بخشی از مقاله
چكيده
آشكارسازي تأسيسات زيرسطحي و آگاهي از مشخصات و محل دفن دقيق آنها يكي از چالش هايي است كه مهندسان تأسيسات همواره با آن مواجه هستند. گسترش شهرها و به واسطه آن نياز به توسعه شبكههاي تأسيساتي و رفاهي جديد و همچنين نياز به تعمير و نگهداري از شبكههاي قديمي تر، تعيين محل دقيق آنها را بسيار پراهميت ساخته است.
در اين راستا روشهاي غير مخرب به منظور صرفه جويي در وقت و هزينه و همچنين كاهش اختلالهاي ناشي از حفاريهاي بي مورد در مناطق شهري، مورد توجه بسياري از مهندسان اين رشته قرار گرفته است. يكي از روشهاي ژئوفيزيك نزديك سطح كه در سالهاي اخير در اين زمينه موفقيتهايي حاصل كرده، روش GPR است. هدف از انجام اين تحقيق، شناسايي تأسيسات زير سطحي در امتداد خط لوله انتقال پساب بوده كه آنومالي هاي مختلف مانند كانالهاي پوشيده شده، لوله آب يا گاز و كابل هاي برق مشخص و به تصوير در آمدند.
١ مقدمه
امروزه توسعه شبكههاي تأسيساتي و رفاهي به واسطه گسترش شهرها و جمعيت آنها، امري اجتناب ناپذير به نظر ميرسد. اين امر نياز روزافزون بشر به بهرهوري از محيطهاي زيرسطحي را سبب شده است. كانال ها و آبراههها، شبكههاي آب و فاضلاب شهري، لولههاي انتقال گاز و خطوط ارتباطي مدفون در خاك از جمله تأسيساتي هستند كه عموما نقشههاي دقيق و روزآمد از محل دفن آنها در دسترس نيست. ساخته شدن اين تأسيسات از سوي شركتها و پيمانكاران گوناگون و نبود آگاهي از محل دفن دقيق اين گونه ساختارها ، طراحي و ساخت شبكههاي جديد را مشكل و پيچيده ميكند. از طرفي آگاهي از توزيع شبكههاي تأسيساتي به منظور مديريت شبكه و نياز به تعمير و نگهداري از شبكههاي با طول عمر زياد، تعيين محل دقيق اينگونه ساختارها را بسيار پراهميت ساخته است.
در اين راستا به منظور كاهش اختلالات ناشي از حفاريهاي بي مورد در مناطق شهري، روشهاي غير مخرب مورد توجه بسياري از مهندسان تأسيسات قرار گرفته است. در اين ميان روش GPR به منزلة يكي از روشهاي نوين ژئوفيزيك كم عمق، موفقيتهاي قابل توجهي حاصل كرده و در سالهاي اخير تحقيقات بسياري در اين خصوص در نقاط گوناگون دنيا ديده ميشود.
٢ روش تحقيق
دستگاههاي GPR با توليد و انتشار تپهاي ناپيوسته الكترومغناطيسي در محيط تحت بررسي، ناپيوستگيهاي الكتريكي را آشكارسازي ميكنند. شكل و پهناي نوار تابعي از مشخصات آنتن مورد استفاده GPR بسامد تپ براي توليد اين تپها است.
عموماً اين آنتنها را با توجه به بسامد مركزي تپ توليد شده، نامگذاري ميكنند. انتخاب آنتنها براي برداشت، با در نظر گرفتن شرايط زيرسطحي، مشخصات هدف مورد بررسي - هندسه و ابعاد - ، عمق نفوذ و تفكيك موردنظر تعيين ميشود. زمانيكه تپ الكترومغناطيسي گسيل شده از آنتن فرستنده به يك ناپيوستگي الكتريكي برخورد ميكند، بخشي از آن از فصل مشترك عبور ميكند و بخشي بازتاب ميشود. اين امر ناشي از تغيير امپدانس - Impedance - امواج الكترومغناطيسي در فصل مشترك دو محيط است
مقدار انرژي بازتابي و عبوري و همچنين مقدار انرژي اتلافي - مستهلك شده - بستگي به خواص الكتريكي مواد در دو طرف فصل مشترك دارد. اگر زمان رفت و برگشت موج الكترومغناطيسي بعد از بازتاب از اهداف زيرسطحي اندازهگيري شود، ميتوان عمق هدف موردنظر را با استفاده از رابطه - ١ - بدست آورد
كه D عمق هدف، t زمان متناظر با آن در مقطع زماني GPR و V سرعت امواج الكترومغناطيسي GPR تا هدف زيرسطحي است. در صورتي كه فاصله بين آنتنها در مقايسه با عمق هدف كوچك باشد، اين رابطه با دقت خوبي عمق هدف زيرسطحي را نشان ميدهد. سرعت امواج GPR در محيطهاي زيرسطحي با رابطه - ٢ - محاسبه ميشود
كه C0 سرعت موج الكترومغناطيسي در هوا، εr گذردهي نسبي محيط نسبت به هوا، μr نشان دهنده تراوايي مغناطيسي نسبي و ω بسامد زاويهاي تپ GPR است. عبارت σ/εω كه به فاكتور اتلاف - Loss factor - معروف است، در محيطهاي كم اتلاف مانند شن و ماسههاي خالص نزديك به صفر و صرف نظر كردني است
جدول ١. مشخصات الكترومغناطيسي مواد
دستگاه GPR داراي يك مولد سيگنال، يك فرستنده و يك گيرنده ميباشد. امواج الكترومغناطيسي توسط فرستنده به داخل زمين فرستاده ميشوند. بخشي از انرژي امواج در برخورد با فصل مشتركهاي زيرسطحي منعكس و يا پخش و بخشي از انرژي در لايهها و يا اشياء مدفون نفوذ ميكند. در اين تحقيق در محدوده مورد مطالعه، برداشت دادههاي GPR توسط دستگاه UtilityScan با فركانس ٣٥٠ مگاهرتز ساخت شركت GSSI آمريكا صورت گرفته است. اين دستگاه در سال ٢٠١٧ وارد بازار شده و آخرين تكنولوژي روز دنيا را در طراحي و ساخت اين محصول به كار گرفتند تا تمامي نواقص دستگاههاي موجود پوشش داده شود.
در اين دستگاه علاوه بر آنتن GPR، سيستم Line Trac نيز تعبيه شده است. اين سيستم ميتواند به عنوان يك مكمل براي شناسايي كابلهاي برق مورد استفاده قرار گيرد. شكل ١ دستگاه مورد استفاده در اين تحقيق را نشان ميدهد.
منطقه مورد مطالعه پالايشگاه نفت تهران واقع در جنوب شرقي تهران ميباشد. هدف از انجام پروژه شناسايي تأسيسات زير سطحي در امتداد خط لوله انتقال پساب ميباشد. براي اين منظور برداشت ژئورادار در محدودهي مورد نظر به طول حدود ١٢٠٠ متر انجام شد.
شكل ١. شمايي از دستگاه GPR آنتن ٣٥٠ مگاهرتز مدل .UtilityScan
٣ نتيجهگيري
پس از انجام داده برداري و پردازش با استفاده از نرم افزار reflex و اعمال فيلترهاي مختلف، آنوماليهاي مختلف شناسايي شدند. از جمله اين آنوماليها ميتوان به كانالهاي پوشيده شده، لوله آب يا گاز و كابل هاي برق اشاره كرد. به عنوان مثال در شكل ٢ كانال بتني مسلح بر روي تصوير پردازش شده نشان داده شده است.
شكل ٢. محل برداشت - تصوير سمت راست - و مقطع مربوط به همان پروفيل - تصوير سمت چپ -
شكل ٣. محل كابل برق با استفاده از تكنيك Line Trac
