nám umožňovali vstup na staveniště u Záboří nad Labem a pracovníkům Skanska ŽS a.s., kteří s námi spolupracovali na trati u Libčic nad Vltavou. Literatura: [1] Bárta, J. a kolektiv: Využití geofyzikálních metod pro ověřování stavu železničních tratí Českých drah. Číslo projektu 803/130/122. G IMPULS Praha spol. s r.o., 2003. [2] Nejezchleb, M.: Ověření a zavedení geofyzikálních metod diagnostiky železničního spodku u ČD. Závěrečná zpráva. Výzkumný ústav železniční Praha, pracoviště Brno, 1996. [3] Kolektiv autorů: Pokyny pro používání nedestruktivní radarové metody v diagnostice železničního spodku na tratích ČD. České dráhy, Divize dopravní cesty, 1996. [4] Kolektiv autorů: ČD S4 – železniční spodek. 1997. [5] Kolektiv autorů: Pokyny pro používání nedestruktivních geoelektrických metod v diagnostice železničního spodku na tratích ČD. České dráhy, Divize dopravní cesty, 1998.
V Praze, duben 2004
Lektoroval: Ing. Josef Mynář
14
