מס' עבודה 2088 מפרט גיאופיסיקאליות"

Transcript

1 מס' עבודה 2088 מפרט "חקירת שתית ובדיקות מבנה תחתון של מסילות ברזל ע"י שיטות גיאופיסיקאליות" הוכן עבור: רכבת ישראל בע"מ מאי 2009

2 צוות חוקר ראשי.... אינג' ג. ליסקביץ'. חוקר משנה ד"ר ו. פריד. עריכת דו"ח אינג' ר. זלוטניקוב 2

3 כללי מפרט זה מתאר ובוחן את השיטות הגיאופיסיקאליות ככלי לביצוע חקר שתית של מסילות החדשות וגם חקר מבנה תחתון לרבות חצץ של מסילת ברזל קיימת. מפרט זה כולל תיאור המערכים האופטימאליים של השיטות הגיאופיסיקאליות לכל אחד משלבי החקירה (חקירה כללית או ראשונית, חקירה מוקדמת, חקירה מפורטת, מעקב וחקירת שתית והמבנה התחתון של מסילת ברזל). המפרט מבוסס על ידע מקצועי, תקינה בינלאומית מקיפה, ניסיון עולמי ובארץ בתחום הנ"ל, ממצאיי סקר ספרות, אשר בוצע טרם הכנת מפרט זה. יודגש בזאת כי בכל מקום של ההנחיות הנ"ל בו מוזכר ספק או יצרן כלשהו או סוג מוצר או ציוד כלשהו, הרי שהאזכור נעשה מטעמי נוחות בלבד ומותר להציע מוצר/ציוד שווה ערך באישור רכבת ישראל. פרק 1 חקירה שתית וסקר חומרים בתוואי החדש 1.1 יעדים עיקריים היעד העיקרי הנו גילוי נקודות תורפה כגון קרקעות חלשות, חללים לרבות קברים, מים, מפגעים סביבתיים לרבות פסולת קבורה ועוד. 1.2 שיטות המדידה תיאר יישומים אפשריים של שיטות גיאופיסיקאליות לפתרון סוגיות גיאוטכניות שונות ניתן למצוא ב-,Anderson et al 2008 בתקן , ASTM D ב- Technos 2004 ב, -.EPA 1993,ב- NCHRP 2006 בין שיטות גיאופיסיקאליות המתאימות ביותר ליישום בחקר שתית מסילות רכבת נמנים: - טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטני.(electrical resistivity (tomography) with induced polarization and self potential) - רדאר חודר קרקע radar) (ground penetrating - רפרקציה סיסמית refraction) (seismic אופן פעולות באמצעות טומוגרפיה גיאוחשמלית ניתן למצוא בתקן,ASTM D 6431 באמצעות רדאר חודר קרקע - בתקן,ASTM D 6432 רפרקציה סיסמית בתקן.ASTM D

4 1.2.1 טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני תיאור טומוגרפיה גיאוחשמלית הנה השיטה של זרם ישיר.(DC) השיטה מבוססת על V הקשר בין זרם חשמלי (I) לבין הפרשי הפוטנציאלים (V):, I = R כאשר R היא התנגדות חשמלית של חומר, אשר תלויה באורך קו הסקר L, בשטח של חתך המדידה S ובקבוע התנגדות חשמלית ρ של החומר הבונה את החתך: L. R = ρ S מכאן, ע"מ לחשב קבוע התנגדות חשמלית של החומר ע"ס הפרמטרים הגיאומטריים הידועים של S ו- L יש צורך לבצע מדידות זרם חשמלי I והפרשי פוטנציאלים V. שיטת מדידת התנגדות חשמלית מבוססת על שני בלוקים עיקריים: בלוק המשדר היוצר זרם חשמלי המחובר לשני יתדי מתכת הממוקמים בתוך הקרקע ובלוק של המדידה - מד מתח המודד את הפרשי הפוטנציאלים בין שני מוטות מתכת (או שני אלקטרודות נטולות קיטוב). מערכות מדידה חדישות הכוללות מספר רב של אלקטרודות נשלטות כיום ע"י מחשב מרכזי. בהתאם לדרישות הסקר תוכנת מחשב בוחרת ארבע אלקטרודות בזמן מסוים (משדרת זרם דרך זוג אלקטרודות אחד ומודדת הפרשי הפוטנציאלים דרך זוג אחר). לאחר סיום העבודה עם רביעיית האלקטרודות הראשונה תוכנת מחשב עוברת לרביעייה אחרת וכך עד שיעבור כל הצרופים של האלקטרודות לפי התכנית. עומק המדידה בדרך כלל שווה לחמישית של מרחק בין שתי אלקטרודות הזרם. הגדלת המרחק בין האלקטרודות מאפשרת להגדיל את עומק המדידה וכך לאפיין את הסטרטיגרפיה של מרחב תת קרקע. תוצאות המדידות אינן תלויות בשינויי פני השטח. שיטה יעילה ביותר במיפוי - מבנה ליטולוגי של סלעים וקרקעות, - חרסיות ומים, - אזורי חולשה וחללים תת קרקעיים ק- ברים, אתרי עתיקות וכו' קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני הנן שתי שיטות המספקות השלמת המידע לשיטת טומוגרפיה גיאוחשמלית. שיטת קיטוב מושרה מבוססת על הערכת תכונות קיטוב של הקרקע הידועה ביכולת קיטוב כגון חרסית או אזורים מזוהמים ע"י מתכות. המדידות מתבצעות באמצעות אלקטרודות נטולות קיטוב. הפרמטרים הנמדדים הנם זמן הדעיכה של הזרם החשמלי המשני בתוך הקרקע בהיעדר זרם מהגנראטור או היחס בין ערך הפוטנציאל המשני לערך הפוטנציאל המקורי. שיטת הפוטנציאל הספונטאני (או פוטנציאל עצמי) מבוססת על מדידת פוטנציאל טבעי בין שתי נקודות על פני שטח הקרקע. גם בשיטה זו נעשה שימוש באלקטרודות נטולות קיטוב. השיטה יעילה ביותר במקרים בהם יש צורך לאתר אזורים בעלי רטיבות גבוהה או להעריך כיוון הגרדיינט של זרימת מי תהום. מדידות לפי שיטת קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני יש לבצע לפני או אחרי ביצוע מדידות בשיטת טומוגרפיה גיאוחשמלית, הן דורשות מעט תוספת זמן להכנות מקדימות ומאריכות במקצת את משך המדידה הכולל, אך מספקות כמות גדולה של מידע נוסף ומאפשר ביצוע פענוח יסודי ומדויק יותר. 4

5 1.2.2 רדאר חודר קרקע תיאור השיטה מבוססת על שימוש בציוד הכולל אנטנה המשדרת בתדר גבוה (בטווח 10 מגא-הרץ עד 3 גיגה-הרץ), אשר משדרת אותות בתדר גבוהה לתוך הקרקע, אנטנת קלט, אשר קולטת את האותות החוזרות מהקרקע ובלוק לאיסוף מידע. שיטת העבודה של רדאר חודר קרקע דומה מאוד לשיטה רפלקציה סיסמית, ההבדל הוא שבמקום הגל הסיסמי משתמשים בגל האלקטרומגנטי. את המדידות מבצעים לאורך קווי הסקר ברזולוציה גבוהה יחסית. רזולוציה ועומק המדידה תלויים בתדר של האנטנה ונוכחות חומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה בתוך הקרקע כגון חרסית, מים, מתכות, מלחים וכד'. לרוב עומק המדידה אינו עולה על מ' בקרקעות גרגריות יבשות. לקרקעות עם תכולת חומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה עומק המדידה יורד באופן משמעותי לפעמים עד סנטימטרים ספורים. שיטה יעילה ביותר במיפוי - מבנה ליטולוגי של סלעים וקרקעות, - חרסיות ומים, - אזורי חולשה וחללים תת קרקעיים - קברים, אתרי עתיקות וכו' שינוים בגובה פני השטח יכולים לעוות את תוצאות המדידות רפרקציה סיסמית תיאור משתמשים בשיטה זו בביצוע סקרים בקרקעות בעומקים עד 30 מ' עומק. השיטה מאפשרת לקבל נתונים על רפרקציית גלים סיסמיים בגבולות בין שכבות הקרקע ואת זמני הגעת הגלים. תוצאות הפענוח הנן עומק ועובי השכבות. השיטה מבוססת על יצירת הגל הסיסמי הישיר ע"י מכת פטיש ומדידת הגל החוזר אחרי רפרקציה ע"י שורת גיאופונים. מכשיר סיסמוגרף מודד את זמני התפתחות הגלים הסיסמיים החל מרגע של מכת פטיש המהווה נקודת אפס. זמן התפתחות הגל הסיסמי מצויר על גרף כפונקציה של מרחק עד גיאופון. ע"ס פיענוח קטעי הגרף, שיפועו ונקודות שבירה ניתן לקבל מידע על שכבות שונות של הקרקע, על השינויים המתרחשים ועל עובי השכבה. אחת ההנחות החשובות ביותר של שיטת רפרקציה סיסמית היא שמהירות התפתחות הגל הסיסמי בתת הקרקע, המורכבת ממספר שכבות, תגדל עם עליה בעומק. השיטה לא תגלה את השכבה המורכבת מחומר בעל מהירות התפשטות הגל הסיסמי נמוכה יותר מתחת לשכבה המורכבת מחומר בעל מהירות התפשטות הגל הסיסמי גבוהה יותר. שיטה יעילה ביותר במיפוי - מבנה ליטולוגי של סלעים - אזורי חולשה, עותקים ושברים טקטוניים 5

6 1.2.4 מגבלות השיטות טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני דורשת השקעת זמן דומה להשקעה של השיטה הסיסמית, אך גדולה יותר לאומת שיטת הרדאר. תוצאות הפענוח אינן תלויות במבנה פני שטח הקרקע באזור הסקר, עומק המדידה תלוי בעיקר מעוצמת הגנראטור ובמרחק בין אלקטרודות הזרם. דיוק השיטה תלוי במרחק בין האלקטרודות ועומק המדידה בשיטת רדאר חודר קרקע עומק המדידה תלוי בתדר שידור של אנטנת רדאר ובמוליכות החשמלית של הקרקע. עומק המדידה נא בעיקר בתחום מ', כאשר לרוב סוגיות הנדסיות עומק המדידה הנו מ '. עומק המדידה יורד כאשר בחתך הגיאולוגי מתגלים אזורים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה כגון חרסיתות, שכבות בעלי לחות גבוהה, תמלחות, אזורים מזוהמים ע"י מתכות ועוד. שינוים חדים בגובה פני השטח יכולים להשפיע על איכות של תוצאות המדידות רפרקציה סיסמית יעילה בקרקעות וסלעים בהם מהירות הגל האורכי גדלה עם העומק וכאשר מהירות הגל האורכי ועובי השכבה מאפשרים להבחין מעל רעשי רקע בגל אורכי חוזר. הדרישה הנוספת היא שגבולות השכבות יהיו מספיק ברורות וניתנות להבחנה אקוסטית ברורה. ע"ס היתרונות והחסרונות של שלושת השיטות הנ"ל ניתן להסיק כי עדיפויות בשימוש בשיטות הנ"ל לצרכי חקר שתית מסילות רכבת בישראל הנם (בסדר עדיפות יורד): - טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני, - רדאר חודר קרקע, - רפרקציה סיסמית. במקרים בהם שתיים או אפילו שלושת השיטות יתאימו לאזור הסקר ניתן יהיה להשתמש בשילוב של השיטות. השילוב הזה צפוי לשפר את איכות התוצאה ולעלות את הרזולוציה של הסקר לאומת הסקר ע"י שימוש בשיטה אחת בלבד. התנאי החשוב הוא קורלציה בין ממצאיי הסקר הגיאופיסי לבין ממצאים גיאולוגיים בשלבי ביצוע קידוחים ובורות וניתוח המידע הקיים אודות אתר הסקר. 1.3 מסמכים ישימים Anderson N, Croxton N, Hoover R, Sirles P 2008 Geophysical methods commonly employed for geotechnical site characterization. Transportation research circular E-C130 ASTM D Standard Guide for Using the Seismic Refraction Method for Subsurface Investigation. ASTM D Standard Guide for Selecting Surface Geophysical Methods. ASTM D Standard Guide for Using the Gravity Method for Subsurface Investigation. 6

7 ASTM D Standard Guide for the Direct Current Resistivity Method for Subsurface Investigation. ASTM D Standard Guide for the Surface Ground Penetrating Radar Method for Subsurface Investigation. Carpenter D, Jackson PJ, Jay A 2004 Enhancement of the GPR method of railway trackbed investigation by the installation of radar detectable geosynthetics. NDT&E International 37: Environmental Protection Agency (EPA) 1993 Use of Airborne, Surface, and Borehole Geophysical Techniques at Contaminated Sites. A Reference Guide. Hoover DB, Klein DP Campbell DC 1996 Geophysical methods in exploration and mineral environmental investigations. Hugenschmidt J 2000 Railway track inspection using GPR. Journal of Applied Geophysics 43: Jack R, Jackson P 1999 Imaging attributes of railway track formation and ballast using ground. NDT&E International 32: NCHRP 2006 Use of Geophysics for Transportation Projects. A Synthesis of Highway Practice Schoenleber JR 2005 Field sampling procedure. NJDEP ch.8 Takahashi T (2004) ISRM Suggested Methods for land geophysics in rock engineering International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 41: Technos 2004 Surface geophysical methods. 1:1-20 דרישות לגוף הבודק. ביצוע הבדיקה בפועל ייעשה על-ידי גוף מקצועי שחייב לקבל את אישורו של אגף תכנון רכבת ישראל. על מתכנן ומנהל סקר גיאופיסי (בהמשך גיאופיסיקאי ראשי) להיות בעל תואר אקדמי גבוה (תואר שני או שלישי) עם ניסיון מוכח בתחום ביצוע סקרים גיאופיסיים לפחות בשתי שיטות העיקריות והמוגדרות בפרק 1.2 של למעלה מ- 5 שנים. גיאופיסיקאי ראשי הוא זה שיקבע באיזו שיטה מבין שלושת השיטות המפורטות לעיל או באיזה שילוב של השיטות יעשה שימוש, באיזו טכנולוגיה ומה תהיה תוכנית הסקר

8 1.5 חקירה כללית או ראשונית (שלב תכנון מוקדם) מטרות: אימות מידע שנאסף ע"י המזמין בשלבי סקר ראשוני של קרקעות המיועדות למסילת רכבת. חקירה אזורית (לוקלי) במקומותספציפיים/בעיתיים בלבד ביצוע עבודות גיאופיסיקאליות יש להכין פרוגראמה של חקירת שתית לאורך המסילה. גיאופיסיקאי ראשי (ראה סעיף 1.4) הוא זה שיכין התוכנית בתאום עם יועץ קרקע של הפרויקט. עליו לקבל את אישורו של אגף תכנון רכבת ישראל כמות קווי הסקר נקבעת ע"י המזמין סדר עדיפויות בשימוש בשיטות גיאופיסיקאליות למטרות חקר שתית מסילות רכבת בישראל הנם (בסדר עדיפות יורד): - טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני, - רדאר חודר קרקע, - רפרקציה סיסמית קואורדינאטות קווי הסקר יקבעו באמצעות מכשיר,GPS כאשר קואורדינאטות ההתחלה והסוף של כל קו יהיו ברשת ישראל חדשה הפרמטרים הנדרשים של קווי הסקר הנם: - עומק המדידה - לפי חתך לאורך המסילה (חפירה או מילוי). - אורך כל קו סקר לפחות 150 מ', - רזולוציה של הסקר (מרחק בין קריאות סמוכות) לפחות 2 מ' לכל אורך הקו. - רוחב חתך גבולות רצועת רכבת בתאום עם אגף תכנון רכבת על תוצאות השלב הנ"ל של הסקר הגיאופיסי לכלול בניית חתכים אנכיים של תת הקרקע ופענוח הממצאים בדוח סופי של הסקר יש לכלול חתכים גיאופיסיים ופענוח הממצאים באופן ברור וניתן לשימוש. יש להגיש את הדוח בצורת קובץ אלקטרוני ובכריכה קשה. חתכים גיאופיסיים בקובץ אלקטרוני צריכים להיות מותאמים לתוכנות Autocad ו-.GIS 1 6. חקירה מוקדמת (שלב תכנון מוקדם) מטרות מיון קרקע, הגדרת סוגי הסלע, עומק סלע, עובי שכבות, נטייתן, מידת סידוק וכוונו, עומק של מי תהום, אפיון של התוואי או של השטחים לפי אזורים בעלי חתך קרקע דומה, אתרי עתיקות, חללים, קברים, אתרי פסולת, בולענים וכו'. חקירת שתית מוקדמת לאורך התוואי של החלופה הנבחרת בשיתוף והנחיות של יועץ קרקע של הפרויקט ביצוע עבודות גיאופיסיקאליות טרם תחילת ביצוע סקר גיאופיסי על המבצע לאסוף את כל המידע אודות אזור הסקר, אשר התקבל בשלבי סקר קרקע מקדים. המידע הנדרש צריך לכלול: 8

9 - מפה טופוגרפית בקנ"מ 1:20,000 (עם העדפה ל- 1:5,000 בפורמט Autocad או.(GIS - מפה גיאולוגית בקנ"מ שלא יותר מ- 1:50,000 (העדפה ליותר מפורטת בפורמט Autocad או.(GIS - מידע גיאולוגי אודות האתר, תכונות פיסיקו-מכאניות של הקרקעות ו/או הסלעים, מידע גיאופיסי נגיש יש לבנות את המודל הגיאולוגי (חתכים גיאולוגיים) המשוער של אזור הסקר בשלבי ההכנות לביצוע סקר גיאופיסי. מטרת השלב הנ"ל של הסקר היא בחינת המודל הגיאולוגי ע"י הסקר הגיאופיסי וכך יהיה ניתן לבדוק את גבולות הקרקעות או הסלעים ההומוגניים סדר עדיפויות בשימוש בשיטות גיאופיסיקאליות למטרות חקר שתית מסילות רכבת בישראל הנם (בסדר עדיפות יורד): - טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני, - רדאר חודר קרקע, - רפרקציה סיסמית על מתכנן ומנהל סקר גיאופיסי (בהמשך גיאופיסיקאי ראשי) להיות בעל תואר אקדמי גבוה (תואר שני או שלישי) עם ניסיון מוכח בתחום ביצוע סקרים גיאופיסיים של למעלה מ- 5 שנים. גיאופיסיקאי ראשי הוא זה שיקבע באיזו שיטה מבין שלושת השיטות המפורטות לעיל או באיזה שילוב של השיטות יעשה שימוש, באיזו טכנולוגיה ומה תהיה תוכנית הסקר קואורדינאטות קווי הסקר יקבעו באמצעות מכשיר,GPS כאשר קואורדינאטות הקצוות וקואורדינאטת אמצע של כל קו יהיו ברשת ישראל חדשה הפרמטרים הנדרשים של קווי הסקר הינם: - עומק המדידה - לפי חתך לאורך המסילה (סוללה או מילוי). - על קווי הסקר להיות בניצב לגבולות ובמרכזי הבלוקים של קרקעות או סלעים הומוגניים, אך במרחקים של לפחות 500 מ'. - אורך כל קו סקר לפחות 100 מ', - רזולוציה של הסקר (מרחק בין קריאות סמוכות) לפחות 1.5 מ' לכל אורך הקו במידה וטרם תחילת עבודות במסגרת הסקר הגיאופיסי בוצעו לפחות חלק מהקידוחים על פי הנחיות תכנוניות לתכינת המבנה התחתון של מסילת ברזל, יש לתכנן 20% של קווי הסקר כך שהקווים יעברו בחלקם המרכזי דרך הקידוחים הנ"ל. תכנון כזה יאפשר לאמת את תוצאות הסקר ע"י מידע גיאולוגי מהקידוח ניתוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי תכלול הערכת טיב הסקר הגיאופיסי. על מבצע הערכת טיב הסקר הגיאופיסי להיות גיאופיסיקאי מנוסה בעל תואר אקדמי מתקדם (תואר שני ומעלה בגיאופיסיקה). הסתברות המודל הגיאופיסי לא תרד מ- 90 % (או שווה ערך במושגים המודלים הספציפיים) במידה ובשלבי הערכת טיב הסקר הגיאופיסי יתברר כי יישום אחת השיטות הגיאופיסיקאליות אינו מספק את צרכיי הסקר ניתן יהיה ליישם אחת משתי שיטות אחרות או לעשות שימוש חוזר בשיטה הראשונה. 9

10 במידה והפרשי גובה בין שתי נקודות המדידה השכנות עולים על 1 מ' יש לתת ביטוי לכך בהכנסת מקדמי תיקון גובה בחישובים באזורים בהם במהלך ביצוע הסקר הגיאופיסי התקבלו ערכים אנומליים (חריגים) יש לבצע קידוחים או בורות ניסיון ע"מ לכייל את ממצאיי הסקר הגיאופיסי ע"י ממצאיי הקידוחים או הבורות. ביצוע הקידוחים והבורות מומלץ שיכלול נטילת מדגמים לשם ביצוע בדיקות גיאופיסיקאליות במעבדה (בדיקות מוליכות חשמלית, מהירות התפתחות הגל האלסטי, צפיפות וכד'). בדיקות גיאופיסיקאליות מעבדתיות חשובות להשלמת הפענוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי והגיאולוגי. יש לתאם את סוגי הפרמטרים הנדרשים מול המעבדה המבצעת את הבדיקות הנ"ל תוצאת השלב הנ"ל של הסקר הנה בניית מודל גיאופיסי מעודכן ומפורט יותר לאומת השלב הראשוני של הסקר הגיאופיסי על דוח מסכם של הסקר לכלול חתכים ו/או מפות במפלסי עומק שונים של אזור הסקר, כולל הפענוח הגיאולוגי. יש להגיש את הדוח בצורת קובץ אלקטרוני ובכריכה קשה. חתכים ומפות בקובץ אלקטרוני צריכים להיות מותאמים לתוכנות.GIS ו- Autocad 1 7. חקירה מפורטת (תכנון מפורט) מטרות איתור גיופיסי מפורט של השתית במקומות מסוימים לפי דרישות והנחיות של יועץ קרקע ביצוע עבודות גיאופיסיקאליות טרם תחילת ביצוע סקר גיאופיסי יש לאסוף את כל המידע אודות אזור הסקר, אשר התקבל בשלבי סקר קרקע מקדים וחקירה מוקדמת. המידע הנדרש צריך לכלול: - מפה טופוגרפית בקנ"מ 1:2500 (עם העדפה ל- 1:1,000 בפורמט Autocad או.(GIS - מפה גיאולוגית בקנ"מ שלא יותר מ- 1:50,000 (העדפה ליותר מפורטת בפורמט Autocad או.(GIS - מידע גיאולוגי אודות האתר, תכונות פיסיקו-מכאניות של הקרקעות ו/או הסלעים, מידע גיאופיסי נגיש בשלבי ההכנות לביצוע השלב הנ"ל של הסקר הגיאופיסי יש להשתמש במודל גיאולוגי של אזור הסקר, אשר נבנה בשלב חקירה מוקדמת. מטרת השלב הנ"ל של הסקר היא בניית המודל המעודכן והמפורט של אזור הסקר ע"מ לבדוק את גבולות הבלוקים של הקרקעות או הסלעים ההומוגניים ולאתר את האזורים ההטרוגניים וחריגים סדר עדיפויות בשימוש בשיטות גיאופיסיקאליות למטרות חקר שתית מסילות רכבת בישראל הנם (בסדר עדיפות יורד): - טומוגרפיה גיאוחשמלית בשילוב עם קיטוב מושרה ופוטנציאל ספונטאני, - רדאר חודר קרקע, - רפרקציה סיסמית. 10

11 על מתכנן ומנהל סקר גיאופיסי (בהמשך גיאופיסיקאי ראשי) להיות בעל תואר אקדמי גבוה (תואר שני או שלישי) עם ניסיון בתחום ביצוע סקרים גיאופיסיים של למעלה מ- 10 שנים. גיאופיסיקאי ראשי הוא זה שיקבע באיזו שיטה מבין שלושת השיטות המפורטות לעיל או באיזה שילוב של השיטות יעשה שימוש, באיזו טכנולוגיה ומה תהיה תוכנית הסקר קואורדינאטות קווי הסקר יקבעו באמצעות מכשיר,GPS כאשר קואורדינאטות הקצוות וקואורדינאטת אמצע של כל קו יהיו ברשת ישראל חדשה הפרמטרים הנדרשים של קווי הסקר הינם: - עומק המדידה - לפי חתך לאורך המסילה (סוללה או מילוי). - על קווי הסקר להיות בניצב לגבולות ובמרכזי הבלוקים של קרקעות או סלעים הומוגניים, אך במרחקים של לפחות 250 מ'. - אורך כל קו סקר לפחות 100 מ', - רזולוציה של הסקר (מרחק בין קריאות סמוכות) לפחות 1 מ' לכל אורך הקו במידה וטרם תחילת עבודות במסגרת הסקר הגיאופיסי בוצעו לפחות חלק מהקידוחים על פי הנחיות תכנוניות לתכינת המבנה התחתון של מסילת ברזל יש לתכנן 30% של קווי הסקר כך שהקווים יעברו בחלקם המרכזי דרך הקידוחים הנ"ל. תכנון כזה יאפשר לאמת את תוצאות הסקר ע"י מידע גיאולוגי מהקידוח. ניתן להשתמש כקידוחי יסוד בקידוחים אשר בוצעו בשלבי חקירה מוקדמת ניתוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי תכלול הערכת טיב הסקר הגיאופיסי. על מבצע הערכת טיב הסקר הגיאופיסי להיות גיאופיסיקאי מנוסה בעל תואר אקדמי מתקדם (תואר שני ומעלה בגיאופיסיקה). הסתברות המודל הגיאופיסי לא תרד מ- 90 % (או שווה ערך במושגים המודלים הספציפיים) במידה ובשלבי הערכת טיב הסקר הגיאופיסי יתברר כי יישום אחת השיטות הגיאופיסיקאליות אינו מספק את צרכיי הסקר ניתן יהיה ליישם אחת משתי שיטות אחרות או לעשות שימוש חוזר בשיטה הראשונה במידה והפרשי גובה בין שתי נקודות המדידה השכנות עולים על 1 מ' יש לתת ביטוי לכך בהכנסת מקדמי תיקון גובה בחישובים באזורים בהם במהלך ביצוע הסקר הגיאופיסי התקבלו ערכים אנומליים (חריגים) יש לבצע קידוחים או בורות ניסיון ע"מ לכייל את ממצאיי הסקר הגיאופיסי ע"י ממצאיי הקידוחים או הבורות. ביצוע הקידוחים והבורות מומלץ שיכלול נטילת מדגמים לשם ביצוע בדיקות גיאופיסיקאליות במעבדה (בדיקות מוליכות חשמלית, מהירות התפתחות הגל האלסטי, צפיפות וכד'). בדיקות גיאופיסיקאליות מעבדתיות חשובות להשלמת הפענוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי והגיאולוגי. יש לתאם את סוגי הפרמטרים הנדרשים מול המעבדה המבצעת את הבדיקות הנ"ל תוצאת השלב הנ"ל של הסקר הנה בניית מודל מפורט של אזור הסקר על דוח מסכם של הסקר לכלול חתכים ו/או מפות במפלסי עומק שונים של אזור הסקר, כולל הפענוח הגיאולוגי. יש להגיש את הדוח בצורת קובץ אלקטרוני 11

12 ובכריכה קשה. חתכים ומפות בקובץ אלקטרוני צריכים להיות מותאמים לתוכנות.GIS ו- Autocad 12

13 פרק 2 חקירת של המבנה התחתון ועובי חצץ במסילה קיימת 2.1. יעדים עיקריים היעד העיקרי הנו גילוי נקודות תורפה של המבנה התחתון ושכבות חצץ של המסילה קיימת. יש לבצע את החקר על פי דרישות של סקר מפורט ולפי הגדרות של "הנחיות תכנוניות לתכינת המבנה התחתון של מסילות ברזל" חלק ב'. 2.2 שיטות המדידה גילוי נקודות תורפה שימוש ברדאר חודר קרקע מהווה תנאי הכרחי לביצוע עבודות בשלב זה של הסקר. השיטה מבוססת על שימוש בציוד הכולל אנטנה המשדרת בתדר גבוה (בטווח 10 מגא-הרץ עד 3 גיגה- הרץ), אשר משדרת אותות בתדר גבוהה לתוך הקרקע, אנטנת קלט, אשר קולטת את האותות החוזרות מהקרקע ובלוק לאיסוף מידע. שיטת העבודה של רדאר חודר קרקע דומה מאוד לשיטה רפלקציה סיסמית, ההבדל הוא שבמקום הגל הסיסמי משתמשים בגל האלקטרומגנטי. את המדידות מבצעים לאורך קווי הסקר ברזולוציה גבוהה יחסית. רזולוציה ועומק המדידה תלויים בתדר של האנטנה ונוכחות חומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה בתוך הקרקע כגון חרסית, מים, מתכות, מלחים וכד'. לרוב עומק המדידה אינו עולה על מ' בקרקעות גרגריות יבשות. לקרקעות עם תכולת חומרים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה עומק המדידה יורד באופן משמעותי. מגבלות השיטה: בשיטת רדאר חודר קרקע עומק המדידה תלוי בתדר שידור של אנטנת רדאר ובמוליכות החשמלית של הקרקע. עומק המדידה נא בעיקר בתחום מ', כאשר לרוב סוגיות הנדסיות עומק המדידה הנו מ '. עומק המדידה יורד כאשר בחתך הגיאולוגי מתגלים אזורים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה כגון חרסיתות, שכבות בעלי לחות גבוהה, תמלחות, אזורים מזוהמים ע"י מתכות ועוד. שינוים חדים בגובה פני השטח יכולים להשפיע על איכות של תוצאות המדידות ניטור נקודות תורפה באזורים קריטיים בהם במהלך ביצוע הסקר הגיאופיסי התקבלו ערכים חריגים יש לבצע בדיקות שדה ומעבדה ע"י שיטות קונבנציונאליות (קידוחים, ( LDW,DCP בשיתוף ועל פי הערות של יועץ קרקע של הפרויקט. על יועץ קרקע להכין פרוגראמה בדיקות של הקטע ולאשר באגף תכנון רכבת ישראל. על המתכנן לתת פתרונות הנדסיות ולבצע תכנון שיקום במקומות הבעייתיים. ע"ס הנתונים של כמות ומיקומם של המקומות הבעייתיים, על הרכבת להכין תכנית ביצוע שיקום מבנה תחתון ושכבות חצץ. 13

14 2.3 דרישות לגוף הבודק ביצוע הבדיקה בפועל ייעשה על-ידי גוף מקצועי שחייב לקבל את אישורו של אגף תכנון רכבת ישראל. גם מהנדס הביצוע חייב לקבל את אישורו. על מתכנן ומנהל סקר גיאופיסי (בהמשך גיאופיסיקאי ראשי) להיות בעל תואר אקדמי גבוה (תואר שני או שלישי) עם ניסיון בתחום ביצוע סקרים גיאופיסיים של למעלה מ- 10 שנים. גיאופיסיקאי ראשי הוא זה שיקבע באיזה ציוד (סוג הרדאר) ואיזה תוכנת עיבוד נתונים יעשו שימוש, באיזו טכנולוגיה ומה תהיה תוכנית הסקר. 2.4 חקירה מפורטת מטרות איתור גיופיסי מפורט של מצב מבנה תחתון של מסילה קיימת ועובי חצץ ביצוע עבודות גיאופיסיקאליות טרם תחילת ביצוע סקר גיאופיסי יש לאסוף את כל המידע אודות אזור הסקר והמסילה הקיימת. המידע הנדרש צריך לכלול: - מפה טופוגרפית בקנ"מ 1:2500 (עם העדפה ל- 1:1,000 בפורמט Autocad או.(GIS - מפה גיאולוגית בקנ"מ שלא יותר מ- 1:50,000 (העדפה ליותר מפורטת בפורמט Autocad או.(GIS - מידע גיאולוגי אודות האתר, תכונות פיסיקו-מכאניות של הקרקעות ו/או הסלעים, תכונות של השתית ושל החצץ, כל מידע גיאופיסי נגיש וכד' קואורדינאטות קווי הסקר יקבעו באמצעות מכשיר,GPS כאשר קואורדינאטות הקצוות וקואורדינאטת אמצע של כל קו יהיו ברשת ישראל חדשה הפרמטרים הטיפוסיים של מערכת גילוי נקודות תורפה הינם: - מספר קווי מדידה המתבצעים בו-זמנית (מספר רדארים) תדירות הרדאר MHz - סוג האנטנות קרן (horn) - מהירות המדידה הטיפוסית קמ'/שעה ויותר - רזולוציה מרחבית סמ' - נתונים של GPS ומצלמה ווידיאו דיגיטלית מסונכרנים עם נתוני הרדאר - דופלר רדאר radar) (Doppler - תוכנות לעיבוד ופענוח ממצאי המדידות - עומק המדידה עד 4 מ' - אורך כל קו מדידה בלתי מוגבל במידה וטרם תחילת עבודות במסגרת הסקר הגיאופיסי בוצעו לפחות חלק מהקידוחים על פי "הנחיות תכנוניות לתכינת המבנה התחתון של מסילת ברזל", יש לתכנן 30% של קווי הסקר כך שהקווים יעברו בחלקם המרכזי דרך הקידוחים הנ"ל. תכנון כזה יאפשר לאמת את תוצאות הסקר ע"י מידע גיאולוגי מהקידוח. 14

15 באזורים בהם במהלך ביצוע הסקר הגיאופיסי התקבלו ערכים אנומליים (חריגים) יש לבצע קידוחי ניסיון על פי "הנחיות תכנוניות לתכינת המבנה התחתון של מסילת ברזל " ע"מ לכייל את ממצאיי הסקר הגיאופיסי ע"י ממצאיי הקידוחים. ביצוע הקידוחים מומלץ שיכלול נטילת מדגמים לשם ביצוע בדיקות גיאופיסיקאליות במעבדה (בדיקות מוליכות חשמלית, מהירות התפתחות הגל האלסטי, צפיפות וכד'). בדיקות גיאופיסיקאליות מעבדתיות חשובות להשלמת הפענוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי והגיאולוגי. יש לתאם את סוגי הפרמטרים הנדרשים מול המעבדה המבצעת את הבדיקות הנ"ל באזורים קריטיים בהם במהלך ביצוע הסקר הגיאופיסי התקבלו ערכים חריגים יש לפעול על פי מוגדר בסעיף ניתוח ממצאיי הסקר הגיאופיסי תכלול הערכת טיב הסקר הגיאופיסי. על מבצע הערכת טיב הסקר הגיאופיסי להיות גיאופיסיקאי מנוסה בעל תואר אקדמי מתקדם (תואר שני ומעלה) עם ניסיון בתחום ביצוע סקרים גיאופיסיים של למעלה מ- 10 שנים. הסתברות המודל הגיאופיסי לא תרד מ- 90 % (או שווה ערך במושגים המודלים הספציפיים) על דוח מסכם של הסקר לכלול חתכים ו/או מפות במפלסי עומק שונים של אזור הסקר, כולל הפענוח הגיאולוגי. יש להגיש את הדוח בצורת קובץ אלקטרוני ובכריכה קשה. חתכים ומפות בקובץ אלקטרוני צריכים להיות מותאמים לתוכנות Autocad ו-.GIS 2.5 מסמכים ישימים Anderson N, Croxton N, Hoover R, Sirles P 2008 Geophysical methods commonly employed for geotechnical site characterization. Transportation research circular E-C130 ASTM D Standard Guide for Selecting Surface Geophysical Methods. ASTM D Standard Guide for the Surface Ground Penetrating Radar Method for Subsurface Investigation. ASTM E Standard Practice for Characterizing Acoustic Emission Instrumentation. ASTM E Standard Terminology for Nondestructive Examinations. Carpenter D, Jackson PJ, Jay A 2004 Enhancement of the GPR method of railway trackbed investigation by the installation of radar detectable geosynthetics. NDT&E International 37: Environmental Protection Agency (EPA) 1993 Use of Airborne, Surface, and Borehole Geophysical Techniques at Contaminated Sites. A Reference Guide. 15

16 Eriksen A, Venables B, Gascoyne J, Bandyopadhyay S 2006 Benefits of high speed GPR to manage assets and renewal strategies. PWI conference, 19 th June 2006, Brisbane, Australia 1-5. Hoover DB, Klein DP Campbell DC 1996 Geophysical methods in exploration and mineral environmental investigations. Hugenschmidt J 2000 Railway track inspection using GPR. Journal of Applied Geophysics 43: Jack R, Jackson P 1999 Imaging attributes of railway track formation and ballast using ground. NDT&E International 32: Kathage A, Niessen J, White G, Bell N 2005 Fast inspection of railway ballast by means of impulse GPR equipped with horn antennas. NDT 10:1-11. NCHRP 2006 Use of Geophysics for Transportation Projects. A Synthesis of Highway Practice Olhoeft GR, Smith S, Hyslip JP, Selig ET 2004 GPR in railroad investigations. Tenth International conference on Ground Penetrating radar June, 2004, Delft The Netherlands Schoenleber JR 2005 Field sampling procedure. NJDEP ch.8 Takahashi T (2004) ISRM Suggested Methods for land geophysics in rock engineering International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 41: Technos 2004 Surface geophysical methods. 1: