มจธ.-ญี่ปุ่น ร่วมพัฒนามาตรฐานสำรวจโพรงใต้ดิน ยกระดับความปลอดภัย

จอแสดงผลจากกล้อง 360
⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼

ภาพหลุมยุบขนาดใหญ่บริเวณใจกลางกรุงเทพฯ ยังเป็นภาพจำที่หลายคนตื่นตระหนก จนเกิดคำถามสำคัญว่านี่คืออุบัติเหตุเฉพาะจุด หรือคือสัญญาณเตือนถึงปัญหาระดับโครงสร้างภายใต้พื้นดินทั่วกรุงเทพมหานคร คำตอบกำลังถูกเปิดเผยด้วยหลักการทางวิทยาศาสตร์ จากความร่วมมือทางวิชาการระหว่าง มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) โดยภาควิชาวิศวกรรมโยธา และ Ehime University ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งนำมาสู่การเผยแพร่ "มาตรฐานการสำรวจโพรงใต้ดินฉบับแรกของประเทศไทย" โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเปลี่ยนการรับมือจาก 'การซ่อมหลังถล่ม' (Reactive Maintenance) ไปสู่ 'การป้องกันเชิงรุก' (Predictive Maintenance) ด้วยข้อมูลที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยี

        ท่ามกลางความตื่นตระหนกจากเหตุการณ์หลุมยุบ ศาสตราจารย์ วรัช ก้องกิจกุล จากภาควิชาวิศวกรรมโยธา มจธ. หัวหน้าทีมวิจัยไทย-ญี่ปุ่น ได้ให้มุมมองที่ช่วยลดความหวาดกลัวว่า "โพรงใต้ดิน” เป็นความปกติที่ป้องกันได้ โพรงใต้ดินมักเกิดจากการเสื่อมสภาพของโครงสร้างสาธารณูปโภคใต้ดิน เช่น ท่อระบายน้ำหรือท่อประปาที่แตกร้าว รั่วซึม หรือมีรอยต่อไม่สมบูรณ์ โดยเฉพาะบริเวณรอยต่อที่ชำรุดเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน"

ทีมวิจัยจากซ้าย - Professor Jun Shinohara, ศาสตราจารย์ วรัช ก้องกิจกุล และ Professor Mitsumasa Yamashina

⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼

        กลไกนี้ยิ่งรุนแรงขึ้นในพื้นที่กรุงเทพฯ ที่เป็นดินเหนียวอ่อนซึ่งไวต่อการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำใต้ดินตามฤดูกาลและปริมาณฝน ทำให้เกิดการไหลเวียนของน้ำใต้ดินอยู่เสมอ อีกทั้งการถมทรายรองรอบท่อระบายน้ำยิ่งทำให้บริเวณดังกล่าวถูกพัดพาได้ง่ายเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำในช่วงน้ำหลากหรือน้ำแล้ง ส่งผลให้มวลดินไหลไปพร้อมกับน้ำ ขณะเดียวกันแรงสั่นสะเทือนจากการจราจร โดยเฉพาะรถบรรทุกหนัก ทำให้รอยต่อ ระหว่างท่อ และระหว่างท่อกับแมนโฮล ชำรุดจนเกิดรอยรั่ว น้ำใต้ดินจึงพัดพาทรายและดินอ่อนเข้าสู่ท่อ ทำให้โพรงก่อตัวและขยายตัวจนพัฒนาเป็นหลุมยุบได้ในที่สุด ซึ่งเป็นปัญหาโครงสร้างพื้นฐานที่ต้องจัดการอย่างเป็นระบบ และหากสามารถตรวจพบตำแหน่งและขนาดของโพรงได้ล่วงหน้า ก็จะซ่อมแซมได้ก่อนเกิดความเสียหายรุนแรง

        เพื่อรับมือกับปัญหานี้ ทีมวิจัยได้นำใช้เทคโนโลยี GMS3 (GPR Mobile Mapping System 3D) จากญี่ปุ่น ซึ่งเปรียบเสมือน "ดวงตา" ที่สามารถมองทะลุพื้นดินได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว โดยมี Professor Jun Shinohara และ Professor Mitsumasa Yamashina จาก Ehime University เป็นผู้เชี่ยวชาญในการถ่ายทอดองค์ความรู้นี้ หัวใจสำคัญของ GMS3 คือ การผสานระบบเรดาร์สำรวจใต้ดิน (GPR) เข้ากับระบบทำแผนที่เคลื่อนที่ (MMS) ที่ใช้เทคโนโลยีภาพ 360 องศาเพื่อเสริมความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของโพรงใต้ดิน

ระบบเรดาร์สำรวจใต้ดิน (GPR)
⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼

        Professor Jun Shinohara อธิบายว่าเทคโนโลยี GMS3 คือ นวัตกรรมใหม่ของการสำรวจถนนและโพรงใต้ดิน เพราะสามารถเก็บข้อมูลได้รวดเร็วด้วยความเร็วในการวิ่งสำรวจสูงถึง 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ทำให้ไม่ต้องปิดถนนหรือรบกวนการจราจรนานเหมือนในอดีต อีกทั้งยังมีความแม่นยำในระดับเซนติเมตร โดยอาศัยเทคโนโลยี Camera Vector (CV) ช่วยแก้ไขข้อมูลดาวเทียม (GNSS) ทำให้ตรวจจับตำแหน่งโพรงใต้ดินได้อย่างเที่ยงตรงแม้ในพื้นที่อับสัญญาณ เช่น ใต้ทางด่วนหรือระหว่างตึกสูง ที่สำคัญคือการวิ่งสำรวจเพียงครั้งเดียว GMS3 จะเก็บข้อมูลทั้งผิวถนนและโครงสร้างใต้ดินไปพร้อมกัน ทำให้ได้ข้อมูลครบถ้วนพร้อมสำหรับการวิเคราะห์ วางแผนซ่อมบำรุง และป้องกันปัญหาเชิงระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ

        แม้เทคโนโลยีจะพร้อมใช้งานแล้ว แต่ความท้าทายสำคัญคือการพัฒนาเกณฑ์ประเมินความเสี่ยงการเกิดหลุมยุบจากข้อมูลโพรงที่สำรวจพบ โดย “เส้นผ่านศูนย์กลางของโพรง (D)” และ “ความลึกจากผิวถนนถึงส่วนบนสุดของโพรง (Hc)” ซึ่งได้จากการสำรวจด้วย GPR เป็นตัวแปรหลักที่ใช้ทั้งในญี่ปุ่นและไทย อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของโครงสร้างถนนและสภาพชั้นดินระหว่างสองประเทศ ญี่ปุ่นใช้ถนนผิวทางแอสฟัลท์ ในขณะที่ไทยใช้ถนนผิวทางคอนกรีต ทำให้ไม่สามารถนำเกณฑ์ญี่ปุ่นมาใช้โดยตรงได้ ทีมวิจัย มจธ. จึงพัฒนาเกณฑ์ใหม่ที่เหมาะกับถนนคอนกรีตของไทย ผ่านการทดสอบในห้องปฏิบัติการและการวิเคราะห์ด้วยแบบจำลอง FEM เพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมการยุบตัวของผิวถนนเมื่อมีโพรงอยู่ด้านล่าง โดยยังคงใช้ตัวแปร D และ Hc ที่ได้จาก GPR เช่นเดิม แต่กำหนดเกณฑ์ใหม่ให้สอดคล้องกับสภาพโครงสร้างถนนของไทย โดยเฉพาะในกรณีโพรงตื้นซึ่งเป็นความเสี่ยงสำคัญ ศ.ดร.วรัช อธิบายว่า หากโพรงมีขนาดเท่ากัน ความเสี่ยงจะขึ้นอยู่กับความลึกจากผิวถนน เช่น โพรงกว้าง 50 เซนติเมตรเหมือนกันแต่ลึก 80 เซนติเมตรยังมีโครงสร้างชั้นทางช่วยรับน้ำหนัก ทำให้โอกาสยุบตัวน้อยกว่า แต่หากโพรงเดียวกันอยู่ตื้นเพียง 20 เซนติเมตร ความหนาของชั้นโครงสร้างชั้นทางที่เหลืออยู่จะลดลงจนไม่สามารถถ่ายแรงลงสู่ดินฐานรากได้อย่างมั่นคง ทำให้ผิวคอนกรีตเสี่ยงแตกร้าวและยุบตัวทันทีเมื่อมีรถวิ่งผ่าน ดังนั้น หากขนาดโพรงเท่ากัน โพรงที่ตื้นกว่าย่อมมีความเสี่ยงสูงกว่า

เครื่องตรวจอสอบโพรงใต้ดิน (ตรวจซ้ำในจุดที่ค้นพบด้วยรถแล้ว)
⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼

        Professor Mitsumasa Yamashina เล่าว่า การสำรวจถนนในกรุงเทพฯ และปริมณฑลด้วยรถสำรวจ GMS3 ระยะทางกว่า 338 กิโลเมตร พบจุดต้องสงสัยว่าเป็นโพรงมากถึง 313 จุด หรือเฉลี่ยประมาณ 1 โพรงต่อระยะทางสำรวจ 1 กิโลเมตร ซึ่งเป็นอัตราที่สอดคล้องกับผลการสำรวจ GPR ในญี่ปุ่นเช่นกัน การพัฒนา “มาตรฐานการสำรวจโพรงใต้ดินฉบับแรกของประเทศไทย” จึงเป็นก้าวสำคัญ เพราะเป็นครั้งแรกที่หน่วยงานหลักอย่าง กรุงเทพมหานคร กรมทางหลวง กรมทางหลวงชนบท และหน่วยงานที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ จะได้ร่วมกันพัฒนาและแลกเปลี่ยนองค์ความรู้จากประสบการณ์จริง เพื่อให้เกิดมาตรฐานการสำรวจโพรงด้วย GPR และเกณฑ์ประเมินความเสี่ยงการเกิดหลุมยุบที่เป็นแนวทางเดียวกัน ช่วยให้สามารถจัดลำดับถนนที่ต้องซ่อมแซมเร่งด่วนได้อย่างเป็นระบบและแม่นยำมากขึ้น.

        ศ.ดร.วรัช เปรียบการสำรวจโพรงใต้ดินว่าเป็นเสมือน “การทำประกันสุขภาพ” ให้ถนน เพราะเป็นการลงทุนล่วงหน้าเพื่อป้องกันความเสียหายในอนาคต แทนที่จะรอให้ถนนยุบหรือถล่มแล้วค่อยซ่อม ซึ่งมีต้นทุนสูงกว่าอย่างมาก ระยะต่อไปคือการนำข้อมูลจากรถสำรวจ GMS3 มาพัฒนา “แผนที่ความเสี่ยงโพรงใต้ดิน” ทั่วประเทศ เพื่อให้หน่วยงานสามารถจัดลำดับพื้นที่เร่งด่วนและใช้งบประมาณได้อย่างคุ้มค่าและแม่นยำ ความร่วมมือไทย–ญี่ปุ่นครั้งนี้จึงไม่เพียงยกระดับเทคโนโลยี แต่ยังเป็นก้าวสำคัญในการเสริมความปลอดภัยของระบบโครงสร้างพื้นฐานของประเทศ เพราะความเสียหายจากหลุมยุบอาจประเมินค่าไม่ได้

รถยนต์ตรวจสอบโพรงใต้ดิน
⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼

กล้อง 360 และตัวรับสัญญาณ
⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼⎼