Nội dung của bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về đặc điểm và giải pháp kỹ thuật của công tác chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm bằng thiết bị đo khoảng cách Disto™ Pro4a, một số kết quả đo thực nghiệm, từ đó lựa chọn giải pháp kỹ thuật chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm phù hợp nhất nhằm nâng cao hiệu quả công tác định hướng hầm khi thi công các công trình đường hầm có độ sâu lớn.
ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHUYỀN ĐỘ CAO XUỐNG HẦM QUA GIẾNG ĐỨNG BẰNG THIẾT BỊ ĐO KHOẢNG CÁCH DISTOTM PRO4A NCS DIÊM CƠNG HUY Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Nội dung báo trình bày kết nghiên cứu đặc điểm giải pháp kỹ thuật công tác chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm TM thiết bị đo khoảng cách Disto Pro a, số kết đo thực nghiệm, từ lựa chọn giải pháp kỹ thuật chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm phù hợp nhằm nâng cao hiệu công tác định hướng hầm thi công công trình đường hầm có độ sâu lớn Abstract: This paper presents a studying result on the features and a technical solution for transferring altitudes to the underground tunnel via TM the distance-measuring instrument Disto Pro a, some experimental measuring results, based on which, the best suitable technical solution for transferring altitudes via tunnel shafts to the underground tunnel was chosen The chosen solution can help to improve the effectiveness of the tunnel orientation during the construction of tunnels at a very big depth Đặt vấn đề Khi thi cơng cơng trình đường hầm, 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 cơng đường hầm có độ sâu lớn Cơng 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 64 nên vấn đề đo đạc chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm để thành lập lưới khống chế độ cao thi cơng hầm có nhiều phương pháp khác Trong báo [3] tác giả trình bày phương pháp chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng máy Toàn đạc điện tử, báo nêu ưu điểm phương pháp, song phương pháp tồn số nhược điểm phải gia công giá đặt gương phụ miệng giếng đứng phức tạp độ xác xoay gương phẳng phụ nghiêng 45 so với mặt phẳng ngang khó, phải dùng dây dọi để xác định góc nghiêng 45 Do đó, để khắc phục nhược điểm phương pháp [3], cần phải nghiên cứu lựa chọn phương pháp chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm phù hợp dùng thiết bị đo khoảng cách TM Disto pro a nhằm đảm bảo độ xác định hướng hầm đáp ứng điều kiện thi công hầm thực tế phù hợp với tiến độ thi cơng cơng trình Cơ sở lý thuyết phương pháp thực 2.1 Cơ sở lý thuyết Nguyên lý việc truyền độ cao từ mặt đất xuống hầm “Tạo hai mặt phẳng song song với nhau, mặt phẳng mặt đất mặt phẳng hầm” Nếu xác định khoảng cách hai mặt phẳng chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm 2.2 Phương pháp thực Sơ đồ chuyền độ cao thiết bị đo khoảng cách Disto máy thủy chuẩn qua giếng đứng xuống hầm đưa (hình 1) Trên miệng giếng làm giá treo để treo máy Disto D sợi dây dài khoảng 15cm cho tia Laze máy Disto trùng với đường dây dọi, hầm đặt gương giấy phản xạ O Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình Sơ đồ chuyền độ cao thiết bị đo khoảng cách Disto qua giếng đứng xuống hầm Trình tự đo đạc để chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm triển khai sau: - Từ điểm A điểm khống chế độ cao mặt đất có độ cao HA dùng máy thủy chuẩn để xác định độ cao đế thiết bị Disto cách đọc số thước thép mm đặt điểm A (số đọc a1) số đọc thước thép mm đặt đế thiết bị Disto (số đọc a2) Tiến hành đo khoảng cách từ đế thiết bị Disto đến gương giấy phản xạ O hầm khoảng cách S - Trong hầm tiến hành chuyền độ cao từ gương giấy phản xạ O đến điểm B điểm khống chế độ cao hầm cách sử dụng máy thủy chuẩn đọc số thước thép mm đặt điểm B (số đọc b1) đọc số thước thép mm đặt gương phản xạ O (số đọc b2) Khi độ cao điểm B hầm tính theo cơng thức: HB = HA + (a1 – a2) – S – (b1 – b2) Trong đó: (1) Cơng thức (1) viết sau: HB = HA + h1 – h2 – h3 Trong đó: h1 = a1 – a2 h2 = S h3 = b1 – b2 - Đánh giá độ xác phương pháp Từ cơng thức (2) ta có: m HB =m +m h1 +m h2 +m h3 (3) Trong đó: mHA - ss số liệu gốc điểm độ cao mặt đất (Bỏ qua ss số liệu gốc, ta có mHA = 0); mh1 - sai số đo thủy chuẩn mặt đất; S khoảng cách đo từ đế máy thiết bị Disto đến gương giấy phản xạ O hầm; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 HA mh3 - sai số đo thủy chuẩn hầm đọc số mia mặt đất; mh = m0 = ma1 = ma2 = mb1 = mb2 m h1+ 2 Thay vào (3) ta có: m HB = 4m + m S (2) mh2 - sai số đo cạnh thiết bị Disto; HA độ cao điểm A mặt đất; a1, a2 b1, b2 số đọc mia hầm m h3 Ta có: m h2 =m S Theo nguyên tắc ảnh hưởng nhau: =4m mHB = 4m + m 65 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Vậy độ xác phương pháp phụ thuộc vào độ xác đo thủy chuẩn mặt đất hầm (mh) độ xác thiết bị đo khoảng cách Disto dùng để đo (mS) Tính độ chênh lệch khoảng cách S (hình 2) tia Laze đo khoảng cách thiết bị Disto không trùng với phương dây dọi theo cơng thức sau: S= √ − Trong đó: e = Kết tính tốn chúng tơi cho thấy dùng thiết bị DISTO TM pro a hãng Leica có độ xác mS = ± 1.5mm treo giá đo miệng giếng để đo với giếng có độ sâu 100m, độ lệch e = 40cm chênh lệch giữ khoảng cách thẳng đứng S khoảng cách nghiêng D 0.8mm Vậy phương pháp chuyền độ cao xuống hầm thiết bị Disto " ∗ ( " ) ; có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp D khoảng cách đo trực tiếp thiết bị Disto chuyền độ cao truyền thống, cần phải tiến hành đo thực nghiệm để khẳng định độ xác khả ứng dụng phương pháp Đo đạc tính toán thực nghiệm " TM pro a trước TM pro a trước 3.1 Kiểm nghiệm thiết bị DISTO đo thực nghiệm Để kiểm định thiết bị DISTO đo giếng đứng, tiến hành bãi thử S D Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, khoảng cách kiểm nghiệm khoảng cách nằm ngang đo 03 lần sau lấy trung bình, lực căng thước thép đo 05kg Khi dùng thước thép để đo ta phải tính tốn hệ số dãn dài thước thép hiệu e chỉnh vào kết đo Kết tính tốn hệ số dãn dài thước thép Yamayo Nhật Bản dài 100m, rộng 10mm dày 0.5mm, đo kéo với lực căng Hình Sơ đồ minh họa giá trị S; D e STT (1) Bảng Kết kiểm nghiệm thước thép Disto Viện KHCN Xây dựng Khoảng cách đo Số hiệu chỉnh hệ Kết đo thước Khoảng cách thước thép số dãn dài thép sau hiệu đo thiết Chênh lệch với lực căng thước thép chỉnh hệ số dãn dài TM bị DISTO (mm) 2kg bãi kiểm DL=F*L/E*A (m) pro a (m) nghiệm (m) (mm) (2) (3) (4) = (2) + (3) (5) (6) = (5) – (4) 40.000 1.8 40.0018 40.001 -0.8 50.000 2.3 50.0023 50.002 -0.3 60.000 2.8 60.0028 60.002 -0.8 70.000 3.2 70.0032 70.002 -1.2 80.000 3.7 80.0037 80.004 + 0.3 90.000 4.2 90.0042 90.006 + 1.8 Ghi chú: Cơng thức tính hệ số dãn dài thước thép: DL =F*L/E*A, Trong đó: - DL - độ dãn dài; - F - lực căng thước đo (Đổi 01kg = 9.81N, 05kg = 49.05N); 66 05kg Kết kiểm nghiệm trình bày bảng 1: - L - chiều dài thước (m); - E - mô đun đàn hồi thép, E=2.1*10^5MPa; - A chiều rộng chiều dày thước thép (rộng 10mm; dày 0.5mm) Tính cho đoạn thước dài 10m, ta có: DL = (9.81*5*10000)/(2.1*10^5*10*0.5) = 0.467 mm; Khi Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA tính cho đoạn thước dài 20m; 30m… ta nhân theo tỷ lệ Nhận Xét: Kết kiểm nghiệm cho thấy sử dụng máy DISTO TM pro a để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu tới 90m, sai số giới hạn cho phép chuyền độ cao xuống hầm ≤ 03mm [1] 3.2 Đo đạc thực nghiệm Quá trình đo đạc thực nghiệm để minh chứng cho khả ứng dụng phương pháp dùng thiết bị đo khoảng cách Disto chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm độ xác đạt Cơng tác thực nghiệm tiến hành với thiết bị DISTOTM pro4a hãng Leica có độ xác mS = ± 1.5mm Tiến hành đo với phương án theo sơ đồ thiết kế hình hố thang máy Block N01, cơng trình 136 Hồ Tùng Mậu, Hà Nội, cụ thể tiến hành sau: - Đầu tiên treo thiết bị Disto tầng 16, tầng 25 tầng 32 Block N01, tiến hành bật tia Laser, đánh dấu điểm đặt gương giấy phản xạ O tầng đo khoảng cách từ thiết bị Disto tới O ta khoảng cách S tầng (bảng 2) Hình Hình ảnh đo đạc thực nghiệm thiết bị đo khoảng cách DISTO Block N01, cơng trình 136 Hồ Tùng Mậu, Hà Nội TM pro a Bảng Kết đo khoảng cách từ thiết bị Disto tầng đến gương giấy phản xạ O Các tầng treo thiết bị DISTO pro a TM Tầng 16 Tầng 25 Tầng 32 Đo khoảng cách từ đế thiết bị Disto D tới gương phản xạ O S (m) 45.139 73.953 96.340 Ghi - Dùng máy thuỷ chuẩn đo chênh cao từ mốc A đến đế thiết bị Disto D đặt tầng chênh cao cột 3, bảng đo chênh cao từ gương phản xạ O đến mốc độ cao B cột 5, bảng theo sơ đồ đo hình 1; - Độ cao điểm B tính theo cơng thức HB = HA + (a1 – a2) – S– (b1 – b2) (4) Thay số vào ta có: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 67 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Thay số vào ta có: Bảng Kết đo thực nghiệm Block N01, cơng trình 136 Hồ Tùng Mậu, Hà Nội Tên tầng đặt thiết bị TM DISTO pro a Tầng 16 Tầng 25 Tầng 32 Độ cao gốc giả định H A tầng đặt thiết bị Disto (m) 0.000 0.000 0.000 Chênh cao đo từ mốc A đến đế thiết bị Disto (a1a2) (m) 0.328 0.316 0.322 Chúng tiến hành đo đạc thực nghiệm chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm phương pháp thước thép vị trí đo thực nghiệm thiết bị Disto Kết độ cao điểm B tầng 2, Block HH1 Khoảng cách S từ đế thiết bị Disto D tới gương phản xạ O (m) 45.139 73.953 96.340 Chênh cao từ gương phản xạ O đến mốc độ cao B tầng (b1-b2) (m) -0.126 -0.126 -0.126 Độ cao mốc B tầng HB (m) -44.685 -73.511 -95.892 đo phương pháp thước thép (Treo tạ nặng 05kg) kết hợp với máy thủy chuẩn mốc gốc A đặt tầng 16 -44.6851m, tầng 25 -73.5114m tầng 32 -95.8905m Bảng So sánh kết chuyền độ cao theo hai phương pháp Phương pháp chuyền độ cao Độ cao mốc B chuyền thước thép (m) Số hiệu chỉnh hệ số dãn dài thước thép DL=F*L/E*A (mm) Tầng 16 Tầng 25 Tầng 32 -44.683 -73.508 -95.886 - 2.1 - 3.4 - 4.5 Nhận Xét: - Từ kết so sánh bảng cho thấy độ cao chuyền thiết bị Disto so với độ cao chuyền phương pháp truyền thống phương pháp chuyền thước thép có sai lệch nằm giới hạn cho phép (03mm) [1] độ sâu giếng đứng khoảng 95m Kết thực nghiệm cho thấy sử dụng máy Disto để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu tới 95m, khắc phục khó khăn mặt kỹ thuật thường gặp dùng phương pháp khác để chuyền độ cao xuống hầm Kết luận Từ kết phân tích lý thuyết đo đạc thực nghiệm, rút số kết luận sau đây: - Hồn tồn sử dụng thiết bị Disto có độ xác mS ≤ ± 1.5mm để chuyền độ cao qua giếng đứng từ mặt đất xuống hầm, đặc biệt hiệu cơng trình đường hầm có độ sâu tới 95m Khi độ sâu giếng đứng lớn 95m cần có nghiên cứu tiếp; - Nên sử dụng phương pháp treo thiết bị Disto miệng giếng đứng cho tia Laze đo khoảng 68 Độ cao mốc B chuyền thước thép sau hiệu chỉnh hệ số dãn dài (m) 4=2+3 -44.6851 -73.5114 -95.8905 Độ cao mốc B chuyền máy thiết bị Disto (m) -44.685 -73.511 -95.892 Chênh lệch độ cao đo thiết bị Disto đo thước thép (mm) = 5-4 - 0.1 -0.4 + 1.5 cách Disto trùng với phương dây dọi, khoảng cách đo từ Disto đến gương phản xạ đạt độ xác theo yêu cầu dễ thực hiện; - Phải kiểm nghiệm thiết bị Disto trước chuyền độ cao xuống hầm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Hiến nnk (2013), Giáo trình Trắc địa cơng trình ngầm Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội [2] Trần Viết Tuấn (2013), Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm máy Toàn đạc điện tử, Tạp chí KHKT Mỏ Địa chất, số 44, 10-2013 [3] Diêm Công Huy (2016), Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu công tác chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm thi cơng cơng trình đường hầm có độ sâu lớn, Tạp chí Khoa học Đo đạc – Bản đồ số 30 – 12/2016 Ngày nhận bài: 21/9/2017 Ngày nhận sửa lần cuối: 19/12/2017 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 ...ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình Sơ đồ chuyền độ cao thiết bị đo khoảng cách Disto qua giếng đứng xuống hầm Trình tự đo đạc để chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm triển khai sau: -... phương pháp phụ thuộc vào độ xác đo thủy chuẩn mặt đất hầm (mh) độ xác thiết bị đo khoảng cách Disto dùng để đo (mS) Tính độ chênh lệch khoảng cách S (hình 2) tia Laze đo khoảng cách thiết bị Disto... ứng dụng phương pháp dùng thiết bị đo khoảng cách Disto chuyền độ cao qua giếng đứng xuống hầm độ xác đạt Cơng tác thực nghiệm tiến hành với thiết bị DISTOTM pro4a hãng Leica có độ xác mS = ± 1.5mm