đồ án trắc địa công trình đồ án nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế thi công hầm

Đồng thời bảođảm độ chính xác xây dựng đường hầm, các công trình kiến trúc trong hầmđúng với hình dạng kích thước thiết kế và quan trắc biến dạng công trìnhtrong quá trình thi công cũng

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở trên thế giới và ở nước ta, các công trình dạng hầm được ứngdụng rất nhiểu trong các lĩnh vực khác nhau như giao thông, thủy lợi, thủyđiện Công trình dạng hầm là một trong những dạng công trình có yêu cầu

độ chính xác cao Do đó, công tác trắc địa trong đó cũng cần phải có nhữngyêu cầu riêng

Thông thường, khi chúng ta thành lập lưới khống chế thi công theo phươngpháp truyền thống thì số lượng điểm khống chế là rất lớn, nhưng lại không hề

sử dụng hết tất cả các điểm trong lưới Bởi lẽ trong quá trình thi công hầmchúng ta chỉ sử dụng các điểm khống chế nằm ở các cửa hầm để phục vụ thicông, như vậy sự xuất hiện của các điểm trung gian là không cần thiết và còngây lãng phí về mặt nhân lực cũng như mặt kinh tế Vấn đề đặt ra là cần phải

có một phương pháp thành lập lưới khác phương pháp thành lập truyền thống

để giảm thiểu số lượng điểm khống chế và tận dụng tối đa các điểm khốngchế phục vụ cho công tác thi công

Hiện nay ngoài các phương pháp truyền thống phục vụ cho công tác thànhlập lưới thì chúng ta còn có thể thành lập lưới bằng công nghệ GPS Bởi lẽkhi thành lập lưới bằng công nghệ GPS sẽ khắc phục được rất nhiều nhữngnhược điểm của công nghệ cũ mà chúng gặp phải khi thành lập lưới như khảnăng chọn điểm linh hoạt hơn, độ chính xác cao có thể cao … Tuy có nhiều

ưu điểm như vậy nhưng để có thể áp dụng vào công tác thành lập lưới khốngchế thi công hầm thì chúng ta cần phải nghiên cứu một cách kỹ lưỡng hơn

Chính vì lý do đó nên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế thi công hầm” làm đề tài tốt nghiệp của

mình Đồ án này gồm có 3 chương:

Chương 1: Công tác trắc địa trong xây dựng đường hầm.

Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới không chế thi công hầm.

Chương 3: Thực nghiệm “Thiết kê lưới khống chế thi công công trình hầm thủy điện Nậm Chiến – Sơn La”

Sau một thời gian dài dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.Trần Viết Tuấn,các bạn đồng nghiệp cùng với sự nghiên cứu của bản thân thì đồ án đã đượchoàn thành Do khả năng của bản thân và quá trình tiếp xúc với công nghệGPS còn hạn chế nên trong đồ án sẽ không thể tránh khỏi được các thiếu sót.Rất mong nhận được những ý kiến đóng của thầy cô và các ban.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 3 năm 2012

Sinh viên thực hiện:

Tăng Quốc Cường

Mục Lục

Chương 1 6

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM 6

1.1 CƠ SỞ TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH HẦM 6

1.1.1 Lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất 6

1.1.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm 7

1.1.3 Lưới khống chế trắc địa trong hầm 7

1.1.4 Thành lập hệ thống khống chế độ cao 8

1.2 SAI SỐ ĐÀO THÔNG HẦM VÀ CÁC HẠN SAI CHO PHÉP 9

1.2.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép 9

1.2.1 Các nguồn sai số thông hầm và nguyên tắc phân phối 11

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG HẦM 15

1.3.1 Phương pháp thành lập lưới truyền thống 15

1.3.2 Phương pháp thành lập lưới khống chế thi công bằng công nghệ GPS 18

Chương 2 19

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI KHÔNG CHẾ THI CÔNG HẦM 19

2.1 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 19

2.1.1 Cấu trúc hệ thống GPS 19

2.1.2 Các nguyên lý định vị GPS 20

2.1.3 Các phương pháp đo GPS 20

2.1.4 Các nguồn sai số trong đo GPS 22

2.2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH HẦM 23

2.2.1 Thành lập lưới khống chế thi công hầm bằng công nghệ GPS 23

2.2.2 Một số ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế thi công hầm ởi nước ta 23

2 3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ ƯỚC TÍNH ĐỘ CHÍNH XÁC LƯỚI

GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG HẦM 24

2.3.1 Thiết kế lưới GPS cho công trình hầm 24

2.3.2 Phương pháp ước tính độ chính xác lưới GPS trong thành lập lưới khống chế thi công hầm 25

2.4 TÍNH CHUYỂN TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH KHI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS 31

2.4.1 Vấn đề đặt ra 31

2.4.2 Vấn đề lựa chọn kinh tuyến trục và mặt chiếu cho công trình 31

2.4.3 Vấn đề tính chuyển tọa độ các điểm đo GPS về hệ tọa độ thi công công trình 34

2.4.4 Kết quả tính chuyển tọa độ giữa hai hệ tọa độ phẳng 39

2.5 TRUYỀN ĐỘ CAO QUA CÁC CỬA HẦM BẰNG CÔNG NGHỆ GPS 41

2.5.1 Nguyên lý đo cao GPS 41

2.5.2 Vấn đề chuyền độ cao qua các cửa hầm bằng công nghệ GPS 42

Chương 3 43

THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG XÂY DỰNG HẦM THUỶ ĐIỆN NẬM CHIẾN - SƠN LA 43

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN NẬM CHIẾN - SƠN LA 43

3.2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, XÃ HỘI KHU VỰC CÔNG TRÌNH 44

3.2.1 Vị trí địa lý 44

3.2.2 Địa hình, địa chất và khí hậu 44

3.2.3 Đặc điểm xã hội 45

3.2.4 Tài liệu trắc địa 45

3.3 TÍNH CÁC HẠN SAI THÔNG HẦM CHO PHÉP 47

3.4 THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT ĐẤT PHỤC VỤ THI CÔNG CÔNG TRÌNH HẦM THUỶ ĐIỆN NẬM CHIẾN - SƠN LA THEO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ RIÊNG BIỆT 48

3.4.1 Tính các điều kiện đặc trưng lưới GPS 48

3.4.2 Thiết kế lưới GPS mặt đất 49

3.4.3 Thiết kế ca đo GPS 50

3.4.4 Kết quả ước tính độ chính xác lưới GPS 51

3.4.5 Thiết kế và ước tính độ chính xác lưới đường chuyền trong hầm .52 3.5 THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT ĐẤT PHỤC VỤ THI CÔNG CÔNG TRÌNH HẦM THUỶ ĐIỆN NẬM CHIẾN - SƠN LA THEO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ 53

3.5.1 Thiết kế lưới GPS mặt đất 53

3.5.2 Thiết kế lưới đường chuyền trong hầm 53

3.5.3 Kết quả ước tính độ chính xác lưới theo phương án tổng thể 54

3.6 TỔ CHỨC ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

Ch ương 1 ng 1 CÔNG TÁC TR C Đ A TRONG XÂY D NG Đ ẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ỰNG ĐƯỜNG HẦM ƯỜNG HẦM NG H M ẦM

1.1 C S TR C Đ A TRONG THI CÔNG XÂY D NG CÔNG TRÌNH Ơ SỞ TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Ở TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ỰNG ĐƯỜNG HẦM

H M ẦM

Nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa trong thi công xây dựng đường hầm là bảođảm đào thông hầm đối hướng với độ chính xác theo yêu cầu Đồng thời bảođảm độ chính xác xây dựng đường hầm, các công trình kiến trúc trong hầmđúng với hình dạng kích thước thiết kế và quan trắc biến dạng công trìnhtrong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng đường hầm

Cơ sở trắc địa phục vụ xây dựng một công trình đường hầm là lập lướikhống chế trắc địa trên mặt đất, chuyền tọa độ, phương vị và độ cao xuốnghầm qua các cửa hầm, lỗ thông gió, giếng đứng, giếng nghiêng… và xây dựng

hệ thống khống chế trắc địa trong hầm

1.1.1 L ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ch m t b ng trên m t đ t ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ặt bằng trên mặt đất ằng trên mặt đất ặt bằng trên mặt đất ất

Lưới khống chế trắc địa trên mặt đất là điều kiện cơ bản, quyết định toàn

bộ các công việc trong xây dựng đường hầm, là cơ sở của lười khống chế trắcđịa trong hầm mà dựa vào sẽ tiến hành đào hầm, bố trí các kiến trúc bên tronghầm và có thể tiến hành quan trắc cũng như kiểm tra hầm khi hầm được đưavào sử dụng

Việc thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất được hoàn thànhtrước khi tiến hành đào hầm Trước đây lưới khống chế mặt bằng thườngđược thành lập dưới dạng chuỗi tam giác đo góc có đo thêm cạnh đáy, lướitam giác đo góc cạnh hoặc lưới đường chuyền Từ những năm 90 của thể kỷtrước, nước ta đã bắt đầu ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới khốngchế mặt bằng trong thi công đường hầm, điển hình là hầm Hải Vân, lưới GPSthi công đường hầm thủy điện A Vương… Các điểm chủ yếu của trục hầm sẽđược nằm hoàn toàn trong lưới Hệ tọa độ giả định của lưới khống chế thicông hầm thường lấy trục Y trùng với trục hầm là hầm thẳng hoặc trục Ytrùng với tiếp tuyến tại điểm đào thông hầm nếu hầm cong

Thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất bằng công nghệ GPS có

ưu tiên vượt trội so với lưới trắc địa truyền thống, chỉ cần từng cặp điểmthông hướng với nhau và thông thoáng với bầu trời, độ chính xác cao, đồ hìnhlinh hoạt, đo nhanh, chi phí thấp nên công nghệ GPS ngày càng được sử dụngrộng rãi

1.1.2 Đ nh h ịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất ng c s tr c đ a trong h m ơng 1 ở trắc địa trong hầm ắc địa trong hầm ịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm ầm

Việc chuyền tọa độ và phương vị từ hệ thống khống chệ mặt bằng trênmặt đất xuống hầm để tạo số liệu khởi tính cho cơ sở trắc địa trong hầm gọi làđịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm, hoặc còn gọi là đo liên hệ hoặc đo nối.Qua đó làm cho lưới khống chế mặt bằng trong hầm có cúng quan hệ tọa độvới lưới không chế trên mặt đất

Có thể định hướng qua cửa hầm hoặc lối đao phụ thuộc vào từng hầm cụthể Nếu đường hầm được định hướng qua cửa hầm thì đo nối như lưới khốngchế trên mặt đất, nếu đường hầm dài, phía trên có giếng đứng thì có thể địnhhướng đường hầm qua giếng đứng bằng phương pháp tam giác liên hệ hoặckinh vĩ con quay để xác định phương vị khởi đầu của đường chuyền tronghầm

1.1.3 L ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ch tr c đ a trong h m ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ắc địa trong hầm ịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm ầm

Do điều kiện thi công trong hầm chật hẹp nên khống chế trắc địa tronghầm được xây dựng dưới dạng lưới đường chuyền Đường chuyền trong hầm

có những đặc điểm sau:

- Hình dạng đường chuyền phụ thuộc vào hình dạng của đường hầm

- Đường chuyền trong hầm là đường chuyền nhánh, được phát triển theotiến độ đào hầm Vì vậy không thể đo toàn bộ đường chuyền cùng một lúc màphải đo ở hai điểm cuối kề nhau trong quá trình phát triển, muốn kiểm tra taphải đo lại

- Đường chuyền trong hầm được thành lập theo cách phân cấp từ độchính xác thấp đến độ chính xác cao

Đường chuyền trong hầm phải thỏa mãn hai yêu cầu sau:

- Vị trí điểm đường chuyền phải nằm gần gương hầm để tiện chỉ hướngđào hầm và bố trí kiến trúc hầm

- Sai số hướng ngang của đường chuyền ở mặt đào thông không đượcvượt quá gí trị quy định

Để đảm bảo yêu cầu thứ nhất, canh đường chuyền phải ngắn, số điểm

đo góc ngoặt nhiều Để đảm bảo yêu cầu thứ hai, cạnh đường chuyền phải dài

và số góc ngoặt ít Vậy để thỏa mãn hai yêu cầu trên, đường chuyền tronghầm được thành lập làm 4 cấp ( kể cả đường truyền tiệm cận):

1 Đường chuyền tiệm cận:

Trong trường hợp giếng đứng được đào lệnh sang một bên của đườnghầm thì cần thành lập đường chuyền tiệm cận để dẫn tọa độ và phương vị từlưới không chế trên mặt đất xuống đường hầm chính Đường chuyền tiệm cậnđược thành lập trong đường hầm tiệm cận

2 Đường chuyền thi công:

Được thành lập với cạnh ngắn (Khoảng 25-50 m) để tiện chỉ đạo đàohầm theo tiến độ thi công hầm Mục đích của đường chuyền thi công là đểthuận lợi cho công tac bố trí trục tim hầm tại gương hầm và bố trí tiết diện củagương hầm tuy nhiền đường chuyền thi công có nhược điểm là cạnh ngắn nênphải chuyền phương vị qua nhiều cạnh, điều này dẫn đến phương vị cạnh cuối

sẽ tích lũy sai số đo góc và gây ra sai số dịch vị ngang ở điểm cuối đườngchuyền Vì vậy, nếu sử dụng điểm cuối này để bố trí tiếp trục tim hầm thì sẽkhông đảm bảo độ chính xác phương vị cho đoạn hầm tiếp theo

3 Đường chuyền cơ bản:

Khi hầm đã đào được một đoạn dài, đường chuyền thi công gồm nhiềucạnh ngắn sẽ không đảm bảo độ chính xác về phương vị Lúc đó cần thành lậpđường chuyền cơ bản dựa trên các điểm của đường chuyền thi công (bỏ quamột số điểm trung gian) để đảm bảo độ chính xác phương vị Đường chuyền

cơ bản có chiều dài cạnh khoảng 50-100 m

4 Đường chuyền chủ yếu:

Khi đường hầm dài hoặc khoảng cách giữa các giếng đứng quá xa, đểtăng độ chính xác chuyền phương vị từ cạnh khởi đầu đến cạnh kề gươnghầm, người ta lập đường chuyền chủ yếu trên cơ sở các điểm của đườngchuyền cơ bản nhưng có cạnh dài hơn, khoảng cách các cạnh 150-800 m

1.1.4 Thành l p h th ng kh ng ch đ cao ập hệ thống khống chế độ cao ệ thống khống chế độ cao ống chế mặt bằng trên mặt đất ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ộ cao

Trục đường hầm và các kiến trúc trong hầm được xác định và bố trítrong không gian ba chiều Để đảm bảo thông hầm đối hướng, xây dựng cáccông trình kiến trúc của hầm, lắp đặt các thiết bị trong hầm và đo lún, cầnphải thành lập hệ thống khống chế độ cao tương tự như khống chế mặt bằng,

hệ thống khống chế độ cao bao gồm:

1 Không chế độ cao trên mặt đất:

Thành lập tuyến thủy chuẩn xuất phát từ điểm thủy chuẩn nhà nước và

có thể tạo thành lưới Mục đích để kết nối các điểm độ cao giữa các cửa hầmvào cùng một hệ thống độ cao thống nhất, đảm bảo tính quy hoạch của dự ántrong tổng thể chung Tại các cửa hẩm và gần miệng giếng đứng cần hai điểmmốc độ cao

Độ chính xác của điểm độ cao trên mặt đất tùy thuộc vào yêu cầu độchính xác đào thông hầm, chiều dài đường hầm, sai số cho phép lắp đặt thiết

bị trong hầm và yêu cầu độ chính xác đo biến dạng… Vì vậy buộc phải dẫnthủy chuẩn hình học, cấp độ đo cao tùy thuộc theo mỗi công trình Những dự

án quan trọng ta cần đo với độ chính xác của thủy chuẩn hạng II, còn đối vớinhững dự án thông thường thì chỉ cần đo với độ chính xác của thủy chuẩnhạng III là đạt yêu cầu

2 Chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm:

Mục đích là kết nối hệ thống độ cao trên mặt đất cà độ cao trong hầm

Từ càc mốc độ cao ở cửa hầm hoặc gần miệng giếng đứng chuyền độ caoxuống hầm qua cửa hầm hoặc qua giếng đứng để làm số liệu khởi tính độ caotrong hầm

3 Khống chế độ cao trong hầm:

Chủ yếu thành lập đường chuyền thủy chuẩn hạng IV từ các mốc độcao ở các cửa hầm hoặc giếng đứng để dẫn độ cao đến các điểm đườngchuyền thi công nhằm hai mục đích: thông hầm và bố trí kiến trúc hầm

1.2 SAI S ĐÀO THÔNG H M VÀ CÁC H N SAI CHO PHÉP Ố ĐÀO THÔNG HẦM VÀ CÁC HẠN SAI CHO PHÉP ẦM ẠN SAI CHO PHÉP

1.2.1 Phân lo i sai s đào thông h m và h n sai cho phép ại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép ống chế mặt bằng trên mặt đất ầm ại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép

Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác đào thông hàm bao gồmsai số do trắc địa, do thi công, do thiết kế… ở đây ta chỉ quan tâm tới sai số

do trắc địa

Trong thi công đào hầm, do sai số của lưới khống chế trên mặt đất, sai

số đo liên hệ, sai số của lưới khống chế trong hầm và sai số bố trí chi tiết nênhai trục tim hầm đào đối hướng không thể gặp nhau chính xác tuyệt dối mà cómột tỷ lệ lệch nhất định gọi là sai số đào thông hầm đối hướng Ký hiệu là ∆,sai số trung phương tương ứng ký hiệu là M ( hình 1.1, hình 1.2)

Trục hầm sau khi điều chỉnh

H

C P2

Hình 1.1 Sai số đào thông hầm trong mặt phẳng nằm ngang

Hình 1.2 Sai số thông hầm trong không gian

+ Hình chiếu của ∆ trên hướng trục tim hầm được gọi là sai số hướng

4000

L: chiều dài đoạn hầm đào đối hướng (m)

- Hình chiếu của ∆ trên hướng vuông góc với trục hầm trong mặt phẳng

là Mq Đây là sai số quan trọng nhất vì nếu sai số này vượt quá hạn sai chophép thì sẽ làm thay đổi hình dạng hình học của đường hầm dẫn tới phải điềuchỉnh lại đào đắp gây tổn thất cho công trình.

- Hình chiếu của ∆ trên phương thẳng đứng gọi là sai số độ cao, ký hiệu

sai số hướng ngang nhưng với kỹ thuật đo cao hiện nay dễ dàng đáp ứng đượcyêu cầu về độ chính xác độ cao

Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương độ cao chophép khi đào thông hầm đối hướng theo quy định như bảng 1.1

Bảng 1.1 Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương độcao cho phép đào thông hầm đối hướng

Chiều dài đoạn hầm đào đối

8÷10

10÷13

13÷17

17÷20

Sai số trung phương hướng ngang

1.2.1 Các ngu n sai s thông h m và nguyên t c phân ph i ồn sai số thông hầm và nguyên tắc phân phối ống chế mặt bằng trên mặt đất ầm ắc địa trong hầm ống chế mặt bằng trên mặt đất

Sai số đào thông hầm chủ yếu là sai số của khống chế trên mặt đất, sai

số đo liên hệ và sai số của khống chế trong hầm Như đã biết, để đảm bảo đàothông hầm đối hướng với độ chính xác quy định thì sai số hướng ngang làquan trọng và đáng chú ý nhất Vì vậy, cần xét cáng nguồn sai số ảnh hưởngđến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm đối hướng

1 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đào thông hầm

a Đối với đường hầm thẳng

Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác hướng ngang đào thônghầm đối hướng:

- Sai số trung phương hướng ngang của khống chế trắc địa mặt đất, ký

- Sai số trung phương hướng ngang của định hướng hầm: nếu địnhhướng qua hai cửa hầm thì không có sai số này.

+ Nếu định hướng qua một cửa hầm và một giếng đứng ( hoặc giếngngiêng hoặc hầm phụ dài) thì sai số hướng ngang của định hướng qua giếng

+ Nếu định hướng qua hai giếng đứng thí có sai số hướng ngang của

- Sai số trung phương hướng ngang của khống chế trắc địa trong hầm, ký

Với giả thiết các nguốn sai số độc lập với nhau thì sai số trung phươngtổng hợp hướng ngang ở chỗ đào thông hầm đối hướng sẽ tùy trường hợp màtính theo công thức sau:

Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai cửa hầm:

M q=√m12

+m42

+m52Đối với đoạn hầm được định hướng qua một cửa hầm và một giếng

+m22

+m42

+m52Đối với đoạn hầm được định hướng qua hai giếng đứng:

M q=√m12+m22+m32+m24+m52

b Đối với đường hầm cong

Sai số trung phương hướng ngang và sai số trung phương hướng dọccủa khống chế trắc địa đều có ảnh hưởng tới độ chính xác hướng ngang đàothông hầm đối hướng vì vậy vế phải của công thức (1.2), (1.3), (1.4), phảithay bằng sai số trung phương tổng hợp hướng ngang và hướng dọc của các

hướng dọc bằng sai số trung phương hướng ngang, ta có:

2 Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác về dộ cao đào thông hầm

Phân tích tương tự như trên, ta có các nguồn sai số ảnh hưởng tới độchính xác độ cao đào thông hầm:

- Sai số chuyền độ cao từ trên mặt đất xuống hầm:

+ Nếu chuyền độ cao qua hai cửa hầm thì xem như không có sai

số này

+ Nếu chuyền độ cao qua một cửa hầm và một giếng đứng thì có

- Sai số của khống chế độ cao trong hầm, tức sai số của hai tuyến thủy

Với giả thiết các nguồn sai số độc lập nhau thì sai số trung phương tổnghợp độ cao ở chỗ đào thông hầm đối hướng sẽ tùy từng trường hợp mà sửdụng công thức sau:

Với đoạn hầm được chuyền độ cao qua hai cửa hầm:

M h=√m h 12

+m2h 4

+m h 52Với đoạn hầm được chuyền độ cao qua một cửa hầm và một giếng

+m2h2

+m h 42

+m h 52Với đoạn hầm được chuyền độ cao qua hai giếng đứng:

M h=√m h 12 +m2h2+m h 32 +m h 42 +m h 52

3 Nguyên tắc phân phối sai số

Trong quá trình tính toán ta cần phải phân phối thỏa đáng sai số chophép đào thông hầm đối hướng cho các nguồn sai số thành phần Như vậyphương án trắc địa mới có tính khả thi và hiệu quả cao Có hai nguyên tắcphân phối:

a Nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau:

Nếu điều kiện thực tế cho thấy các nguồn sai số thành lập độ lập nhau

và có ảnh hưởng xấp xỉ như nhau đến độ chính xác hướng ngang đào thônghầm đối hướng thì từ các công thức (1.2), (1.3), (1.4), ta có:

(1.6)

(1.7)

(1.8)

- Với đường hầm thẳng ta có công thức tương ứng:

(M¿¿q) md=√m li2

+m lj2

+m lk2

¿

Với i, j, k là số thứ tự đoạn hầm đào thông đối hướng

b Nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau:

Nếu dựa vào điều kiện thực tế như dạng lưới thiết kế, máy móc thiết bịhiện có, phương pháp đo… ta có thể dự tính trước ảnh hưởng của một sốnguồn sai số thành phần sau đó ta thay số liệu đó vào về phải của công thức(1.2), (1.3), (1.4) và áp dụng nguyên tắc đồng ảnh hưởng bằng nhau cho cácnguồn sai số còn lại để tính

1.3 CÁC PH ƯƠ SỞ TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NG PHÁP THÀNH L P L ẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG ƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG I KH NG CH THI CÔNG Ố ĐÀO THÔNG HẦM VÀ CÁC HẠN SAI CHO PHÉP Ế THI CÔNG

H M ẦM

1.3.1 Ph ương 1 ng pháp thành l p l ập hệ thống khống chế độ cao ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i truy n th ng ền thống ống chế mặt bằng trên mặt đất

1 Lưới tam giác đo góc

(1.15

Trước đây khi chưa xuất hiện các máy đo dài thì phương pháp tam giác

đo góc là phương pháp chủ yêu trong việc thành lập các mạng lưới khống chếmặt bằng Loại lưới này có ưu điểm và nhược điểm như sau:

- Ưu điểm:

Lưới tam giác đo góc có nhiều trị đo thừa, tạo điều kiện cho việc kiểmtra các sai lầm trong quá trình đo đạc, đồng thời góp phần nâng cao độ chínhxác của lưới

- Nhược điểm:

+ Việc đo góc thường chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường đặc biệt làảnh hưởng của chiết quang ngang Các tia ngắm khi đi qua khu vực có địa vậtđặc biệt (nhà cao tầng, ống khói nhà máy…) sẽ chịu ảnh hưởng của chiếtquang cục bộ Để giảm ảnh hưởng của loại chiết quang này đến kết quả đogóc, ta nên bố trí lưới tam giác sao cho các tia ngắm cách xa các chướng ngạivật này

+ Hình dáng của tam giác trong lưới cũng cần được thiết kế sao cho gầnvới tam giác đều nhất để nâng cao độ chính xác của kết quả đo Đây là mộttrở ngại rất lớn gây khó khăn cho công tác chọn điểm

+ Độ chính xác của lưới tam giác đo góc không cao ( sai số vị trí điểm,sai số chiều dài của cạnh đo lớn)

2 Lưới tam giác đo cạnh

Sự ra đời của các thế hệ máy toàn đạc điện tử cho phép đo cạnh với độchính xác cao, đã cho phép thành lập lưới trắc địa công trình theo phươngpháp đo cạnh một cách thuận tiện, linh hoạt và nhanh chóng với độ chính xáccần thiết

Tuy nhiên, lưới tam giác đo cạnh cũng có một số nhược điểm sau:+ Số lượng trị đo thừa trong lưới ít

Ở trên chúng ta đã phân tích những ưu điểm và nhược điểm của lướitam giác đo toàn góc và toàn cạnh Để khắc phục những nhược điểm của haiphương pháp đó ta thành lập lưới thi công theo phương pháp tam giác đo góc– cạnh Trong lưới đo góc – cạnh, có thể đo tất cả hoặc chỉ đo một số góc vàcạnh nhất định trong lưới So với lưới tam giác đo góc và cạnh, lưới tam giác

đo góc – cạnh có đồ hình chặt chẽ, ít phụ thuộc hơn vào kết cấu hình học củalưới, giảm đáng kể sự phụ thuộc giữa dịch vị dọc và dịch vị ngang, đảm bảokiểm tra chặt chẽ các trị đo góc và cạnh Khi bình sai lưới đo góc – cạnh nảysinh vấn đề lựa chọn quan hệ giữa sai số đo góc và đo cạnh Quan hệ nàyđược coi là hợp lý khi đảm bảo điều kiện:

x

yHình 3 Lưới tam giác

Các nguyên tắc thành lập lưới tam giác:

- Chuỗi tam giác nên có dạng duỗi thẳng dọc theo đường hầm Đối vớiđường hầm cong, các điểm đầu và cuối của đường cong, điểm ngoặt trên cácđoạn thẳng phải được bao gồm trong chuỗi tam giác

- Số lượng hình tam giác và số lượng điểm khống chế trên đường tínhchuyền nên là ít nhất.

- Có thể giảm được các yêu cầu đối với tam giác trong lưới (ví dụ: khôngcần phải thỏa mãn quy định góc đối diện với cạnh tính chuyền chiều dài phải

Đối với đường hầm thẳng và đường hầm cong loại 1, “giá trị ảnhhưởng” sai số đo lưới tam giác đối với độ chính xác hướng ngang đào thônghầm không có liên quan đến vị trí điểm khởi tính, hướng khởi đầu và cạnhđáy

Đối với đường cong loại 2, “giá trị ảnh hưởng” có quan hệ đến vị trí và

chính xác hướng ngang đào thông hầm càng lớn Vì vậy khi thiết kế mặt đàothông hầm cần lưu y sao cho góc tạo thành giữa đường thẳng OC và trục Ythật nhỏ gần như đường hầm cong loại 1

4 Lưới đường chuyền mặt đất

Lưới đường chuyền trên mặt đất thường sử dụng hai dạng: đườngchuyền phù hợp và đường chuyền khép kín Trong thực tế lưới đường chuyềnthường có dạng đường chuyền phù hợp liên kế hai cửa hầm và bao gồm cácđiểm cơ bản của trục hầm như giếng đứng, giếng nghiêng, tiếp đầu, tiếp cuối,điểm chuyển hướng của đoạn hầm cong Ngoài ra người ta còn bố trí thêmmột vài điểm phụ (lập đường chuyền phụ) nhằm liên kết đo nối khép gócđường chuyền

Lưới đường chuyền trên mặt đất được bố trí như vậy nhằm tăng điềukiện kiểm tra và nâng cao độ chính xác đo góc trong đường chuyền Cùng với

đó sẽ làm giảm ảnh hưởng sai số đo góc đối với độ chính xác hướng ngangđào thông hầm

Tuy nhiên lưới đường chuyền trên mặt đất được bố trí tùy tuộc vào điềukiện địa hình và dạng đường hầm để giảm sai số hướng ngang đào thông hầm

Cụ thể:

- Đối với đường hầm thẳng: Thành lập đường chuyền dọc theo trục hầm,

số lượng điểm không nên quá nhiều để giảm sai số đo góc đường chuyền

- Đối với hầm cong: Đường chuyền có dạng duỗi thẳng nối hai điểm củacửa hầm

Sai số đường chuyền là tổng hợp sai số đo cạnh và sai số đo góc củađường chuyền Tuy hai nguồn sai số này cùng ảnh hưởng trực tiếp đến kếtquả đo nhưng chúng lại độc lập ảnh hưởng đến độ chính xác đào thông hầm.

1.3.2 Ph ương 1 ng pháp thành l p l ập hệ thống khống chế độ cao ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ch thi công b ng công ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ằng trên mặt đất ngh GPS ệ thống khống chế độ cao

Đối với lưới được thành lập bằng công nghệ GPS thì các điểm đượcchọn sẽ được đặt trước cửa hầm Tùy theo từng loại hầm mà ta có các phươngpháp chọn điểm khác nhau:

- Đối với hầm thẳng, trên đó không có giếng đứng hoặc giếng nghiêngthì các điểm được chọn sẽ nằm ngay trên trục tim hầm, ngoài ra ở mỗi cửahầm sẽ được bố trí thêm hai điểm định hướng Các điểm được đặt trước cửahầm cần đảm bảo yêu cầu thông hướng giữa chúng ( thường cách nhaukhoảng từ 300-500 m)

- Đối với hầm cong, các điểm chủ yếu như điểm đầu, điểm cuối và haiđiểm trên mỗi tiếp tuyến của đường cong cũng phải là điểm lưới GPS Kếtcấu đồ hình lưới GPS phải theo nguyên tắc “ mỗi điểm trong lưới ít nhất đượcđặt trạm đo hai lần độc lập”, ngoài ra còn tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xáccần thành lập, số lượng máy thu GPS và kinh phí thành lập của lưới

§o¹n sö dông (User Segment)

§o¹n ®iÒu khiÓn (Control Segment

Chương 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI

KHÔNG CHẾ THI CÔNG HẦM

2.1 H TH NG Đ NH V TOÀN C U GPS Ệ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS Ố ĐÀO THÔNG HẦM VÀ CÁC HẠN SAI CHO PHÉP ỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ỊA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM ẦM

Hệ thống định vị toàn cầu có tên gọi đầy đủ là NAVSTAR GPS là tênviết tắt của Navigation Satelite Timing and Ranging Global PositioningSystem Hệ thống này được xây dựng từ năm 1973 bao gồm có 32 vệ tinhhoạt động trên 6 quỹ đạo Trước năm 1980, hệ thống này chỉ dùng cho mụcđích quân sự của Mỹ nhưng từ sau năm 1980 thì chính phủ Mỹ đã cho phép

sử dụng hệ thống này vào mục đích dân sự Cũng từ đó đến nay hệ thông GPS

đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong có trắc địa

2.1.1 C u trúc h th ng GPS ất ệ thống khống chế độ cao ống chế mặt bằng trên mặt đất

Hệ thống GPS bao gồm 3 bộ phận chính cấu thành đó là:

- Đoạn không gian

- Đoạn điều khiển

- Đoạn sử dụng

Hình 2.1 Các thành phần của hệ thống GPS

2.1.2 Các nguyên lý đ nh v GPS ịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm ịnh hướng cơ sở trắc địa trong hầm

Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo Tùy thuộc vào đặc điểm cụthể của việc xác định tọa độ người ta chia thành 2 loại định vị cơ bản: định vịtuyệt đối và định vị tương đối

1 Định vị tuyệt đối

Định vị tuyệt đối là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết tọa độcủa các vệ tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu (khoảng cách đođược giữa vệ tinh và máy thu không phải là khoảng cách chính xác mà làkhoảng cách giả)

2 Định vị tương đối

Định vị tương đối đối là việc sử dụng tối thiểu hai máy thu tín hiệu vệtinh đông thời và kết quả của phương pháp này không phải là tọa độ điểm

mà là vector không gian nối hai điểm đặt máy thu hay là các thành phần gia

số tọa độ (δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độX, δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độY, δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độZ) hoặc (δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độB, δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độL, δX, δY, δZ) hoặc (δB, δL, δH)của hai điểm trong hệ tọa độH)của hai điểm trong hệ tọa độWGS-84 Đây cũng là điểm khác biệt so với phương pháp định vịnh tuyệtđối

2.1.3 Các ph ương 1 ng pháp đo GPS

1 Đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác địnhngay ra tọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84 Đó có thể là cácthành phần tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa

độ mặt cầu (B, L, H) Phương pháp này được thực hiện giữa trên cơ sở sửdụng nguyên lý định vị tuyệt đối và chỉ sử dụng một máy thu tín hiệu vệ tinh

2 Đo GPS tương đối.

Đo GPS tương đối sử dụng nguyên lý định vị tương đối Sử dụng nhiềumáy thu cùng một lúc Độ chính xác của phương pháp này rất cao do loại trừđược nhiều nguồn sai số gặp phải khi tiến hành xác định tọa độ ngoài thựcđịa Tùy theo quan hệ của các trạm đo với nhau mà người ta phân chia ra cácphương pháp khác nhau trong đo GPS tương đối:

a Đo tĩnh (Static):

Phương pháp đo tĩnh được sư dụng để xác định hiệu tọa độ giữa haiđiểm xét với độ chĩnh xác cao, thường được sử dụng trong công tác trắc địa -địa hình Trong trường hợp này cần có hai máy thu, một máy đặt tại điểm đã

biết tọa độ, còn máy còn lại sẽ đặt tại điểm cần biết tọa độ Cả hai máy phảiđồng thời thu tín hiệu của một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng thờigian nhất định tạo thành ca đo đồng bộ Số vệ tính chung tối thiểu cho cả haitrạm quan sát là 3, nhưng thường được lấy nhiều hơn để đề phòng trường hợpthu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn Khoảng thời giann quan sát phải kéo dài đủ

để cho đồ hình phân nố vệ tinh thay đổi mà từ đó ta có thể xác định được sốnguyên đa trị của sóng tải và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm nâng cao độchính xác và độ ổn định cho trị đo

Khi quyết định khoảng thời gian thu tín hiệu trong từng ca đo cần căn

cứ vào:

- Chiều dài cạnh cần đo

- Số lượng vệ tinh có thể quan sát

- Đồ hình của vệ tính

- Độ ổn định của tín hiệu vệ tính thu được

Thông thường khi vệ tinh càng nhiều thì đồ hình vệ tinh dàng tốt vàthời gian thu tín hiệu có thể rút ngắn hơn Thời gian thu tín hiệu cũng có thểrút ngắn đối với cạnh đo có chiều dài ngắn Bảng sau đây thể hiện khoảngthời gian đo hợp lý cho tưng trường hợp thu tín hiệu từ 4 vệ tinh trở lên vớiđiều kiện khí tượng bình thường

Bảng 2.1 Thời gian đo cho từng ca đo tương ừng với chiều dài

Chiều dài cạnh(km)

Độ dài ca đo(phút)

Đây là phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao nhất trong việc định

vị tương đối bằng GPS, độ chính xác có thể cơ centimet hoặc thậm chí cònđến mm ở khoảng cách giữa hai điểm tới hàng chục và hàng trăm km Nhượcđiểm chủ yếu là thời gian đo phải kéo dài lâu dẫn đến năng suất không cao

b Đo tĩnh nhanh ( Fast Static):

Phương pháp đo tĩnh nhanh lại đòi hỏi về cầu hình phần cứng của máy

và thời gian đo Đây cũng là hai yếu tố để dễ dàng phân biệt phương pháp nàyvới các phương pháp đo GPS khác

c Đo động (Kinematic):

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đồi của hàng loạtđiểm so với điểm đã biết, trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trongmột vài phút thầm chí vài giây

Đối với phương pháp này chúng ta cần có tối thiểu là hai máy thu vàhai máy này (gồm máy cố định và máy đi động) phải đồng thời liên tục thu tínhiệu từ vệ tinh trong suốt chu kỳ đo Vì lý do đó nên tuyến đo phải được bố trí

ở khu vực thoáng đãng không để xảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn.Nếu tín hiệu thu bị gián đoạn phải tiến hành khởi đo lại cạnh đáy xuất pháthoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dự phòng

2.1.4 Các ngu n sai s trong đo GPS ồn sai số thông hầm và nguyên tắc phân phối ống chế mặt bằng trên mặt đất

Bảng 2.2 Các nguồn sai số trong đo GPS

Sai số do hệ thống

- Sai số của đồng hồ

- Sai số của quỹ đạo vệ tinh

- Sai số do các mã gây nhiễu

- Sai số do đồ hình vệ tinh

- Chiết quang tầng đối lưu

Một số nguồn sai số khác

- Lệch pha anten

- Hiện tượng đa đường dẫn

- Sai do con người

2.2 NG D NG C A CÔNG NGH GPS Đ THÀNH L P L ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI ỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI ỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI Ệ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS Ể THÀNH LẬP LƯỚI THI ẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG ƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG I THI CÔNG CÔNG TRÌNH H M ẦM

2.2.1 Thành l p l ập hệ thống khống chế độ cao ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ch thi công h m b ng công ngh GPS ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ầm ằng trên mặt đất ệ thống khống chế độ cao

Khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp thành lậplướikhống chế truyền thống như: khó khăn trong việc thông hướng, kết cấu đồhình không linh hoạt, số lượng điểm nhiều Thì công nghệ GPS đã cho thấyđươc sự ưu việt của nó trong công tác xây dựng lưới:

- Cho phép xác định trực tiếp các thành phần tọa độ không gian với độchính xác cao

- Linh hoạt trong công tác bố trí chọn điểm, rút ngắn thời gian đo

- Khả năng tự động hóa cao, cả trong nội nghiệp và ngoại nghiệp

- Giảm nhân công, giá thành và thời gian thi công

Khi áp dụng công nghệ GPS vào việc thành lập lưới thi công công trìnhhầm thì số lượng điểm khống chế tại mỗi cửa hầm luôn luôn phải ít nhất 3điểm Khoảng cách từ các điểm khống chế này tời điểm cửa hẩm tối thiểu là

300 (m)

2.2.2 M t s ng d ng công ngh GPS trong thành l p l ộ cao ống chế mặt bằng trên mặt đất ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống ụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống ệ thống khống chế độ cao ập hệ thống khống chế độ cao ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ống chế mặt bằng trên mặt đất

ch thi công h m i n ế mặt bằng trên mặt đất ầm ở trắc địa trong hầm ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất c ta

Từ những thập niên 90 của thế kỷ trước, nước ta đã bắt đầu ứng dụngcông nghệ GPS để xây dựng lưới khống chế mặt bằng trong thi công đườnghầm Điển hình như:

- Lưới khống chế thi công hầm đường bộ: hầm đường bộ đèo Hải Vân

- Lưới khống chế thi công hầm thủy điện: Hầm thủy điển A Vương, hầmthủy điện Bản Cốc, hầm thủy điện Quảng Trị

2 3 PH ƯƠ SỞ TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NG PHÁP THI T K VÀ Ế THI CÔNG Ế THI CÔNG ƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG C TÍNH Đ CHÍNH XÁC L Ộ CHÍNH XÁC LƯỚI ƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG I GPS Đ THÀNH L P L Ể THÀNH LẬP LƯỚI THI ẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG ƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG I KH NG CH THI CÔNG H M Ố ĐÀO THÔNG HẦM VÀ CÁC HẠN SAI CHO PHÉP Ế THI CÔNG ẦM

2.3.1 Thi t k l ế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i GPS cho công trình h m ầm

1 Thiết kế độ chính xác

Đây là một khâu rất quan trọng của trắc địa Dựa vào chiều dài của cácđoạn hầm đối hướng và sai số hướng ngang cho phép trong Bảng 1.1 ta sẽtính được các giá trị ảnh hưởng cho từng đoạn hầm và tính được ảnh hưởngtổng hợp của lưới khống chế trên mặt đất Từ đóa tính ra sai số cho phép xácđịnh mặt bằng trong lưới khống chế trên mặt đất

2 Thiết kế gốc lưới GPS

Kết quả đo GPS là vector đường đáy – số gia tọa đô không gian 3 chiềutrong hệ tọa độ WGS-84 Còn thực tế tọa độ cần dùng lại trong hệ tọa độ địaphương hay độc lập Do đó, khi thiết kế lưới GPS phải xác định rõ kết quảGPS dung trong hệ tọa độ và số liệu gốc nào, tức là phải thiết kế gốc lướiGPS Gốc của lưới GPS bao gồm vị trí gốc, phương vị gốc và chiều dài gốc.Phương vị gốc thường lấy là phương vị khởi tính đã cho hoặc cũng có thể làphương vị của vector đường đáy GPS Kích thước gốc thường được lấy làcạnh đo bằng máy đo dài mặt đất hoặc khoảng cách giữa các điểm khởi tínhhoặc có thể lấy luôn chiều dài vector đường đáy GPS Vị trí gốc lưới thườngđược xác định từ tọa độ điểm khởi tính đã cho Do vậy, thiết kế gốc lưới GPSthực tế là xác định gốc của lưới GPS

3 Điều kiện đặc trưng của lưới GPS

- Số ca đo được tính theo công thức: C =

n.m

K N

n: số điểm trong lướim: số lần đặt máy trung bình tại mỗi điểmK: tổng số lần đặt máy thu

N: số máy thu

C N (N-1)

- Số đường đáy cần thiết: Jct = n-1 (2.3)

Thông thường có 3 phương thức cơ bản thành lập lưới:

- Liên kết điểm

- Liên kết cạnh

- Liên kết lưới

2.3.2 Ph ương 1 ng pháp ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất c tính đ chính xác l ộ cao ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i GPS trong thành l p ập hệ thống khống chế độ cao

l ưới khống chế mặt bằng trên mặt đất i kh ng ch thi công h m ống chế mặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất ầm

So với các dạng lưới khống chế truyền thống thì lưới GPS có nhữngđặc điểm riêng, lưới GPS được ứng dụng trong trắc địa công trình phải đápứng các yêu cầu riêng của trắc địa công trình Vì vậy phải có phương phápthích hợp để ước tính độ chính xác của lưới Khi cần thiết, có thể ước tính độchính xác trên một hướng bất kỳ thông qua Ellipse sai số vị trí điểm hoặcEllipse sai số tương hỗ vị trí điểm

Lưới GPS ứng dụng trong trắc địa công trình cần phải ước tính độchính xác vị trí mặt bằng điểm lưới Trong trường hợp này, sử dụng phươngpháp ước tính bình sai gián tiếp trên máy tính bằng phần mềm GP.AGE

Ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới GPS được tiến hànhtheo các bước sau đây:

Bước 1: Chọn ẩn số: ẩn số được chọn là toạ độ của các điểm thiết kế

Bước 2: Chọn trị gần đúng (được chọn là toạ độ của tất cả các điểm)

Bước 3: Thành lập phương trình số hiệu chỉnh

Trong đó: A: là ma trận hệ số của phương trình sai số

V: vector số hiệu chỉnhX: vector ẩn số

L: vector số hạng tự do

- Các dạng phương trình số hiệu chỉnh:

phương vị Khi đó phương trình số hiệu chỉnh cạnh và phương vị được viếtnhư sau:

D

P m





, ij

2 2

P m

,

n

D D

Với n là số lần đo lặp trên một cạnh

Tính độ chính xác của các yếu tố cần thiết:

- Sai số trung phương vị trí điểm yếu nhất được tính theo công thức:

Lưới khống chế thi công hầm được thiết kế theo phương án riêng biệt

và phương án tổng thể, nên phải chia ra các phương án ước tính sau:

1 Phương án ước tính lưới GPS độc lập

a Ước tính độ chính xác lưới GPS mặt đất:

- Tính được ảnh hưởng tổng hợp của sai số khống chế mặt đất đến sai

- Thực hiện các bước của bài toán ước tính trên, từ đó tính được sai sốtrung phương vị trí điểm theo công thức (2.17)

trọng số của các trị đo

 So sánh giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị điểm yếu nhất

cần thiết của lưới khống chế mặt đất phục vụ thi công xây dựng đường hầm

b Phương pháp thiết kế lưới khống chế trong hầm:

Lưới khống chế trong hầm thường được thiết kế là lưới đường chuyền

- Trong trường hợp lưới đường chuyền được xem là duỗi thẳng vàchiều dài các cạnh của đường chuyền xấp xỉ nhau thì sai số trung phương vịtrí điểm cuối của đường chuyền nhánh trong hầm được tính theo công thức:

Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau, sai số trung phương đo góc vàcạnh đường chuyền trong hầm theo 3 trường hợp sau:

2 Phương án ước tính lưới GPS tổng thể

Trong phương án này coi khống chế trắc địa trên mặt đất, đo liên hệ vàkhống chế trắc địa trong hầm là một chỉnh thể và tính ảnh hưởng sai số của cả

hệ thống đó tới độ chính xác hướng ngang đào thông hầm

Trong lưới tổng thể GPS mặt đất và lưới đường chuyền trong hầm cóthêm các loại phương trình số hiệu chỉnh sau đây:

- Phương trình số hiệu chỉnh đo góc liên hệ , P =

Từ ma trận Q, tính các tham số của “Elip sai số điểm không” :

- Bán trục lớn được tính theo công thức:

Δ 2 = E2cos2 ψ + F2sin2 ψ (2.31)

Như vậy trong phương pháp này chỉ cần biết dạng lưới khống chế trênmặt đất và trong hầm, phương pháp đo liên hệ và độ chính xác của các trị đo,tính toán theo trình tự các công thức từ (2.6) đến (2.31) Ta có thể vẽ Ellip sai

số tương hỗ vị trí điểm đào thông và tính sai số hướng ngang đào thông hầm

Từ đó so sánh với sai số trung phương hướng ngang cho phép nhằm đánh giá

độ chính xác của cả hệ thống cơ sở trắc địa mặt bằng thi công hầm

2.4 TÍNH CHUY N TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH KHI S D NG Ể THÀNH LẬP LƯỚI THI Ử DỤNG ỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI CÔNG NGH GPS Ệ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

2.4.1 V n đ đ t ra ất ền thống ặt bằng trên mặt đất

Để đảm bảo độ chính xác bố trí công trình ra thực địa lưới khống chếthi công được thành lập phải đảm bảo yêu cầu tính đồng nhất giữa hệ toạ độthiết kế và hệ toạ độ thi công

Tuy nhiên khi sử dụng cần lưu ý đến:

- Sự khác biệt về hệ tọa độ thiết kế và hệ toạ độ định vị công trình khi

Mục đích của tính chuyển:

- Hệ toạ độ thi công trùng với hệ toạ độ để thiết kế

- Sự biến dạng về chiều dài các cạnh đo trên mặt đất và các cạnh tươngứng trên bản vẽ là nhỏ nhất

2.4.2 V n đ l a ch n kinh tuy n tr c và m t chi u cho công trình ất ền thống ựa chọn kinh tuyến trục và mặt chiếu cho công trình ọn kinh tuyến trục và mặt chiếu cho công trình ế mặt bằng trên mặt đất ụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống ặt bằng trên mặt đất ế mặt bằng trên mặt đất

Trong TĐCT, khi thành lập lưới khống chế thi công cần phải lựa chọnmặt chiếu và múi chiếu trước khi tiến hành bình sai lưới Khi đó, để tránh sai

số do biến dạng chiều dài cạnh, trước khi bình sai, chiều dài cạnh đo trên mặtđất cần được đưa vào 2 số hiệu chỉnh.

1 Số hiệu chỉnh do độ cao

ΔS H=−S ( H m−H0)

Trong đó:

S: Chiều dài cạnh đo được

Tức là khi hiệu độ cao mặt đất và mặt chiếu nhỏ hơn 32m thì có thể bỏ

E

Mặt chiếu được chọn trong TĐCT là mặt có độ cao trung bình của khuvực xây dựng công trình.

Trong đó: S - Chiều dài cạnh trên Ellipxoid

S: Chiều dài cạnh đo trực tiếp trên mặt đất

Như vậy chiều dài cạnh đưa vào bình sai sẽ có sự sai khác so với chiềudài cạnh đo trực tiếp trên mặt đất do ảnh hưởng của 2 số hiệu chỉnh nêu trên

Nguyên tắc chọn mặt chiếu, múi chiếu trong TĐCT là phải chọn mặt

nhỏ và có thể bỏ qua Khi đó mặt chiếu và múi chiếu được chọn theo điềukiện:

- Với phép chiếu Gauss: Khoảng cách từ khu vực xây dựng đến kinhtuyến trục của múi chiếu được chọn không được vượt quá 20 km

- Với phép chiếu UTM:

1: 200000, thì khoảng cách từ kinh tuyến trục của múi chiếu đến khu vực xâydựng công trình không vượt quá 180 km

trục của múi chiếu đến khu vực xây dung công trình không vượt quá 90 km

kể và có thể bỏ qua, chiều dài cạnh đo trực tiếp không bị biến dạng

2.4.3 V n đ tính chuy n t a đ các đi m đo GPS v h t a đ thi ất ền thống ển tọa độ các điểm đo GPS về hệ tọa độ thi ọn kinh tuyến trục và mặt chiếu cho công trình ộ cao ển tọa độ các điểm đo GPS về hệ tọa độ thi ền thống ệ thống khống chế độ cao ọn kinh tuyến trục và mặt chiếu cho công trình ộ cao công công trình

Để tính chuyển các trị đo GPS về hệ toạ độ thi công thì cần phải lựachọn phương pháp tính chuyển sao cho tách biệt được giá trị toạ độ (X, Y) vàgiá trị độ cao H, khi đó độ chính xác của phép tính chuyển toạ độ sẽ đáp ứngđược yêu cầu cần thiết của lưới khống chế thi công công trình được thành lậpbằng công nghệ GPS Bài toán tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ vuông góckhông gian địa tâm về hệ toạ độ địa diện chân trời tại điểm quan sát kết hợpvới phép tính chuyển giữa hai hệ toạ độ vuông góc phẳng (phép tính chuyểnHelmert) sẽ đáp ứng được yêu cầu độ chính xác cần thiết của lưới khống chếthi công công trình

1 Tính chuyển hệ toạ độ địa tâm về hệ toạ độ địa diện

Thuật toán tính chuyển như sau:

Bước 1: Tính chuyển toạ độ các điểm đo GPS từ hệ toạ độ vuông góc

không gian địa tâm WGS – 84 (X, Y, Z) sang hệ toạ độ trắc địa cùng hệ quychiếu (B, L, H) theo các công thức từ (2.44) đến (2.46)

P (1−e2)

Z

Bước 2: Chọn điểm gốc của hệ toạ độ địa diện là điểm trọng tâm của

lưới khống chế thi công công trình (điểm có toạ độ và độ cao là giá trị trungbình của các điểm khống chế thi công) Điểm gốc của hệ toạ độ địa diện cũng

có thể chọn là một trong các điểm song trùng của hai hệ toạ độ và độ cao là

độ cao của mặt chiếu đã sử dụng để thiết kế công trình

Bước 3: Sử dụng các công thức (2.48) để tính chuyển các điểm khống

chế trong lưới khống chế về hệ toạ độ địa diện đã chọn

Toạ độ địa diện x, y, z của một điểm quan sát cần tính chuyển đượctính theo công thức:

[ x ¿ ][ y ¿ ] ¿

¿ ¿¿ = [−sin B cos L −sin B sin L cosB−sin L cos L 0

cosB cos L cos B sin L sin B ] . [ X−(No+Ho)cosBocosLo ¿ ][ Y−(No+Ho)cosBsinLo ¿ ] ¿

(2.48)

Trong đó: