Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác thành lập lưới khống chế mặt bằng trong hầm khi thi công đào hầm đối hướng

Nội dung text: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác thành lập lưới khống chế mặt bằng trong hầm khi thi công đào hầm đối hướng

1. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG TRONG HẦM KHI THI CÔNG ĐÀO HẦM ĐỐI HƯỚNG NCS. DIÊM CÔNG HUY Viện KHCN Xây dựng - Bộ Xây dựng ThS. TĂNG QUỐC CƯỜNG Liên đoàn Intergeo - Tổng cục địa chất và Khoáng sản Việt Nam Tóm tắt: Nội dung của bài báo trình bày một số cao độ chính xác của cơ sở trắc địa trong thi công kết quả nghiên cứu về đặc điểm và giải pháp kỹ thuật hầm. Do đặc điểm của công tác thi công hầm nên vấn nhằm nâng cao độ chính xác của lưới khống chế mặt đề đo đạc thành lập lưới khống chế thi công trong bằng trong hầm, một số kết quả đo thực nghiệm để hầm có nhiều nội dung không thực hiện theo các lựa chọn dạng lưới khống chế mặt bằng trong hầm phương pháp truyền thống do lưới khống chế thi công phù hợp để nâng cao độ hiệu quả công tác định hầm được phát triển theo tiến độ đào hầm và thường hướng hầm khi thi công hầm đối hướng. thiếu các yếu tố đo kiểm tra ở ngoài thực địa v.v. Do 1. Đặt vấn đề đó cần phải nghiên cứu lựa chọn dạng lưới khống chế Khi thi công các công trình hầm đối hướng, độ trong hầm phù hợp nhất nhằm đảm bảo độ chính xác chính xác của công trình phụ thuộc rất nhiều vào công định hướng hầm và đáp ứng được các điều kiện thi tác định hướng hầm. Nếu công tác định hướng đào công hầm trong thực tế phù hợp với tiến độ thi công hầm làm không tốt thì kết quả thông hầm sẽ không công trình. đạt yêu cầu hạn sai làm ảnh hưởng đến chất lượng, 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu. tiến độ thi công công trình. Do vậy vấn đề định hướng 2.1 Khái niệm về sai số đào thông hầm. đường hầm là rất quan trọng trong công tác thi công Trong thi công đào hầm, do sai số của lưới đường hầm đào đối hướng. khống chế trên mặt đất, sai số đo liên hệ, sai số của Công tác định hướng hầm phải dựa vào cơ sở lưới khống chế trong hầm và sai số bố trí chi tiết nên trắc địa thi công hầm bao gồm: lưới khống chế mặt hai trục tim hầm đào đối hướng không thể gặp nhau đất, lưới khống chế trong hầm và công tác chuyền tọa chính xác tuyệt đối mà có một tỷ lệ lệch nhất định gọi độ và độ cao xuống hầm. Để đảm bảo cho công tác là sai số đào thông hầm đối hướng. Ký hiệu là ∆, sai thông hầm đạt hiệu quả cao nhất và nằm trong giới số trung phương tương ứng ký hiệu là M (hình 1). hạn cho phép thì cần giải quyết được vấn đề nâng H C P2 ∆ ∆h Y A P1 ∆q H X Hình 1. Sai số thông hầm trong không gian. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 45
2. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Giá trị ∆ được phân tích thành ba thành phần Tùy từng trường hợp cụ thể mà đường chuyền theo trục Y là ∆L, theo trục X là ∆q, theo trục Z là ∆h . trong hầm có nguyên tắc thành lập thích hợp. Tương ứng với các đại lượng này là: + Đường chuyền trong hầm thành lập dọc theo - Sai số trung phương hướng dọc (trùng với trục trục tim hầm hoặc lệch tim hầm một khoảng thích hầm): hợp, có các cạnh xấp xỉ bằng nhau. Các điểm đường chuyền được chọn ở nơi an toàn, ổn định ít bị ảnh mL = 0.5 ∆L (1) hưởng do thi công, điều kiện nhìn thông tốt, tia ngắm - Sai số trung phương hướng ngang (vuông góc phải cách chướng ngại vật trên 0,2m. với trục hầm): + Đối với đường hầm dài có tiết diện lớn có thể mq = 0.5 ∆q (2) thành lập đường chuyền khép kín hoặc đường - Sai số trung phương độ cao: chuy ền ch ính và đường chuyền phụ tạo thành vòng khép kín. Trong trường hợp có đường hầm dẫn song m = 0.5 ∆h (3) h song với đường chuyền chính thì đường chuyền đơn Trong các nguồn sai số thông hầm trên thì cần trong hầm dẫn cùng với đường chuyền trong hầm phải đặc biệt quan tâm đến sai số hướng ngang thông chính tạo thành vòng khép để có điều kiện kiểm tra. hầm m vì nguồn sai số sẽ có ảnh hưởng trực tiếp q - Trong trường hợp lưới đường chuyền được xem đến độ chính xác thi công hầm [2]. Chính vì thế nên là duỗi thẳng và chiều dài các cạnh của đường khi thành lập cơ sở trắc địa phục vụ thi công xây chuyền xấp xỉ nhau thì sai số trung phương vị trí điểm dựng các công trình hầm đối hướng cần phải nghiên cuối của đường chuyền nhánh trong hầm được tính cứu và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm làm giảm theo công thức [2]: ảnh hưởng của sai số hướng ngang thi công hầm m q 2 2 2 và một trong những giải pháp kỹ thuật đo là nghiên m mL m q (4) cứu nâng cao độ chính xác của lưới khống chế mặt Giá trị mL và mq lần lượt là sai số trung phương bằng trong hầm. hướng dọc và hướng ngang thông hầm tính theo 2.2. Lưới khống chế mặt bằng trong hầm công thức: - Lưới khống chế mặt bằng trong hầm thường mLS m n (5) được thành lập dưới dạng đường chuyền. Đường chuyền trong hầm phải được thành lập với độ chính m n 3 mq s (6) 12 xác cần thiết và cùng chung hệ tọa độ thống nhất với trong đó: khống chế trên mặt đất để chỉ hướng đào hầm, bố trí trục tim hầm, bảo đảm thông hầm đối hướng với độ n : là số cạnh của đường chuyền chính xác quy định. m  : là sai số đo góc của đường chuyền - Điểm và phương vị khởi đầu của đường chuyền mS : là sai số đo cạnh của đường chuyền trong hầm là điểm và phương vị của lưới khống chế mặt đất ở cửa hầm hoặc được chuyền từ trên mặt đất - Trong trường hợp lưới đường chuyền không xuống hầm qua giếng đứng, giếng nghiêng hoặc hầm được xem là duỗi thẳng nhưng các cạnh vẫn được đo bằng. Đường chuyền trong hầm có những đặc điểm: với độ chính xác như nhau thì sai số trung phương vị trí điểm cuối của đường chuyền nhánh trong hầm + Hình dạng của đường chuyền phụ thuộc vào được tính theo công thức [2]: hình dạng của đường hầm. 2 2 2 m  D 2 M = n.ms + n 1,i (7) + Đường chuyền trong hầm là đường chuyền treo " 2 được phát triển theo tiến độ đào hầm. Vì vậy, không 2 Trong đó: D n+1,i là khoảng cách từ điểm cuối đến thể đo đường chuyền liền một lúc mà phải đo ở hai điểm i của đường chuyền. điểm cuối kề nhau trong quá trình phát triển, muốn kiểm tra phải đo lại. 46
3. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 2.3. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao Từ những lý do trên chúng tôi nhận thấy cần thiết độ chính xác của lưới khống chế mặt bằng trong phải nghiên cứu một sơ đồ lưới khống chế trong hầm hầm nhằm đảm bảo sai số hướng ngang thông hầm mq và đáp ứng được yêu cầu tiến độ thi công đào hầm cần Trong thực tế do điều kiện thi công hầm chật hẹp thiết. Để có cơ sở trong việc thành lập cũng như đánh nên khi thành lập lưới khống chế thi công trong hầm giá độ chính xác lưới thì trước hết chúng tôi tiến hành chỉ có hai điểm khống chế là điểm gốc và một đường xây dựng lưới cơ sở làm điều kiện kiểm tra sau đó chuyền treo trong hầm, với phương án đo đạc như mới đi xem xét các đồ hình lưới thi công trong hầm. vậy sẽ không có điều kiện kiểm tra (hình 3). Do đó, trong trường hợp này người ta cố gắng làm mọi điều Phương án cơ sở: Trong phương án này đo tất cả để có thể tiến hành kiểm tra được độ chính xác thi các góc và cạnh của lưới và được đo nối với các điểm công hầm. Nếu đường chuyền này không đảm bảo độ GPS (hình 2). Tọa độ các điểm trong lưới sẽ được chính xác thì sẽ ảnh hưởng đến công tác thi công dùng làm điều kiện kiểm tra các phương án còn lại. hầm, làm chậm tiến độ cũng như tổn hao kinh phí. Hình 2. Đồ hình lưới cơ sở Các đồ hình thiết kế lưới thi công hầm gồm có các phương án sau: Phương án 1: Từ hai điểm gốc tại cửa hầm ta thiết kế đường chuyền đơn đi vào trong hầm (hình 3). Trong phương án này ta tiến hành đo tất cả các góc và cạnh của lưới. Hình 3. Đường chuyền treo Phương án 2: Từ điểm khống chế ở cửa hầm, thiết kế đường chuyền có dạng là đường chuyền kín dọc theo hai thành đường hầm (hình 4). Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 47
4. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình 4. Đường chuyền khép kín Phương án 3: Lưới đường chuyền trong hầm được thiết kế có dạng là đường chuyền tạo thành vòng khép kín và có đo tăng dày thêm một số góc (hình 5). Hình 5. Đường chuyền khép kín có đo thêm một số góc Phương án 4: Lưới khống chế trong hầm được thiết kế tạo thành vòng khép kín và đo tất cả các góc và cạnh như (hình 6). Hình 6. Đường chuyền khép kín đo tất cả các góc và cạnh của lưới. Cụ thể khối lượng đo của các phương án như sau: Phương án 4: Đo 58 trị đo gồm 34 trị đo góc, 24 Phương án cơ sở: Đo 66 trị đo gồm 40 trị đo góc, trị đo cạnh. 26 trị đo cạnh. Đây là phương án được dùng làm cơ 2.4 Kết quả ước tính độ chính xác lưới của lưới sở cho việc so sánh, và kiểm tra kết quả của các khống chế mặt bằng trong hầm phương án khác. Lưới mặt bằng trong hầm được ước tính theo Phương án 1: Đo tất cả là 12 trị đo, trong đó có 06 phương pháp chặt chẽ trên máy tính, ta được kết quả trị đo cạnh và 06 trị đo góc. tính toán cụ thể của các phương án. So sánh kết quả Phương án 2: Đo 26 trị đo gồm 13 trị đo góc, 13 ước tính các yếu tố đặc trưng của các phương án trị đo cạnh. như bảng 1. Phương án 3: Đo 42 trị đo gồm 24 trị đo góc, 18 trị đo cạnh. 48
5. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Bảng 1. Bảng so sánh kết quả ước tính theo các phương án STT Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 SSTP vị trí điểm yếu nhất 5.5 4.6 4.2 3.5 (mm) (Điểm 6) (Điểm 7) (Điểm 7) (Điểm 7) SSTP phương vị yếu 2.45” 2.38” 2.51” 2.12” nhất (”) (Cạnh 5 đến 6) (Cạnh 12 đến GPS1) (Cạnh 5 đến 6) (Cạnh 6 đến 7) SSTP tương đối chiều 1/23900 1/3000 1/20100 1/26900 dài cạnh yếu nhất. (Cạnh 5 đến 6) (Cạnh 6 đến 7) (Cạnh 6 đến 7) (Cạnh 6 đến 7) SSTP tương hỗ hai điểm 2.1 2.0 1.8 1.4 yếu nhất (mm) (điểm 5 đến 6) (điểm 12 đến GPS1) (điểm 8 đến 9) (điểm 12 đến GPS1) Nhận xét: máy toàn đạc điện tử Leica TC 1800 có độ chính xác đo cạnh m = 2mm+1ppm và độ chính xác đo góc m = 1”. Với kết quả ước tính sai số trung phương vị trí s β Tiến hành đo với từng phương án riêng biệt theo sơ đồ điểm yếu nhất của lưới mặt bằng trong hầm theo các đã thiết kế như các hình 2÷ hình 6. phương án đều nhỏ hơn sai số điểm cuối cho phép [2]. Vậy theo các phương án thiết kế trên đều đạt 3.2. Kết quả đo thực nghiệm lưới khống chế mặt được yêu cầu độ chính xác cho phép. bằng trong hầm 3. Đo đạc và tính toán thực nghiệm Sau khi tiến hành đo đạc theo các phương án đã thiết kế và qua quá trình bình sai ta có được tọa độ các 3.1. Đo đạc thực nghiệm điểm trong lưới theo các phương án. Sử dụng tọa độ Quá trình đo đạc thực nghiệm là để minh chứng cho các điểm lưới đã bình sai để kiểm tra và đánh giá ta có việc lựa chọn ra đồ hình hợp lý nhất, cũng như kiểm tra được bảng kết quả so sánh độ lệch theo hai trục của được các trị đo khi thành lập lưới khống chế thi công các phương án với phương án cơ sở như (bảng 2). trong hầm. Công tác thực nghiệm được tiến hành với Bảng 2. Bảng kết quả so sánh độ lệch tọa độ theo trục các phương án Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 Tên điểm ∆ Y ∆ X (mm) ∆Y (mm) ∆X (mm) ∆ Y (mm) ∆ X (mm) ∆ Y (mm) ∆ X (mm) (mm) 1 0.007 0.001 0.005 0.000 0.004 0.000 0.002 0.000 2 0.011 0.000 0.008 -0.001 0.006 -0.002 0.006 0.000 3 0.008 -0.002 0.004 -0.002 0.007 -0.002 0.008 0.001 4 0.015 -0.003 0.010 -0.005 0.012 -0.001 0.010 0.002 5 0.018 -0.005 0.010 -0.006 0.012 -0.001 0.013 0.003 6 0.026 -0.004 0.017 -0.004 0.017 0.004 0.017 0.005 7 0.020 -0.012 0.019 0.000 0.018 0.003 8 0.015 -0.007 0.013 0.000 0.012 0.003 9 0.013 -0.005 0.009 -0.001 0.010 0.002 10 0.001 -0.003 0.004 -0.002 0.008 0.001 11 0.003 -0.001 0.005 -0.001 0.006 0.000 12 0.004 -0.001 0.004 -0.001 0.002 -0.001 Bảng 3. Bảng kết quả bình sai các phương án STT Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 1.28 2.84 2.65 1.99 M (mm) p (Điểm 6) (Điểm 7) (Điểm 7) (Điểm 7) 4.45” 14.58” 14.94” 12.19” Mα ( ” ) (Cạnh: 5-6) ( Cạnh: 6-7) (Cạnh: 5-6) (Cạnh: 6-7) 1/10200 1/500 1/3000 1/4500 1/T (Cạnh: 5-6) (Cạnh: 6-7) (Cạnh: 6-7) (Cạnh: 6-7) Để minh họa rõ hơn sự khác nhau giữa các phương án, ta tiến hành xem xét ba vị trị điểm cuối của đường chuyền điểm 4, 5, 6 dưới dạng đồ thị như sau: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 49
6. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA - Đồ thị biểu diễn độ lệch theo ∆X (mq) - Đồ thị biểu diễn độ lệch theo ∆Y (mL) Hình 7. Đồ thị biểu diễn độ lệch theo trục X Hình 8. Đồ thị biểu diễn độ lệch theo trục Y - Đồ thị biểu diễn độ lệch các phương án theo sai số vị trí điểm Hình 9. Đồ thị biếu diễn độ lệch các phương theo sai số vị trí điểm Nhận xét: đảm bảo được các yêu cầu về độ chính xác khi thi - Thông qua đồ thị ta nhận thấy rằng độ lệch công đào hầm đối hướng. hướng ngang (mq) của phương án 1 so với các - Từ kết quả đo đạc thực nghiệm một số dạng phương án 2, 3, 4 là tương đương với nhau. Số lưới khống chế thi công trong hầm cho thấy: Dạng lượng trị đo ít hơn so với các phương án khác, phù lưới khống chế trong hầm phù hợp nhất là dạng tuyến hợp với điều kiện thi công của hầm. Phương án 4 có đường chuyền trong hầm được thành lập theo độ lệch tọa độ nhỏ nhất và độ chính xác cao nhất phương án 1 (hình 3). Đây là dạng lưới khống chế có nhưng số trị đo nhiều. Nên phương án này chỉ phù số lượng trị đo phù hợp, độ chính xác cao và đảm hợp cho các công trình hầm có kích thước lớn, yêu bảo được về mặt thời gian, chi phí khi phục vụ thi cầu độ chính xác cao. công xây dựng các công trình đường hầm ở nước ta. - Như vậy phương án 1 là phương án khả thi nhất TÀI LIỆU THAM KHẢO đối với công tác thành lập lưới khống chế trong hầm, 1. Hoàng Ngọc Hà. (2013), Giáo trình tính toán bình hoàn toàn đáp ứng được với điều kiện thi công của sai trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội. hầm chật, yêu cầu tiến độ nhanh trong công tác đào 2. Phan Văn Hiến. (2005), Trắc địa công trình ngầm. hầm đối hướng hiện nay mà vẫn đảm bảo được độ NXB Giao thông vận tải. chính xác của yêu cầu thông hầm. 3. Phan Văn Hiến và Đỗ Ngọc Đường. (2007), Thiết 4. Kết luận kế tối ưu lưới trắc địa công trình, Nhà xuất bản Từ những kết quả nghiên cứu về lý thuyết và tính Giao thông vận tải, Hà Nội. toán thực nghiệm chúng tôi rút ra kết luận sau: Ngày nhận bài: 07/8/2015. - Công tác định hướng hầm đóng vai trò rất quan Ngày nhận bài sửa lần cuối: 28/8/2015. trọng trong quá trình thi công công trình hầm nhằm 50