روش های ساخت
روندهای آینده در بازرسی اتوماتیک تونل
موضوع : بازرسی اتوماتیک تونل
(Towards Fully Automated Tunnel Inspection: A Survey and Future Trends)
نویسندگان :
C. Balaguer, R. Monteto, J. G. Victores, S. Martinez and A. Jordan
Robotic Lab, University Carlos III of Madrid, Spain
محل ارئه :
The 31st International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining (ISARC 2014)
ترجمه و خلاصه نویسی : میلاد اورک (دانشجوی دکتری مهندسی و مدیریت ساخت)
چکیده :
محیط تونل دارای ویژگی های همراه با گرد و غبار، رطوبت و فاقد نور طبیعی است. ضربات طبیعی و مصنوعی، تغییر در نحوه بارگزاری، اثرات کهنگی و فرسودگی، تونل را نیازمند بازرسی و تعمیر و نگهداری می سازد. این عملیات ها که معمولا توسط انسان انجام می گیرد، وقت گیر و نیازمند تجربه و تخصص بوده و تضمینی از کنترل کیفیت نیز نخواهد داشت. بازرسی و تعمیر و نگهداری روباتیک تونل (RTIM ) یک روش با بهره وری، کیفیت و تکرارپذیری بالا را معرفی می کند. این مقاله به تشریح تمایل به این موضوع پرداخته و روشهایی مانند مدلسازی، روباتیک، الگوریتمهای کنترلی، سنسورهای تصویری و فراصوتی و استراتژیهای تصمیم گیری را ارائه می دهد.
مقدمه :
یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی مهندسین، بازرسی، ارزیابی، نگهداری و بهره برداری صحیح و ایمن از تشکیلات عمرانی موجود است. این موضوع پروژه های ساخت بزرگ مانند تونلها، پلها، راهها و خطوط لوله را شامل می شود. در مورد تونلها هم از نظر طول و هم از نظر تعداد افزایش داشته و خواهد داشت. البته باید این را گفت که تونلهای بسیاری با تکنولوژی مصالح و ساخت موجود بیش از پنجاه سال پیش ساخته شده اند.
فقط در ژاپن در سال 2006 تعداد تونلهای فعال بیش از 9000 مورد بوده است. تونلهایی مانند سیکان تونل (Seikan Tunnel ) با طول 54 کیلومتر که بخشی از آن زیر بستر رودخانه قرار دارد.
تونل ها بتدریج ناشی از کهنگی، عوامل محیطی، افزایش بار، تغییر کاربری، نگهداری ضعیف و به تاخیر انداختن تعمیرات، دچار خرابی می گردند. متاسفانه چندین مورد حوادث در ارتباط با شرایط سازه ای در تونلها اتفاق افتاده است؛ ازجمله فرو ریختن سقف تونل بیگ دین (Big Din ) در بوستون در سال 2006 و یا فرو ریختن تونل ساساگو (Sasago Tunnel ) در توکیو در سال 2012.
این مثالها نیاز به اتوماتیک شدن را از نظر اثرات هزینه ای و بازرسی های سخت تونلها در پیشگیری از چنین فجایعی نشان می دهد.
عیوب و خرابی های تونل:
اولین وجه بازرسی که باید تعریف شود، نوع خرابی است که ممکن است در تونل اتفاق بیافتد. شناسایی این خرابی ها برای انجام یک بازرسی خوب، رسیدگی به وضع تونل و انجام تعمیر و نگهداری در صورت لزوم، بسیار مهم است. برخی از خرابی ها عبارتند از :
بتن: پوسته شدن، ترک خوردن، قلوه کن شدن، باز شدن درزها، لایه لایه شدن
فولاد: خوردگی، ترک خوردن، کمانش و تاب خوردن، از بین رفتن لایه محافظ
بنایی: واحد بنایی(تغییر مکان، ترک، شکستن و خردشدن)، شکل ملات، خط تراز، نشت کردن
چوب: افت، حشره زدگی، تابیدگی، خطرات آتشی، نواحی توخالی، نشت کردن
روشهای بازرسی تونل:
هدف از بازرسی این است که کنترل کنیم که آیا عملکرد سازه با گذشت سالها همچنان ایمن است یا خیر. بر همین اساس خیلی خوب است که از روشهایی استفاده شود که اثرات منفی را بر سازه نداشته باشند و از روشهای بازرسی غیر مخرب (NDT ) بسیار متداول تر از روشهای مخرب هستند. همانگونه که قبلا گفته شد متداول ترین مصالح در تونل، بتن است؛ بنابراین روشهای بازرسی انجام شده عموما بر روی بتن اعمال می شوند. روشهای NDT عبارتند از: بازرسی چشمی، بیس مقاومتی، صوتی و فراصوتی، مغناطیسی، الکتریکی، حرارت نگاری، رادار، رادیو گرافی و روشهای آندوسکوپی.
سیستم های بازرسی روباتیک تونل:
استفاده از سیستم های روباتیک در ساخت، به یک زمینه تحقیقاتی رایج تبدیل شده و مطالعات بسیاری مزایای استفاده از آن و پروسه بازرسی پروژه های زیرزمینی را با نتایج منصفانه و بازدهی بالا بیان کرده اند. همچنین آنها با استفاده از بازرسی در محیطهای زیرزمینی بجای استفاده از بازرس ها، ایمنی را افزایش داده اند. بر همین اساس بازرسی دستی یا توسط انسان با روشهای دیگری از جمله روشهای مکانیکی، روباتیک با استفاده از دوربین، لیزر و سنسورها جایگزین شده است.
در این مقاله چند مورد مثال از بکارگیری روبات در بازرسی از تونل بیان شده که به اختصار در ذیل بیان می گردد.
1- در اینجا یک روبات کوچک سیار مورد استفاده قرار گرفته که به یک دوربین CCD مجهز است؛ روبات در یک فاصله ثابتی از دیوار با استفاده از چرخهای مختلف الشکل قرار میگیرد و تعدادی عکس گرفته میشود. دوربین دارای یک دستگاه ضد ویبره برای تثبیت عکسهای گرفته شده است. روبات داخل تونل رفته و شروع به بازرسی میکند اما اطلاعات بعد از جمع آوری همه عکسها پردازش میشوند و بازرسی شامل شناسایی ترک ها با استفاده از یک الگوریتم کامپیوتری میباشد.
2- در این مورد یک روبات سیار که به 21 سنسور التراسونیک و 6 دوربین ویدیویی مجهز شده که سنسورها در یک بشقاب نیم حلقه ای شکل قرار گرفته اند مورد استفاده قرار میگیرد. بازرسی شامل اسکن پوشش تونل برای بررسی تغییر شکلها میشود. نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که سیستم میتواند هنگامی که با سرعت 20 متر بر ثانیه حرکت میکند هر 14 میلی متر تغییر شکلها را شناسایی کند.
3- یک سیستم ساخته شده با یک دستگاه روبات کنترل از راه دور. این سیستم از یک تراک هشت تنی بعنوان ماشین پایه، یک سیستم اندازه گیری عرضی تونل، اندازه گیری الکترونیکی فاصله (EDM )، یک وسیله بکارگرفته شده برای تعیین محل ضربه، یک یونیت ضربه با پنج چکش که ضربه میزند و تجهیزات آن که روی بازوی دستگاه قرار دارند، یک بالا بر که روبات را تا سقف بالا می برد و یک کامپیوتر که همه این اجزا را کنترل میکند، تشکیل شده است. در این سیستم روش بازرسی بر اساس صدای ضربه عمل میکند که ضرباتی را چکش هیدرولیکی به دیواره بتنی وارد میکند و صدای ایجاد شده را به سیگنال تبدیل کرده و به تجزیه و تحلیل آنها می پردازد. این سیستم قادر است که تورق و حفرات را در پوشش دیواره بتنی پیدا کند. عملیات این سیستم را سه نفر اجرا میکنند؛ یک نفر سرکارگر(رئیس) یک نفر اپراتور و یک نفر راننده. این سیستم دارای یک کامپیوتر با صفحه لمسی است که روی دسته کنسول اپراتور قرار گرفته است.
4- یک مثال دیگر استفاده از دو لیزر برای بازرسی چکش مانند جهت شناسایی عیوب در سازه های بتنی در تونلهای انتقال استفاده میکند. این دستگاه روی یک چرخ موتوری واقع شده و تکنیک آن بر اساس شناسایی لرزه های طبیعی لایه بتنی بین سطح و داخل عیوب می باشد. این سیستم توتنایی شناسایی انواع مختلف عیوب داخلی از جمله حفره، ترک خوردگی و کرموشدگی را دارد. دقت آن در تعیین مکان عیب، در حدود 1 الی 3 سانتی متر و عمق 5 سانتی متر است.
نتیجه گیری :
نکته خیلی مهم در روش های ارائه شده کارکرد دستی انسان در محیط تونل است. یعنی اکثر روشهای ارائه شده بصورت tele-operated هستند و هیچکدام کاملا اتوماتیک انجام نمیشوند؛ و این کارب انسانی است که دستگاه را هدایت می کند و تصمیم می گیرد که چه کاری انجام شود. علاوه بر این در بسیاری موارد، پردازش داده ها بعد از انجام بازرسی انجام شده و در این میان تاخیر رخ میدهد. این تاخیر در صورتی که یک اشکال مهمی وجود داشته باشد، منجر به ناایمن بودن تونل می شود. سیستم های آینده باید قادر باشند که عملیات بازرسی و تعمیر و نگهداری را بصورت همزمان و با حداقل دخالت نیروی انسانی یا بدون دخالت آن انجام دهد.
آرشيو مطالب...