(WIP) – Hiện nay, tại các đô thị lớn, cơ sở hạ tầng đang được phát triển theo xu hướng ngầm hóa như: hầm chui, bãi đỗ xe ngầm, tàu điện ngầm,… Trước khi tiến hành thi công các công trình này, việc xác định các hệ thống cáp ngầm, đường ống nước,.. bên trong khu vực công trường là rất quan trọng để tránh xảy ra sự cố và giảm thiểu rủi ro cho những hệ thống ngầm đó. Vì vậy, phương pháp Rada đất đã được áp dụng nhằm định vị và xác định sự kéo dài trong không gian của hệ thống cáp ngầm, dây điện ngầm, đường ống nước cũng như những công trình ngầm khác, phục vụ công tác quản lý xây dựng đô thị [5].
Nguyên lý hoạt động của phương pháp: Phương pháp Radar đất là phương pháp địa vật lý thăm dò không phá hủy, tốc độ nhanh, độ phân giải cao, đo ghi và biểu diễn kết quả liên tục theo thời gian thực. Phương pháp trên sử dụng sóng điện từ có tần số từ 10MHz đến 2,6GHz để điều tra các đặc điểm bên dưới bề mặt [3]. Sóng điện từ lan truyền trong môi trường đất với vận tốc được biểu diễn theo công thức:
V = c/ εr1/2
Trong đó: εr là hằng số điện môi của đất;
c = 0,3m/ns là vận tốc truyền sóng điện từ trong không khí;
v (m/ns) là vận tốc truyền sóng điện từ trong đất [1]-[4].
Khi gặp các ranh giới mà vận tốc truyền sóng điện từ thay đổi qua ranh giới đó hay nói cách khác là các ranh giới của 2 môi trường có giá trị hằng số điện môi khác nhau, sóng điện từ bị phản xạ một phần. Xử lý, phân tích tín hiệu sóng điện từ phản hồi này đưa đến cho chúng ta thông tin về đặc điểm của các đối tượng quan tâm bên dưới bề mặt.
|
Tên vật liệu |
Giá trị hằng số điện môi εr |
|
Không khí |
1 |
|
Nước |
80-81 |
|
Đất khô |
7-15 |
|
Đất ướt |
20-30 |
|
Sét |
5-40 |
|
Kim loại dẫn điện |
∞ |
Giá trị hằng số điện môi của một số vật liệu.
Các công trình ngầm thường tạo ra khác biệt lớn về hằng số điện môi so với môi trường xung quanh, ví dụ: khoang rỗng bên trong các đường ống nước, đường ống chứa cáp, hầm ngầm; vật liệu kim loại cấu thành đường ống hoặc lõi của đường dây điện. Do vậy, phương pháp Rada đất có khả năng phát hiện dễ dàng vị trí và phân bố không gian của các công trình ngầm.
Khảo sát Rada đất 3D: Địa điểm được chọn để tiến hành khảo sát là khu vực vỉa hè đường Chùa Bộc, quận Đống Đa, Hà Nội. Nhiệm vụ của khảo sát là định vị và xác định phương kéo dài trong không gian của hai đường ống chứa cáp quang và cáp điện. Hệ thiết bị được sử dụng là hệ thiết bị Rada đất GSSI SIR-30 do Mỹ chế tạo với ăng ten tần số 400MHz và bánh xe khảo sát giúp định vị chính xác vị trí đối tượng trên tuyến đo.
Lưới khảo sát Rada đất 3D được bố trí như sau: 07 tuyến dọc mỗi tuyến dài 4m, khoảng cách tuyến 0,25m, với hướng tuyến vuông góc mặt đường; 05 tuyến ngang mỗi tuyến dài 1,5m, khoảng cách tuyến 1m, với hướng tuyến song song mặt đường. Sơ đồ bố trí tuyến đo và hướng kéo ăng ten được thể hiện trong Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ bố trí tuyến đo Rada đất.
Khảo sát Rada đất bằng ăng ten 400MHz và bánh xe khảo sát.
Xử lý số liệu Rada đất: Số liệu Rada đất được xử lý bằng phần mềm Radan7 for Window. Các bước xử lý được tiến hành như sau:
- Hiệu chỉnh điểm 0: Bước hiệu chỉnh này giúp đưa ranh giới mặt đất-không khí về đúng vị trí thực.
- Lọc tần số: Áp dụng bộ lọc dọc đáp ứng xung giới hạn giúp loại bỏ nhiễu tần thấp và nhiễu tần cao.
- Cộng tín hiệu: Phép cộng sóng cho phép tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.
- Khuếch đại tín hiệu: Tín hiệu được khuếch đại sẽ khôi phục lại năng lượng mất mát trong quá trình truyền sóng và làm rõ đối tượng quan tâm.
- Dịch chuyển: Bước xử lý này giúp đưa đối tượng về đúng vị trí và kích thước thật của nó.
- Thành lập mô hình 3D.
Kết quả và thảo luận: Kết quả của khảo sát Rada đất 3D đã xác định được vị trí và phân bố trong không gian của 02 đường ống. Đường ống thứ 1 ở vị trí 2,75m trên tuyến dọc, có độ sâu 0,4m, đường kính 0,1m, hướng phát triển của đường ống này song song với tuyến ngang (Hình 3). Đường ống thứ 2 ở vị trí 3,71m trên tuyến dọc, có độ sâu 0,55m, đường kính 0,15m, hướng phát triển song song với tuyến ngang (Hình 4). Giá trị hằng số điện môi của môi trường đất bên dưới bề mặt tăng dần theo độ sâu với giá trị hằng số điện môi tại độ sâu của đường ống thứ 1 là 17 tương ứng vận tốc truyền sóng điện từ 0,073m/ns và giá trị hằng số điện môi tại độ sâu của đường ống thứ 2 là 22 tương ứng vận tốc truyền sóng điện từ 0,064m/ns. Độ sâu nghiên cứu của ăng ten 400MHz tại môi trường này là 1,5m
Hình ảnh Rada đất 3D thể hiện đường ống thứ 1 ở độ sâu 0,4m, tại vị trí 2,75m trên tuyến dọc.
Hình ảnh Rada đất 3D thể hiện đường ống thứ 2 ở độ sâu 0,55m, tại vị trí 3,71m trên tuyến dọc.
Kết luận: Phương pháp Rada đất là phương pháp thăm dò không phá hủy phù hợp nhất hiện nay trong việc thăm dò công trình ngầm. Kỹ thuật Rada đất 3D cho phép định vị chính xác vị trí và sự phân bố trong không gian của các công trình ngầm./.
Tài liệu tham khảo:
1. A.P.Annan, 2003. Ground penetrating radar Principles, Procedures and Applications. Sensors & Software Inc.
2. Andrea Bebedetto, Lara Pajewshi, 2015. Civil engineering application of Ground penetrating radar. Springer.
3. Daniels, D.J., 2004. Ground Penetrating Radar 2nd Edition. IET. The Institution of Electrical Engineers, London.
4. Erica Carrick Utsi, 2017. Ground penetrating radar Theory and Applications. Butterworth-Heinemann, Elsevier.
5. Porsani, L., Ruy, Y.B., Ramos, F.P., Yamanouth, G.R.B., 2012. GPR applied to mapping utilities along the route of the Line 4 (yellow) subway tunnel construction in São Paulo City, Brazil. Journal of Applied Geophysics 80, p 25–31.
Người viết: KS. Phạm Lê Hoàng Linh
Phòng Nghiên cứu Ứng dụng Địa vật lý
Tin mới nhất
