Nghiên cứu khả năng ứng dụng thiết bị do đạc điện tử phục vụ xây dựng các công trình đặc trưng trên vùng mỏ Quảng Ninh

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ 6 1.1. Sơ đồ tổng quát và các chức năng của máy toàn đạc điện tử 6 1.2. Máy đo khoảng cách điện tử (Eletronic Distance Meter- EDM) 7 1.2.1. Nguyên lý đo khoảng cách bằng máy đo dài điện tử. 7 1.2.2. Nguyên tắc hoạt động của máy đo dài điện tử theo phương pháp xung 10 1.3. Máy kinh vĩ kỹ thuật số (Digital Theodolite – DT) 12 1.3.1 Cấu tạo của máy kinh vĩ điện tử 12 1.3.2 Bàn độ điện tử mã hóa 13 1.4. Tính năng kỹ thuật chủ yếu của một số máy toàn đạc điện tử thông dụng của Việt Nam 14 1.4.1. Các thông số kỹ thuật máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS-06 ULTRA 14 1.4.2. Các đặc trưng của máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA 15 1.4.3. Các bộ phận quan trọng của máy FLEXLINE TS06 ULTRA 16 1.4.4. Các phím chức năng của máy FLEXLINE TS06 ULTRA 17 1.4.5. Một số tính năng nổi bật của dòng máy Flexline 24 1.4.6. Bảng chọn chính (Main menu) 28 1.4.7. Cây thư mục của máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA 29 1.5. Quá trình cài đặt cho máy (SETTING) 29 1.6. Các chương trình ứng dụng của máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA 33 1.6.1 Surveying (Khảo sát, đo địa hình) 33 1.6.2. Stake Out (Chuyển điểm thiết kế ra thực địa) 41 1.6.3. Free Station (Chương trình đo giao hội nghịch) 42 1.6.4. Reference Element – Reference line (Định vị công trình theo đường thẳng tham chiếu) 45 1.6.5. Tie Distance (Đo khoảng cách gián tiếp) 51 1.6.6. Area & Volume (Tính diện tích và khối luợng) 53 1.6.7. Remote Hieght (Đo cao từ xa ) 55 1.6.8. Construction (Chương trình ứng dụng trong xây dựng) 57 1.6.9. Reference Element- Reference Arc (Định vị công trình theo cung tham chiếu). 59 1.6.10. CoGo (Các chương trình tiện ích) 62 1.6.11. Road 2D (Đường 2D) 65 1 1.6.12. Reference Plane (Mặt phẳng tham chiếu) 66 1.7. Các nguồn sai số do máy gây ra 68 1.7.1. Sai số do các trục máy gây ra 68 1.7.2. Sai số đo dài bằng EDM 69 CHƯƠNG 2 CÔNG TÁC ĐO ĐẠC BỐ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 71 2.1. Khái niệm 71 2.2. Xác định các yếu tố công trình từ thiết kế 71 2.3. Bố trí các yếu tố công trình từ thiết kế ra thực địa. 74 2.3.1. Bố trí chiều dài bằng 74 2.3.2. Bố trí góc bằng 75 2.3.3. Bố trí điểm đã biết tọa độ 77 2.3.4. Bố trí điểm đã biết độ cao 79 2.3.5. Bố trí trục thẳng và trục nghiêng ra thực địa 80 2.4. Qui hoạch mặt bằng công nghiệp 81 2.5. Công tác bố trí chi tiết công trình 83 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ PHỤC VỤ THI CÔNG CÁC CỒNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN VÙNG MỎ 86 3.1. Bố trí công trình đường giao thông 87 3.1.1. Nhu cầu phát triển mạng lưới đường giao thông trên vùng mỏ 87 3.1.2 Bố trí tuyến đường chuyền bằng máy toàn đạc điện tử 88 3.2. Phục vụ bố trí công trình cao tầng 97 3.2.1. Trắc địa phục vụ thi công các công trình nhà cao tầng 97 3.2.2. Công tác bố trí chi tiết và đo kiểm tra trong thi công xây dựng các tầng nhà 120 KẾT LUẬN 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Quảng Ninh nằm ở phía Đông Bắc Việt Nam, là tỉnh có ngành công nghiệp khai khoáng tập trung nhất ở nước ta. Cùng với sự phát triển của ngành than, các ngành công nghiệp liên quan khác cũng lần lượt ra đời biến toàn bộ vùng than thành một khu công nghiệp lớn với quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng. Nhiều công trình xây dựng lớn nhanh chóng được xây dựng. Từ ý nghĩa ứng dụng, có thể chia các công trình khu vực Quảng Ninh làm hai loại, bao gồm : (I). Công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông và (II). Công trình xây dựng phục vụ hoạt động khai thác mỏ. Quảng Ninh là một trong ba đỉnh của tam giác kinh tế phía Bắc. Những năm gần đây, thực hiện chính sách đổi mới, Nhà nước đã và đang tập trung đầu tư mạnh mẽ xây dựng cơ sở hạ tầng trên vùng mỏ Quảng Ninh. Nhiều công trình bao gồm đường giao thông, các chung cư, khách sạn cao tầng v.v… đã được xây dựng mới hoặc nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, với tiêu chuẩn kỹ thuật công nghệ tiên tiến. Cùng với sự mở rộng và phát triển công nghiệp mỏ, quá trình hiện đại hóa dây chuyền sản xuất mỏ đã và đang hình thành các công trình phục vụ trực tiếp công nghiệp mỏ như tổ hợp nhà sàn, bến cảng, hệ thống tháp giếng, trục nâng, hệ thống băng tải v.v…ngày càng được xây dựng. Công tác đo đạc trắc địa tham gia xuyên suốt trong quá trình từ thiết kế, thi công, khai thác công trình. Không thể có các công trình xây dựng hoàn thiện nếu không có sự tham gia của công tác trắc địa. Cho đến những năm gần đây, công tác trắc địa phục vụ xây dựng và khai thác công trình chủ yếu đều được thực hiện bằng các thiết bị quang cơ. Công nghệ và phương pháp cổ điện có độ chính xác thấp và chiếm nhiều công sức, thời gian. Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử lần lượt ra đời và cải tiến không ngừng. Công nghệ mới đó làm thay đổi các quy trình công nghệ truyền thống làm giảm thời gian và công sức, nâng cao độ chính xác và hiệu quả phục vụ xây dựng công trình. 3 Hoạt động của khai thác hầm lò làm thay đổi trạng thái ứng lực tự nhiên của khối đất đã mỏ, làm mất trạng thái cân bằng bân đầu, dẫn đến sự dịch chuyển và biến dạng các lớp đất đá. Trong các vùng riêng biệt, sự xuất hiện ững lực sẽ gây ra sự phá hủy, phá vỡ tính liên tục của các lớp đất đá theo các bề mặt yếu và mặt tiếp xúc giữa các lớp, phá vỡ cấu trúc tự nhiên của đất đá làm dịch chuyển dẫn đến sự biến dạng bể mặt, gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với các công trình, đặc biệt đối với các công trình có chiều cao lớn như nhà cao tầng, tháp giếng mỏ, ống khói v.v… Đây chính là điểm đặc trưng của các công trình xây dựng trên vùng mỏ. Tính chất biến dạng công trình là yếu tố rất quan trọng khi xem xét các công trình xây dựng trên vùng mỏ. Trắc địa phải tiến hành quan trắc xác định quy luật dịch chuyển đất đá và biến dạng bề mặt để từ đó xác định các đại lượng dự báo độ ổn định của các công trình. Từ luận giải trên đây, cho thấy rằng, việc lựa chọn đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng thiết bị do đạc điện tử phục vụ xây dựng các công trình đặc trưng trên vùng mỏ Quảng Ninh”. được lựa chọn là xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý nghĩa thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài Xác lập cơ sở ứng dụng các thiết bị đo đạc điện tử phù hợp đối với các loại hình công trình xây dựng đặc trưng trên vùng mỏ Quảng Ninh. 3. Phương pháp nghiên cứu Thu thập tổng hợp các thông tin về các loại hình công trình xây dựng trên vùng mỏ. Nghiên cứu khảo sát các tính năng kỹ thuật một số các thiết bị điện tử và lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp phục vụ xây dựng công trình, đặc biệt đối với các công trình có chiều cao lớn, nhạy cảm với quá trình dịch chuyển đất đa và biến dạng quá trình khai thác mỏ. 4. Nội dung nghiên cứu -Khảo sát các loại công trình xây dựng trên vùng mỏ. 4 -Nghiên cứu các đặc điểm và điều kiện ảnh hưởng của quá trình khia thác mỏ đối với các công trình trên bề mặt. -Khảo sát các tính năng kỹ thuật của các thiết bị điện tử -Lựa chọn và ứng dụng các giải pháp công nghệ bằng các thiết bị điện tử trong xây dựng các công trình nhạy cảm với ảnh hưởng của quá trình khai thác ở, mà trọng tâm là các công trình có chiều dài lớn hơn( đường giao thông) và có độ cao lớn( nhà cao tầng, tháp giếng mỏ v.v…) 5 CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ 1.1. Sơ đồ tổng quát và các chức năng của máy toàn đạc điện tử Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ và thiết bị trong lĩnh vự trắc địa-bản đồ cũng không ngừng đổi mới. Máy toàn đạc điện tử (total station) ra đời là sự kết hợp các chức năng đo đạc bao gồm: đo góc, đo chiều dài và đo độ cao trong một thiết bị (unit). Sơ đồ thiết bị toàn đạc điện tử được mô tả tóm tắt như sau: Hình 1.1. Sơ đồ tổng quát máy toàn đạc điện tử *Khối 1: Máy đo xa điện tử (Electronic Distance Meter – EDM) Chức năng: Thực hiện việc đo khoảng cách từ điểm đặt máy đến gương( hoặc các bề mặt phản xạ). Độ chính xác đo khoảng cách tùy thuộc từng loại máy nhưng các máy thông dụng hiện nay cho phép đo khoảng cách với độ chính xác: 3mm- 3.10 6 D. Toàn bộ quá trình đo khoảng cách được thực hiện tự động, kết quả đo được thể hiện trên màn hình hoặc chuyển vào bộ nhớ của máy toàn đạc điện tử. *Khối 2: Máy kinh vĩ điện tử (Digital Theodolite-DT) 6 Chức năng: -Xử lý các số liệu đo góc, đo cạnh để tính toán đại lượng cần thiết. -Thực hiện chức năng giao tiếp giữa máy toàn đạc điện tử và máy tính và ngược lại. -Thực hiện chức năng quản lý dự liệu. Như vậy, sự kết hợp của 3 khối trên đây lại với nhau chúng ta được một máy đa chức năng rất linh hoạt có thể đo đạc các đại lượng cần thiết và giải được hầu hết các bài toán trắc địa thông dụng. Các modul thành phần trong máy toàn đạc điện tử được mô tả như sau: 1.2. Máy đo khoảng cách điện tử (Eletronic Distance Meter- EDM) 1.2.1. Nguyên lý đo khoảng cách bằng máy đo dài điện tử. Giả sử cần đo khoảng cách AB=D, người ta đặt tại một đầu của khoảng cách cần đo bộ phận thu – phát tín hiệu( Transmiter- recerver TR) còn đầu kia đặt hệ thông phản hồi tín hiệu( Reflector R). Bộ phận phát tín hiệu của máy phát tín hiệu về phía hệ thống phản hồi, hệ thống phản hồi sẽ phản hồi tín hiệu quay trở lại bộ phận thu của máy( hình 1.2) Nếu đo được thời gian tín hiệu lan truyền đi và về trên khoảng cách cần đo τ chúng ta sẽ xác đinh được khoảng cách theo công thức: D= τ v 2 1 (1.1) Trong đó: D- Khoảng cách cần đo v- Vận tốc lan truyền tín hiệu τ - Thời gian tín hiệu lan truyền đi và về trên khoảng cách cần đo 7 Hình 1.2. Sơ đồ lan truyền tín hiệu đi và về Tín hiệu sử dụng để đo khoảng cách có thể là sóng âm hoặc đo sóng điện từ. Tuy nhiên, vận tốc của sóng âm trong không khí phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khí tượng. Vì vậy, sóng âm chỉ được sử dụng để chế tạo các thiết bị để đo khoảng cách độ chính xác không cao. Ví dụ, dựng trong các mục đích quân sự. Để đo được các khoảng cách với độ chính xác cao dùng trong trắc địa (sai số trung phương cỡ vài mm đến vài cm) người ta thực hiện song điện từ. Vì lý do đó nên các máy đo xa loại này được gọi là các máy đo xa điện tử. Tất cả các máy đo xa điện tử đều xác định thời gian lan truyền tới hiệu τ còn tốc độ lan truyền tín hiệu v trong trường hợp này chúng ta giả thiết là đã biết. Thực tế, tốc độ lan truyền tín hiệu v được xác định thông qua vân tốc ánh sáng trong chân không và chiết suất môi trường. Vì vận tốc lan truyền sóng điện từ trong không gian có trị số rất lớn nó xấp xỉ bằng 3.10 8 m/s. Vì vậy việc xác định thời gian τ là phải rất chính xác nếu không sẽ gây ra sai số rất lớn trong kết quả đo khoảng cách. Để khảo sát việc đo xác định độ chính xác thời gian τ chúng ta xét ví dụ sau: 8 Giả sử cần đo một khoảng cách với độ chính xác 1,5cm thì việc xác định độ chính xác đo thời gian τ là bao nhiêu: Từ công thức D= τ v 2 1 Tính đạo hàm và chuyển về sai số trung phương và coi v là hằng số ta được: 21 . 2 D D t t m m v m m v = Þ = với 8 2 3.10 / ; 1,5.10 D v m s m - = = Ta được 2 8 10 2.1,5.10 1 3.10 10 t m - = =- Độ chính xác thời gian t . ( Bảng 1.1) Sai số thời gian t (s) Sai số khoảng cách m D 1.0 1.5.10 10 0.01 1.5.10 8 0.001 1.5.10 7 0.00001 1.5.10 5 0.0000001 1.5.10 2 0.00000000001 1.5 Như vậy, chúng ta thấy, để đo được khoảng cách với độ chính xác khoảng 1,5cm, một độ chính xác không phải là quá cao trong trắc địa cần phải đo thời gian lan truyền sóng điện từ với độ chính xác cỡ 10 -10 s (một phần mười tỉ giây) một độ chính xác rất cao phải dùng các thiết bị và phương pháp đặc biệt mới có thể đạt được. Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu các phương pháp này. Thời gian lan truyền tín hiệu có thể được đo một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua một tham số nào đó của dao động điện từ (ví dụ như pha hoặc tần số của dao đông). Tùy thuộc vào cách đo thời gian người ta chia các máy đo xa điện tử 9 thành các loại khác nhau như máy loại xung (đo trực tiếp thời gian). Máy loại pha (đo thời gian thông qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi) Hiện nay, trên thực tế ngưởi ta chủ yếu sử dụng máy loại xung với lý do chủ yếu là những tiến bộ vượt bậc của khoa học công nghệ trong các lĩnh vực lỹ thuật xung và kỹ thuật số trong những năm gần đây. Dưới đây xin giới thiệu nguyên tắc hoạt động của máy đo xa điện tử theo phương pháp xung. 1.2.2. Nguyên tắc hoạt động của máy đo dài điện tử theo phương pháp xung Sơ đồ khối của phương pháp có thể được tóm tắc như sau: Hình 1.3. Sơ đồ khối chức năng của các bộ phạn của máy toàn đạc điện tử *Khối 1: Bộ phát tín hiệu Chức năng: Phát tín hiệu để đo khoảng cách. Tín hiệu là các xung ánh sáng cực ngắn. *Khối 2: Bộ phân thu tín hiệu: Chức năng: Thu tín hiệu phản hồi từ gương *Khối 3: Gương phản hổi Chức năng: Phản hổi tín hiều 10 [...]... các chương trình tiện ích tạo thành máy toàn đạc điện tử 1.4 Tính năng kỹ thuật chủ yếu của một số máy toàn đạc điện tử thông dụng của Việt Nam Ở nước ta hiện nay, các máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rất rộng rãi trong các đơn vị sản xuất Mỗi loại máy đó các giao diện khác nhau nhưng chúng đều có các chương trình ứng dụng giống nhau Dưới đây, xin giới thiệu một số chương trình của máy toàn đạc. .. Road (Chương trình ứng dụng trong xây dựng) Với các chương trình ứng dụng tích hợp trong máy trên, chức năng của máy FLEXLINE TS06 ULTRA được cải thiện đáng kể Kết quả là dải ứng dụng được mở rộng và công việc khảo sát hàng ngày trên thực địa được đơn giản, thuận lợi, chính xác và nhanh chóng 1.6.1 Surveying (Khảo sát, đo địa hình) Đây là chương trình đo chi tiết thường được sử dụng phục vụ công tác Trắc... ấn phím F2(PPM) Để cài đặt chức năng trên chỉ việc di chuyển thanh sáng tới mục đó sau đó dùng phím di chuyển sang trái/ phải để cài đặt, ấn F4(OK) để chấp nhận cài đặt 1.6 Các chương trình ứng dụng của máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA Máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA có các chương trình ứng dụng sau: - Surveying (Đo địa hình) - Stake out (Chuyển điểm thiết kế ra thực địa) - Free station... nối : Cổng USB được chọn - Các ký hiệu: : Thể hiện khoảng cách nghiêng : Thể hiện chênh cao : Thể hiện khoảng cách ngang 1.4.4.4 Phím chức năng [FNC] Với phím này ta có thể nhanh chóng gọi các chức năng cần thiết phục vụ quá trình đo đạc, giúp chúng ta không mất thời gian vào main menu để hiệu chỉnh Tuy nhiên phím này chỉ kích hoạt được khi bạn đang trong một chương trình ứng dụng cụ thể như (Q- Survey,... 2 Nối các vùng mã với máy đếm xung điện tử và giải mã ta sẽ nhận được trị số hướng đo và thông qua vi xử lý, bằng các lệnh tương ứng trên bàn phím 13 điều khiển trị số này hoặc được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng hoặc ghi vào bộ nhớ trong của máy hoặc đĩa mềm Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt trong nghành điện tử máy kinh vĩ điện tử được gộp nối với máy đo xa điện tử và... hoạt động của máy kinh vĩ điện tử khá phức tạp vì nó liên quan đến kiến thức điện tử - tin học, do đó dưới đây chỉ trình bày khái lược bộ phận quan trọng nhât là bàn độ điện tử mã hóa Hình 1.4 hình dạng và cấu tạo bên ngoài của máy Ultra Flexline TS-06 12 1.3.2 Bàn độ điện tử mã hóa Thiết bị mã hóa được mô tả trên hình 2-6a, nó bao gồm một bóng đèn Z, một tụ điện, hai diod quang điện A và B và hệ lăng... giống nhau Dưới đây, xin giới thiệu một số chương trình của máy toàn đạc điện tử Ultra-Flexline TS-06 được xây dựng trên hệ điều hành Windows CE, màn hình màu rộng, cảm ứng, với khả năng đo xa không gương đến 2000(m), phần mềm ưu việt giúp cho công tác trắc địa thuận lợi và chính xác hơn 1.4.1 Các thông số kỹ thuật máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS-06 ULTRA Ống kính (Telescope) Đo góc (Angle measurement)... dẫn tới máy đếm xung Trước khi vào máy đếm, các xung phải qua khóa điện từ Việc đóng mở khóa điện tử được điều khiển bởi các xung phát và xung phản hổi Xung phát làm nhiệm vụ mở khóa điện tử, xung phản hồi làm nhiệm vụ đóng khóa điện tử Như vậy kháo điện tử chỉ mở trong khoảng thời gian từ khi xung rời bộ phần phát của máy tới gương và qua trở lại Khoảng cách từ máy tới gương càng lớn thì thời gian... Reference line (Định vị công trình theo đường chuẩn) - Tie distance (Đo khoảng cách gián tiếp) - Area và Volume (Tính diện tích và khối lượng) - Remote Height (Đo cao từ xa) - Construction (Các chương trình ứng dụng trong xây dựng) - Reference Element- Reference Arc (Định vị công trình theo đường cong) - Cogo (Coordinate Geometry- Toạ độ hình học) - Reference Element- Reference (Định vị công trình theo mặt... thành một khối, do đó khi máy được cân bằng thì các phần mềm hoạt động trên cơ sở đã cân bằng Đồng thời máy có vi động ngang là vô cùng, rất tiện ích cho quá trình đo nhanh b Chức năng của hệ thống dẫn hướng bằng ánh sáng Máy toàn đạc điện tử FLEXLINE TS06 ULTRA đựơc trang bị hệ thống ánh sáng dẫn hướng EGL gồm hai nguồn ánh sáng nhấp nháy bên phía trên ống kính Chức năng này giúp người ứng máy dẫn hướng . xây dựng trên vùng mỏ. Nghiên cứu khảo sát các tính năng kỹ thuật một số các thiết bị điện tử và lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp phục vụ xây dựng công trình, đặc biệt đối với các công trình. thiết bị đo đạc điện tử phù hợp đối với các loại hình công trình xây dựng đặc trưng trên vùng mỏ Quảng Ninh. 3. Phương pháp nghiên cứu Thu thập tổng hợp các thông tin về các loại hình công trình xây. quá trình khia thác mỏ đối với các công trình trên bề mặt. -Khảo sát các tính năng kỹ thuật của các thiết bị điện tử -Lựa chọn và ứng dụng các giải pháp công nghệ bằng các thiết bị điện tử trong