Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm thi công xây dựng các công trình ngầm ở Việt Nam

Nội dung nghiên cứu luận án: Nghiên cứu xác lập các yêu cầu độ chính xác cho công tác định hướng hầm khi thi công các công trình hầm đối hướng ở Việt Nam. Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công hầm bằng công nghệ TBM.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DIÊM CÔNG HUY NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG CÁC CƠNG TRÌNH NGẦM Ở VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Trắc địa cơng trình, Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Viết Tuấn, Trường Đại học Mỏ - Địa chất PGS.TS Nguyễn Quang Thắng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà Ban Tuyên giáo Trung ương Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Quang Tác Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Đặng Nam Chinh Hội Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám Việt Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … … ngày … tháng… năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia – Hà Nội - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, nước ta thi công nhiều công trình đường hầm giao thơng, thủy điện … để phục vụ đời sống dân sinh Đặc điểm việc thi cơng xây dựng cơng trình đường hầm thi cơng liên hồn bao gồm: Đào hầm - Gia cố vỏ hầm - Hồn thiện vỏ hầm Q trình thi cơng độ xác xây dựng cơng trình đường hầm phụ thuộc vào công tác trắc địa định hướng hầm Như công tác trắc địa định hướng hầm có ảnh hưởng lớn đến tiến độ thi cơng độ xác xây dựng cơng trình hầm, đặc biệt áp dụng cơng nghệ TBM Do vấn đề thành lập sở trắc địa cho việc định hướng cơng trình đường hầm có ý nghĩa quan trọng chất lượng thi công xây dựng công trình hầm.Tuy nhiên nay, chưa có quy chuẩn trắc địa cơng trình nói chung quy chuẩn kỹ thuật Trắc địa công trình thi cơng đường hầm nói riêng, tiêu chuẩn có đề cập đến phương pháp trắc địa truyền thống phương pháp trắc địa đại chưa cập nhật, đặc biệt thi công xây dựng công nghệ mới, định hướng cơng trình phức tạp đòi hỏi độ xác cao công tác trắc địa thi công cơng trình tàu điện ngầm Vì vậy, nội dung nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình ngầm cần thiết phù hợp với thực tiễn Việt Nam Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu - Mục đích luận án nhằm nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng hiệu công tác định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam giai đoạn thi công xây dựng - Đối tượng nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu luận án bao gồm: Tính tốn độ xác u cầu định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình hầm đối hướng; nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi công xây dựng cơng trình hầm có độ sâu nhỏ 100 m; nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ xác thi cơng đường hầm cơng nghệ TBM Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu xác lập yêu cầu độ xác cho công tác định hướng hầm thi công công trình hầm đối hướng Việt Nam - Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ xác thi cơng hầm cơng nghệ TBM Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê, Phương pháp phân tích, Phương pháp thực nghiệm, Phương pháp so sánh, Phương pháp toán học, phương pháp ứng dụng tin học phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển hồn thiện kỹ thuật định hướng đường hầm thi công xây dựng cơng trình hầm Việt Nam Ý nghĩa thực tiễn: Các kết nghiên cứu ứng dụng để nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi cơng xây dựng cơng trình ngầm Việt Nam giai đoạn thi công xây dựng thực tế sản xuất; Góp phần phục vụ ngành xây dựng Việt Nam nói chung ngành xây dựng cơng trình ngầm nói riêng ngày hiệu an toàn Các luận điểm bảo vệ Luận điểm thứ nhất: Để đảm bảo độ xác thi cơng xây dựng cơng trình đường hầm theo thiết kế, cần phải nghiên cứu xác định độ xác định hướng hầm theo hạn sai cho phép thi cơng xây dựng cơng trình hầm đối hướng Luận điểm thứ hai: Áp dụng giải pháp công nghệ thiết bị đo đạc tiên tiến vào công tác định hướng hầm cho phép nâng cao hiệu đảm bảo tiến độ thi công xây dựng cơng trình hầm Luận điểm thứ ba: Khi thi công xây dựng đường hầm công nghệ TBM cần phải thành lập dạng lưới khống chế đặc biệt hầm ứng dụng công nghệ đo đạc đại nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trình thi cơng hầm cơng nghệ Các điểm luận án - Đã xây dựng sở khoa học xác định hạn sai cho phép yếu tố định hướng hầm Từ xác định độ xác cần thiết yếu tố định hướng hầm sở ứng dụng công nghệ đo đạc đại thi công xây dựng cơng trình hầm Việt Nam - Đã nghiên cứu, đề xuất ứng dụng số giải pháp kỹ thuật công nghệ tiên tiến vào trình định hướng hầm (Ứng dụng máy chiếu đứng để chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm; sử dụng loại máy đo dài điện tử để chuyền độ cao xuống hầm; ứng dụng máy kinh vĩ quay thành lập lưới khống chế hầm…) Kết nghiên cứu ứng dụng cho phép nâng cao độ xác tính hiệu cơng tác trắc địa thi cơng cơng trình hầm đối hướng - Đã nghiên cứu phương pháp thiết kế thành lập lưới khống chế hầm dạng lưới đường chuyền kép, thành lập công thức dùng để kiểm tra yếu tố kỹ thuật lưới đường chuyền kép thành lập lưới khống chế thi công hầm Điều cho phép triển khai ứng dụng cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt vào q trình thi cơng hầm cơng nghệ TBM Việt Nam Cấu trúc nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu, chương nội dung phần kết luận Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH HẦM 1.1.Cơng nghệ thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam 1.1.1 Khái niệm cơng trình hầm Việt Nam 1.1.2 Các phương pháp thi công đường hầm 1.1.2.1 Xây dựng cơng trình đường hầm phương pháp lộ thiên 1.1.2.2 Xây dựng cơng trình đường hầm phương pháp hạ đoạn 1.1.2.3 Xây dựng cơng trình đường hầm phương pháp khai mỏ 1.1.2.4 Xây dựng cơng trình đường hầm công nghệ NATM (New Austrian Tunnelling Method) 1.1.2.5 Xây dựng cơng trình đường hầm cơng nghệ TBM (Tunnel Boring Machine) 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước Sau tham khảo tài liệu nước ngồi chúng tơi thấy có vấn đề sau đây: Có số tài liệu [35], [37], trình bày cơng nghệ thi công hầm tiên tiến hệ thống TBM vấn đề điều khiển hệ thống TBM giới thiệu mà chưa đề cập đến quy trình cụ thể để ứng dụng thi cơng Vấn đề chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm qua giếng đứng thực thiết bị đo đạc đại chuyên dụng Việt Nam chưa nghiên cứu cụ thể, quy trình, hạn sai phương pháp kiểm sốt chất lượng đo đạc chưa công bố [37], [47], Lưới khống chế hầm dạng đường chuyền kép giới thiệu dạng sơ đồ mà không thấy công bố phương pháp đo đạc, phương pháp kiểm soát chất lượng đo đạc xử lý số liệu dạng lưới [35] Các tiêu kỹ thuật định hướng đường hầm trình bày số tài liệu tiêu chuẩn Quốc gia [52], [57], … số tham số kỹ thuật trình bày báo [35], [37] Các số liệu triển khai ứng dụng thực tế Việt Nam 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước Nghiên cứu vấn đề công tác trắc địa thi cơng xây dựng cơng trình hầm nước ta thực số cơng trình nghiên cứu số giáo trình giảng dạy số trường đại học Đọc tham khảo tài liệu thấy số vấn đề sau đây: Cơng nghệ thi cơng cơng trình hầm giới thiệu số phương pháp thi công hầm áp dụng nước ta [4], [18], [32], Lưới khống chế trắc địa mặt đất nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế mặt đất, phương pháp thiết kế theo quy trình thiết kế tối ưu, thuật tốn ước tính độ xác lưới khống chế mặt thành lập công nghệ GPS [4], [5], [6], Công tác đo liên hệ nghiên cứu trình bày ý tưởng ứng dụng máy chiếu đứng để chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm thực với máy chiếu đứng, chưa có thực nghiệm, chưa xác lập quy trình đo đạc xử lý số liệu [4], [19]… Lưới khống chế thi công hầm đề cập đến phương pháp thành lập lưới đường chuyền treo đơn dừng lại bước ước tính, chưa có đo đạc thực nghiệm thực tế [19], [24]… Phương pháp chuyền độ cao xuống hầm đề cập dùng máy TĐĐT để chuyền độ cao xuống hầm phương pháp gương phẳng phụ, chưa đề cập đến phương pháp xác lập góc 450 gương phẳng phụ đo khoảng cách máy TĐĐT từ gương phẳng phụ tới gương phản xạ đặt hầm [28], [29], Thành lập lưới khống chế hầm sử dụng máy kinh vĩ quay thành lập cơng thức tính sai số hướng ngang đo phương vị cạnh lưới khống chế hầm máy kinh vĩ quay, chưa xét cách tổng quát tính hiệu phương pháp đo so với phương pháp truyền thống (góc - cạnh) [4], [19],… Các giải pháp cơng tác trắc địa phục vụ thi công đường hầm cơng nghệ TBM chưa có tài liệu cơng bố Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) chưa có TCVN đề cập đến độ xác định hướng hầm thi công công nghệ TBM chưa cập nhật công nghệ thi công đại tiên tiến nước ta [23], [33], [34], 1.4 Định hướng nghiên cứu luận án Từ kết nghiên cứu phân tích chúng tơi rút số định hướng nghiên cứu luận án sau: Để đảm bảo độ xác định hướng đường hầm cần phải nghiên cứu xác lập yêu cầu độ xác định hướng hầm cho phép hai phương pháp thi công đường hầm phương pháp truyền thống thi công công nghệ TBM Các hạn sai cho phép cần phải tính tốn cách khoa học, phù hợp với phương pháp thi công hầm đặc điểm thi cơng xây dựng cơng trình hầm giới Việt Nam Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ đo đạc tiên tiến thay thiết bị phương pháp đo đạc truyền thống với mục đích tự động hóa q trình đo đạc, nâng cao độ xác đảm bảo tiến độ thi công xây dựng công trình hầm phù hợp với đặc điểm cơng nghệ thi công ứng dụng Việt Nam Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế thi công đặc biệt hầm lưới đường chuyền kép, xây dựng quy trình đo kiểm tra tiêu kỹ thuật, phương pháp xử lý số liệu với mục đích triển khai ứng dụng cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt vào q trình thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam Chương 2: NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÁC U CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC CHO CƠNG TÁC ĐỊNH HƯỚNG HẦM KHI THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH HẦM ĐỐI HƯỚNG Ở VIỆT NAM 2.1 Sai số đào thông hầm hạn sai cho phép 2.1.1 Phân loại sai số đào thông hầm hạn sai cho phép 2.1.2 Yêu cầu độ xác thơng hầm Hiện giới Việt Nam tiêu chuẩn yêu cầu độ xác định hướng hầm bao gồm số tài liệu sau đây: 2.1.2.1 Quy phạm Trắc địa công trình nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (GB50026 – 2007)[56] 2.1.2.2 Tiêu chuẩn Cộng hòa liên bang Nga (СТО НОСТРОЙ 2.16.65-2012)[52] 2.1.2.3 Quy chuẩn, Tiêu chuẩn Việt Nam Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08: 2009/BXD “Cơng trình ngầm thị”[23] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4528:1988 “Hầm đường sắt hầm đường ôtô - quy phạm thi công, nghiệm thu”[33] 2.1.2.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật số cơng trình đường hầm thi công Thế giới Việt Nam quy định sau: 1.Thi công xây dựng đường hầm SSC (Thí nghiệm gia tốc hạt nguyên tử) Dallas, Mỹ [37] Thi công xây dựng hầm đường sắt Hallandsas, Thụy Điển[41] Thi công xây dựng đường hầm Lok Ma Chau Spur Line Hồng Kông, Trung Quốc [35] Thi công xây dựng tuyến tầu điện số (Bến Thành - Suối Tiên) Thành phố Hồ Chí Minh [22] 2.1.3 Nhận xét: Độ xác thi cơng đường hầm phụ thuộc vào mục đích sử dụng phương pháp thi công Hiện giới Việt Nam tiêu chuẩn yêu cầu độ xác thi cơng đường hầm có quy định khác 2.2 Nghiên cứu xây dựng sơ khoa học yêu cầu độ xác định hướng hầm thi công hầm Việt Nam 2.2.1 Hạn sai cho phép tiêu chuẩn tiêu kỹ thuật thi công đường hầm số nước giới Việt Nam Theo phương pháp thi công hầm chia thành hai trường hợp sau đây: - Hầm thi công phương pháp truyền thống - Hầm thi công công nghệ TBM Để xác định yêu cầu độ xác cần thiết dùng định hướng hầm thi công công nghệ TBM Việt Nam cần phải xác định mối quan hệ toán học đại lượng δ δi thành phần (i = ÷ 5), quan hệ hàm số xác định theo công thức sau:   12   22   32   24   52 (2.1) Trong đó: - δ : Độ lệch cho phép vỏ hầm mặt đào thông - δ1 : Sai số sở khống chế trắc địa mặt - δ2 : Sai số sở khống chế trắc địa độ cao - δ3 : Độ lệch khoanh tròn vỏ hầm lắp đặt so với trục bố trí (độ lệch tâm) - δ4 : Độ lệch hình dạng hình học khoanh tròn vỏ hầm chế tạo so với thiết kế (hình van) - δ5 : Biến dạng khoanh tròn vỏ hầm áp lực đất đá bên ngồi tác động lên vỏ hầm 2.2.2 Cơng thức tính độ sai lệch vỏ hầm điểm đào thông Với cơng thức (2.1) có hai cách sử dụng cơng thức để tính tốn hạn sai cho phép thi công hầm công nghệ TBM Việt Nam theo nguyên tác ảnh hưởng nguyên tắc ảnh hưởng có hệ số * Trường hợp 1: Nếu cho trước giá trị δ độ lệch cho phép vỏ hầm mặt đào thông Theo công nghệ chế tạo lắp ghép vỏ hầm biết trước đại lượng δ3 δ4 Theo điều kiện địa chất xác định δ5 Giả thiết: Sai số sở khống chế trắc địa mặt δ1 gấp hai lần sai số sở khống chế trắc địa độ cao δ2: δ2 = 0.5δ1 (2.2) Từ cơng thức (2.1) ta có:   12  (0.51 )  32   24  52 (2.3)   ( 32   24   52 ) 1.25 (2.4) 1  *Trường hợp 2: Nếu cho trước giá trị δ độ lệch cho phép vỏ hầm mặt đào thông mà không cho biết trước đại lượng δi công thức (2.1), áp dụng nguyên tắc ảnh hưởng có hệ số dựa vào kinh nghiệm người thiết kế, điều kiện địa chất khu vực thi công để xác định hệ số đại lượng δi cơng thức (2.1) sau vận dụng cơng thức (2.4) để tính thành phần lại 2.2.3 Xây dựng sở xác định hạn sai cho phép thi công hầm Việt Nam 2.2.3.1 Hầm thi công theo phương pháp truyền thống Bảng 2.5 Hạn sai cho phép trục tim hầm thi cơng cơng trình hầm phương pháp truyền thống L (km) δ1(mm) δ2(mm) L≤ 100 70 4≤ L≤8 150 ≤ L ≤ 10 200 2.2.3.2 Hầm thi công công nghệ TBM Bảng 2.6 Hạn sai cho phép thi cơng cơng trình hầm cơng nghệ TBM L (km) δ(mm) δ1(mm) δ2(mm) δ3(mm) δ4(mm) δ5(mm) L≤ 75 38 19 25 50 25 Từ bảng 2.6, áp dụng cơng thức (2.5) lấy làm tròn kết tính sai số trung phương mi ta có bảng 2.7 Bảng 2.7 Sai số trung phương (mi) thi công công nghệ TBM L(km) m(mm) m1(mm) m2(mm) m3(mm) m4(mm) m5(mm) L≤ 38 19 12 12 25 12 Nhận Xét: Từ bảng 2.5, 2.6 2.7 cho thấy kết tính tốn hạn sai cho phép mà đưa tương đối phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật cơng ty nước ngồi áp dụng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam, Mỹ, Thụy Điển, Hồng Kơng… Vì sử dụng kết tính tốn bảng 2.5, 11 Khi thi công hầm công nghệ TBM, sử dụng số liệu m2 bảng 2.7 công thức (2.40) (2.42) để tính tính hạn sai cho phép độ cao loại đoạn hầm Chương NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG CÁC CƠNG TRÌNH HẦM Ở VIỆT NAM 3.1 Nâng cao hiệu thành lập lưới khống chế mặt mặt đất thi công hầm Hiện nay, lưới khống chế trắc địa mặt mặt đất thi công xây dựng đường hầm chủ yếu thành lập công nghệ GPS (lưới GPS) 3.1.1 Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ xác thành lập lưới khống chế mặt mặt đất công nghệ GPS thi công hầm đối hướng theo hướng thiết kế tối ưu Để nâng cao độ xác thành lập lưới khống chế mặt đất công nghệ GPS cần phải thiết kế ước tính độ xác lưới theo hướng thiết kế tối ưu Chúng ta thiết kế lưới theo phương pháp kết hợp người máy tính với khối lượng trị đo độ xác vừa đủ để thành lập lưới khống chế GPS mặt đất thi cơng hầm Chính điều thể tính hiệu nâng cao độ xác định hướng hầm hạng mục thành lập lưới khống chế mặt đất 3.1.2 Thực nghiệm ước tính độ xác lưới GPS mặt đất phục vụ thi công hầm Trong phần tính tốn thực nghiệm chúng tơi trình bày kết ước tính độ xác lưới GPS cơng trình xây dựng hầm đèo Cả nối hai tỉnh Phú Yên - Khánh Hòa 3.1.2.2 Thiết kế lưới GPS phục vụ thi công hầm đèo Cả Thiết kế lưới GPS theo số lượng trị đo gồm phương án sau: Các phương án thiết kế Phương án Phương án Phương án Số trị đo 37 35 28 3.1.2.3 Kết ước tính độ xác lưới Chúng tơi sử dụng chương trình máy tính GP.AGE dùng để ước tính độ xác Kết cho thấy sai số vị trí điểm HAM3 sai số phương vị cạnh định hướng HAM3-HAM2 phương án đạt yêu cầu Vậy ta chọn 12 phương án để thành lập lưới GPS, phương án có trị đo mà đảm bảo độ xác, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết lưới khống chế mặt đất phục vụ thi cơng hầm đèo Cả 3.2 Nâng cao độ xác chuyền tọa độ phương vị xuống hầm qua giếng đứng 3.2.1 Phương pháp tam giác liên hệ Hiện nay, để chuyền toạ độ phương vị xuống hầm có nhiều phương pháp, thực tế thường sử dụng phương pháp tam giác liên hệ [4] + Cơ sở lý thuyết phương pháp tam giác liên hệ Để chuyền toạ độ phương vị xuống hầm qua giếng đứng, cần sử dụng hai dây dọi O1 O2 tạo thành mặt phẳng liên hệ hệ toạ độ lưới khống chế mặt đất tọa độ lưới khống chế hầm (hình 3.5) Khi toạ độ hầm khởi tính từ toạ độ hai điểm O1 O2 phương vị chuyền xuống hầm tính theo cơng thức [4]:  A1M1  AT      1  1  i1800 (3.1) Hình 3.5 Định hướng qua giếng đứng Phương pháp thực phức tạp phải quan trắc độ dao động dây dọi cần phải có thiết bị chuyên dụng để đo, để khắc phục tồn nghiên cứu ứng dụng máy chiếu đứng thay dây dọi để chuyền toạ độ phương vị từ mặt đất xuống hầm qua giếng đứng thi công xây dựng cơng trình hầm 3.2.2 Sử dụng máy chiếu đứng để chuyền toạ độ phương vị xuống hầm qua giếng đứng (hình 3.6) 13 Hình 3.6 Đo liên hệ qua giếng đứng Hình 3.7 Sơ đồ lưới đường chuyền xuống hầm máy chiếu đứng thực nghiệm 3.2.3.Thực nghiệm sử dụng máy chiếu đứng để chuyền toạ độ phương vị xuống hầm qua giếng đứng - Thành lập lưới đường chuyền khép kín mặt đất bao gồm 10 điểm CDPGEMNJKB (hình 3.7) - Sử dụng máy chiếu đứng DZJ 300A để chiếu toạ độ hai điểm O1 O2 lên độ cao 30m (hình 3.6) Kết so sánh toạ độ điểm phương vị cạnh Bảng 3.4 So sánh toạ độ điểm chuyền điểm P, G tầng cao 30 m qua tam giác liên hệ tọa độ điểm lưới đường chuyền khép kín mặt đất Tên Toạ độ điểm lưới Toạ độ điểm Độ lệch (m) điểm đường chuyền chuyền PP tam khép kín (2) giác liên hệ (3) (4) (1) M N J K B C D X(m) 967.741 968.250 982.078 991.779 995.600 1019.350 1011.097 Y(m) 989.060 973.880 952.180 956.280 946.510 957.680 978.870 X(m) Y(m) 967.739 968.249 982.077 991.775 995.597 1019.344 1011.091 989.064 973.882 952.179 956.276 946.504 957.673 978.866 ΔX (m) ΔY (m) -0.002 -0.001 -0.001 -0.004 -0.003 -0.006 -0.006 0.004 0.002 -0.001 -0.004 -0.006 -0.007 -0.004 14 Bảng 3.5 So sánh phương vị cạnh chuyền qua tam giác liên hệ xuống mặt đất Phương vị cạnh đường Phương vị cạnh chuyền lấy điểm Tên cạnh lưới đường P, G tầng cao 30m Độ lệch chuyền khép kín làm gốc chuyền qua Δα (") mặt đất tam giác liên hệ xuống mặt đất (1) (2) (3) (4) 0 M N 271 55' 17.3" 271 55' 27.4" +10.1" 0 N J 302 30' 04.8" 302 30' 13.0" + 8.2" 0 J K 22 53' 53.0" 22 54' 00.0" +7.0" 0 K B 291 21' 35.1" 291 21' 41.1" +6.0" 0 B C 25 11' 17.1" 25 11' 22.0" +4.9" C D 1110 16' 30.1" 1110 16' 33.8" +3.7" Khi coi tọa độ phương vị cạnh xác định đường chuyền khép kín mặt đất có độ xác cao tọa độ phương vị cạnh chuyền qua tam giác liên hệ, kết tính theo công thức (3.2) trường hợp kết gần   (3.2) m n Sử dụng cơng thức (3.2) để tính ta có: - Sai số truyền toạ độ xuống hầm sử dụng máy chiếu đứng mX = ± 3,8 mm; mY = ± 4.4 mm; m P  m 2X  m 2Y = ± 5.8 mm - Sai số truyền phương vị xuống hầm sử dụng máy chiếu đứng tam giác liên hệ: mα = ± 6,9" 3.3 Nâng cao độ xác chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng 3.3.1 Chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng Chúng nghiên cứu hai phương pháp chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng phương pháp chuyền máy TĐĐT phương pháp chuyền thiết bị đo dài Disto thay phương pháp truyền thống 15 Hình 3.9 Sơ đồ chuyền độ cao Hình 3.10 Sơ đồ chuyền độ cao thiết bị đo khoảng cách Disto máy TĐĐT 3.3.2 Phương pháp chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm máy toàn đạc điện tử dùng gương phẳng phụ Sơ đồ chuyền độ cao máy toàn đạc điện tử qua giếng đứng xuống hầm đưa (hình 3.9) Độ cao điểm B hầm tính theo cơng thức: HB = HA + (a1 – a2) – (L-l) – (b1 – b2) (3.3) + Đánh giá độ xác phương pháp mHB = 2(2m + m ) (3.5) 3.3.2.1 Đo đạc tính tốn thực nghiệm Cơng tác thực nghiệm tiến hành máy TĐĐT Leica TS06 Plus Bảng 3.7 So sánh kết chuyền độ cao theo ba phương pháp Phương pháp chuyền độ cao Bằng thước thép (m) Bằng máy TĐĐT (m) Độ cao điểm B -89.780 -89.782 Chênh Bằng lệch dây thép TĐĐT (m) thước thép = 3-2 -89.785 - 02 mm Chênh lệch TĐĐT dây thép = 3-4 + 03 mm 16 3.3.2.2 Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy sử dụng máy TĐĐT để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu lớn thay phương pháp truyền thống khắc phục khó khăn mặt kỹ thuật thường gặp dùng hai phương pháp truyền thống 3.3.3 Phương pháp chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm thiết bị đo dài cầm tay Disto Sơ đồ chuyền độ cao thiết bị đo khoảng cách Disto qua giếng đứng xuống hầm đưa (hình 3.10) Độ cao điểm B hầm tính theo cơng thức: HB = HA + (a1 – a2) – S – (b1 – b2) (3.7) + Đánh giá độ xác phương pháp mHB = 4m + m (3.10) 3.3.3.1.Thực nghiệm chuyển độ cao qua giếng đứng xuống hầm thiết bị đo dài cầm tay Disto Công tác thực nghiệm tiến hành với thiết bị DISTOTM pro4a hãng Leica Bảng 3.11 So sánh kết chuyền độ cao theo hai phương pháp Độ cao Độ cao mốc Độ cao Chênh lệch Số hiệu Phương mốc B B chuyền mốc B độ cao chỉnh hệ số pháp chuyền thước chuyền đo thiết dãn dài chuyền độ thép sau hiệu máy bị Disto thước thép cao thước chỉnh hệ số thiết bị đo thước (mm) thép(m) dãn dài (m) Disto (m) thép (mm) 4=2+3 = 5-4 Tầng 16 -44.683 - 2.1 -44.6851 -44.685 - 0.1 Tầng 25 -73.508 - 3.4 -73.5114 -73.511 -0.4 Tầng 32 -95.886 - 4.5 -95.8905 -95.892 + 1.5 17 3.3.3.2 Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy sử dụng máy Disto để chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng có chiều sâu nhỏ 100 m, khắc phục khó khăn mặt kỹ thuật thường gặp dùng phương pháp khác để chuyền độ cao xuống hầm 3.4 Lựa chọn dạng lưới khống chế mặt hầm phù hợp với đặc điểm điều kiện thi công hầm 3.4.1 Đặc điểm phương pháp thành lập đường chuyền hầm 3.4.2 Thành lập lưới đường chuyền hầm 3.4.3 Thực nghiệm phương án thiết kế để thành lập đường chuyền hầm 3.4.3.1 Thiết kế phương án đo thực nghiệm - Phương án so sánh: Đo 66 trị đo gồm 40 trị đo góc, 26 trị đo cạnh - Phương án 1: Đo 12 trị đo, có 06 trị đo cạnh 06 trị đo góc - Phương án 2: phương án có đo kiểm tra bổ sung thêm 06 góc bên trái thời gian khác GPS2 S1 GPS1 GPS3 S3 S2 S4 S5 S6 18 - Phương án 3: Đo 26 trị đo gồm 13 trị đo góc, 13 trị đo cạnh - Phương án 4: Đo 42 trị đo gồm 24 trị đo góc, 18 trị đo cạnh - Phương án 5: Đo 58 trị đo gồm 34 trị đo góc, 24 trị đo cạnh 3.4.2.2 Kết ước tính độ phương án thực nghiệm 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 Vậy theo phương án thiết kế đạt yêu cầu độ xác cho phép 3.4.2.3 Đo đạc tính tốn thực nghiệm Công tác thực nghiệm tiến hành với máy toàn đạc điện tử Leica TC 1800 Tiến hành đo với phương án riêng biệt 19 Bảng 3.14 Bảng kết tính tốn phương án Phương án Độ lệch hướng ngang điểm Δq6= δ X6( mm ) 26 -19 -18 -18 -19 Nhận xét: Các phương án 2, 3, có sai số hướng ngang tương đương với phương án 3, có lượng trị đo tăng lên nhiều Vậy phương án phù hợp với điều kiện thi công chật hẹp hầm mà đảm bảo yêu cầu tiến độ, độ xác thi cơng hầm Chương 4: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC THI CÔNG HẦM BẰNG CÔNG NGHỆ TBM (TUNNEL BORING MACHINE) 4.1 Quy trình đào hầm cơng nghệ TBM 4.1.1 Giới thiệu hệ thống TBM 4.1.2 Các phận hệ thống TBM 4.1.3 Vận hành hệ thống TBM 4.2 Công tác trắc địa phục vụ thi công hầm công nghệ TBM (Tunnel Boring Machine) 4.2.1 Công tác trắc địa giai đoạn thi công xây dựng hầm công nghệ TBM + Bước 1: Thành lập lưới khống chế mặt đất công nghệ GPS + Bước 2: Tiến hành chuyền tọa độ, độ cao từ điểm khống chế mặt đất xuống hầm qua giếng đứng ram dốc + Bước 3: Thành lập lưới khống chế hầm dạng lưới đường chuyền kép phía sau hệ thống TBM + Bước 4: Thường xuyên phát triển trạm khống chế tạm thời hầm cho trạm đặt phía sau hệ thống TBM ln nhìn thấy mục tiêu lăng kính gắn TBM để định hướng TBM + Bước 5: Trạm Laser gắn tọa độ, độ cao từ trạm khống chế tạm thời chiếu lên mục tiêu lăng kính gắn vào hệ thống TBM 4.2.2 Hệ thống định hướng tự động cho TBM 4.3 Thành lập lưới mặt thi công hầm dạng lưới đường chuyền kép 20 4.3.1 Thiết kế lưới đường chuyền kép Có thể thiết kế lưới đường chuyền kép sau (hình 4.14) Đo tất cạnh lưới đo góc hợp cạnh dài lưới Như lưới gồm tứ giác trắc địa a 1' a2 3' c b2 c3 b1 b c1 c2 b3 2 a 2' Hình 4.17 Sơ đồ đo góc - cạnh Hình 4.14 Sơ đồ lưới đoạn lưới đường chuyền kép đường chuyền kép 4.3.2 Ước tính độ xác lưới đường chuyền kép 4.3.3 Tổ chức đo đạc thành lập lưới đường chuyền kép + Kiểm tra chất lượng đo góc Kiểm tra chất lượng góc phương trình điều điện góc đối đỉnh (hình 4.17) γ1 + β1 = γ2 + γ3 (4.1) Từ ta có phương trình điều kiện dạng số hiệu chỉnh là: vγ1 + vβ1 - vγ2 - vγ3 + ωγ = (4.2) Trong đó: ωγ = γ1 + β1 - γ2 - γ3 (4.3) + Kiểm tra độ xác chuyền phương vị Δα = (α2-3)1 - (α2-3)2 (4.6) + Kiểm tra chất lượng đo cạnh Xét tứ giác đo tồn cạnh 1-1’-2-2’ (hình 4.17) cần kiểm tra chất lượng cạnh điều kiện γ1 + γ4 = γ5 (4.7) Trong đó: γi góc tính từ cạnh đo theo định lý hàm số cosin Từ ta có phương trình số hiệu chỉnh vγ1 + vγ4 - vγ5 + ωs = (4.8) với ωs = γ1 + γ4 - γ5 (4.9) Để kiểm tra chất lượng đo góc đo cạnh lưới đường chuyền kép cần phải xác định đại lượng (ωgh) tính cơng thức (4.3), (4.6) (4.9) 21 4.3.4 Xây dựng công thức kiểm tra chất lượng đo góc đường chuyền kép ωgh = 2.mωγ = 4.mβ (4.14) 4.3.5 Kiểm tra chất lượng đo cạnh lưới đường chuyền kép + Cách 1: ωgh = ρ" m + Cách 2: SΔ1-2-2’ + SΔ1-2’-1’ = SΔ1-1’-2 + SΔ1’-2-2’ 4.3.6 Kiểm tra điều kiện phương vị (4.16) (4.17) mΔαk = mβi.√2 k (4.27) Trong đó: k số thứ tự chuyền phương vị 4.3.7 Đo thực nghiệm khảo sát độ xác lưới đường chuyền kép 4.3.7.1 Mục đích thực nghiệm 4.3.7.2 Phương pháp thực nghiệm - Phương án 1: (Đo đường chuyền treo đơn từ điểm đến điểm 8) - Phương án 2: (Đo đường chuyền treo kép từ cặp điểm 1, 1’ đến cặp điểm 8, 8’) - Phương án so sánh: (Đo đường chuyền kép phù hợp từ cặp điểm 1, 1’ đến cặp điểm 8, 8’) 4.3.7.3 Kết thực nghiệm Bảng 4.1: Bảng kết tính tốn phương án đo đường chuyền kép Phương án Các phương án Độ lệch ngang 0,051 0.035 Δq = ΔY (m) Nhận xét Kết tính tốn thực nghiệm thấy phương án (đường chuyền treo kép) có độ lệch hướng ngang (ΔY) (Vì trục X trùng với trục hầm thực nghiệm) nhỏ so với phương án Do đường chuyền treo kép (Phương án 2) có độ xác tin cậy cao hơn, phù hợp cho việc định hướng đường hầm thi công công nghệ TBM Việt Nam 4.4 Ứng dụng máy kinh vĩ quay để định hướng hầm thi công xây dựng đường hầm 4.4.1 Giới thiệu máy kinh vĩ quay khả ứng dụng giới Việt Nam 4.4.2 Cơng thức ước tính độ xác sai số hướng ngang điểm cuối đường chuyền đo phương vị máy kinh vĩ quay 22 X C P Y A D Hình 4.24 Sơ đồ lưới đường chuyền hầm Từ hình 4.24 ta có tọa độ điểm cuối đường chuyền tính theo cơng thức XP = XA + S1cosα1 + S2cosα2 + …+ Sncosαn (4.29) Vi phân toàn phần hai vế (4.29), biến đổi tốn học ta có cơng thức tính sai số dịch vị ngang: m = S √n (4.34) " Từ cơng thức (4.34) ta tính chiều dài đường chuyền cho phép độ xác máy kinh vĩ quay cho phép 4.4.3 Khảo sát độ xác đường chuyền hầm thành lập phương pháp đo góc, cạnh đường chuyền hầm đo máy kinh vĩ quay 4.4.3.1 Đường chuyền hầm đo phương cạnh máy kinh vĩ quay a Độ xác hướng ngang điểm cuối đường chuyền đo phương pháp góc- cạnh (mq)gc = , [s] (4.37) b Độ xác hướng ngang điểm cuối đường chuyền đo cạnh đo góc phương vị máy kinh vĩ quay (m ) = S √n (4.38) " + Lập tỷ số hai công thức (4.37) (4.38), giả thiết mβ = mαi, bỏ qua giá trị 1,5 ta có: (m ) = √ (m ) (4.41) Từ công thức (4.41) cho thấy máy kinh vĩ quay có độ xác xác định phương vị độ xác đo góc đường chuyền (mβ = mαi) sai 23 số hướng ngang điểm cuối đường chuyền giảm √ lần Khi n tăng lên sai số hướng ngang điểm cuối đường chuyền đo máy kinh vĩ quay giảm xuống so với phương án đo góc - cạnh đường chuyền dạng đồ hình 4.4.3.2 Đường chuyền hầm đo phương vị số cạnh máy kinh vĩ quay SSTP dịch vị ngang tính theo cơng thức: mβ k(k − 1)(2k − 1) k (k − + 2 ) m = S i +k  − + (4.42) ρ + ( − ) + ( − )( − + 1)(2( − ) + 1) Nhận xét: Theo quan điểm đường hầm thi công xây dựng tổ hợp máy đào hầm TBM nên đo phương vị máy kinh vĩ quay cho tất cạnh đường chuyền nhằm nâng cao độ xác đào thơng hầm Trong trường hợp đơn vị thi cơng xây dựng hầm khơng có máy kinh vĩ quay phải thuê nên đo bổ sung số cạnh Khi độ xác điểm cuối đường chuyền có đo bổ sung số cạnh máy kinh vĩ quay xác định theo công thức (4.42) [4] KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu lý thuyết đo đạc tính tốn thực nghiệm, nghiên cứu sinh rút số kết luận sau: 1.1 Để đảm bảo thi công công trình hầm theo đứng thiết kế đề cần phải tính tốn hạn sai cho phép yếu tố định hướng hầm sở trắc địa thi cơng hầm Kết tính tốn cho phép lựa chọn thiết bị máy móc phương pháp đo phù hợp nhằm đảm bảo độ xác thi cơng xây dựng cơng trình hầm có u cầu độ xác cao Các giải pháp cơng nghệ kỹ thuật mà nghiên cứu ứng dụng đề xuất nội dung luận án (dùng máy chiếu đứng thay dây dọi truyền thống chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm phương pháp liên hệ; dùng thiết bị đo dài để chuyền độ cao từ mặt đất xuống hầm …) cho phép nâng cao độ xác định hướng hầm đảm bảo tiến độ thi cơng xây 24 dựng cơng trình hầm thi công phương pháp truyền thống công nghệ TBM Điều cho thấy mục tiêu nghiên cứu nâng cao hiệu công tác định hướng hầm đặt thực đề tài đạt Hiện Việt Nam công nghệ TBM ứng dụng để thi cơng xây dựng cơng trình đường tầu điện ngầm Đây dạng cơng trình có u cầu độ xác định hướng hầm cao Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết thi công công nghệ TBM cần phải thành lập lưới khống chế hầm dạng đặc biệt lưới đường chuyền kép Trong luận án nghiên cứu quy trình đo xây dựng công thức để kiểm tra chất lượng đo đạc lưới đường chuyền kép, điều cho phép triển khai ứng dụng cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt thi cơng xây dựng cơng trình hầm Việt Nam KIẾN NGHỊ 2.1 Cần tiếp tục nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ đo đạc tiên tiến phục vụ thi cơng xây dựng cơng trình hầm nhằm tiếp tục nâng cao độ xác tính hiệu công tác trắc địa phục vụ xây dựng cơng trình hầm Việt Nam 2.2 Trong hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) nay, tiêu chuẩn đường hầm tầu điện ngầm thi công phương pháp truyền thống thi công công nghệ TBM chưa cập nhật kịp thời bổ sung công nghệ mới, điều ảnh hưởng đến tiến độ chất lượng thi công hầm nước ta thi cơng cơng nghệ đại Vì chúng tơi kiến nghị quan có thẩm quyền sớm ban hành văn pháp quy phù hợp với thực tế thi công hầm nước ta 2.3 Cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình đo đạc, tính tốn xử lý số liệu cho dạng lưới đường chuyền kép để dạng lưới khống chế đặc biệt triển khai ứng dụng cách rộng rãi thực tế sản xuất Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN Diêm Công Huy (2012), "Đánh giá khả thông hướng thi công đường hầm phương pháp đào hầm đối hướng", Tạp chí KHCN Xây dựng, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, (Số 1/2012), Tr 57-60 Diêm Công Huy, Tăng Quốc Cường (2015), “Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ xác thành lập lưới khống chế mặt hầm thi công đào hầm đối hướng”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, (Số 3/2015), Tr 45-50 Diêm Công Huy (2016), “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu công tác chuyển 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), Tr 50-54 Trần Viết Tuấn, Diêm Công Huy (2017), “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chuyền tọa độ phương vị xuống hầm qua giếng đứng”, Tạp chí Khoa học Đo đạc Bản đồ, (Số 32-06/2017), Tr 54-58 Nguyễn Quang Thắng, Nguyễn Hà, Diêm Công Huy (2017), “Lựa chọn hệ tọa độ để xác lập hệ quy chiếu xây dựng cơng trình ngầm”, Tạp chí Khoa học Đo đạc Bản đồ, (Số 32-06/2017), Tr 19-25 Diêm Công Huy (2017), “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chuyền độ cao xuống hầm qua giếng đứng thiết bị đo khoảng cách DistoTM Pro4a”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, (Số 4/2017), Tr 64-68 ... cơng trình hầm Việt Nam giai đoạn thi công xây dựng - Đối tượng nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi công xây dựng cơng trình hầm Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu luận. .. hầm đối hướng Việt Nam - Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu định hướng đường hầm thi công xây dựng cơng trình hầm Việt Nam - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ xác thi công hầm công nghệ... hạn sai cho phép độ cao loại đoạn hầm Chương NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÁC CƠNG TRÌNH HẦM Ở VIỆT NAM 3.1 Nâng cao hiệu thành lập lưới