ارائه نرم افزاری جهت تهیه نقشه برداشت زمین شناسی (Mapping)

 

 

چکیده

برداشت­های زمین­ شناسی یکی از مهم­ترین فعالیت­ها در زمینه احداث فضاهای زیرزمینی و روباز محسوب می شود که به منظور بررسی شرایط زمین شناسی فضای حفاری شده و پیشگیری از بروز مشکلات ناشی از شرایط ناشناخته زمین ­شناسی در نواحی پیش رو بکار برده می شود. در این راستا ارائه نرم افزار مپینگ (درزه نگار) می­تواند نقش بسزایی در کاهش زمان و همچنین افزایش دقت ترسیم داده­های زمین­ شناسی ایفا نمایند. امروزه به منظور ترسیم برداشت‌های زمین­ شناسی از روش­های دستی استفاده می گردد که بسیار زمانبر بوده و با خطای زیادی همراه می­باشد، از این رو استفاده از نرم افزای مبتنی بر سیستم افزونه نرم افزار Auto Cad (VBA) می­تواند کمک به‌سزایی در این راستا باشد. در این مقاله هدف معرفی نرم‌افزار درزه­ نگار و کاربرد آن در ترسیم برداشت‌های زمین ­شناسی با استفاده از اطلاعاتی نظیر شیب، جهت شیب و ... در تونل­ هایی با مقاطع مختلف، به صورت خطی و دارای قوس و همچنین ترانشه ­ها می‌باشد. یکی دیگر از ویژگی­های این نرم افزار تهیه مقطع از موقعیت درزه و گسل­ها در دو راستاری عمود و موازی با محور تونل است که جهت تحلیل برداشت‌های زمین­ شناسی استفاده می‌شود. در انتها به عنوان مطالعه موردی، این نرم افزار جهت تهیه نقشه برداشت زمین شناسی در کیلومتراژ 100 تا 700+0 تونل آببر سد و نیروگاه سردشت مورد استفاده قرار گرفته و با برداشت‌ها و ترسیم های دستی مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده بیانگر کارایی بهتر نرم افزار مذکور می‌باشد.

 

واژه­های کلیدی: برداشت زمین­ شناسی، نرم افزار درزه نگار، افزونه اتوکد (VBA)، سد و نیروگاه سردشت

 

 

1-  مقدمه

یکی از مهمترین مسائلی که در پرژه­های سد و تونل می­ بایست مورد توجه خاص قرار گیرد عوارض زمین شناسی ساختمانی همچون درزه و گسل­ها می­باشد، که در ساختگاه سدها و یا در امتداد تونل قرار دارند. آشنایی به وضعیت زمین شناسی ساختمانی منطقه، شناسایی درزه­ها و گسل­های ناحیه، یکی از مهمترین مراحل مقدماتی و حتی نهایی در حفر تونل­ها و احداث سدها به شمار می‌آید. از سویی دیگر تهیه نقشه ­های زمین شناسی با دقت مناسب، قبل و در حین ساخت سد و تونل که قابل استفاده در بحث مطالعات زمین شناسی باشد یکی از مسائل عمده در این گونه پروژه ­ها محسوب می­شود. به همین منظور اهمیت تهیه نقشه­ های زمین شناسی به اندازه­ای می باشد که حتی ممکن است عدم توجه به آن، باعث تحمیل هزینه­ های اضافی به پروژه گردد.

بنابر این عوارض زمین شناسی ترسیم شده ­ای که بتوان بدان استناد کرد، می­ تواند بسیار مورد توجه باشد. تاکنون در ترسیم چنین نقشه­ هایی، از روش­های دستی و به صورت سنتی در نرم افزار اتوکد استفاده شده است، که معمولا با خطای بالا و صرف زمان بسیار زیادی انجام شده است. هدف از ارائه این مقاله معرفی نرم‌افزار درزه ­نگار و کاربرد آن در ترسیم برداشت‌های زمین­ شناسی با استفاده از اطلاعاتی نظیر شیب، جهت شیب و ... در تونل­هایی با مقاطع مختلف، به صورت خطی و دارای قوس و همچنین ترانشه­ ها می‌باشد. یکی دیگر از ویژگی ­های این نرم افزار تهیه مقطع از موقعیت درزه و گسل­ها در دو راستاری عمود و موازی با محور تونل و ترانشه است که جهت تحلیل برداشت‌های زمین­ شناسی استفاده می‌شود. در انتها به عنوان مطالعه موردی، این نرم افزار جهت تهیه نقشه برداشت زمین شناسی در کیلومتراژ 100 تا 700+0 تونل آببر سد و نیروگاه سردشت مورد استفاده قرار گرفته و با برداشت‌ها و ترسیم­ های دستی مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده بیانگر کارایی بهتر نرم افزار مذکور می‌باشد.

 

2- نحوه بارگذاری و اجرای نرم افزار در محیط اتوکد

یکی از قابلیت­های نرم افزار اتوکد استفاده از ابزاری به نام VBA (سیستم ماکرونویسی) است که این اجازه را به مهندسین و کاربران می­ دهد تا در محیط آن برنامه ­نویسی کرده و نرم افزارهایی با قابلیت­های مورد دلخواه خود، برای ترسیم انواع نقشه­ ها در محیط اتوکد خلق کنند. در همین راستا برنامه­ای به منظور ترسیم داده­ های حاصل از عملیات برداشت زمین شناسی بر اساس شیب و جهت شیب ساختار­های صفحه­ای در محیط VBA به منظور افزایش دقت و سرعت ترسیم این داده ­ها، طراحی گردید. در ادامه در مورد روش کار این نرم افزار توضیح مختصری داده خواهد شد. بعد از اجرای اتوکد و بارگذاری فایل برنامه نویسی شده در محیط VBA، به نوار ابزار اتوکد یک گزینه با نام Mapping اضافه می­گردد (شکل 1).

 

 

 

شکل 1: گزینه افزوده شده به نوار ابزار

 

سپس بعد از انتخاب این گزینه مطابق با شکل 2 نرم افزار فعال شده و آماده گرفتن اطلاعات اولیه جبهات کاری که شامل نوع جبهه­ کاری (تونل خطی، تونل قوس ­دار و یا ترانشه)، مختصات نقاط مشخصه جبهه­ کاری (مختصات ورودی و خروجی تونل و مختصات مرکز قوس در مورد تونل­ های دارای قوس و یا مختصات ترانشه)، کیلومتراژ شروع، شیب و نوع مقطع تونل، اطلاعات حاصل از برداشت زمین شناسی و فواصل مقاطع مورد نیاز می­ باشد.

 

 

 

شکل 2: بارگذاری نرم افزار در محیط اتوکد

 

3- اعتبار سنجی نرم افزار

جهت اعتبار­سنجی نرم افزار طراحی شده، به­عنوان مطالعه موردی این نرم افزار جهت تهیه نقشه برداشت زمین شناسی در بخشی از مسیر تونل آب­بر سد و نیروگاه سردشت مورد استفاده قرار گرفته و با برداشت‌ها و ترسیم­های دستی مقایسه گردیده است.

طرح سد و نیروگاه سردشت به منظور استفاده بهینه از منابع آب حوضه آبریز رودخانه کلاس بعنوان یک رودخانه مرزی با هدف اصلی تولید برق در حال اجرا می باشد. رودخانه کلاس از رودخانه­ های مرزی غرب کشور و دومین رودخانه پر آب این منطقه پس از رودخانه سیروان می باشد.  طرح کلی سامانه انتقال آب نیروگاه شامل یک تونل طویل به طول تقریبی 4300 متر و قطر 5 متر است [1].  با توجه به نتایج گمانه ­های حفر شده در مسیر تونل آب بر، جنس سنگ در امتداد تونل و ساختگاه نیروگاه دور دست تقریبًا مشابه و اساساً از اسلیت، فیلیت و ماسه سنگهای دگرگون همراه با میان لایه های سیلیسی و در بخشهایی از آمیزه افیولیتی تشکیل شده است. مسیر تونل انتقال و سازه نیروگاه به طورکامل از میان واحد اسلیتی می‌گذرد که دارای سیستم کلیواژ با شیب عمومی به سوی شمال خاوری است. به عبارت دیگر شیب طبقات اسلیتی – ماسه‌ سنگی به سوی دهانه ورودی است. ساختار زمین شناختی شدیداً تکتونیزه و هوازده بوده و وجود گسل‌های موضعی، آب‌های زیرزمینی، زون‌های خرد شده، پایین بودن شاخص کیفی سنگ ( ضعیف در حدود 35) و پر شدگی بیشتر میان لایه ها از رُس، باعث بوجود آمدن صعوبت شرایط زمین شناسی در طول مسیر تونل‌ می‌شوند. بطور عمده سنگ دربر گیرنده تونل‌ها از خردشدگی متفاوتی برخوردار است، بطوری که میانگین وزن‌دار شاخص کیفی سنگ حدود 30-20 می‌باشد. کل طول تونل‌ها در زیر سطح آب زیرزمینی قرار گرفته است. خاصیت آماس پذیری و تمایل شدید به ایجاد شکستگی صدفی در این واحد سنگی باعث می‌گردد که به محض تغییر شرایط تنش و اثرات محیطی ناشی از تغییر رطوبت و دما، سنگ حالت ریزشی و سست شدن داشته باشد.[1]

3-1- ترسیم نقشه برداشت زمین­شناسی با استفاده از نرم­افزار

جهت بررسی کارایی و سنجش دقت نرم افزار طراحی شده، جهت تهیه نقشه برداشت زمین شناسی در کیلومتراژ 100 تا 700+0 تونل آببر سد و نیروگاه سردشت این نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته و با برداشت‌ها و ترسیم­های دستی مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده بیانگر کارایی بهتر و دقیق­تر نرم افزار مذکور و در عین حال صرفه­جویی قابل توجه در زمان می‌باشد. شکل 3 و شکل 4 به ترتیب بخشی از برداشت زمین شناسی ترسیم شده با توسط نرم افزار و با استفاده ار زوش­های دستی را در تونل آب­برسد و نیروگاه سد سردشت نشان می­دهد.

 

 

 

شکل 3: فایل تهیه شده با استفاده از نرم افزار

 

 

با مقایسه این دو شکل به سادگی می­توان دریافت که خطوط اثر فولیاسیون (خطوط خاکستری با شیب و جهت شیب تقریبی 50) در روش دستی به درستی ترسیم نشده است و فقط این خطوط کپی برداری شده از یکی خطوط می­باشد. به منظور پی بردن به این موضوع می­توان از روشی تجربی که در آن ورق کاغذی که خطوط روی آن پرینت شده است را می توان به شکل تونل (به حالت استوانه)  در آورد و از روی آن صفحه­ ای را که با تونل دارای تقاطع می­باشد را مشاهده کرد.

از سویی دیگر همان طور که می­توان مشاهده کرد، خطوط اثر درزه ­های اصلی با تونل (که با خطوط آبی مشخص شده است) در روش دستی به طور کامل کشیده نشده است که این موضوع به دلیل عدم اطلاع برداشت کننده از روند خطوط می­باشد.

یکی دیگر از مزیت­ های این نرم افزار این است که در صورتی که برداشت­کننده اطلاعات اشتباهی در هنگام برداشت زمین­شناسی مرتکب شود، این اشتباهات قابل کنترل خواهد بود. چرا که در این صورت خطوط اثری که با استفاده از نرم افزار ترسیم می­شود منطبق بر خطوط اثری که برداشت کننده سر زمین آن را بر روی کاغذ ترسیم کرده است نخواهد بود و این موضوع می تواند دلیلی بر وجود خطا در هنگام برداشت زمین شناسی باشد.

در ترسیم دستی شخصی که فایل اتوکد را تهیه می­کند، می­بایست به ازای ترسیم هر درزه به میزان زیادی تصورات سه بعدی خود را به کارگیری کند سپس با استفاده از پلی­ لاین در اتوکد شزوع به ترسیم آن درزه کند، حال با توجه به تعدد درزه ­ها در سنگ به میزان بسیاز زیادی از وقت ترسیم کننده فایل کد را خواهد گرفت، این در صورتی است که در نرم افزار تنها کافی می­باشد اطلاعات اولیه درزه و تونل را به نرم­افزار داد تا این نرم افزار به صورت اتوماتیک و کاملا محاسباتی خطوط اثر درزه ­ها را رسم کند.پ

از جمله خصوصیات تین نرم افزار این است که می­تواند خطوط اثر درزه­های رسم شده را به صورت سه بعدی نشان دهد، که این موضوع می­تواند در تحلیل درزه های موجود بسیار مسمر ثمر واقع شود.­

 

4- نتیجه­گیری

از مهم ترین نتایجی که در این تحقیق بدست آمده است، به اختصار موارد ذیل بیان می گردد:

الف- با توجه به مقایسه صورت گرفته بین نقشه ترسیمی به صورت دستی و با استفاده از نرم افزار می­توان نتیجه گرفت که دقت نرم افزار در رسم خطوط اثر ساختار­های صفحه­ ای بسیار دقیق ­تر می­باشد.

ب- در صورتی که برداشت­کننده اطلاعات اشتباهی در هنگام برداشت زمین­ شناسی مرتکب شود، این اشتباهات قابل کنترل خواهد بود. همچنین بعنوان یک ساختار مشخص در ترسیم نقشه های زمین شناسی مورد استفاده قرار گرفته و تفسیر آن آسان تر می باشد.

ج- ترسیم این نقشه­ ها به صورت دستی بسیار زمان­بر بوده ولی در نرم­افزار به سرعت انجام می­گیرد.

د- ترسیم خط اثر ساختارهای صفحه­ای در نرم­افزار می­تواند به صورت سه بعدی باشد ولی در حالت دستی این ساختارها فقط به صورت شماتیک و توسط خود زمین­ شناس در اتوکد رسم می­گردد.

 

تشکر و قدردانی

در پایان از همکاران محترم شاغل در گروه مهندسی سپاسد و مهندسین مشاور مهاب قدس، علی الخصوص آقایان مهندس یزدانی، عبدالله پور، دروی، حیدری، مهرداد و دکتر علیزاده، که با راهنمایی های خود در انجام این پروژه به ما یاری رساندند تشکر و قدردانی می­گردد.

 

مراجع

]1[ شرکت توسعه منابع آب و نیروی ایران، (1385)، "گزارش زمین شناسی مهندسی و مطالعات مرحله اول تونل آب بر سد سردشت"

 

 

Abstract

Geological surveying, is considered the one of most important activities in the field of underground and surface excavation, and uses for surveying the geological conditions to prevent problems caused by unknown conditions, so mapping software, could play an important role in reducing the time and increasing the discontinues mapping accuracy. Today, the geologist are used traditional methods for mapping of discontinues witch are much time consuming and are full of errors, hence the use of extensions software systems based on  Auto Cad can be solve these problems. This paper presents the mapping software which can draw engineering geological map of tunnels and trenches using information such as dip, dip-direction, and so on. Another characteristic of the software are supplying sections of the joints and faults in both perpendicular and parallel to the axis of the tunnel, which can use to geological analyze. As a case study, this software has used for mapping geological surveying 0+100 to 0+700 Km of conveying Tunnel of Sardasht dam. Finally, these maps have compared with traditional maps. The results indicate a better performance of software.