A MÁV KFV Kft. fő tevékenysége a vasúti pályadiagnosztika, amelyet elsősorban a sín- és vágány-, valamint a híddiagnosztikai tevékenység végzésével, a mérési, illetve vizsgálati adatok elemzésével lát el. A felépítményi pályahibák oka gyakran alépítményi hibákban kereshető, ezért felmerült az igény, hogy a korábban végzett mérések információin felül újabb diagnosztikai szolgáltatással – geofizikai vizsgálatokkal – tudja a megrendelő vasúttársaságokat ellátni társaságunk, és ezáltal részletes információkat szolgáltatni a vasúti zúzottkő ágyazat és az alépítmény állapotáról, minőségéről. A geofizikai vizsgálatokat több éve végez társaságunk a MÁV Zrt. részére alvállalkozók bevonásával. Az elmúlt időszak pozitív tapasztalait követően 2021-től saját georadar mérő-kiértékelő rendszerrel rendelkezik a MÁV KFV Kft. Nagyon gyakori mérési módszer a multielektródás geoelektromos szelvényezés (ERT), amely a legtöbb töltés és bevágás, hídháttöltés és támfalszerkezet vizsgálatánál előfordul. A georadaros vizsgálatokkal együtt az ERT-mérések hatékonyan alkalmazhatók vasúti vizsgálati környezetben. Igény esetén olyan részletes geofizikai vizsgálati módszereket is alkalmazunk, mint a szeizmikus vizsgálat, a sajátpotenciál-mérés (SP-mérések), a Slingram-vizsgálat és nem utolsósorban a mikrogravimetria. Ezen mérések felhasználhatóságát azonban jelen cikkünkben nem tárgyaljuk részletesen.
A pálya karbantartásának és fenntartásának optimalizálásához is nagyon hasznos az ágyazat és a közvetlenül alatta elhelyezkedő rétegek helyzetének és azok folytonosságának ismerete. A vasúti pályák építése, átépítése során a geotechnikai mintavételezés a korábbi gyakorlatban nem volt folyamatos, hanem 300-500 méteres pontszerű mintavételi közökkel történt, ezért a talajmechanikai vizsgálatok nem adtak teljes képet az esetleges talajinhomogenitásokról. E hiányosságra ad megoldást a folyamatos georadar (földradar) -vizsgálat, mint elektromágneses sugárzással működő roncsolásmentes geofizikai módszer.
A georadaros mérés alapja, hogy egy elektromos tekercs (adó) jellemzően 10 MHz–2,5 GHz közti frekvenciájú elektromágneses jelet generál, amely a felszínhez közeli rétegekben terjed és visszaverődik a réteghatárokról, majd egy másik tekercs (vevő) detektálja a visszaérkező hullámokat. A beérkezési időkből következtethetünk a rétegek vastagságára, a visszaérkező jelalakokból az ágyazat szennyezettségére, valamint annak relatív víztartalmára. A radarmérések az elmúlt két évtizedben nagy fejlődésen mentek keresztül, adott mennyiségű nyers adatból kétszer-háromszor annyi információ hasznosítható, mint az ezredfordulón.

Alépítmény-vizsgálatok georadarral

A vasúti környezetben alkalmazható, roncsolásmentes alépítmény-vizsgálati lehetőségek elsődlegesen alkalmazandó módszerének számít a georadarral történő vizsgálat. Segítségével folyamatos, akár nagyobb hosszban végzett mérésekkel képet kaphatunk a meglévő, illetve az újonnan megépült, átépített vasúti vágányok alépítményi rétegrendjének minőségéről és helyzetéről. Kiválóan alkalmazható az alépítmény hibás pályaszakaszok lokális hibahelyeinek kiszűrésére, ahova a további részletes vizsgálatok összpontosíthatók. Megoldást nyújt az átépült pályaszakaszokon megvalósult alépítményi rétegrendek ellenőrzésére, vagy éppen a vasúti zúzottkő ágyazat szennyezettségi szintjének, elnedvesedésének meghatározására is. A georadar mérőrendszer az 1. ábrán látható.

A hazai pályadiagnosztikai mérések korszerű geofizikai mérési technológiával történő kiegészítése alkalomszerűen a 2000-es évek elejétől vette kezdetét, külső szakalvállalkozó cégek bevonásával. A vizsgálatok az alábbi területekre terjedtek ki:
– Átépítés előtti, illetve átépítés utáni vasúti pályaszakaszok egyes alépítményi szerkezeti rétegeinek a feltárása vasúti járműre szerelt georadarral.
– Átépült vasúti pályarészekbe beépült ágyazat, illetve alépítményi szerkezeti rétegek, georadarral detektálható (RDG) geotextília gépi úton (vasúti járműre szerelten) történő vizsgálata, akár egyszerre több hossz-szelvény mentén.
– Műtárgyhoz csatlakozó pályarészek kézi geofizikai vizsgálata.
– Támfalszerkezetek kézi geofizikai vizsgálata (2. ábra).
– Alépítményhibás pályaszakaszok, töltés- és bevágási rézsűfelületek kézi geofizikai vizsgálata (3. ábra).
A radarmérések eredményei láthatók a 4. ábrán, amelyen megfigyelhető az alépítményről készült radarfelvételeken (GPR-diagram) látható rétegvastagság (rétegrendszer) és ágyazatszennyezettségi mutató is. Az eredményekből megállapítható, hogy az alépítményben is szerkezeti elváltozások alakultak ki a pálya használata során.
A geofizikai eredményeket jól ki tudja egészíteni a függőleges vágánygeometriai paraméter, a süppedés szórásalapú és idősoros feldolgozása, amelyet süppedés mozgó-szórásnak nevezünk.
A hibák „fejlődése” jól megfigyelhető a GPR-adatokkal szinkronizált süppedés mozgó-szórás adatokon is, az ágyazatban a relatív nedvességtartalom is emelkedett szinten van (sötétkék), feltehetőleg az ágyazat nagyfokú aprózódása, annak szennyezettsége miatt.

A süppedés mozgó-szórás és az ágyazatszennyezettség magas szélső értekei fekete színnel vannak jelölve a 4. ábrán.
A georadar-vizsgálat rámutatott a vizsgálati módszer előnyeire, hiszen segítségével a rövid, illetve pontszerű vizsgálati helyszíneken gyorsan és rövid időn belül, illetve nagyobb hosszon vasúti járműre szerelt folyamatosan pályasebességgel lehet felvenni aktuális állapotú georadar-alépítményi hossz-szelvényeket.

Tekintettel arra, hogy a terepen végzett vizsgálatról kapott nyers radarfelvételek (radarogramok) terheltek lehetnek zavaró egyéb felvett jelekkel, úgynevezett zajokkal, amit például a mérés közelében lévő fémes tárgyak okozhatnak, ezért ezeket a zavaró jeleket a radarogramok feldolgozása során el kell távolítani az adatrendszerből. A vizsgálati adatok kiértékelése ezt követően történik, az erre kifejlesztett kiértékelőszoftver segítségével. Ennek képe látható az 5. ábrán.
A georadarral első vizsgálati körben lehatárolhatók azok a pályaszakaszok vagy éppen más vizsgált területek, amelyek mentén a részletesebb, konkrétabb információk megszerzése érdekében további geofizikai vagy éppen talajmechanikai vizsgálati módszereket lehet alkalmazni.

A georadar-radarantennák domináns frekvenciájának megfelelő megválasztásával különböző mélységig képet adó hossz- és keresztszelvényeket vehetünk fel a vizsgált pályaszakaszokról. Az alkalmazott elektromágneses hullámok frekvenciájától függ a módszer behatolási képessége és felbontóképessége is. A domináns frekvencia növelésével növelhető a mérések felbontóképessége, azonban a nagyobb energiájú hullámok könnyebben elnyelődnek a különböző réteghatárokon, és emiatt csökkenhet a vizsgálatok behatolási mélysége. A vizsgálatokhoz általában 100 MHz-től 1 GHz-ig terjedő frekvenciájú antennákat alkalmazunk a földmű, az ágyazat, a hídháttöltések vagy éppen bevágásban vezetett pályarészek, támfalszerkezetek mögötti töltések, de akár az alagutak falazatai mögött lévő anyagfolytonossági viszonyok vizsgálatára. Az antennák által kibocsátott sugárzás behatolási mélysége függ a hullámok frekvenciájától, ennek megfelelően a nagyobb frekvenciához kisebb behatolási mélység, viszont nagyobb felbontás társul. A 100 MHz-es antenna sugárzásának behatolási mélysége 5-6 méter körül változik, a 400 MHz-es antennáé, amelyet a mérővonatos vizsgálatokhoz is használunk, maximum 1,5-2 méterre tehető. Míg a 1 GHz-es horn (kürt) antenna sugarainak behatolási mélysége ~0,5 és 1 m között változik.
A georadar vasúti környezetben történő alkalmazásakor a terepi méréseket további segédeszközökkel, mérőegységekkel szükséges kiegészíteni, így jeladó által szolgáltatott külső útjellel, korszerű helyazonosító rendszerrel (GPS), valamint a vizsgált vasúti vágány környezetét rögzítő videokamera-rendszerrel és egy lézerszkennerrel. Az egyes mérőegységelemek elhelyezkedése látható a 6. ábrán.

Multielektródás geoelektromos szelvényezés

A vasúti földmű geofizikai vizsgálatának keretében a földradar mellett sok esetben a multielektródás geoelektromos szelvényezés (electrical resistivity tomography – ERT) alkalmazására is sor kerül azokon a helyeken, ahol szükséges a lokális alépítményi hibák részletes lehatárolása. A módszer lényege, hogy 20-25 cm hosszú rozsdamentesacél elektródákat helyezünk el egységes távolságra egymástól a vizsgálandó szelvény mentén. Az elektródák távolsága 0,5–5 méter között változhat, ettől a távolságtól függ a mérés felbontóképessége. Minél nagyobb az elektródatávolság, annál kisebb mérésünk felbontása, azonban a nagy elektródatávolság választása esetén térképezni tudjuk a mélyebben elhelyezkedő kőzetek fajlagos ellenállásértékeit.

A gyakorlatban általában 2–2,5 méteres elektródatávolságot választunk a vasúti pályával párhuzamosan felvett ERT-hossz-szelvényeknél, míg a nagyobb felbontás és a részletesebb felvételek érdekében 1 méteres elektródatávolságot használunk a vasúti pályára merőlegesen telepített keresztszelvényeknél. A méréshez használt kábeleket ilyenkor az ágyazat megbontása nélkül a vasbeton aljak között és a síntalp alatt vezetjük át, a vasúti forgalom zavarása nélkül, a vasúti űrszelvényen kívül végezve a méréseket. A mérés során a leszúrt elektródákon keresztül elektromos áramot vezetünk a talajba, az ezáltal gerjesztett feszültséget mérjük. Az így kapott információkból következtetni tudunk a felszín alatti térrész fajlagos elektromos ellenállására, amelyből megtudhatjuk a töltés kőzetösszetételét és víztartalmát. A mérések terepi kivitelezése látható a 7. ábrán. A módszer, többek között, alkalmazható például hídháttöltések állapotának vizsgálatára, ahogy a 8. ábrán is látható. Részletes ellenállásadatokkal kimutathatók a magas víztartalmú rétegek (kék/zöld színnel, valamint B1-gyel jelölt rétegek), mind a pályában, mind az alépítményben egyaránt. A módszerrel pontosabb képet kaphatunk a víztelenítési hiányosságok hosszirányú és mélységi kiterjedéséről, valamint a pálya és az alépítmény esetleges inhomogenitásairól (A2-vel jelölt szakaszok).
A georadaros és geoelektromos szelvényezési mérésekből kapott eredmények kiváló elsődleges információkat biztosítanak a vasúti pályaszint alatti ágyazati és alépítményi rétegek állapotáról, illetve a további részletes (költségesebb) geofizikai vizsgálatok (például Slingram – SP) vagy talajmechanikai vizsgálatok (talajfúrások, szondázások) lokális alkalmazásának eldöntéséhez.

Összegzés

A georadarral első vizsgálati körben lehatárolhatók azok a pályaszakaszok, vagy éppen más vizsgált területek, amelyek mentén a részletesebb, konkrétabb információk megszerzése érdekében további geofizikai vagy éppen talajmechanikai vizsgálati módszereket lehet alkalmazni.
A multielektródás geoelektromos szelvényezés pedig hatékonyan egészíti ki a GPR-vizsgálatokat és remekül alkalmas a töltésanyag homogenitásának, rétegeinek és víztartalmának meghatározására.