Bài viết Nghiên cứu chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả bằng công nghệ GPS độ chính xác cao trình bày: Nghiên cứu cấp nhà nước “Nghiên cứu và đề xuất phương pháp sử dụng công nghệ GPS độ chính xác cao trong việc xác định chuyển dịch của công trình xây dựng ven bờ,... Mời các bạn cùng tham khảo.
THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN DỊCH NHÀ MÁY XI MĂNG CẨM PHẢ BẰNG CƠNG NGHỆ GPS ĐỘ CHÍNH XÁC CAO TS NGUYỄN HẠNH QUN, NCS PHẠM VIỆT HỊA Viện Cơng nghệ Vũ Trụ, Viện KH&CN Việt Nam NCS LÊ VĂN HÙNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Ở Việt Nam, cơng nghệ GPS sử dụng nghiên cứu chuyển dịch công trình Tuy nhiên cơng trình xây dựng ven bờ biển với đặc thù móng địa chất, khả áp dụng công nghệ quan trắc chuyển dịch, sóng, gió, thủy triều ảnh hưởng đến độ xác quan trắc… việc ứng dụng công nghệ GPS độ xác cao cho quan trắc chuyển dịch chưa nghiên cứu ứng dụng cụ thể Nhà máy xi măng Cẩm Phả cơng trình ven bờ điển hình, nghiên cứu chuyển dịch công nghệ GPS độ xác cao qua chu kỳ đo Số liệu đo GPS xử lý đo nối với điểm GPS toàn cầu kết sau xử lý so sánh với kết đo toàn đạc để đánh giá độ xác xác định dịch chuyển Bài báo thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất phương pháp sử dụng cơng nghệ GPS độ xác cao việc xác định chuyển dịch cơng trình xây dựng ven bờ” Từ khóa: Cơng nghệ GPS, chuyển dịch cơng trình, quan trắc chuyển dịch, đo đạc GPS Đặt vấn đề Hiện nay, cơng nghệ tồn đạc điện tử coi tiêu chuẩn quan trắc chuyển dịch cơng trình, nhiên với khu vực có địa hình phức tạp, việc triển khai đo đạc gặp nhiều khó khăn tốn Mặt khác, cơng nghệ GPS độ xác cao ứng dụng số nghiên cứu chuyển dịch công trình như: nhà máy thủy điện Yaly, nhà máy thủy điện Hòa Bình [5] Kết nghiên cứu khẳng định ưu đáp ứng tốt yêu cầu độ xác quan trắc chuyển dịch cơng trình Nhà máy xi măng Cẩm Phả thuộc thị xã Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh cơng trình quan trọng với nhiều thiết bị siêu trường, siêu trọng, xây dựng địa chất yếu, tiêu biểu cho cơng trình xây dựng ven bờ có nguy chuyển dịch cao Việc nắm bắt thông tin đầy đủ, xác độ dịch chuyển xu hướng dịch chuyển nhà máy, từ đưa dự báo, phương án phòng ngừa, giảm thiểu tối đa rủi ro trình dịch chuyển nhu cầu cấp thiết Bài báo đề cập đến ứng dụng cơng nghệ GPS độ xác cao cho quan trắc chuyển dịch, biến dạng cơng trình xây dựng ven bờ biển, với yếu tố đặc thù móng, địa hình, bố trí xây dựng lưới quan trắc khó khăn thực quan trắc công nghệ truyền thống GPS Kết báo minh chứng cho khả áp dụng quy trình quan trắc chuyển dịch cơng nghệ GPS độ xác cao nhà máy xi măng Cẩm Phả cho cơng trình ven bờ có điều kiện tương tự Đặc điểm khu vực nghiên cứu Nhà máy xi măng Cẩm Phả xây dựng khu đất san lấp lấn biển, với thành phần vật chất đất đá thải từ mỏ than, đất đá bở rời gắn kết yếu Nhà máy bao gồm nhiều hạng mục có tải trọng lớn, nhạy cảm với chuyển dịch, biến dạng móng như: Lò nung, tháp trao đổi nhiệt, loại máy nghiền, Bên cạnh nhà máy có hệ thống cầu cảng dài km nối dài vịnh Bái Tử Long Nghiên cứu tập trung quan trắc đánh giá chuyển dịch cho toàn mặt nhà máy đặc biệt cầu cảng nối biển Các hạng mục cơng trình hoạt động khơng ngừng phương tiện chuyên chở nhà máy vật cản, hạn chế khả quan sát cho việc áp dụng cơng nghệ tồn đạc quan trắc chuyển dịch Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Ngồi yếu tố chung ảnh hưởng đến độ xác quan trắc chuyển dịch nhà máy, yếu tố đặc trưng cho cơng trình ven bờ ảnh hưởng tới thu nhận tín hiệu GPS chu kỳ quan trắc đặc điểm chế độ hải văn thủy triều khu vực Tọa độ: 20059’37” – 21000’22” Vĩ độ Bắc 107014’58” – 107015’42” Kinh độ Đông Hình Khu vực nghiên cứu Thiết bị sử dụng nghiên cứu 3.1 Mốc quan trắc dùng cho nghiên cứu Các mốc lưới quan trắc chuyển dịch cơng trình nhà máy xi măng Cẩm Phả thiết kế xây dựng khuyến cáo tổ chức IGS (tổ chức quốc tế dịch vụ địa động học) đặc thù khu vực nghiên cứu Các mốc sử dụng thiết kế đảm bảo tiêu chí sau: Có tính bền vững theo thời gian, có vị trí lắp đặt ổn định, đảm bảo quan trắc độ xác cao, khơng tương tác với tín hiệu GPS, giá thành thấp, thiết kế đơn giản, dễ dàng lắp đặt, bền vững mặt ăn mòn,… 3.2 Thiết bị dùng cho quan trắc * Để quan trắc GPS, nhóm nghiên cứu dùng hệ thống máy thu tín hiệu vệ tinh tần số TRIMBLE 5700 Mỹ sản xuất với tiêu kỹ thuật: - Đo hai dải tần L1 L2; - 24 kênh dải tần L1 với mã C/A, dải tần L1/L2; - Bộ nhớ (4Mb) đáp ứng ghi số liệu đo liên tục 24h ăng ten Zephyr Geodetic hãng Trimble Mỹ sản xuất có vành chống phản xạ Ăng ten thu sóng GPS tần số L1, L2C, L5 GLONASS * Để quan trắc tồn đạc điện tử, nhóm nghiên cứu sử dụng máy toàn đạc TC1800 hãng LEICA Thuỵ Sỹ chế tạo Máy có độ xác: đo cạnh MD = ± (1mm + 2.10-6 D), đo góc ngang ± 1” đo góc đứng ± 2” Các thiết bị kiểm định trước đưa vào sử dụng đảm bảo đo đạc với độ xác cao 3.3 Các tiêu chuẩn áp dụng Tồn bước nghiên cứu đề tài thực chặt chẽ tuân thủ theo quy định tiêu chuẩn Bộ Xây dựng, gồm có: - TCXDVN 351 : 2005 “Quy trình kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang nhà cơng trình”; - TCXDVN 364 : 2006 “Tiêu chuẩn kỹ thuật đo xử lý số liệu GPS trắc địa cơng trình”; - TCXDVN 309 : 2004 “Công tác trắc địa xây dựng công trình – u cầu chung” Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Trong đó, tiêu chuẩn sử dụng cho trình so sánh, đánh giá độ xác quan trắc tồn đạc GPS cơng trình xây dựng đất đắp, đất yếu đất bị nén mạnh quan trắc chuyển dịch giai đoạn sử dụng là: Sai số giới hạn đo độ lún mm dịch chuyển ngang 10 mm (TCXDVN 309 : 2004) Phương pháp nghiên cứu Số liệu đo GPS xử lý hai phần mềm BERNESE5.0 TGO để đảm bảo khơng có nhầm lẫn bước xử lý số liệu đánh giá khả sử dụng phần mềm điều kiện cụ thể So sánh tốc độ dịch chuyển hướng dịch chuyển kết quan trắc tồn đạc cơng nghệ GPS đánh giá độ xác khả ứng dụng cơng nghệ GPS độ xác cao nghiên cứu chuyển dịch Nhà máy xi măng Cẩm Phả nói riêng cơng trình ven bờ nói chung Tồn q trình nghiên cứu mơ hình hóa theo sơ đồ sau: Khảo sát, thiết kế, xây dựng lưới Lập lịch đo GPS Đo GPS Đo toàn đạc điện tử Kiểm tra chất lượng số liệu đo Xử lý số liệu đo GPS TGO Xử lý số liệu đo GPS BERNESE Xử lý số liệu đo toàn đạc điện tử Tính tốn vận tốc dịch chuyển Tính tốn vận tốc dịch chuyển Tính tốn vận tốc dịch chuyển So sánh, đánh giá kết xử lý BERNESE TGO So sánh, đánh giá kết xử lý GPS BERNESE tồn đạc Hình Sơ đồ tổng quát quy trình nghiên cứu 4.1 Thiết kế lưới quan trắc Mạng lưới quan trắc chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả thiết kế với cấp riêng biệt bao gồm: điểm “mốc tham chiếu“ (RS_1, RS_2, RS_3) mốc có ổn định cao, xây dựng núi đá (xem hình 3) địa vật vững sử dụng điểm khống chế Để quan trắc dịch chuyển, “mốc quan trắc“, bao gồm mốc (CD_3, CD_4, CD_5) xây dựng phạm vi nhà máy nhằm quan trắc dịch chuyển đất nhà máy mốc (CD_1, CD_2) cầu cảng nhằm quan trắc dịch chuyển hệ thống cầu cảng Việc bố trí điểm tham chiếu phía khu đo đặc thù cơng trình ven bờ Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CÔNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Hình Mốc chuẩn xây núi đá Hình Sơ đồ lưới quan trắc chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả Bảng 1: Lịch quan trắc nhà máy xi măng Cẩm Phả Chu kỳ I II III IV V Bắt đầu ca đo 16h 29/11/2008 14h 28/2/2009 14h 30/5/2009 13h 29/8/2009 11h 28/11/2009 Kết thúc ca đo 16h 30/11/2008 14h 01/3/2009 14h 31/5/2009 20h 29/8/2009 18h 28/11/2009 Ngày năm 334 335 59 60 150 151 Tuần GPS 1507_6 1508_0 1520_6 1521_0 1533_6 1534_0 241 1546_6 332 1559_6 4.2 Quan trắc chuyển dịch xử lý số liệu đo GPS Nghiên cứu thực chu kỳ đo với thời gian thời lượng bảng Trong chu kỳ đầu (I, II, III), việc quan trắc chia làm ca đo với thời lượng 12h ca Ca đo cung cấp số liệu quan trắc chuyển dịch Ca đo 2, tâm ăng ten cố ý dịch chuyển khoảng cách xác định để đánh giá độ xác thực tế nhận từ quan trắc GPS Số liệu quan trắc kiểm tra chất lượng sau kết thúc chu kỳ đo Quá trình xử lý số liệu đo GPS thực hai phần mềm BERNESE 5.0 (là phần mềm xử lý số liệu GPS độ xác cao) TGO (là phần mềm xử lý thông dụng) Kết phần mềm kiểm tra đắn trình xử lý Số liệu đo GPS xử lý đo nối với hai điểm IGS (KUNM TWTF) để xác định dịch chuyển tương đối nội nhà máy mà xác định dịch chuyển tuyệt đối phạm vi toàn cầu.4.3 Quan trắc chuyển dịch xử lý số liệu đo toàn đạc điện tử Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CƠNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Quan trắc chuyển dịch toàn đạc điện tử coi tiêu chuẩn quy định văn pháp quy nhà nước Trong nghiên cứu này, sử dụng kết đo toàn đạc để đánh giá mức độ xác quan trắc chuyển dịch cơng nghệ GPS Q trình quan trắc tồn đạc điện tử thực qua chu kỳ đầu trình nghiên cứu điểm quan trắc CD_2, CD_3, CD_4, CD_5 trước thời điểm đo GPS chu kỳ quan trắc Kết quan trắc chuyển dịch tồn đạc bình sai theo phương pháp bình sai tự tính toán tốc độ dịch chuyển dựa tọa độ sau bình sai Kết nghiên cứu 5.1 Độ xác thực tế nhận GPS theo phương ngang Bảng Kết đánh giá độ xác thực tế theo phương ngang nhận công nghệ GPS Điểm Khoảng cách thực (m) CD21-CD_2 CD41-CD_4 CD51-CD_4 0.0350 0.0400 0.0400 Chu kỳ I Khoảng cách đo Độ lệch (m) (m) 0.0354 0.0004 0.0402 0.0002 0.0396 -0.0004 Chu kỳ II Khoảng cách đo Độ lệch (m) (m) 0.0367 0.0017 0.0400 0.0000 0.0418 0.0018 Chu kỳ III Khoảng cách đo Độ lệch (m) (m) 0.0369 0.0019 0.0396 -0.0004 0.0384 -0.0016 CD21, CD41, CD51 điểm kiểm tra cách điểm quan trắc tương ứng khoảng cách xác định (Khoảng cách thực) “Độ lệch“ hiệu số khoảng cách thực khoảng cách đo công nghệ GPS Bảng kết cho thấy sai số thực tế từ kết đo GPS nhỏ mm Điều đồng nghĩa với việc sử dụng cơng nghệ GPS độ xác cao xác định chuyển dịch thực tế mm 5.2 Kết chuyển dịch theo phương ngang Bernese 5.0 TGO toàn đạc điện tử Bảng thể giá trị dịch chuyển tổng hợp theo phương ngang q trình quan trắc GPS tồn đạc điện tử Q trình đo tồn đạc thực với điểm quan trắc nên điểm RS_1 CD_1 giá trị so sánh (No data) Từ bảng kết này, thấy, hai giá trị chuyển dịch tính tốn từ phần mềm BERNESE5.0 TGO tương tự kết tính tốn tồn đạc Sự dịch chuyển quan trắc GPS toàn đạc có sai khác nhỏ mm (nằm hạn sai cho phép), đồng nghĩa với việc dùng công nghệ GPS độ xác cao đáp ứng yêu cầu xác định dịch chuyển nhà máy xi măng Cẩm Phả Bảng Kết chuyển dịch tổng hợp theo phương ngang Tên điểm Bernese (m) RS_1 0.0161 0.0124 No data CD_1 0.0062 0.0084 No data CD_2 0.0118 0.0087 0.0117 CD_3 0.0061 0.0033 0.0014 CD_4 0.0054 0.0026 0.0013 CD_5 0.0159 0.0118 0.0121 TGO (m) Toàn đạc (m) 5.3 Kết chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả theo phương thẳng đứng Tương tự với phương ngang, độ xác thực tế nhận theo phương thẳng đứng đánh giá hiệu số (độ lệch) độ chênh cao điểm kiểm tra điểm quan trắc đo so với độ chênh cao thực tế Kết bảng cho thấy: sai số xác định chuyển dịch theo chiều thẳng đứng lớn điểm CD_5 3mm, điểm CD_2 CD_4 có sai số nhỏ 3mm qua chu kỳ đo Sai số nằm hạn sai cho phép Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CƠNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Vận tốc chuyển dịch theo chiều thẳng đứng sai số trung phương tính từ phần mềm xử lý số liệu GPS BERNESE5.0 TGO thể bảng Có thể thấy rõ: sai số tính từ phần mềm xử lý Bernese 5.0 có hệ thống phù hợp với thực tế phần mềm TGO sai số tính từ phần mềm TGO nhỏ (nhỏ 1mm) Hơn nữa, xử lý số liệu GPS phần mềm BERNESE 5.0 giảm thiểu ảnh hưởng yếu tố khúc xạ tầng khí quyển, yếu tố liên quan đến trái đất ảnh hưởng mặt trời, mặt trăng, Do xét hai khía cạnh, lý thuyết thực tế, kết xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch từ phần mềm BERNESE5.0 tin cậy kết từ phần mềm TGO Bảng Kết đánh giá độ xác thực tế theo phương thẳng đứng công nghệ GPS Tên điểm Giá trị thực Độ chênh Độ chênh Độ chênh cao CK1(m) cao CK2 (m) cao CK3 (m) Giá trị đo Độ lệch Giá trị đo Giá trị Độ lệch Độ lệch đo CD_2- CD21 0.002 0.002 -0.002 -0.002 0.001 CD_4- CD41 -0.003 -0.003 0.001 0.001 0.001 CD_5- CD51 0.003 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 Bảng Vận tốc sai số ước tính vận tốc dịch chuyển theo phương thẳng đứng tính từ hai phần mềm TGO BENESE 5.0 Tên điểm V(BER) RMS(BER) V(TGO) RMS (TGO) CD_1 -0.0134 0.0013 -0.0155 0.001 CD_2 -0.0025 0.0014 -0.0037 0.0009 CD_3 CD_4 CD_5 RS_1 -0.0077 -0.0007 -0.0002 0.0033 0.0014 0.0015 0.0015 0.0014 -0.0051 -0.0006 0.0029 0.0023 0.0001 0.0004 5.4 Kết tính tốn chuyển dịch tổng hợp nhà máy xi măng Cẩm Phả Từ đánh giá trên, cho thấy ứng dụng cơng nghệ GPS độ xác cao hoàn toàn đáp ứng yêu cầu quan trắc chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả theo phương ngang phương thẳng đứng Do kết quan trắc công nghệ GPS xử lý số liệu phần mềm BERNESE 5.0 sử dụng kết cuối cho đánh giá chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả Hình thể kết dịch chuyển tổng hợp nhà máy xi măng Cẩm Phả theo phương ngang phương thẳng đứng Trong đó, điểm RS_1 thiết kế điểm ổn định, nhiên thực tế kiểm tra, điểm RS_1 không đáp ứng yêu cầu thiết kế ban đầu Do điểm RS_1 xử lý tương tự điểm quan trắc N Hình Kết chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả Kết luận Kết quan trắc cho thấy: Các điểm quan trắc chuyển dịch có xu hướng thống có quy luật Riêng điểm CD_5 dịch chuyển có hướng khác so với điểm khác Qua xử lý kiểm tra lại xác định nguyên nhân bất thường điểm CD_5 xảy chu kỳ I II Nhà máy xi măng Cẩm Phả tiếp tục xây dựng mở rộng sản xuất ảnh hưởng đến vị trí điểm CD_5 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CƠNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Tồn nhà máy xi măng Cẩm Phả bị dịch chuyển ngang theo hướng Tây với vận tốc ước tính 5,4mm/năm (điểm CD_4), 6,1mm/năm (điểm CD_3) Riêng hệ thống cầu cảng dài 4km nhà máy kéo dài hướng Vịnh Hạ Long, hướng dịch chuyển có phần chếch theo hướng Tây Nam với vận tốc 6,2mm/năm (điểm CD_1) 11,7mm/năm (điểm CD_2) Tương tự dịch chuyển ngang, xu hướng lún nhà máy xi măng Cẩm Phả theo quy luật rõ ràng phù hợp với thực tế cấu trúc móng nhà máy Độ lún tăng dần hướng biển (hướng Nam), lún mạnh điểm CD_1 xây dựng cầu cảng (xa đất liền nhất) có vận tốc 13,4mm/năm Các điểm CD_4, CD_5 có tốc độ lún nhỏ nằm sát đất liền Kết quy trình quan trắc chuyển dịch cơng nghệ GPS nhà máy xi măng Cẩm Phả đảm bảo độ xác quan trắc mặt độ cao Do đó, ứng dụng rộng rãi quy trình nghiên cứu cho cơng trình ven bờ có điều kiện tương tự nhà máy xi măng Cẩm Phả TÀI LIỆU THAM KHẢO H.BOCK, G.BEUTLER, S.SCHAER, T.A.SPRINGER, M.ROTHACHER Processing Aspects Related to Permanent GPS Arrays Paper presented at GPS 99, Tsukuba, Japan, Oct 1999 M ROTHACHER Basics of GPS Data Processing TU Munich GPS Tutorial presented at the International Symposium on GPS, Oct 1999, Tsukuba, Japan ROLF DACH, URS HUGENTOBLER, PIERRE FRIDEZ, MICHAEL MEINDL Bernese GPS Software Version 5.0 Digital Print by Stăampi Publications, 2007 S VEY, E CALAIS GPS measurements of ocean loading and its impact on zenith tropospheric delay estimates a case study in Brittany, France Journal of Geodesy, Vol 76, No 8, p 419-427, 2002 NGÔ VĂN HỢI, Nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS máy toàn đạc điện tử đánh giá chuyển dịch ngang cơng trình Viện Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, Hà Nội, 2005 VY QUỐC HẢI, So sánh kết xử lý số liệu GPS lưới địa động lực phần mềm GPSurvey 2.35 Bernese 4.2, Tạp chí khoa học Trái đất (T26) 2004, tr.426 - 431, Hà Nội Đề tài NCKH cấp Bộ Tài nguyên môi trường: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để xác định chuyển dịch vỏ trái đất khu vực đứt gãy Lai Châu - Điện Biên” (2001- 2004) TCXDVN 351 : 2005 "Quy trình kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang nhà cơng trình Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 309 : 2004 “Cơng tác trắc địa xây dựng cơng trình dân dụng khu công nghiệp” 10 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 271 : 2002 “Quy trình kỹ thuật xác định độ lún cơng trình dân dụng cơng nghiệp phương pháp đo cao hình học” Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 THI CƠNG XÂY LẮP - KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 ... So sánh tốc độ dịch chuyển hướng dịch chuyển kết quan trắc tồn đạc cơng nghệ GPS đánh giá độ xác khả ứng dụng cơng nghệ GPS độ xác cao nghiên cứu chuyển dịch Nhà máy xi măng Cẩm Phả nói riêng... tính tốn chuyển dịch tổng hợp nhà máy xi măng Cẩm Phả Từ đánh giá trên, cho thấy ứng dụng cơng nghệ GPS độ xác cao hoàn toàn đáp ứng yêu cầu quan trắc chuyển dịch nhà máy xi măng Cẩm Phả theo... trắc chuyển dịch cơng nghệ GPS nhà máy xi măng Cẩm Phả đảm bảo độ xác quan trắc mặt độ cao Do đó, ứng dụng rộng rãi quy trình nghiên cứu cho cơng trình ven bờ có điều kiện tương tự nhà máy xi măng