Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp lộ thiên.... Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp hạ đoạn.... Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp khai mỏ.... Phương p
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
PGS TS PHAN VĂN HIẾN (Chủ biên) PGS TS TRẦN VIẾT TUẤN, Th S PHẠM DOÃN MẬU, TS ĐINH XUÂN VINH
GIÁO TRÌNH
TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH NGẦM
HÀ NỘI, 2013
Trang 2MỤC LỤC
Lời nói đầu
Mục lục
Chương 1 KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM
1.1 Định nghĩa và phân loại công trình ngầm
1.1.1 Định nghĩa
1.1.2 Phân loại
1.2 Sơ lược lịch sử phát triển xây dựng đường hầm
1.2.1 Sơ lược lịch sử phát triển xây dựng đường hầm trên thế giới
1.2.2 Sơ lược lịch sử phát triển xây dựng đường hầm ở Việt Nam
1.2.3 Một số công trình đường hầm tiêu biểu ở Việt Nam
1.3 Công nghệ thi công công trình đường hầm
1.3.1 Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp lộ thiên
1.3.2 Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp hạ đoạn
1.3.3 Xây dựng công trình đường hầm bằng phương pháp khai mỏ
Chương 2 TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG HẦM
2.1 Điều tra và đo vẽ
2.1.1 Yêu cầu cơ bản
2.1.2 Nội dung điều tra
2.1.3 Quy định liên quan đến đo vẽ
2.2 Trắc địa trong giai đoạn khảo sát thiết kế đường hầm
2.2.1 Đo địa hình
2.2.2 Đo khống chế
2.2.3 Đo trung tuyến
2.2.4 Đo độ cao
2.2.5 Đo mặt cắt dọc
2.2.6 Đo mặt cắt ngang
2.2.7 Đo bản đồ cần thiết sử dụng ở khu vực cục bộ
Chương 3 TỔNG QUAN VỀ TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM
3.1 Phương pháp bố trí đường hầm
3.1.1 Phương pháp hình học hay còn gọi phương pháp trực tiếp
3.1.2 Phương pháp giải tích
3.2 Cơ sở trắc địa trong thi công xây dựng đường hầm
3.2.1 Thành lập khống chế mặt bằng trên mặt đất
3.2.2 Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm
3.2.3 Thành lập khống chế mặt bằng trong hầm
3.2.4 Thành lập hệ thống khống chế độ cao
3.3 Sai số đào thông hầm
3.3.1 Phân loại sai số đào thông hầm và hạn sai cho phép
3.3.2 Các nguồn sai số đào thông hầm và phân phối chúng
Trang
1
3
7
7
7
7
7
7
8
9
12
12
14
15
19
19
19
20
21
21
21
22
22
24
25
26
27
29
29
29
30
31
31
31
32
32
33
33
34
Trang 33.4 Phương pháp ước tính độ chính xác cần thiết của cơ sở trắc địa trong thi
công xây dựng đường hầm
3.5 Ảnh hưởng sai số của khống chế trắc địa trên mặt đất đối với độ chính xác hướng ngang đào thông hầm
3.5.1 Khái niệm
3.5.2 Phương pháp ước tính gần đúng giá trị ảnh hưởng
3.5.3 Phương pháp ước tính chặt chẽ giá trị ảnh hưởng
3.5.4 Ảnh hưởng của sai số độ cao trên mặt đất đối với độ chính xác độ cao đào thông hầm
3.6 Phương pháp chỉnh thể ước tính ảnh hưởng sai số của cả hệ thống trắc địa đối với độ chính xác hướng ngang đào thông hầm
Chương 4 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM
4.1 Khống chế trắc địa trên mặt đất
4.1.1 Phương pháp và tuần tự thành lập khống chế trắc địa trên mặt đất
4.1.2 Đường chuyền trên mặt đất
4.1.3 Lưới tam giác trên mặt đất
4.1.4 Lưới GPS trên mặt đất
4.1.5 Cấp hạng của khống chế mặt bằng trên mặt đất
4.1.6 Khống chế độ cao trên mặt đất
4.2 Khống chế trắc địa trong hầm
4.2.1 Đặc điểm và phương pháp thành lập đường chuyền trong hầm
4.2.2 Thiết kế độ chính xác đo đường chuyền trong hầm
4.2.3 Thiết kế đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị cạnh bằng kinh vĩ con quay
4.2.4 Khống chế độ cao trong hầm
4.3 Chuyền độ cao xuống hầm
4.3.1 Các phương pháp chuyền độ cao xuống hầm
4.3.2 Chuyền độ cao bằng thước thép
4.3.3 Chuyền độ cao bằng dây thép
4.3.4 Chuyền độ cao bằng máy đo dài
Chương 5 ĐO LIÊN HỆ QUA GIẾNG ĐỨNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAM GIÁC LIÊN HỆ
5.1 Nội dung và nhiệm vụ đo liên hệ qua giếng đứng
5.2 Định hướng qua một giếng đứng
5.2.1 Chiếu điểm bằng dây dọi
5.2.2 Đo liên hệ
5.3 Hình dạng có lợi nhất của tam giác liên hệ
5.4 Độ chính xác của định hướng bằng phương pháp tam giác liên hệ qua một giếng đứng
5.5 Định hướng qua hai giếng
5.5.1 Định hướng qua một giếng đứng và một lỗ khoan
5.5.2 Định hướng qua hai giếng đứng
5.5.3 Định hướng qua hai lỗ khoan
40
43
43
44
49
52
53
56
56
56
58
59
61
68
68
70
70
72
73
75
76
76
77
78
81
84
84
85
86
89
92
95
98
99
102
103
Trang 4Chương 6 ĐỊNH HƯỚNG BẰNG KINH VĨ CON QUAY
6.1 Tổng quan về định hướng bằng kinh vĩ con quay
6.2 Nguyên lý chỉ hướng Bắc của con quay
6.2.1 Kết cấu của con quay
6.2.2 Tính chất cơ bản của con quay
6.2.3 Tự quay của Trái đất và tác động của nó đối với con quay
6.3 Phương trình chuyển động của con quay
6.4 Máy kinh vĩ con quay
6.5 Xác định vị trí “0” của dây treo, điều chỉnh và cải chính vị trí “0”
6.6 Phương pháp quan trắc hướng Bắc bằng kinh vĩ con quay
6.6.1 Định hướng sơ bộ
6.6.2 Định hướng chính xác
6.7 Xác định hằng số của máy
6.8 Giới thiệu sơ lược nguyên lý định hướng bằng kinh vĩ con quay tự động
6.8.1 Phương pháp quan trắc quang điện
6.8.2 Nguyên lý đo tích phân
6.8.3 Nguyên lý định hướng sơ bộ
6.8.4 Một số loại máy kinh vĩ con quay tự động
Chương 7 TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG ĐÀO HẦM
7.1 Trắc địa khi thi công đào hầm
7.1.1 Chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng ngang
7.1.2 Chỉ hướng đào hầm trong mặt phẳng thẳng đứng
7.1.3 Xác định khối lượng đất đá
7.2 Xác định và điều chỉnh sai số đào thông hầm
7.2.1 Phương pháp xác định sai số đào thông hầm
7.2.2 Điều chỉnh sai số đào thông hầm
7.3 Đo hoàn công đường hầm
7.4 Trắc địa trong ứng dụng công nghệ mới thi công đào hầm
7.4.1 Nguyên lý của phương pháp laser
7.4.2 Nguyên lý của phương pháp lăng kính
Chương 8 QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG HẦM
8.1 Quan trắc biến dạng đường hầm trong quá trình thi công
8.1.1 Khái niệm
8.1.2 Quan trắc lún mặt đất đối với đường hầm nông
8.1.3 Quan trắc lún vòm hầm khi thi công theo phương pháp mới Austrian
8.1.4 Xử lý số liệu quan trắc
8.2 Quan trắc biến dạng đường hầm trong thời gian vận hành
8.2.1 Quan trắc vết nứt
8.2.2 Quan trắc lún
8.2.3 Quan trắc chuyển dịch ngang
Tài liệu tham khảo
107
107
108
108
109
112
113
121
125
128
128
129
133
135
135
136
137
137
139
139
139
142
143
143
143
144
147
147
148
149
152
152
152
152
156
157
158
159
160
161
165
Trang 5Sách giáo trình được xuất bản lần đầu vào năm 2001 tại
Nhà xuất bản Giáo dục Sau đó, t năm 2005 Nhà xuất bản Giao thông vận tải đ vài lần
in lại y nguyên quyển sách đó
T khi xuất bản lần đầu đến nay đ được hơn 10 năm Qua thực tế sử dụng, giáo trình được đánh giá cao cả về nội dung l n hình thức và ngôn ng di n đạt
Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ nói chung và khoa
học công nghệ trắc địa nói riêng, giáo trình cần được biên
soạn mới để góp phần gi v ng và nâng cao chất lượng đào tạo đại học và sau đại học ngành trắc địa
Biên soạn giáo trình lần này, chúng tôi v n lấy tên “ a công trình ng ” theo
đề cương môn học đ được duyệt tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Xét về quy mô xây dựng và yêu cầu độ chính xác thì đường hầm trên các tuyến đường sắt, đường bộ và đường tàu điện ngầm là loại công trình ngầm tiêu biểu Vì vậy, trắc địa công trình đường hầm là nội dung chủ yếu của giáo trình này Nắm được nội dung chủ yếu đó, sẽ d dàng thực hiện tốt công tác trắc địa trong thi công xây dựng các loại công trình ngầm khác Còn trắc địa công trình ngầm kỹ thuật đô thị (đường ống và cáp ngầm)
đ được biên soạn trong giáo trình Cơ sở trắc địa công trình [15]
Trên cơ sở tiếp cận công nghệ mới của thế giới về trắc địa, kết quả nghiên cứu khoa học, kinh nghiệm giảng dạy và hoạt động thực tế nhiều năm, giáo trình này có nhiều nội dung mới, hiện đại
Đáng chú ý nhất là ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình đường hầm, trong đó có đề xuất mới về ước tính độ chính xác của lưới GPS phương pháp chỉnh thể ước tính giá trị ảnh hưởng sai số đo của cả hệ thống cơ sở trắc địa đối với độ chính xác hướng ngang đào thông hầm trắc địa trong thi công xây dựng đường hầm theo công nghệ mới; quan trắc biến dạng công trình đường hầm
Giáo trình “Trắc địa công trình ngầm” gồm 8 chương, do PGS TS Phan Văn Hiến chủ biên, thống nhất chỉnh lý cả 8 chương Phân công biên soạn như sau:
PGS TS Phan Văn Hiến: chương 3, 5, 6 và các mục 4.1, 4.2 chương 4
PGS TS Trần Viết Tuấn: chương 1, 7
Th S Phạm Doãn Mậu: chương 2
TS Đinh Xuân Vinh: chương 8 và mục 4.3 chương 4
Mặc d đ cố gắng, song trình độ có hạn, giáo trình khó tránh khỏi nh ng khiếm khuyết, các tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của đông đảo bạn đọc để nội dung giáo trình càng hoàn thiện hơn cho lần xuất bản sau
Các tác giả