نقشه برداری زیر زمینی
جهت انجام عملیات نقشه برداری با شماره 09123400816 تماس حاصل نمایید.
نقشه برداري زير زميني و احداث تونل از لحاظ اجرا جزء مشكل ترين شاخه هاي نقشه برداري است كه از لحاظ محاسبات مطابق نقشه برداري زميني است ولي با توجه به شرايط محيطي و فضاي كار محدود سختي هاي خاص خودش را دارد . مهندسين مشاور نقشه برداري بهينه پيماي دوربين آمادگي مطالعات اوليه و نظارت بر اجراي اين بخش مهم را در سراسر ايران را دارا مي باشد .
در ادامه مطلب به آموزش نقشه برداري زميني پرداخته ايم .
نقشه برداري زير زميني ( underground surveying ) :
زمينه هاي فعاليت نقشه برداري زير زميني در تونل راه و راه آهن و مترو و معادن مي باشد .
محاسن سازه هاي زير زميني در راه ها :
- كوتاه شدن مسير
- حذف شيبهاي تند
- امنيت در مقابل يخبندان و بهمن و . . .
- كاهش عمليات خاكي
- و . . .
شرايط خاص نقشه برداري زير زميني :
1 - كمبود نور در داخل تونل يا سازه هاي زير زميني
2 - فضاي كم داخل سازه هاي زير زميني
3 - ضعيف بودن هنذسه نقاط پيمايش كه اين موضوع باعث مي شود اثر يك سري از خطا ها زياد شود و فاصله كوتاه بين نقاط باعث افزايش خطاي سانتراژ مي شود به مثال زير توجه شود .
فرض كنيد خطاي سانتراژ برابر 1 سانتي متر باشد اثر اين خطا را در قرائت امتداد به فاصله 20 متر و 200 متر را بدست آوريد .
كاربرد دستگاه ZENITH NADIR :
اين دستگاه مشابه ترازياب است و در چاه هاي عميق كه بخواهيم مختصات را از سطح زمين به انتهاي آن ها منتقل كنيم كاربرد دارد .
تونل ( TUNNEL ):
adit : يك نوع تونل با شيب نسبتا كم براي ارتباط سطح زمين به تونل اصلي و مهمترين هذف آن ايجاد جبهه كاري مي باشد .
shaft :تونل فرعي با شيب 90 درجه يا نزديك به آن كه با هدف ايجاد جبها كاري و تهويه هواي تونل اصلي ايجاد مي شود .
crosscut : به تونل فرعي كه دو تونل اصلي را به هم مرتبط مي سازد گويند .
Portal : يك تونل كاذب در ابتدا و انتهاي تونل هاست كه جهت جلوگيري از ريزش كوه به در ورودي تونل اصلي ايجاد مي شود .
اصطلاحات تونل هاي نيروگاههاي برق آبي :
s shaft : در سازه هاي آبي مطرح است براي انتقال آب به داخل نيروگاهها از تونل هاي به شكل s استفاده مي شود و براي چرخش توربين ها از آن استفاده مي شود و عمق اين s shafth معمولا زياد است مثلا در پروژه مسجد سليمان 170 متر است .
caven( مغار ) : محلي كه تاسيسات برقي و مكانيكي نيروگاه در آن قرار مي گيرد و نسبت به تونل ها داراي ابعاد بزرگتري است . در پروژه مسجد سليمان ابعاد آن 30*13*120 متر است .
تونل پنستاك : تونل هاي آبرو مي باشند كه آب را براي توليد نيرو به توربين ها منتقل مي كنند ( آب را از shaft گرفته و به توربين مي رسانند ) .
محوطه كليد : انرژي توليد شده توسط توربين ها از طريق كابل به اين منطقه منتقل مي شود .
اصطلاحات تونل معدن :
entry : تونل يا مدخلي در داخل يا ته يك لايه معدني كه براي حمل و نقل , تهويه يا دسترسي مورد استفاده قرار مي گيرد .
face : سينه كار يا به عبارتي انتهاي ديوار مدخل يا فضايي كه مواد معدني در حال استخراج مي باشد
room : فضاي بين face و cross cat را گويند .
ribs :ديواره هاي مدخل ها را گويند .
pillar :بلوكي از لايه معدني بين cross cat و entry براي نگهداري بارهاي بيش از حد
cross cat :تونل هاي فرعي ارتباط دهنده تونل هاي اصلي
crop line : جايي كه لايه معدني به سطح زمين مي آيد كه از آن براي بدست آوردن شيب و آزيموت لايه استفاده مي شود .
projection : جهت پيشروي استخراج معدن
back : سقف يا كف لايه معدني را گويند .
اصطلاحات روسي :
اوكلن : تونل هاي با شيب بالاي 15 درجه و كمتر از 45 درجه كه در جهت عمود بر رگه هه حفر مي شود تا به رگه هاي زيرين يا بالايي دسترسي پيدا كنند .
ايزو بويكا ( تونل تهويه ) : جهت تهويه و انتقال كابل و تجهيزات ديگر احداث مي شوند داراي مقاطع مشخص نبوده و براي رفت و آمد مناسب نمي باشند .
روش هاي حفاري تونل :
- روش هاي سنتي براي تونل هاي كم حجم
- روش هاي انفجاري مانند حفر تونل در جنوب به دليل ساختار خاص زمين شناسي
- استفاده از road header كه رو ي سر آن يك مته وجود داردو سنگها را خرد مي نمايد
- استفاده از TBM براي حفاري كلي دهانه تونل در اين روش حفاري احتياجي به مش و بتن ريزي نهايي نداريم زيرا خود دستگاه پس از حفاري بتن هاي پيش ساخته را جاگذاري مي نمايد و نيروي انساني مي بايست آنها را به ديواره ها پيج و مهره نمايند
- در صورت وجود گسل در مسير از دستگاهي به نام TPS جهت تشخيص و پيش بيني گسل استفاده مي نمايند .
پيمايش هاي روي زمين :
زماني كه قصد احداث يك تونل را داريم مي بايست نقاط پيمايش را در روي زمين مشخص نماييم تا بتوانيم ساير مراحل كار را انجام دهيم .
هدف از اين پيمايش موارد زير است :
- ايجاد نقاط مبنا براي پيمايش هاي زير زميني
- براي پياده نمودن و اجراي ترانشه برداري و خاكبردارب
- پياده كردن محل shaft , adit
- پياده كردن ورودي و خروجي تونل ها
هماهنك نمودن هدايت حفاري سازه هاي زير زميني از جبه هاي كاري مختلف
ويژگيهاي پيمايش روي زمين :
- انتخاب نقاط در ورودي و خروجي تونل ها و adit
- اين پيمايش با طوري طراحي شود كه پلان تونل در لابه لاي آن قرار داشته باشد .
- نقاط ورودي و خروجي تونل را روي پيلار مستقر كرده تا امكان سانتراژ مستقيم وجود داشته باشد .
- نقاط پيمايش يا به صورت محلي هستند كه بايد حد اقل دو نقطه داشته باشيم و يا از نقاط ژئودزي سازمان نقشه برداري مي باشند كه شامل موارد زير مي باشند .
شبكه هاي ژئودزي در ايران :
- شبكه درجه صفر : از 10 نقطه تشكيل شده است و اين نقاط به سه نقطه از كشورهاي همسايه متصل شده اند .
- شبكه درجه 1 كشوري : شامل 437 مثلث بوده كه رئوس مثلث را نقاط درجه 1 كشوري تشكيل داده و فاصله آنها از يكديگر بين 60-50 كيلومتر مي باشد .
- شبكه درجه 2 كشوري : درون هر مثلث درجه 1 كشور 7 مثلث درجه دو قرار داده شده است كه فاصله رئوس اين مثلث ها از يكديگر حدود 25-20 كيلومتر بوده و تعداد آنها حدود 2607 ايستگاه مي باشد .
- شيكه درجه 3 كشوري : درون هر مثلث درجه 2 به فاصله 15-8 كيلومتر رئوس مثلث درجه سه قرار داده شده است كه تعداد آنها حدود 6700 نقطه درجه 3 كشوري واقع شده است .
نكات شناسايي نقاط از ديد ماهواره اي (GPS) :
- Global positioning dystem يا GPS توسط ارتش آمريكا در سال 1971 ساخته شد و از سه بخش ماهواره - گيرنده - ايستگاه كنترل تشكيل شده است .
- مختصات ماهواره لحضه به لحضه معلوم است . حداقل اطلاعات لازم براي دريافت موقعيت يك نقطه در GPS دريافت حداقل 4 ماهواره به همراه اطلاعات آن است .
- هم اكنون 32 ماهواره در فضا در 6 محور در حال گردش هستند در حالت كلي در هر مدار 4 ماهواره بايد وجود داشته باشد تاسيستم GPS فعال شود لذا به 24 ماهواره نياز داريم .
- زاويه ميل مدار ماهواره ها 55 درجه است .
- ارتفاع ماهواره ها از سطح زمين حدود 20200 كيلومتر است .
- پريود حركت ماهواره ها 12 ساعت نجومي معادل 11 ساعت و 58 دقيقه خورشيدي است .
- امواج GPS از موانع شامل ساختمان و درختان و غيره عبور نمي نمايد .
- امواج GPS در كنار دكل هاي فشار قوي با توجه به تداخل امواج دچار خطا مي شوند .
- دقت GPS به تعداد فركانس آن بستگي دارد كه شامل تك فركانس كه فقط امواج L1 را مي گيرد و دو فركانس كه امواج L1+L2 را مي گيرد و سه فركانس كه امواج L1+L2+L3 را دريافت مي نمايد .
- بهتربن و دقيقترين نوع GPS سه فركانس است .
- هر چقدر زمان مشاهده بيشتر باشد دقت نيز بيشتر خواهد شد چون بت=ا هر لحضه مشاهده معادله اي مي توان نوشت .
مشاهدات در پيمايش روي زمين :
1 - كلاسيك كه شامل ( مشاهده طول - زاويه قائم - زاويه افقي - اختلاف ارتفاع ) است .
2 - ماهواره اي
نكته : در طول يابي با دستگاههاي الكترونيكي چون بيشتر مشاهدات در ارتفاع است تاثير شرايط جوي نيز بيشتر است و حتما بايد روي محاسبات طول لحاظ نماييم ( در تنظيمات EDM دستگاه درجه حرارت و ارتفاع از سطح دريا را وارد نماييم زيرا با هر 10PPM خطا در هر 100 متر يك ميلي متر خطا خواهيم داشت ).
محاسبات و تلفيق اطلاعات ماهواره اي با كلاسيك :
در روش ماهواره اي طول دو نقطه روي خط مستقيم نشان داده مي شود و كرويت زمين ناديده گرفته مي شود يعني طول محاسبه شده دونقطه در روش كلاسيك بيشتر از طول همان دو نقطه در روش GPS است .
روش تقريبي تصحيح ارتفاع :
( C= L*( HM/R+HM
مثال : در صورتي كه كار پيمايش روي زمين در منطقه اي با ارتفاع متوسط 2000 متر صورت گيرد مطلوب است محاسبه PPM مربوط به تصحيح ارتفاع . با فرض اينكه شعاع كره زمين 6400 كيلومتر است .
( C= L*( HM/R+HM
( C= L*( 2/6400+2
C=L*3.12*10^-4
L=1000 M
C-L=3.12*10^-4*1000=3.12*10^-1=0.312M=-312PP
روش دقيق تر براي تصحيح ارتفاع :
مربوط به تبديل طول به يطح مقايسه و سپس به سيستم تصوير UTM
شعاع انحناي نصف النهاري : شعاع كره اي است كه در هر نقطه بر امتداد نصف النهار انطباق خوبي بر بيضوي دارد كه آن را با M نشان مي دهند .
شعاع انحناي قائم : شعاع كره اي است كه در امتداد قائم اوليه آن محل بيضوي انطباق خوبي دارد كه آن را با N نشان مي دهند .
سيستم تصوير مورد استفاده در عمل سيستم تصوير UTM است
سيستم تصوير UTM :
كره زمين مطابق شكل زير به 60 زون 6 درجه تقسيم بندي شده است
(ايران در زونهاي 41 - 40 - 39 - 38 واقع شده است)
نكته : ضريب مقياس روي نصف النهار مركزي برابر 0.9996 است
طول روي سيستم تصوير = ضريب مقياس * S
مثلا اگر طول يك مسير را با دستگاه طول ياب 1 كيلومتر اندازه گيري كرده باشيم اين طول در روي سيستم تصوير برابر 9996 متر خواهد بود .
وقتي ضريب مقياس روي نصف النهار مركزي 0.9996 باشد يعني در نصف النهار مركزي استوانه از داخل بر نصف النهار مركزي مماس شده در جايي كه بيضوي استوانه را قطع كند اين عدد برابر 1 است .
محاسبه ضريب مقياس :
مثال : ضريب مقياس در منطقه اي با y=58 ,و Q=36 را محاسبه نماييد .
محور Easting : تصوير استوا بر روي استوانه در هر زون را گويند .
محور Northing : تصوير نصف النهار مركزي روي استوانه در هر زون را گويند .
از آنجايي كه در نقشه برداري كاري مي كنيم كه مختصات منفي نداشته باشيم به مبدا مختصات E0=500000 و براي N0 در نيمكره شمالي صفر و در نيمكره جنوبي 10000000 چون به ازاي هر يك درجه 100000 متر جابجايي داريم و به ازاي 90 درجه 10000000 جا به جايي داريم .
نكته1 : سيستم UTM يك سيستم متريك است
نكته 2 : در كره زمين نقاط زيادي داراي مختصات يكسان هستند و تعداد آنها به 120 نقطه مي رسد 60 نقطه نيمكره شمالي و 60 نقطه نيمكره جنوبي و براي تعيين مختصات UTM مي بايست نيمكره و زون را مشخص نماييم .
نكته 3 : E در ايران و جهان 6 رقمي است و N در ايران 7 رقمي و در جهان مي تواند از يك رقم نزديك استوا تا 8 رقم نزديك قطبين برسد .
پيمايش زير زمين:
هدف از اين پيمايش هدايت حفاري تونل , برداشت مقاطع طولي و عرضي تونل و سازه هاي زير زميني و ...
ويژگيهاي پيمايش هاي زير زميني :
- استحكام هندسي مناسبي ندارند .
- انتخاب و شناسايي نقاط مشكل تر از سطح زمين است .
- استحكام نقاط مناسب نبوده و مي بايست با توجه به اينكه احتمال جابجايي در نقاط وجود دارد با نقاط بيروني كنترل گردد .
- زواياي پيمايش هاي زير زمين در يك ضلع مثلث نزديك به 180 درجه است و در دو ضلع ديگر بسيار كوچك است .
- طول هاي پيمايش زير زميني نسبت به يكديگر نا متناسب هستند .
- شيب امتدادها با توجه به اينكه امكان دارد در هر جاي تونل واقع شوند متفاوت هستند و تغيير در زاويه قائم زياد رخ مي دهد .
- پيمايش ها اكثرا به صورت آنتني باز صورت مي گيرند .
- پيمايش به دو صورت دقيق و ايستگاه آزاد انجام مي شود .
مشاهدات در پيمايش زير زمين :
- مشاهده طول
- مشاهده زاويه افقي
- مشاهده اختلاف ارتفاع
- مشاهده آزيموت
انواع آزيموت شامل:
- آزيموت واقعي نجوم ( زاويه بين هر امتداد با شمال واقعي ) با استفاده از ارتفاع ستاره (a) و مشاهده زمان چون موقعيت متغير است .
- آزيموت مغناطيسي (توسط قطب نما كه با آزيموت واقعي در ايران حدود 3.5 درجه اختلاف دارد) و كاملا به محيط اطاف بستگي دارد از اين مورد در كارهاي زير زميني استفاده نمي شود .
- آزيموت ژئودتيك ( توسط جي پي اس محاسبه مي شود ) توسط في و لاندا
- آزيموت شبكه ( در سيستم تصوير ذكر مي شود كه همان ژيزمان است )
تعيين آزيموت نجوم :
با استفاده از ارتفاع ستاره (a)
با استفاده از زاويه ساعتي ستاره (h)
مشاهده آزيموت توسط ژيرسكوپ :
پديده ژيرسكوپ:
اگر به يك جسم دوار هيچ نيروي خارجي وارد نشود محور دوراني آن جهت اوليه دوران خود را حفظ مي كند ولي اگر از خارج به آن نيرو وارد شود محور دوراني حركتي مخروطي خواهد داشت و اگر نيرو به آن وارد شود محور با ز هم تمايل به حركت به سمت مكان اوليه دارد و حركتي نوساني خواهد داشت .
ژيرو تئودوليت (ژيرسكوپ + تئودوليت):
دقت اين ژيروتئودوليت ها بسته به نوع آنها 25-20 ثانيه است .
ژيرومات 2000 يا 3000 دقتي نزديك به 3 ثانيه دارد .
روش مشاهدات با ژيرسكوپ :
1- روش نقاط برگشتي
2- روش ترانزيت
روش نقاط برگشتي :
مراحل انجام كار:
1- استقرار ژيرو تئودوليت روي نقطه مشخص و تراز و سانتراژ آن
2- صفر صفر كردن دستگاه به شمال تقريبي ( تقريبي با 2 درجه ) چون هر چقدر دقت تقريب كمتر باشد زمان كار طولاني تر مي شود .
3- روش كردن دستگاه ژيروسكوپ تا گوي داخل دستگاه به 22000 دور در دقيقه برسد يك چراغ در دستگاه تعبيه شده است كه در اين زمان روشن مي شود .
4- آزاد نمودن گوي توسط پيچ ژيروسكوپ
5- تعقيب خط اندكس توسط پيچ حركت كند تئودوليت و قرائت نقاط برگشتي همانند زير
r1 = 358 10 5
r2 = 1 20 30
r3 =358 11 00
r4 = 1 20 20
با توجه به مثال عددي بالا در صورتي كه با همان تئودوليت امتداد S1S2 برابر 20 10 120 باشد مطلوب است محاسبه آزيموت S1S2 .
AZ S1S1=120 10 20 + 0 14 17.5 = 120 24 37.5
سوال : در صورتي كه N نقطه برگشتي با ژيروسكوپ قرائت شود چند DN بدست مي آيد
جواب : N-2
N را كوچكتر از 10 در نظر مي گيرند .
روش ترانزيت :
مراحل انجام كار :
1- استقرار و سانتراژ دستگاه و صفر صفر تقريبي به شمال ( با دقت تقريبي 20 ثانيه )
2- روش كردن دستگاه و رسيدن به دور گوي 22000 در دقيقه
3- آزاد نمودن گوي و ثبت زمان ترانزيت و دامنه هر مرحله
در اين حالت مي بايست زمان عبور خط اندكس از وسط و ميزان انحراف آن را از امتداد صفر صفر ثبت نماييم .
چون بايد بتوانيم دامنه خط اندكس را قرائت نماييم به دقت بيشتري براي شمال تقريبي نياز داريم چون اگر فاصله خيلي زياد باشد دامنه قابل رويت نخواهد بود .
DN=C*DT*Am
C : مقدار ثابت دستگاه است كه در كاتالوگ دستگاه قيد شده است .
DT=Tw+TE
TW:مدت زماني است كه خط اندكس در جهت غرب بوده و بايد با علامت منفي در نظر بگيريم TW=t2-t1
TE:مدت زماني است كه خط اندكس در جهت شرق بوده و بايد با علامت مثبت در نظر بگيريم .
AM=(AE+AW)/2
مثال : با توجه به جدول زير مطلوب است محاسبه DN
اگر تئودوليت مورد استفاده در ژيروتئودوليت كم دقت باشد بهتر است از روش ترانزيت كه در آن خطاي قرائت تئودوليت كم تاثير تر است استفاده نماييم ولي در روش ترانزيت مي بايست شمال تقريبي با دقت بالايي تخمين زده شود .
روش محاسبه C :
- روش نقاط برگشتي و مقايسه با روش ترانزيت ( چون خطاي روش نقاط برگشتي وارد مي شود توصيه نمي شود )
- جا به جايي امتداد صفر صفر
- استفاده از نجوم و قرائت يك امتداد هم به روش نجومي و هم با ژيروسكوپ.