موسسه آموزش عالی علامه جعفری

 

تهیه کننده : قاسمی

 

نقشه برداری

مروری بر نقشه برداری زیرزمینی:

 نقشه برداري زير زميني كه در غرب آن را با كلمه لاتين  UNDER ground surveying مي‌شناسند، شاخه اي از رشته  مهندسي نقشه برداري است كه شامل طراحي تونل، عمليات هاي اجرا و هدايت حفاري و بلاخره برداشت فضاهاي موجود طبيعي و مصنوعي زير زمين به منظور تهيه نقشه از آنها با توجه به شرايط خاص نقشه برداري در زير زمين مي باشد.

نقشه برداري زير زميني:
نقشه برداري زير زميني كه در غرب آن را با كلمه لاتين UNDER ground surveying  مي‌شناسند، شاخه اي از رشته  مهندسي نقشه برداري است كه شامل طراحي تونل، عملياتهاي اجرا و هدايت حفاري و بلاخره برداشت فضاهاي موجود طبيعي و مصنوعي زير زمين به منظور تهيه نقشه از آنها با توجه به شرايط خاص نقشه برداري در زير زمين مي باشد. در اهميت نقشه برداري و پيشرفتهاي آن مي توان به ايجاد تونل زميني در زير دريايي دانش كه ارتباط بين پاريس و لندن را بر قرار كند اشاره كرد.

كلا نقشه برداري زير زميني شامل موارد زير مي باشد:

-1  طراحي (design) در مرحله شروع پروژه

-2 اجراي عمليات حفاري (unearth control) هدايت تونل را بر عهده دارد.

-3 تهيه نقشه برداري از زير زمين

اصطلاحات نقشه برداري زير زميني:
 -1زير زمين (UNDER ground): در اصطلاح عام به عوارض قابل دسترسي و يا طبيعي در داخل زمين مي گويند.

 -2معدن (MINE): مجموعه تاسيسات زميني و دانال هاي زير زمين كه به منظور هدف خاصي احداث شده را معدن گويند. اصطلاحا به محل تجمع مواد معدني نيز معدن مي گويند.

-3 گالري( Gallery ): به دانال هاي افقي زير زميني كه از يك طرف به منظور خاصي مسدود است و خود يكي از راه هاي ورود به زير زمين به شمار مي رود گالري مي گويند كه به سه نوع (اكتشافي، آماده سازي، اصلي و فرعي (وجود دارد.

 -4 تونل (tunnel ): دالان عبوري عريضي است كه از دو طرف باز مي شود و به انواع (افقي، مايل، مارپيچ) موجود مي باشد.

-5  چاه (shaft): گالري قائمي كه از راههاي ورود به زير زمين به شمار مي رود و مقطع آن ممكن است دايره كه در اروپا و آسيا مرسوم است ) و يا مستطيل كه در آمريكا مرسوم است باشد.

-6  رمپ (Ramp) :رمپ يا شيب گذر، تونل شيب داري است كه براي اتصال بين طبقات مختلف معدن به كار مي رود اصطلاحا به آن بالارو يا پايين رو )دوبل) نيز مي گويند.

-7 گمانه (soundage): عبارت است از چاه كم قطر و عميقي كه براي نمونه برداري از لايه هاي زمين و جهت دادن به امتداد حفاري از آن استفاده مي شود و در نوع (اكتشافي، و راهنما) موجود مي باشد.

-8  حفاري: پيشروي در امر گود برداري زير زمين كه به وسيله ماشينهاي حفاري و يا اكتشافي انجام مي شود را گويند.
 

شرايط خاص نقشه برداري در زير زمينی:

 -1تاريكي و عدم نور كافي و محدوديت در استفاده از وسايل روشنايي براي معادني كه گازهاي اشتعال‌زا توليد  مي كنند.

-2 محدوديت فضا و در نتيجه محدود شدن كنترلهاي نقشه برداري و كم شدن درجه آزادي و دقت كار

-3ا مكان تخريب و ريزش تونل در صورت عدم پوسته گيري در زير زمين

 -4امكان سقوط در چاه و يا فرو رفتن در زمينهاي سست

-5 وجود گازهاي خفه كننده ناشي از مواد معدني

-6 ورود آب هاي سطح الارضي به زيرزمين

-7 اختلالات مغناطيسي ناشي از مواد آهني در زير زمين و مشكلات كار با قطب نما

-8 وجود جريانات هوا در داخل تونل و به هم زدن تعادل شاقولهاي آويزان در تونل

 -9تكان ها و لرزش هاي زير زميني ناشي از عمليات حفاري ( آتش كاري) و مشكل به هم خوردن تراز دستگاه هاي نقشه برداري و جا به جا شدن ايستگاه ها

-10 كار نكردن دستگاه هاي مخابراتي مثل بي سيم و موبايل و همچنين گيرنده هاي GPS در زير زمين

-11  سختي كار

 

نكات ايمني در تونل و زير زمين:

 -1قبل از ورود نكات ايمني مربوط به اين زير زمين را از بخش حفاظت و ايمني معدن تهيه و به خاطر بسپاريم

-2  وسايل حفاظتي همراه فرد بوده و نحوه استفاده از آنها به فرد آموزش داده شود (كلاه ايمني، چراغ روشنايي،

لباس كار، چكمه (

 -3براي كار در هر قسمت معدن ابتدا وضعيت آن را بررسي كرده و قسمتي پيدا كردن موقعيت آن را از روي نقشه  نكات حفاظتي براي آن بررسي شود.

-4 بودن هماهنگي مسئول معدن و مسئول عمليات نقشه برداري در قسمت هاي مختلف تونل حركت نكنيم.

-5 قبل از ورود به زير زمين برنامه كار خود را از نظر زماني و مكاني به مسئول معدن اطلاع دهيم.

-6 در وسط ريلها حركت نكنيم.

-7 از بردن وسايل آتشزا به تونل جدا" خودداري كنيم.

-8 به خاطر سپردن مسيري كه در آن حركت كرده و رفته ايم.

-9 نگهداري و مواظبت از وسايل نقشه برداري در زير زمين.

 -10هنگام حركت در تونل مواظب وسايل آويزان از سقف، از جمله شاقول ها باشيم.

-11  از ضربه زدن بي مورد به وسيله چكش به ديوارها و يا سقف تونل ها جدا خودداري كنيم.

-12 چراغ روشنايي را در مسير كار ديگران قرار نداده و آن را در چشم ديگران نيا ندازيم.

-13 در صورت مواجه شدن با تاريكي مطلق نهايت دقت را براي بازگشت به محل روشنايي داشته باشيم.

 -14از شوخي كردن با همكاران در گزنك ها و شيب هاي تند بپرهيزيم.

 

روشهاي كلي نقشه برداري زير زميني:

-1 روشهاي نقشه برداري زميني و ژئودزي كه در 90 درصد پروژه ها از اين روش استفاده مي شود.

-2 روش هاي فتوگرامتري( برد كوتاه ) كه در مقطع برداري و كارهاي دقيق از آن استفاده مي شود.

-3 روش هاي هيدروگرافي: براي معادن و تونل هاي آبي كه امكان نقشه برداري زميني وجود ندارد.

مراحل طراحي پروژه هاي زير زميني:

-1 اكتشاف مقدماتي (مطالعه اوليه):

- براي پروژه هاي معدني بوسيله سطحي و نيمه عميق.

- براي پروژه هاي عمراني بوسيله گمانه زني و تشخيص جنس لايه هاي زميني .

 -2ايجاد شبكه ژئودتيك در منطقه مورد نياز:

- نقاط، تمام منطقه مورد نظر را بپوشاند

- شكل هندسي متناسب باشد. يعني شبكه، استحكام كافي داشته باشد.

- مختصات ها با دقت بسيار زياد محاسبه شوند.

-3 تهيه نقشه هاي مورد نياز جهت طراحي تونل

 -4طراحي پروژه مورد نظر

طراحي اجراي عمليات حفاري:

 -1پياده كردن دقيق نقاط دهانه و چاه ها و مشخص كردن سينه كار و ابعاد مقطع حفاري در محل اين نقاط بوسيله روش هاي دقيق از جمله تقاطع.

 -2هدايت چند متر اوليه حفاري )تراشه تونل ) بوسيله جهت يابي مغناطيسي و تئودوليت

-3 انتقال حداقل 2 نقطه كنترل مسطحاتي و ارتفاعي به داخل تونل

-4 كنترل توام راستا و شيب تونل در ادامه حفاري بوسيله نقاط كنترل و دستگاه هاي نقشه برداري بوسيله مشخص كردن سينه هاي كار

-5 كنترل مقطع تونل در فواصل مشخصي از نقاط زير زمين.

طراحي كلي تهيه نقشه از زير زمينی:

-1 شناسايي نقاط ثابت شبكه هاي ژئودتيك روي زمين نزديك به دهانه تونل ها و چاه ها راه هاي ورود به زير زمين

-2 پياده كردن نقطه دهانه تونل به روش تقاطع و تعيين دقت مختصات آن از مختصات نقاط ثابت شبكه

 -3انتخاب نقاط تحت الارضي تونل ها و گالري ها در محل هاي مناسب (نقاط اصلي و رفرانس سقفي يا كفي(

-4 انجام پيمايش جهت انتقال مختصات از نقاط ثابت سطح الارضي به نقاط (ايستگاههاي ) تحت الارض.

 -5انجام تراز يابي نقاط تحت الارضي جهت تهيه پروفيل هاي طولي كف و سقف و يا انجام برداشت هاي مربوط به مقطع برداري و تهيه مقطع تونل

-6 انجام برداشتهاي لازم از ايستگاه هاي زير زميني جهت تهيه نقشه هاي مورد درخواست از زير زمين.

 

ايستگاه گذاري در زير زمينی:

بايد بيشتر دقت كرد كه در زير زمين ايستگاه گذاري هدف دار بوده و دو ايستگاه به هم ديگر ديد داشته و ايستگاه گذاري در محل هاي مستحكم و بدون حركت قرار گيرد. ايستگاه گذاري طوري  باشد كه زواياي پيمايش زير زمين به 180درجه نزديك نشود. به علت زياد بودن خطاي انكسار نور روي محور تونل (Center Line )  حتي الامكان نقاط در كناره هاي تونل انتخاب شود. در نظر  گرفتن اين نكته ضروري است كه امكان استقرار دوربين در ايستگاه وجود داشته باشد. همچنين موانع ديد را بايد در نظر داشت تا امكان برداشت جزئيات به راحتي ميسر باشد.

انواع ايستگاه در زير زمين عبارت است از:

ايستگاه سقفي، ايستگاه كفي، ايستگاه ديواري و كشوئي.

انواع تونل عبارتند از:

 -1تونل راه هاي بين شهري

-2 تونل هاي راه آهن هاي بين شهري

-3 تونل هاي راه آهن هاي شهري (مترو(

 -4تونل هاي معادن

-5 تونل هاي سد سازي و نيروگاه ها

 -6تونل هاي طبيعي (غارها ) و قنات ها و تونل هاي انتقال نيرو

خصوصيات وسايل و تجهيزات نقشه برداري زير زمينی:
اين وسايل بايد سبك، كم حجم، دقيق، داراي نور داخلي، امكان سانتراژ از ايستگاه سقفي، ساده و مقاوم در برابر  رطوبت، تغييرات ها، گرد و غبار و ضربه باشند.
تارگت ها در زير زمين:

از مهم ترين تارگت ها در زير زمين شاقول ها هستند كه كاربردهاي بسيار زيادي داشته و به انواع زير تقسيم مي شوند:

شاقول ساده، شاقول زنجيره اي، شاقول چاه، شاقول اپنيكي وايزري.

وسايل طول يابي در زير زمينی:

-1 قرماي معمولي كه مرغوب ترين آنها تر و ايشتباخ آلماني مي باشند.

-2 مفتول هاي مدرج آويزان و (تراز ياب با تئودوليت ) و شاقول هاي چاه

-3 طول ياب هاي الكترونيكي (EDM) و وسايل جانبي مخصوص آنها براي كار در زير زمين

وسايل اندازه گيري زاويه در زير زمينی:

-1 تئودوليت معمولي

-2 تئودوليت هاي آويزان

 -3تئودليت هاي ليزري

4-  ژيروتئودوليت ها
 

وسايل تراز يابي در زير زمينی:

تفاوت دوربين هاي ترازياب در زير زمين در اين است كه اين دوربين ها در برابر سرما، گرما، گرد و غبار، ضربه و....  مقاوم بوده و از دقت بيشتري برخوردارند. اين دوربين ها در فواصل كوتاه نيز مي توانند اندازه گيري كنند.

خصوصيات شاخص در زير زمينی:

-1 كوتاه باشد در حد يك و نيم تا سه متر كه به صورت كشوئي ارتفاع آن تغيير مي كند.

 -2سطح آن روشن باشد تا بتوان در تاريكي از آن استفاده كرد.

3- تقسيم بندي آن طوري باشد كه بتوان سريع و راحت قرائت كرد.
 

انواع شاخص در زير زمينی:

-1 شاخص هاي منعكس كننده

-2 شاخص هاي شفاف يا شيشه اي

3- شاخص هاي قابل آويزان
 

وسايل حفاري در زير زمينی:

با توجه به اين كه سه روش براي حفاري در زير زمين مرسوم است، براي هريك وسايل و تجهيزات خاصي به كار مي روند. اين روش ها عبارتند از:

.1روش انفجاري 2. ماشين حفاري 3. ماشين آلات ساختماني

 

نكاتي در مورد بكارگيري شاقول در چاه:

-1 آزاد بودن شاقول چاه: براي كنترل آزاد بودن شاقول در چاه حلقه اي را در داخل سيم شاقول كرده و از بالا به طرف  پايين رها مي كنيم اگر اين حلقه به ته چاه رسيد شاقول آزاد مي باشد و سيم آن در جايي درگير نيست .

-2 با اين كه پريود اندازه گيري شده را با توجه به پريودهاي محاسبه شده براي ارتفاع آن چاه مقايسه كنيم. بايستي  اين دو مقدار تقريبا با هم برابر باشند.

 -3در اثر جريانات هوا و طولاني بودن طول سيم نوسانات پاندولي در شاقول ايجاد مي شود كه براي برقراري تعادل آن  نياز به دقت بسياري است. براي برقرار كردن تعادل سريع از شبكه نفت يا روغن سوخته طوري استفاده مي كنيم كه  شاقول در اين شبكه قرار گيرد.

روش فتوگرامتری برد کوتاه:

 در این روش با عکس برداری از مقطع نسبت به روش های بالا از دقت بهتری برخوردار است. با توجه به هزینه و زمان بالا برای تهیه پروفیل,  از این روش فقط در مکان های خاصی مثل معادن طلا و غیره ممکن است استفاده شود. بدین منظور در نزدیکی مقطع , لامپ لیزری قرار میدهیم تا مقطع تونل را روشن کند. سپس دستگاه فتو تئودولیت (تئودولیت ودوربین عکاسی ) را در نقطه دیگر غیر از ان مقطع قرار می دهیم. فیلم داخل دوربین عکاسی حساسیت زیادی دارد و فاصله کانونی دوربین برابر 150 میلیمتر و ابعاد عکس 10*10 سانتیمتر است. بنابرین با محاسبه یااندازه گیری فاصله بین نقاط A وB می توان مقیاس عکس برداری را مشخص کرد و عکس حاصل را بر روی فیلم شبکه بندی شده چاپ کرد ودر نتیجه مقطع تونل با دقت زیادی روی عکس معلوم می شود.

سيستم هاي نقشه برداري در تونلي:

کمپاني لايکا با همکاري کمپاني امبرگ که تجربه اي طولاني در زمينه ساخت تونل و ايجاد بناهاي زيرزميني دارد اقدام به ارايه سيستم هاي اندازه گيري تونلي و هدايت وکنترل بناهاي زيرزميني نموده است. اين سيستم ها شامل راه حل ها و روش هاي اندازه گيري عالي و ويزه براي  نقشه برداري اتوماتيک در زمينه تونل و راه اهن ميباشند که ميتوان در اين زمينه به موارد زير اشاره نمود:

-بخش سيستم هاي نقشه برداري ساختماني تونل:

نقشه برداري هاي دقيق در معادن و تونل ها به منظور طراحي معدن وکنترل و نگهداري ان بسيار مهم ميباشند. در شفت هاي زيرزميني و تونل ها نياز مبرمي به نقشه برداري و کنترل در جهت رسيدن به بيشترين کارآيي در زمينه حفر تونل ومعدن ميباشد.

الف: سيستم  TMS که شامل دو بخش:   برداشت پروفيل برداري و پياده کردن المان هاي مورد نياز در امور زيرزميني مي باشد. اين سيستم بطور اتوماتيک با يک توتال استيشن حرفه اي سري TPS 1100 تلفيق شده است و عمليات مورد نظر را انجام مي دهد. به کمک اين سيستم ميتوان بطور اتوماتيک اقدام به برداشت و کنترل مقاطع مختلف تونل نمود و همچنين مي توان خطوط برش حفاري و چالزني و محل نصب عوارض مختلف را بر روي پايلوت و يا ديواره ها پياده کرد. به همراه نرم افزار مخصوص تدارک ديده شده مي توان مقادير اختلاف طرح با وضعيت اجراء شده را تعيين کرده ومشاهده نمود.

ب: دستگاه هاي سري 400 معدني: که اين محصول نتيجه فعاليت کمپاني لايکا در زمينه صنعت معدن و بناهاي زيرزميني ميباشد. اين سيستم داراي برنامه هاي مهم نقشه برداري زير زميني از قبيل برداشت پايه ها و مسير حرکت پياده کردن خطوط تراز و انجام برداشت هاي زير زميني به روش افست و اخراج عمود مي باشد. ضمن اينکه دستگاه برنامه هاي استاندارد سري 400 را نيز درخود دارد.اين سيستم بر مبناي حفظ امنيت داده ها به عنوان يک اولويت مهم گسترش يافته و قابليت تنظيم کلمه رمز عبور را نيزدارد. پيکربندي کلي دستگاه و اپراتوري ان نيز ساده بوده و همانند دستگاه هاي استاندارد ميباشد.

-  سيستم پروفيل برداري موسوم  به PROFILER 4000:

اين سيستم ابزار نيرو مندي براي پروفيل برداري در نقشه برداري هاي کنترلي است که براي اندازه گيري سطوح  ومقاطع زيرزميني بسيار کارآ و موثر مي باشد.

پیشرفت های اخیر نقشه برداری کنترلی ژئودتیک جهت احداث تونل های بزرگ:

روشهای جدید احداث تونل و کاربرد آن به ویژه در زمینه هدایت و کنترل , اغلب نیازمند به دقت کافی در مورد جهت یابی تونل است. ابزارهای جدید علم نقشه برداری مانند GPS و رقیب دیرینه ان ژیرو-تئودولیت  ,قادر هستند نیاز فوق را براورده نمایند. ماشین های جدید حفاری تونل , همراه با دستگاه های تمام خودکار جهت یاب و همراه با سیستم های خودکار مسیر سازی تونل داری توانایی احداث تونل با رشد بالا بوده و هدایت و حفر ان را با دقت زیادی امکان پذیر ساخته است. برای رسیدن به چنین تواناییهایی ضریب اطمینان دقت د نقشه برداری برای جلوگیری از انحراف مسیر تونل و جهت یابی انها بسیار دقیقتر خواهذ شد. این اطمینان به وسیله دقت های بسیار بالایی که در هنگام طراحی و اجرای نقشه برداری کنترلی پروژه رعایت می گردد ارایه خواهد شد. فن اوری جدید علم نقشه برداری همانند سیستم تعیین موقعییت ماهوارهای GPS , ژیرو-تئودولیت با دقت بالا و وسایل الکترونیکی برای اندازه گیری زاویه و مسافت به ما کمک می کنند.

موقعيت جغرافيايي ايران

ايران 1648198 کيلومتر مربع يا 636375 مايل مربع وسعت دارد که 7/0 آن را آب تشکيل مي دهد. ايران يک کشور آسياي غربي ست و در منطقه خاورميانه و نيز آسياي مرکزي و قفقاز واقع شده. ايران با کشورهاي ارمنستان, آذربايجان (شامل جمهوري نخجوان) و ترکمنستان در شمال, افغانستان و پاکستان در شرق و عراق و ترکيه در غرب مرز دارد. به علاوه ايران در خليج فارس با کشورهاي کويت, عراق, عربستان سعودي, بحرين, عمان, قطر و امارات متحده عربي مرز آبي دارد. مساحت ايران يک پنجم مساحت آمريکا و تقريبا سه برابر فرانسه است.ايران يکي از کشورهاي وسيع جهان است که در محدوده 25 درجه و سه دقيقه الي 39 درجه و 47 دقيقه عرض شمالي و 44 درجه و پنج دقيقه الي 63 درجه و 18 دقيقه طول شرقي واقع شده است. عرض جغرافيايي يک کشور مطالب زيادي درباره رابطه آن کشور با خورشيد و ميزان دريافت تابش خورشيد در آن در اختيار ما قرار مي دهد. ايران در عرض هاي جغرافيايي بالا قرار دارد و ويژگي عرض هاي جغرافيايي بالا اين است که تفاوت بين فصل ها در آن ها بيشتر است.

موقعیت جغرافیایی استان کرمان

استان كرمان در جنوب وجنوب شرق كشور بين طول هاي جغرافيايي 21 °54 تا 34 °59 شرقي و عرض هاي 29 °26 تا 58 °31 شمالي قرار دارد. مساحت اين استان 181714 كيلومتر مربع بوده و مركز آن شهر كرمان با ارتفاع 1754 متر از سطح دريا مي‌باشد.

 

موقعیت جغرافیایی معدن آموزشی زغالسنگ کرمان

این معدن در جنوب غربی شهر کرمان  واقع در جاده تهران و بلوار شهدای زغالسنگ به طول جغرافیایی N ‘16°30 وعرض جغرافیایی  ‘E 01°57 و ارتفاع 1757 متر از دریا می باشد.

 

 

وسایل مورد استفاده در نقشه برداری:

دوربین تئودولیت (BOIF – TDJ6E)                                                    

دقت زاويه افقی :1 ± دقيقه

بزرگنمايي عدسي : 30 برابر

محدوده دمای قابل تحمل : 50+ تا 30-

وزن : 4.3 كيلوگرم

مشخصات عمومی :

دقت زاويه ای بالا

مطمئن برای کار در معدن

با تصوير واضح و شفاف                                                                 

سازگار با تجهيزات جانبی برای تئودوليت مانند چپقی و ...

 

محاسبات نقشه برداری:

طرز اندازه‌گيري زاويه افقي با تئودوليت

اگر لمب افقي از درجه صفر ، گذشته باشد در اين صورت مقدار زاويه برابرست با

                                                                                                                                                                                                       

 

 

روش اندازه گیری زاویه شیب

در بعضی از تئودولیتها وقتی دوربین در حالت افقی است قرائت مربوط به لمب قائم، صفر و در حالت معکوس 180 درجه یا 200 گراد است (زاویه شیب یا V).

در بعضی دیگر این زاویه در حالت افقی دوربین 90 درجه یا 100 گراد و در حالت معکوس 270 درجه یا 300 گراد است (زاویه سمت الرأسی یا z).

نکته: در حالت دوم برای بدست آوردن شیب بایستی از فرمول زیر استفاده نمود:

 

V=90-Z یا V=100-Z

V=270-Z یا V=300-Z

 

اندازه‌گيري اختلاف ارتفاع دو نقطه به كمك تئودوليت (ترازيابي مثلثاتي)

 

 

 

 

 

اگر x1‌و y1 مختصات نقطه معلوم A و x2‌و y2 مختصات نقطه مجهول B و AB=L طول ضلع در شكل 4-5 باشند در نتيجه داريم:

 

 

 

 

 

 

 

 

آزیموت : زاويه‌اي كه هريك از شمالها با يك امتداد معين مي‌سازند به نام گراي مستقيم ناميده مي‌شود چنانچه به گراي مستقيم مقدار 180 درجه را اضافه يا كم كنيم، گراي معكوس به دست خواهد آمد.