Ứng dụng công nghệ gps để chuyển trục công trình lên cao trong xây dựng nhà cao tầng

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất vũ ngọc quang ng dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình lên cao xây dựng nhà cao tầng Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa MÃ số: 60.52.85 luận văn thạc Sĩ kỹ thuật Hà nội - 2012 giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất vũ ngọc quang ng dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình lên cao xây dựng nhà cao tầng Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa MÃ số: 60.52.85 luận văn thạc SÜ kü tht ng−êi h−íng dÉn khoa häc ts ®inh Công Hòa Hà nội - 2012 LI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Vũ Ngọc Quang MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 10 1.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 10 1.1.1 Đoạn không gian 11 1.1.2 Đoạn điều khiển 12 1.1.3 Đoạn sử dụng 13 1.2 CÁC TRỊ ĐO GPS 14 1.2.1 Đo khoảng cách giả theo C/A-code P-code 14 1.2.2 Đo pha sóng tải 16 1.3 CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐỊNH VỊ GPS 17 1.3.1 Sai số độ sai lệch đồng hồ 17 1.3.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh 17 1.3.3 Ảnh hưởng điều kiện khí tượng 18 1.3.4 Sai số nhiễu tín hiệu 19 1.3.5 Sai số người đo 19 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ GPS 20 1.4.1 Định vị tuyết đối (point positioning) 20 1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning) 23 1.5 ỨNG DỤNG GPS TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 24 1.5.1 Đối với lưới khống chế thi công cầu vượt 25 1.5.2 Đối với lưới khống chế thi cơng cơng trình đầu mối thủy lợi-thủy điện 25 1.5.3 Đối với lưới khống chế thi cơng cơng trình cơng nghiệp 25 1.5.4 Đối với lưới khống chế thi công công trình đường hầm 26 1.5.5 Ứng dụng GPS quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình 27 CHƯƠNG CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG 30 2.1 THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG VÀ ĐỘ CAO TRÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 30 2.1.1 Lưới khống chế mặt 30 2.1.2 Lưới khống chế độ cao 33 2.2 BỐ TRÍ HỆ THỐNG CÁC TRỤC CỦA TÒA NHÀ TRÊN THỰC ĐỊA 34 2.2.1 Các khái niệm 34 2.2.2 Yêu cầu độ xác 35 2.2.3 Phương pháp bố trí 36 2.2.4 Cố định mốc trục 37 2.3 CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ THI CƠNG PHẦN MĨNG CƠNG TRÌNH 38 2.3.1 Công tác trắc địa phục vụ thi cơng đào hố móng 38 2.3.2 Công tác trắc địa phục vụ thi công cọc khoan nhồi 39 2.3.3 Công tác trắc dịa phục vụ thi công đài cọc, móng băng tầng hầm tồn nhà 41 2.3.4 Công tác trắc địa phục vụ đo hồn cơng hố móng 42 2.4 CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ XÂY DỰNG PHẦN THÂN CƠNG TRÌNH 45 2.4.1 Xây dựng lưới bố trí sở mặt gốc chuyển độ cao vào phía tòa nhà 45 2.4.2 Chuyển điểm lưới bố trí sở từ mặt gốc lên mặt sàn tầng 48 CHƯƠNG ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 66 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 66 3.2 THỰC NGHIỆM CHUYỂN TRỤC CƠNG TRÌNH LÊN CAO 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS : Global Positioning system – Hệ thống định vị toàn cầu TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Sai số trung phương chuyển trục độ cao lên mặt xây lắp 67 Bảng 3.2 Độ lệch theo giá trị t 68 Bảng 3.3 Kết vòng khép lần thứ 68 Bảng 3.4 Kết vòng khép lần thứ hai 68 Bảng 3.5 Kết vòng khép lần thứ ba 68 Bảng 3.6 Kết vòng khép lần thứ tư 69 Bảng 3.7 Kết vòng khép lần thứ năm 69 Bảng 3.8 Tọa độ điểm trục sau 05 lần đo 70 Bảng 3.9 Độ lệch tọa độ lần đo 70 Bảng 3.10 Chiều dài cạnh lần đo 71 Bảng 3.11 Độ lệch chiều dài cạnh lần đo 71 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống GPS 10 Hình 1.2 Đoạn khơng gian hệ thống GPS 11 Hình 1.3 Vệ tinh GPS 11 Hình 1.4 Vị trí trạm điều khiển giám sát GPS 12 Hình 1.5 Trạm điều khiển của hệ thống GPS 13 Hình 1.6 Máy thu GPS 13 Hình 1.7 Cấu trúc tổng quát máy thu GPS 14 Hình 1.8 Xác định hiệu số thời điểm 15 Hình 1.9 Định vị tuyệt đối 20 Hình 1.10 Trị đo tuyệt đối dùng vệ tinh 21 Hình 1.11 Trị đo tuyệt đối dùng vệ tinh 21 Hình 1.12 Định vị tương đối 23 Hình 2.1 Chuyển điểm theo phương pháp dây dọi 50 Hình 2.2a Sơ đồ chuyển điểm trục phương pháp dùng máy kinh vĩ 52 Hình 2.2b Sơ đồ chuyển điểm trục phương pháp dùng máy kinh vĩ 52 Hình 2.2c Sơ đồ chuyển điểm trục phương pháp dùng máy kinh vĩ 53 Hình 2.3 Chuyển điểm máy toàn đạc điện tử 56 Hình 2.4 Chuyển điểm máy chiếu đứng 59 Hình 2.5 Các dạng đồ hình đo cơng nghệ GPS 62 Hình 2.6 Chuyển điểm công nghệ GPS 64 Hình 3.1 Sơ đồ chuyển trục cơng trình nhà B 69 Hình 3.2 Các bước chuyển trục công nghệ GPS 73 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, việc xây dựng cơng trình nhà cao tầng với chiều cao lớn diễn ngày nhiều Để thể mặt thị, cơng trình ngày có xu hướng thiết kế, kết cấu phức tạp chiều cao lớn Theo đó, phương pháp trắc địa phục vụ thi cơng cơng trình địi hỏi mức độ cao hơn, đại Các phương pháp trắc địa truyền thống trước gặp không khó khăn triển khai thi cơng cơng trình này, đặc biệt chuyển trục cơng trình lên cao nhằm đảm bảo độ thẳng đứng cơng trình việc bố trí hạng mục sau Cơng nghệ GPS với nhiều ưu điểm ngày sử dụng nhiều xây dựng nói chung xây dựng nhà cao tầng nói riêng Việc chuyển trục cơng trình lên cao trở nên dễ dàng không phụ thuộc vào chiều cao mặt thi cơng chật hẹp Vì chọn đề tài “Ứng dụng cơng nghệ GPS để chuyển trục cơng trình lên cao xây dựng nhà cao tầng” việc làm cần thiết MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Áp dụng thiết bị công nghệ đại thi công xây dựng nhà cao tầng, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn xây dựng, rút ngắn thời gian thi công, mang lại hiệu kinh tế Đánh giá khả sử dụng công nghệ GPS chuyển trục cơng trình lên cao, đưa quy trình cụ thể để thực cơng việc sử dụng công nghệ GPS ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: + Công tác trắc địa thi công xây dựng nhà cao tầng + Nội dung, trình tự cơng tác trắc địa thi công xây dựng nhà cao tầng + Các phương pháp chuyển trục cơng trình lên cao độ xác chúng - Phạm vi nghiên cứu cơng trình nhà cao tầng NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nội dung công tác trắc địa giai đoạn thi cơng xây dựng cơng trình nhà cao tầng - Nghiên cứu khả ứng dụng thiết bị công nghệ chuyển trục cơng trình lên cao - Nghiên cứu quy trình đảm bảo độ xác chuyển trục cơng trình lên cao ứng dụng công nghệ GPS vào chuyển trục PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp xử lý thông tin, tài liệu liên quan - Phương pháp phân tích: Tổng hợp, xử lý logic tài liệu, giải vấn đề đặt - Phương pháp so sánh: Đối chiếu kết nghiên cứu, thực nghiệm với tiêu chuẩn áp dụng kiểm chứng với thực tiễn sản xuất để đưa kết luận vấn đề đặt Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết, kết thực nghiệm, đề tài đặt mục tiêu đạt vấn đề sau: 62 Khi chuyển trục cơng trình lên cao cơng nghệ GPS cần lập lưới GPS cạnh ngắn Mạng lưới bao gồm từ đến điểm cố định từ đến điểm thuộc trục cơng trình Các điểm cố định nằm mặt đất thường điểm lưới khống chế bên định tâm bắt buộc Các điểm trục đánh dấu cách sử dụng máy kinh vĩ máy chiếu đứng chiếu lên biên tầng cần chuyển trục Sau dùng phương pháp căng dây bật mực để xác định hướng trục cần đặt máy GPS Tiếp theo dùng thước thép để xác định vị trí đặt máy thu GPS, vị trí xác định gần với vị trí điểm trục cần chuyển lên mặt thi công theo hướng thẳng đứng Đánh dấu vị trí lại cách khoan đóng đinh trực tiếp xuống sàn bê tơng Dùng sơn đỏ khoanh trịn quanh vị trí đánh dấu để dễ tìm kiếm tiến hành đo GPS Hình 2.5 Các dạng đồ hình đo cơng nghệ GPS 63 Thời gian cho ca đo chọn 45 phút, 30 phút nhỏ tuỳ thuộc vào độ xác máy đồ hình vệ tinh thời điểm đo Một ca đo nên sử dụng máy, sử dụng từ máy trở lên để ca đo ta xác định trục Đặt hai máy điểm khống chế mặt đất, tốt định tâm bắt buộc với hai máy Máy lại đặt điểm trục đánh dấu mặt sàn thi công Sau định tâm xác, cân máy cẩn thận, ta đo chiều cao ăng ten, cần đo nhiệt độ áp suất thời điểm đo Các số liệu nạp vào máy đồng thời phải ghi chép lại để phục vụ trình xử lý sau đo Sau ta bắt đầu trình đo Đến ca đo cần đo lại nhiệt độ áp suất đồng thời ghi chép vào sổ để phục vụ cho trình xử lý sau đo Sau kết thúc trình đo ta tiến hành trút số liệu tính tốn bình sai Sau dựa vào toạ độ sau bình sai điểm đánh dấu ta tiến hành hoàn nguyên điểm vị trí điểm thuộc trục cơng trình 64 Hình 2.6 Chuyển điểm công nghệ GPS Sai số phương pháp này: 2 mP = mGPS + mhng + mđd (2.5) Trong đó: mP sai số điểm trục sau chiếu lên sàn thi công mGPS sai số xác định vị trí điểm gần máy đo GPS mhng sai số hoàn nguyên điểm gần vị trí trục cơng trình mhng = mdhng + mα2hng ρ" 2 d hng mdhng sai số đặt khoảng cách hoàn nguyên (2.6) 65 mαhng sai số đo góc hồn nguyên dhng khoảng cách hoàn nguyên mđd sai số đánh dấu vị trí điểm hồn ngun Cơng nghệ GPS có ưu điểm cho phép đo mà khơng cần thông hướng điểm đo với nhau, thuận tiện cho việc đo đạc, phục vụ thi công nhà cao tầng điều kiện đo đạc chật hẹp bị che khuất tầm nhìn chiều cao tồ nhà xây cơng trình lân cận Việc chuyển trục cơng trình lên cao cơng nghệ GPS với máy móc tiên tiến đảm bảo độ xác tương hỗ cao ±5mm thoả mãn yêu cầu độ xác việc chuyển trục cơng trình lên cao Một ưu điểm quan trọng chuyển trục cơng trình lên cao công nghệ GPS sai số chuyển trục không phụ thuộc vào chiều cao công trình Tuy nhiên chuyển trục cơng trình lên cao nhà cao 25 tầng nên kết hợp hai phương pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử máy đo GPS để nâng cao độ xác đo đạc kết nhận 66 CHƯƠNG ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi xây dựng nhà cao tầng, số tầng cao việc chuyển điểm khống chế sở bên lên mặt sàn tầng xây dựng cách sử dụng máy kinh vĩ toàn đạc điện tử khơng cịn phù hợp Cơng nghệ chiếu máy chiếu đứng có độ xác cao có nhược điểm phải để lại lỗ thủng sàn theo phương thẳng đứng, ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng Hơn chiếu cần phải có nhiều người trơng coi vị trí lỗ thủng, đề phịng vật rơi xuống gây tai nạn cho người máy chiếu Số tầng cao phải phân thành nhiều đoạn chiếu nên nhiều thời gian phức tạp cho người vận hành, đồng thời điểm tầng cao chịu nhiều sai số tích lũy Cho đến nay, công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi lĩnh vực trắc địa với máy móc phương tiện xử lý đại, thường xuyên cập nhật công nghệ thiết bị Qua trình đo đạc thực nghiệm với lưới GPS cạnh ngắn, thời gian đo ngắn, tần số, kết xử lý ổn định cho độ xác cao Ngay trường hợp sử dụng lịch vệ tinh quảng bá chiều dài cạnh có sai số cỡ 5mm 3.2 THỰC NGHIỆM CHUYỂN TRỤC CƠNG TRÌNH LÊN CAO Để khảo sát độ xác chuyển trục cơng trình lên cao GPS phục vụ thi công xây dựng nhà cao tầng, tiến hành thực nghiệm khu vực xã Đông Ngạc tòa nhà B trường Đại học Mỏ - địa chất Khi thực nghiệm tịa nhà B cơng trình có độ cao khoảng 25 m ( độ cao mặt đất khoảng 6m) Để thực nghiệm chuyển trục cơng trình lên cao, tơi thiết kế lưới trục tịa nhà B Trục cơng trình tạo hai điểm B-1, B-2 67 Lưới GPS nhà B gồm 04 điểm có 02 điểm điểm trục B - B - bố trí tầng tịa nhà hai điểm bên ngồi cơng trình TC1, TC2 Khoảng cách hai điểm B - B - 56,000m Chênh cao 02 điểm đo máy thủy bình 5mm Lưới đo lần vào ngày 3, 4, 5, tháng 10 năm 2012 máy GPS Trimble R3 với ca đo Lần đo 45 phút, lần đo lại đo 30 phút Theo tiêu chuẩn TCXDVN 309:2004 ta có sai số chuyển trục cơng trình lên cao từ điểm lưới trục sở lên tầng thi công sau Bảng 3.1 Sai số trung phương chuyển trục độ cao Chiều cao mặt thi công xây dựng (m) Các sai số Sai số trung phương chuyển điểm trục theo phương thẳng đứng (mm)