Nội dung của bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về đặc điểm và giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác của lưới khống chế mặt bằng trong hầm, một số kết quả đo thực nghiệm để lựa chọn dạng lưới khống chế mặt bằng trong hầm phù hợp để nâng cao độ hiệu quả công tác định hướng hầm khi thi công hầm đối hướng.
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 Khoáng sản Việt Nam Tóm tắt: Nội dung báo trình bày số kết nghiên cứu đặc điểm giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ xác lưới khống chế mặt hầm, số kết đo thực nghiệm để lựa chọn dạng lưới khống chế mặt hầm phù hợp để nâng cao độ hiệu công tác định hướng hầm thi công hầm đối hướng Đặt vấn đề Khi thi cơng cơng trình hầm đối hướng, độ xác cơng trình phụ thuộc nhiều vào cơng tác định hướng hầm Nếu công tác định hướng đào hầm làm khơng tốt kết thơng hầm khơng đạt yêu cầu hạn sai làm ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ thi cơng cơng trình Do vấn đề định hướng đường hầm quan trọng công tác thi công đường hầm đào đối hướng Công tác định hướng hầm phải dựa vào sở trắc địa thi công hầm bao gồm: lưới khống chế mặt đất, lưới khống chế hầm công tác chuyền tọa độ độ cao xuống hầm Để đảm bảo cho công tác thông hầm đạt hiệu cao nằm giới hạn cho phép cần giải vấn đề nâng cao độ xác sở trắc địa thi công hầm Do đặc điểm công tác thi công hầm nên vấn đề đo đạc thành lập lưới khống chế thi công hầm có nhiều nội dung khơng thực theo phương pháp truyền thống lưới khống chế thi công hầm phát triển theo tiến độ đào hầm thường thiếu yếu tố đo kiểm tra thực địa v.v Do cần phải nghiên cứu lựa chọn dạng lưới khống chế hầm phù hợp nhằm đảm bảo độ xác định hướng hầm đáp ứng điều kiện thi công hầm thực tế phù hợp với tiến độ thi công công trình Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu 2.1 Khái niệm sai số đào thông hầm Trong thi công đào hầm, sai số lưới khống chế mặt đất, sai số đo liên hệ, sai số lưới khống chế hầm sai số bố trí chi tiết nên hai trục tim hầm đào đối hướng khơng thể gặp xác tuyệt đối mà có tỷ lệ lệch định gọi sai số đào thông hầm đối hướng Ký hiệu ∆, sai số trung phương tương ứng ký hiệu M (hình 1) H C P2 ∆ ∆h Y A P1 ∆q H X Hình Sai số thơng hầm khơng gian Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 45 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Giá trị ∆ phân tích thành ba thành phần Tùy trường hợp cụ thể mà đường chuyền theo trục Y ∆L, theo trục X ∆q, theo trục Z ∆h Tương ứng với đại lượng là: hầm có ngun tắc thành lập thích hợp - Sai số trung phương hướng dọc (trùng với trục hầm): trục tim hầm lệch tim hầm khoảng thích hợp, có cạnh xấp xỉ Các điểm đường mL = 0.5 ∆L (1) - Sai số trung phương hướng ngang (vng góc với trục hầm): + Đường chuyền hầm thành lập dọc theo chuyền chọn nơi an tồn, ổn định bị ảnh hưởng thi cơng, điều kiện nhìn thơng tốt, tia ngắm phải cách chướng ngại vật 0,2m + Đối với đường hầm dài có tiết diện lớn mq = 0.5 ∆q (2) - Sai số trung phương độ cao: thành lập đường chuyền khép kín đường chuyền đường chuyền phụ tạo thành vòng (3) khép kín Trong trường hợp có đường hầm dẫn song song với đường chuyền đường chuyền đơn Trong nguồn sai số thơng hầm cần phải đặc biệt quan tâm đến sai số hướng ngang thông hầm dẫn với đường chuyền hầm tạo thành vòng khép để có điều kiện kiểm tra mh = 0.5 ∆h hầm mq nguồn sai số có ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác thi cơng hầm [2] Chính nên thành lập sở trắc địa phục vụ thi công xây dựng cơng trình hầm đối hướng cần phải nghiên cứu đưa giải pháp kỹ thuật nhằm làm giảm ảnh hưởng sai số hướng ngang thi công hầm mq giải pháp kỹ thuật đo nghiên cứu nâng cao độ xác lưới khống chế mặt hầm 2.2 Lưới khống chế mặt hầm - Lưới khống chế mặt hầm thường thành lập dạng đường chuyền Đường chuyền hầm phải thành lập với độ xác cần thiết chung hệ tọa độ thống với khống chế mặt đất để hướng đào hầm, bố trí trục tim hầm, bảo đảm thơng hầm đối hướng với độ xác quy định - Điểm phương vị khởi đầu đường chuyền hầm điểm phương vị lưới khống chế mặt đất cửa hầm chuyền từ mặt đất xuống hầm qua giếng đứng, giếng nghiêng hầm Đường chuyền hầm có đặc điểm: + Hình dạng đường chuyền phụ thuộc vào hình dạng đường hầm - Trong trường hợp lưới đường chuyền xem duỗi thẳng chiều dài cạnh đường chuyền xấp xỉ sai số trung phương vị trí điểm cuối đường chuyền nhánh hầm tính theo cơng thức [2]: m2 mL2 m2q Giá trị mL mq sai số trung phương hướng dọc hướng ngang thơng hầm tính theo cơng thức: mL mS n mq 46 m n3 s 12 (5) (6) đó: n : số cạnh đường chuyền m : sai số đo góc đường chuyền m S : sai số đo cạnh đường chuyền - Trong trường hợp lưới đường chuyền không xem duỗi thẳng cạnh đo với độ xác sai số trung phương vị trí điểm cuối đường chuyền nhánh hầm tính theo cơng thức [2]: + Đường chuyền hầm đường chuyền treo phát triển theo tiến độ đào hầm Vì vậy, khơng thể đo đường chuyền liền lúc mà phải đo hai điểm cuối kề trình phát triển, muốn kiểm tra phải đo lại (4) M = n.ms + m 2 D n 1,i "2 (7) Trong đó: D n+1,i khoảng cách từ điểm cuối đến điểm i đường chuyền ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 2.3 Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao Từ lý chúng tơi nhận thấy cần thiết độ xác lưới khống chế mặt hầm phải nghiên cứu sơ đồ lưới khống chế hầm nhằm đảm bảo sai số hướng ngang thông hầm mq Trong thực tế điều kiện thi công hầm chật hẹp nên thành lập lưới khống chế thi cơng hầm có hai điểm khống chế điểm gốc đường chuyền treo hầm, với phương án đo đạc khơng có điều kiện kiểm tra (hình 3) Do đó, trường hợp người ta cố gắng làm điều đáp ứng yêu cầu tiến độ thi công đào hầm cần thiết Để có sở việc thành lập đánh giá độ xác lưới trước hết tiến hành xây dựng lưới sở làm điều kiện kiểm tra sau xem xét đồ hình lưới thi cơng hầm Phương án sở: Trong phương án đo tất để tiến hành kiểm tra độ xác thi công hầm Nếu đường chuyền không đảm bảo độ góc cạnh lưới đo nối với điểm GPS (hình 2) Tọa độ điểm lưới xác ảnh hưởng đến công tác thi công hầm, làm chậm tiến độ tổn hao kinh phí dùng làm điều kiện kiểm tra phương án lại Hình Đồ hình lưới sở Các đồ hình thiết kế lưới thi cơng hầm gồm có phương án sau: Phương án 1: Từ hai điểm gốc cửa hầm ta thiết kế đường chuyền đơn vào hầm (hình 3) Trong phương án ta tiến hành đo tất góc cạnh lưới Hình Đường chuyền treo Phương án 2: Từ điểm khống chế cửa hầm, thiết kế đường chuyền có dạng đường chuyền kín dọc theo hai thành đường hầm (hình 4) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 47 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình Đường chuyền khép kín Phương án 3: Lưới đường chuyền hầm thiết kế có dạng đường chuyền tạo thành vòng khép kín có đo tăng dày thêm số góc (hình 5) Hình Đường chuyền khép kín có đo thêm số góc Phương án 4: Lưới khống chế hầm thiết kế tạo thành vòng khép kín đo tất góc cạnh (hình 6) Hình Đường chuyền khép kín đo tất góc cạnh lưới Cụ thể khối lượng đo phương án sau: Phương án sở: Đo 66 trị đo gồm 40 trị đo góc, 26 trị đo cạnh Đây phương án dùng làm sở cho việc so sánh, kiểm tra kết phương án khác Phương án 4: Đo 58 trị đo gồm 34 trị đo góc, 24 trị đo cạnh 2.4 Kết ước tính độ xác lưới lưới khống chế mặt hầm Phương án 1: Đo tất 12 trị đo, có 06 trị đo cạnh 06 trị đo góc Lưới mặt hầm ước tính theo phương pháp chặt chẽ máy tính, ta kết tính tốn cụ thể phương án So sánh kết Phương án 2: Đo 26 trị đo gồm 13 trị đo góc, 13 trị đo cạnh ước tính yếu tố đặc trưng phương án bảng Phương án 3: Đo 42 trị đo gồm 24 trị đo góc, 18 trị đo cạnh 48 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Bảng Bảng so sánh kết ước tính theo phương án STT Phương án Phương án Phương án Phương án SSTP vị trí điểm yếu (mm) SSTP phương vị yếu (”) SSTP tương đối chiều dài cạnh yếu SSTP tương hỗ hai điểm yếu (mm) 5.5 (Điểm 6) 2.45” (Cạnh đến 6) 1/23900 (Cạnh đến 6) 2.1 (điểm đến 6) 4.6 (Điểm 7) 2.38” (Cạnh 12 đến GPS1) 1/3000 (Cạnh đến 7) 2.0 (điểm 12 đến GPS1) 4.2 (Điểm 7) 2.51” (Cạnh đến 6) 1/20100 (Cạnh đến 7) 1.8 (điểm đến 9) 3.5 (Điểm 7) 2.12” (Cạnh đến 7) 1/26900 (Cạnh đến 7) 1.4 (điểm 12 đến GPS1) Nhận xét: Với kết ước tính sai số trung phương vị trí điểm yếu lưới mặt hầm theo phương án nhỏ sai số điểm cuối cho phép [2] Vậy theo phương án thiết kế đạt yêu cầu độ xác cho phép Đo đạc tính tốn thực nghiệm 3.1 Đo đạc thực nghiệm Quá trình đo đạc thực nghiệm để minh chứng cho việc lựa chọn đồ hình hợp lý nhất, kiểm tra trị đo thành lập lưới khống chế thi công hầm Công tác thực nghiệm tiến hành với máy tồn đạc điện tử Leica TC 1800 có độ xác đo cạnh ms = 2mm+1ppm độ xác đo góc mβ = 1” Tiến hành đo với phương án riêng biệt theo sơ đồ thiết kế hình 2÷ hình 3.2 Kết đo thực nghiệm lưới khống chế mặt hầm Sau tiến hành đo đạc theo phương án thiết kế qua q trình bình sai ta có tọa độ điểm lưới theo phương án Sử dụng tọa độ điểm lưới bình sai để kiểm tra đánh giá ta có bảng kết so sánh độ lệch theo hai trục phương án với phương án sở (bảng 2) Bảng Bảng kết so sánh độ lệch tọa độ theo trục phương án Phương án Tên điểm 10 11 12 Phương án Phương án ∆ X (mm) ∆Y (mm) ∆X (mm) ∆ Y (mm) ∆ X (mm) ∆ Y (mm) 0.007 0.011 0.008 0.015 0.018 0.026 0.001 0.000 -0.002 -0.003 -0.005 -0.004 0.005 0.008 0.004 0.010 0.010 0.017 0.020 0.015 0.013 0.001 0.003 0.004 0.000 -0.001 -0.002 -0.005 -0.006 -0.004 -0.012 -0.007 -0.005 -0.003 -0.001 -0.001 0.004 0.006 0.007 0.012 0.012 0.017 0.019 0.013 0.009 0.004 0.005 0.004 0.000 -0.002 -0.002 -0.001 -0.001 0.004 0.000 0.000 -0.001 -0.002 -0.001 -0.001 Phương án ∆Y ∆ X (mm) (mm) 0.002 0.000 0.006 0.000 0.008 0.001 0.010 0.002 0.013 0.003 0.017 0.005 0.018 0.003 0.012 0.003 0.010 0.002 0.008 0.001 0.006 0.000 0.002 -0.001 Bảng Bảng kết bình sai phương án STT Mp (mm) Mα ( ” ) 1/T Phương án Phương án Phương án Phương án 1.28 (Điểm 6) 4.45” (Cạnh: 5-6) 1/10200 (Cạnh: 5-6) 2.84 (Điểm 7) 14.58” ( Cạnh: 6-7) 1/500 (Cạnh: 6-7) 2.65 (Điểm 7) 14.94” (Cạnh: 5-6) 1/3000 (Cạnh: 6-7) 1.99 (Điểm 7) 12.19” (Cạnh: 6-7) 1/4500 (Cạnh: 6-7) Để minh họa rõ khác phương án, ta tiến hành xem xét ba vị trị điểm cuối đường chuyền điểm 4, 5, dạng đồ thị sau: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 49 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA - Đồ thị biểu diễn độ lệch theo ∆X (m q) - Đồ thị biểu diễn độ lệch theo ∆Y (m L) Hình Đồ thị biểu diễn độ lệch theo trục X Hình Đồ thị biểu diễn độ lệch theo trục Y - Đồ thị biểu diễn độ lệch phương án theo sai số vị trí điểm Hình Đồ thị biếu diễn độ lệch phương theo sai số vị trí điểm Nhận xét: - Thơng qua đồ thị ta nhận thấy độ lệch hướng ngang (mq) phương án so với phương án 2, 3, tương đương với Số lượng trị đo so với phương án khác, phù hợp với điều kiện thi cơng hầm Phương án có độ lệch tọa độ nhỏ độ xác cao số trị đo nhiều Nên phương án phù hợp cho cơng trình hầm có kích thước lớn, yêu cầu độ xác cao - Như phương án phương án khả thi công tác thành lập lưới khống chế hầm, hoàn toàn đáp ứng với điều kiện thi công hầm chật, yêu cầu tiến độ nhanh công tác đào hầm đối hướng mà đảm bảo độ xác yêu cầu thông hầm Kết luận Từ kết nghiên cứu lý thuyết tính tốn thực nghiệm rút kết luận sau: - Công tác định hướng hầm đóng vai trò quan trọng q trình thi cơng cơng trình hầm nhằm 50 đảm bảo yêu cầu độ xác thi công đào hầm đối hướng - Từ kết đo đạc thực nghiệm số dạng lưới khống chế thi công hầm cho thấy: Dạng lưới khống chế hầm phù hợp dạng tuyến đường chuyền hầm thành lập theo phương án (hình 3) Đây dạng lưới khống chế có số lượng trị đo phù hợp, độ xác cao đảm bảo mặt thời gian, chi phí phục vụ thi cơng xây dựng cơng trình đường hầm nước ta TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Ngọc Hà (2013), Giáo trình tính tốn bình sai trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội Phan Văn Hiến (2005), Trắc địa cơng trình ngầm NXB Giao thông vận tải Phan Văn Hiến Đỗ Ngọc Đường (2007), Thiết kế tối ưu lưới trắc địa công trình, Nhà xuất Giao thơng vận tải, Hà Nội Ngày nhận bài: 07/8/2015 Ngày nhận sửa lần cuối: 28/8/2015 ... ngang thi công hầm mq giải pháp kỹ thuật đo nghiên cứu nâng cao độ xác lưới khống chế mặt hầm 2.2 Lưới khống chế mặt hầm - Lưới khống chế mặt hầm thường thành lập dạng đường chuyền Đường chuyền hầm. .. 2.3 Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao Từ lý chúng tơi nhận thấy cần thi t độ xác lưới khống chế mặt hầm phải nghiên cứu sơ đồ lưới khống chế hầm nhằm đảm bảo sai số hướng ngang thông hầm. .. tác thành lập lưới khống chế hầm, hồn tồn đáp ứng với điều kiện thi cơng hầm chật, yêu cầu tiến độ nhanh công tác đào hầm đối hướng mà đảm bảo độ xác u cầu thơng hầm Kết luận Từ kết nghiên cứu