+ Quan trắc chuyển vị nền đường đắp cao: Kiến nghị độ chính xác của công tác quan trắc và chu kỳ quan trắc, ứng dụng máy TBĐT, máy TĐĐT quan trắc chuyển vị nền đường 6.. XÁC ĐỊNH NỘI DUN
Trang 11 Lý do lựa chọn đề tài
Công tác trắc địa được tiến hành từ giai đoạn khảo sát thiết kế đến thi công và khai thác đường ô tô, là khâu quyết định đến chất lượng khảo sát địa hình, đảm bảo chất lượng về kích thước hình học trong thi công, quan trắc chuyển vị của nền mặt đường Vì vậy công tác trắc địa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng xây dựng và an toàn trong khai thác
Với những tiến bộ của khoa học công nghệ, trong trắc địa đã xuất hiện những thiết bị đo đạc hiện đại như công nghệ GPS, máy toàn đạc điện tử (TĐĐT), máy thủy bình điện tử (TBĐT)…nhiều quốc gia đã khai thác rất hiệu quả những thiết bị này trong xây dựng và khai thác đường ô tô Ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng đường ô tô từ nhiều năm nhưng chưa có đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, chưa khai thác hết tính năng kỹ thuật của thiết bị, trong nhiều trường hợp chưa đáp ứng yêu cầu
Việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trắc địa hiện đại trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam” là
cần thiết để góp phần nâng cao chất lượng xây dựng và an toàn khai thác đường ô tô ở Việt Nam hiện nay
thác đường ô tô ở Việt Nam
3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam
Trang 24 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm
5 Những điểm mới của luận án
- Chỉ ra những bất cập còn tồn tại khi ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường
ô tô ở Việt Nam hiện nay
- Trong giai đoạn khảo sát thiết kế đường ô tô: Kiến nghị
ứng dụng phương pháp “GPS- động” thành lập lưới đường chuyền cấp 2, ứng dụng máy TĐĐT thành lập đồng thời lưới khống chế độ cao hạng IV và lưới đường chuyền cấp 2
- Trong giai đoạn thi công đường ô tô: Kiến nghị phương
pháp bố trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công nền mặt đường, nút giao khác mức và đường trên cao
- Quan trắc chuyển vị nền đường
+ Quan trắc chuyển vị nền đường trên đất yếu: Xác định độ
chính xác của công tác quan trắc phù hợp với yêu cầu kiểm soát tốc độ chuyển vị theo quy định Kiến nghị ứng dụng máy TBĐT, máy TĐĐT quan trắc độ lún và chuyển vị ngang Kiến nghị ứng dụng nguyên lý “số bình phương tối thiểu” và phương pháp tính để phân tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic phù hợp với thực tiễn
+ Quan trắc chuyển vị nền đường đắp cao: Kiến nghị độ
chính xác của công tác quan trắc và chu kỳ quan trắc, ứng dụng máy TBĐT, máy TĐĐT quan trắc chuyển vị nền đường
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trang 3thuật đáp ứng yêu cầu xây dựng, quản lý, khai thác và phát triển mạng lưới đường ô tô ở Việt Nam
b Ý nghĩa thực tiễn
- Là tài liệu tham khảo để xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật, ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô
- Cung cấp luận chứng kỹ thuật về độ chính xác quan trắc và phương pháp tính phù hợp yêu cầu phân tích số liệu quan trắc lún theo Asaoka và Hyperbolic trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu
7 Kết cấu của luận án
Luận án trình bày trong 142 trang gồm phần Mở đầu, phần nội dung nghiên cứu trong 04 chương, phần Kết luận,Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo, Tài liệu tham khảo và các Phụ lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI TRONG XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC ĐƯỜNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM
1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI
Nêu cấu tạo, nguyên lý và tính năng của công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS, MÁY TĐĐT, MÁY TBĐT TRONG XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC ĐƯỜNG Ô
TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô trên thế giới
1.2.1.1 Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy TĐĐT
Kết quả nghiên cho thấy nhiều quốc gia đã xây dựng thành các tiêu chuẩn đo cao bằng máy TĐĐT và công nghệ GPS với độ chính xác cao
Trang 41.2.1.2 Ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô
Máy TĐĐT, công nghệ GPS, máy TBĐT đã ứng dụng phổ biến trong khảo sát địa hình, bố trí vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công, quan trắc chuyển vị nền mặt đường, nhiều quốc gia đã xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn kỹ thuật ([48], [49], [50], [53],[67], [68], [69], [70], [71],[77],[78]…)
Một số quốc gia đã ứng dụng công nghệ GPS trong việc đo
và kiểm định yếu tố hình học của tuyến ([62], [72])
1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô ở Việt Nam
1.2.2.1 Nghiên cứu đo cao bằng công nghệ GPS và máy TĐĐT
Một số kết quả nghiên cứu đo cao bằng máy TĐĐT mới chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn sai số hoặc tiến hành thực nghiệm với số lượng nhỏ Do vậy chưa đủ cơ
sở để ứng dụng trong xây dựng và khai thác đường ô tô
1.2.2.2 Quy định ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT theo các tiêu chuẩn xây dựng và khai thác đường ô tô
Nghiên cứu cho thấy đã có một số tiêu chuẩn quy định ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong các tiêu chuẩn xây dựng và khai thác đường ô tô Tuy nhiên các quy định rất sơ sài, chưa khai thác hết tính năng kỹ thuật của thiết bị, nhiều trường hợp chưa đủ cơ sở để triển khai thực tế…
1.2.2.3 Ứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô
Mặc dù đãứng dụng công nghệ GPS, máy TĐĐT, máy TBĐT trong xây dựng và khai thác đường ô tô từ nhiều năm nhưng chưa khai thác hết tính năng kỹ thuật của thiết bị, thiếu cơ sở và luận chứng kỹ thuật, nhiều trường hợp không được Chủ đầu tư và cơ quan quản lý chấp thuận
Trang 51.3 XÁC ĐỊNH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT phù hợp với yêu cầu đo cao trong xây dựng đường ô tô
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo “GPS- động” thành lập lưới đường chuyền cấp 2
- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT thành lập đồng thời lưới khống chế độ cao và lưới đường chuyền cấp 2
- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT bố trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công đường ô tô
- Nghiên cứu ứng dụng máy TĐĐT và TBĐT trong quan trắc chuyển vị của nền đường
- Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp tính để phân tích số liệu quan trắc lún của nền đường trên đất yếu theo Hyperbolic và Asaoka phù hợp với quy định và thực tiễn
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN
TỬ VÀ CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 2.1 NỘI DUNG CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG
2.3 NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG VÀ LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ BẰNG MÁY TĐĐT VÀ CÔNG NGHỆ GPS
2.3.1 Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT
2.3.1.1 Đồ hình lưới đường chuyền cấp 2 trong xây dựng đường ô tô
Trang 6Phân tích các dạng đồ hình lưới đường chuyền hở, kiến nghị
sử dụng đồ hình lưới đường chuyền khuyết phương vị
2.3.1.2 Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT
Ước tính độ chính xác, trình bày phương pháp đo,xác định cơ
sở và trình tự bình sai lưới đường chuyền khuyết phương vị
2.3.2 Thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng phương pháp
“GPS- động”
2.3.2.1 Nguyên lý và độ chính xác của phương pháp “GPS- động”
Trình bày nguyên lý, thống kê độ chính xác đo “GPS- động” [37] Kết quả cho thấy độ chính xác đo “GPS- động” ≤ ±20mm, đáp ứng yêu cầu thành lập lưới đường chuyền cấp 2
2.3.2.2 Ứng dụng phương pháp “GPS- động” thành lập lưới đường chuyền cấp 2
Trên cơ sở những quy định của tiêu chuẩn đo GPS của bang Washington …kết hợp các nghiên cứu và thực tế đo GPS ở Việt Nam để xây dựng phương pháp thành lập đường chuyền cấp 2 bằng phương pháp đo “GPS- động” Nội dung gồm:
- Đề xuất sơ đồ bố trí với hai trạm cơ sở ở hai đầu tuyến đo
và trạm động đặt tại điểm lưới đường chuyền cấp 2 cần lập Đề xuất các yêu cầu kỹ thuật đối với trạm cơ sở và trạm động
- Đề xuất phương pháp đo “dừng và đi” (stop and go), đưa ra yêu cầu khởi đo và quy chuẩn hệ tọa độ
2.3.3 Đánh giá hiệu quả của phương pháp “GPS- động” trong thành lập lưới đường chuyền cấp 2
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp “GPS- động” trong thành lập lưới đường chuyền cấp 2 bằng cách so sánh với phương pháp truyền thống Phương pháp truyền thống thành lập lưới đường chuyền cấp 2 là sử dụng kết hợp công nghệ GPS và máy TĐĐT
Trang 7So sánh cho thấy: Phương pháp “GPS- động” ngoài các ưu điểm về thời gian đo, đồ hình lưới…còn có chi phí thực tế để lập một điểm đường chuyền rất thấp (chỉ bằng 4,67% so với phương pháp truyền thống) Đồng thời khi đo kiểm tra hoặc bổ sung điểm lưới rất dễ dàng, đặc điểm này rất phù hợp khi kiểm tra bổ sung điểm lưới trong thi công đường ô tô Đây là phương pháp mang lại hiệu quả rất lớn về kinh tế và kỹ thuật
2.3.4 Thành lập lưới khống chế độ cao bằng máy TĐĐT
Nhiều tiêu chuẩn nước ngoài đã quy định đo cao bằng máy TĐĐT ([49], [53], [70], [77]…), tuy nhiên chưa có sự thống nhất
về độ chính xác và quy định kỹ thuật giữa các tiêu chuẩn Ở Việt
Nam mới chỉ “để ngỏ” khả năng đo cao bằng máy TĐĐT [1] Do
vậy cần phải nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT phù hợp với yêu cầu trong xây dựng đường ô
1 Luôn đo góc thiên đỉnh hoặc góc đứng ở hai vị trí ống kính
để khắc phục sai số MO
2 Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất không khí để giảm sai số đo
cạnh nghiêng
3 Luôn cố định mặt gương trong suốt quá trình đo và sử
dụng bảng ngắm, không ngắm theo tâm gương
4 Lựa chọn sơ đồ đo cao từ giữa hoặc đo cao đối hướng đồng
thời
Trang 85 Tính hiệu độ cao theo công thức: Hiện nay tất cả các máy
TĐĐT đều hiển thị giá trị hiệu độ cao theo sơ đồ đo cao phía trước trên màn hình, tuy nhiên kết quả này chứa nhiều nguồn sai số Do vậy phải sử dụng công thức (2.16) và (2.17) để tính hiệu độ cao
6 Sử dụng chương trình “ETS 2013” để giới hạn chiều dài tia
- Xây dựng phương pháp đo và xử lý số liệu
2.3.5 Thành lập đồng thời lưới đường chuyền cấp 2 và lưới khống chế độ cao hạng IV bằng máy TĐĐT
2.3.5.1 Phương pháp đo và xử lý số liệu
Đưa ra các yêu cầu về chiều dài tia ngắm, sơ đồ đo, phương pháp đo và xử lý số liệu
2.3.5.2 Đánh giá hiệu của phương pháp thành lập đồng thời lưới độ cao hạng IV và lưới đường chuyền cấp 2 bằng máy TĐĐT
Tiến hành so sánh hiệu quả của phương pháp này với phương pháp truyền thống.Phương pháp truyền thống để thành lập lưới đường chuyền cấp 2 và lưới độ cao hạng IV là sử dụng kết hợp máy TĐĐT và máy thủy bình
Kết quả so sánh cho thấy phương pháp này có chi phí chỉ bằng 63% chi phí của phương pháp truyền thống Đặc biệt là dễ dàng vượt qua địa hình khó khăn
2.4 NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VỊ TRÍ ĐIỂM MẶT BẰNG VÀ ĐỘ CAO BẰNG MÁY TĐĐT TRONG THI CÔNG ĐƯỜNG Ô TÔ
2.4.1 Ứng dụng máy TĐĐT bố trí vị trí điểm mặt bằng
Tất cả các máy TĐĐT đều có chương trình bố trí điểm mặt bằng (chương trình “setting out”) Tuy nhiên trong tài liệu của máy
Trang 9không có thông tin về độ chính xác, do vậy cần phải khảo sát đánh giá độ chính xác từ đó xác định điều kiện áp dụng
2.4.1.1 Phân tích sai số bố trí điểm bằng chương trình “setting out” của máy TĐĐT
Bổ sung ảnh hưởng của sai số do lưới khống chế [29], khi đó sai số vị trí điểm C xác định như sau:
b
S b
S m
m S S
ppm b a
2 2
2 2
max
"
5 )
.
Các công thức (2.39) cho thấy khoảng cách S từ máy TĐĐT đến gương có ảnh hưởng đến nhiều nguồn sai số bố trí Theo catalog của máy S=1,5÷ 1500m nên sẽ ảnh hưởng lớn đến độ chính xác Vì vậy cần khảo sát ảnh hưởng của S đến sai số vị trí điểm từ đó xác định phạm vi ứng dụng trong từng trường hợp
2.4.1.2 Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí vị trí mặt bằng trong thi công đường ô tô
- Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí cọc tim tuyến:
Độ chính xác bố trí cọc timtuyến là mtim=10cm [28] Khảo sát độ chính xác bố trí điểm theo công thức (2.39) với chiều dài cạnh lưới trung bình là b=200m.Kết quả tính cho thấy:
+ Mặc dù chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT lớn nhất đến 1500m với gương đơn, tuy nhiên để bố trí cọc tim đường thì chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT không được lớn hơn 260m
+ Độ chính xác đo góc, đo cạnh của máy TĐĐT ít ảnh hưởng đến độ chính xác bố trí Do vậy không cần lựa chọn máy TĐĐT có
độ chính xác cao khi bố trí cọc tim đường
- Ứng dụng chương trình “setting out” bố trí vị trí mặt bằng trong thi công nút giao khác mức và đường trên cao: Khảo sát độ chính xác bố trí điểm theo công thức (2.29) với chiều dài cạnh lưới
Trang 10trung bình là b=150m, độ chính xác của lưới khống chế mặt bằng
là mluoi=6mm ([3]), kết quả trong hình 2.13
Hình 2.13: Đồ thị khảo sát độ chính xác bố trí điểm bằng chương trình “setting out” của máy TĐĐT trong thi công nút giao khác
mức và đường trên cao
Yêucầu độ chính xác bố trí mặt bằng trong thi công nút giao khác mức và đường trên cao từ 15mm÷ 100mm Căn cứ đồ thị hình 2.13, với độ chính xác của máy TĐĐT cho trước sẽ xác định được khoảng cách lớn nhất từ máy TĐĐT đến điểm cần bố trí
2.4.2 Ứng dụng máy TĐĐT bố trí vị trí điểm độ cao
Kết quả nghiên cứu cho thấy chiều dài tia ngắm có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác đo cao Do vậy cần ước tính chiều dài tia ngắm phù hợp với độ chính xác yêu cầu
- Ước tính chiều dài tia ngắm:Sử dụng chương trình “ETS 2013” để ước tính chiều dài tia ngắm tương ứng với độ chính xác
Trang 11yêu cầu khi thi công nền, móng, các lớp kết cấu áo đường, đỉnh trụ đường trên cao, nút giao khác mức (Bảng 2.11)
Bảng 2.11: Kết quả ước tính chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT phục vụ bố trí độ cao trong thi công nền mặt đường, nút giao khác
mức và đường trên cao
a= 2 b=2 mz=2”
a= 3 b=3 mz=3”
a= 4 b=4 mz=4”
và D1≈D2, với Dmax xác định trong bảng 2.11
Khi thực hiện bố trí độ cao phải tuân thủ phương pháp nâng cao độ chính xác đo cao bằng máy TĐĐT
2.4.3 Phương pháp bố trí đồng thời vị trí điểm mặt bằng và độ cao trong thi công đường ô tô bằng máy TĐĐT
Tổng hợp kết quả mục 2.41 và 2.42 cho thấy độ chính xác và chiều dài tia ngắm của máy TĐĐT hoàn toàn đáp ứng yêu cầu bố trí đồng thời vị trí mặt bằng và độ cao trong thi công đường ô tô trong cùng một trạm máy Sơđồ và trình tự kỹ thuật bố trí đồng
thời vị trí mặt bằng và độ cao thể hiện trong hình 2.15
Trang 12để kiểm tra vị trí mặt bằng trong xây dựng đường ô tô
2.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO VẼ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH TRONG GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG BẰNG MÁY TĐĐT
Yêu cầu của công tác khảo sát lập thiết kế bản vẽ thi công là phải thể hiện đúng địa hình thực tế để xác định chính xác khối lượng của hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công
2.5.1 Đo mặt cắt dọc tuyến đường bằng máy TĐĐT
Trước đây công tác đo mặt cắt dọc được thực hiện sau khi bố trí tuyến đường Khi sử dụng máy TĐĐT cho phép kết hợp công tác bố trí tuyến đường và đo mặt cắt dọc trong cùng một trạm máy,